Курсовая с практикой на тему Технология изготовления корундовых подложек для полупроницаемых мембран.

Введение 2
1. Корундовые подложки для полупроницаемых мембран 4
2. Оборудование по производству керамических изделий 14
3. Расчет материального баланса 26
4. Оборудование для получения пористой проницаемой керамики 29
Заключение 33
Список использованной литературы 34

Керамические фильтрующие элементы, которые также называют «керамические мембраны», предназначены для проведения микрофильтрации, ультрафильтрации и нанофильтрации в фармацевтической, пищевой и других отраслях. Керамические мембраны используются для очистки и разделения фармацевтических, молочных, белковых растворов, а также для работы с культуральной жидкостью, ферментами. Представляют собой одно и многоканальные трубки длиной от 100 до 1200 мм различной геометрии и разными порогами отсечения (размерами пор).
Ввиду особенностей материалов и строения керамических фильтрующих элементов, они позволяют работать с высоковязкими растворами, а также при высоких температурах исходного раствора.
Керамические мембранные фильтры результат достижений современной науки. На сегодняшний день это одно из самых эффективных решений для очистки воды.
Трубчатые керамические фильтрационные муллитокорундовые мембраны с внешним (или внутренним) рабочим слоем содержат не менее 85 % оксида алюминия (ТУ 5759-002-66451201-2015), применяются в аппаратах ультра- и микрофильтрации для разделения и очистки жидких сред (суспензий и эмульсий).
Пористая структура керамических мембран имеет размер пор от 0,5 до 0,05 мкм. Такие мембраны способны задерживать практически все загрязнения, а также микроорганизмы.
Керамические мембраны удаляют из воды:
механические взвеси (песок, ржавчина и пр.)
коллоидные частицы
микроорганизмы,
высокомолекулярные соединения,
железо
тяжелые металлы.
Высокая эффективность делает керамические фильтры достойными помощниками в очистке питьевой воды.
Преимущества керамических мембран
прочность,
химическая стойкость,
термическая устойчивость,
устойчивость к абразивным частицам,
простота очистки при помощи обратной промывки,
длительный срок службы.
Цель работы: Изучить технологию изготовления корундовых подложек для полупроницаемых мембран.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
1. Изучить теоретический аспект применения корундовых подложек для полупроницаемых мембран.
2. Рассмотреть технологию изготовления керамических изделий и основное оборудование.
3. Произвести расчет матбаланса производства
4. Рассмотреть оборудование участка подготовки керамической шихты
Объект исследования: корундовые подложки для полупроницаемых мембран.
Предмет исследования: технология изготовления корундовых подложек.

Керамические фильтры широко используются для получения чистой питьевой воды в домашних условиях и на предприятиях.
Керамические фильтры для очистки воды – это фильтры с мембранным блоком, расположенным в стальном корпусе. В мембранном блоке расположена одно- или многоканальная трубка из металлокерамических материалов. Внутренняя поверхность каналов данной трубки изготовлена из тонкопористой мембраны толщиной 5 микрон и диаметром 0,05-0,1 микрон.
Устройства могут быть оснащены соединениями серебра для уничтожения бактерий и таблеткой активированного угля для устранения неприятного запаха и вкуса, что актуально для жителей загородных коттеджей.
В качестве основы для изготовления таких конструкций выступают сочетания керамических и металлических порошков, прежде всего, оксида алюминия, диоксида титана, карбида кремния. Их спекают при температуре более 1600С. В результате чего получается пористая структура, способная задерживать даже самые мелкие загрязнения.
При прохождении воды через множество мелких пор задерживаются крупные и мелкие загрязнения размером 0,05-1 микрон. Вода под водопроводным давлением при преодолении мембраны разделяется на фильтрат и концентрат. С одной стороны мембраны копится очищенная вода, а с другой остаются все загрязнения.
Керамический фильтр справляется со следующими загрязнениями: микроорганизмы (холера, кишечная палочка, лямблии и другие), металлы, органические соединения, взвеси, мутность, неприятный запах и привкус.
Фильтры данного типа применяют в квартирах, коттеджах, офисах, медицинских и образовательных учреждениях.

1. Корундовые подложки для полупроницаемых мембран

Мембраны разделительные (полупроницаемые, селективно-проницаемые мембраны) представляют собой пленки, пластины, трубки и полые нити, изготовленные из стекла, металла, керамики, полимеров.
Наиболее практическое значение имеют полимерные разделительные мембраны, например из целлюлозы и ее эфиров, полиамидов, полисульфонов, полиолефинов и большинства других известных полимеров.
Различают:
в основном разделительные мембраны: монолитные (сплошные, диффузионные), проницаемость которых связана с диффузией газов или жидкостей в объеме мембраны (поры отсутствуют); пористые с системой сквозных сообщающихся пор постоянного размера; асиметричные (двухслойные, анизотропные), состоящие из пористого высокопроницаемого слоя (подложки) и тонкого селективного слоя – мелкопористого или монолитного (толщина его может составлять около 0,25% общей толщины разделительных мембран) [2].
Имеются также составные (композитные) разделительные мембраны, состоящие из основы (обычно пористой мембраны), на которую нанесен один или несколько селективных слоев (монолитных или мелкопористых), отличающихся по химической природе от материала подложки. Их изготовляют с целью повышения прочности мембран и придания им проницаемости для определенных компонентов разделяемой смеси.
Динамические разделительные мембраны образуются, когда на поверхность пористой основы подается разделяемая смесь, содержащая диспергированные частицы, например гидроксидов металлов, полимеров. Частицы образуют на основе слой, находящийся в динамическом равновесии с частицами, диспергированными в смеси, и обеспечивающий селективность разделения.
Разделительные мембраны подразделяют также на неионогенные и ионитовые.
Для монолитных разделительных мембран характерна диффузионная проницаемость, для пористых – фазовая (то есть через поры проходит вещество в виде газообразной или жидкой фазы).
Монолитные
разделительные мембраны получают формованием из растворов (по сухому способу) или расплавов полимеров, а также прессованием полимерных материалов и металлических порошков.
Пористые
разделительные мембраны получают:
1) Формованием из растворов полимеров по мокрому способу или испарением из сформованных жидких пленок (нитей) растворителя. В последнем случае в формовочный раствор предварительно вводят осадитель, давление паров которого ниже, чем у растворителя (метод спонтанного гелеобразования). С удалением растворителя раствор распадается на фазы, в результате чего образуется пористая структура.
2) Из монолитных полимерных разделительных мембран – вытягиванием их в специальных условиях. Облучением тяжелыми атомными ядрами или ионами с последующим УФ облучением, окислением и удалением продуктов деструкции (получают так называемые ядерные разделительные мембраны). Выщелачиванием определенных фракций (метод используется и в производстве стеклянных пористых пластин) [4].
Крупнопористые
разделительные мембраны готовят спеканием металлических порошков и полимерных материалов.
Асимметричные
разделительные мембраны получают, создавая разные условия затвердевания полимера в поверхностном слое и в остальной массе мембраны. Например, с поверхности жидкой пленки (нити) сначала испаряют растворитель, а затем ее погружают в осадитель (сухо-мокрое формование).
Составные
разделительные мембраны изготовляют нанесением на пористую подложку из полимера, стекла, керамики или другого тонкого (одного или несколько) слоя полимера (например, погружением подложки в раствор полимера, поливом его, межфазной поликонденсацией или полимеризацией мономеров в низкотемпературной плазме, напылением).
Наиболее распространенная форма разделительных мембран – пленка, формуемая на машинах ленточного или барабанного типа. Для повышения механической прочности и стабильности формы изготовляют на пористых подложках, например тканях, сетках, нетканых материалах.
Пленочные
разделительные мембраны используют: в плоскокамерных аппаратах (типа фильтр-пресса) и рулонных; тонкие полимерные пленки осаждают на внутренней поверхности пористых трубок (несколько штук собирают в одном корпусе); полые волокна укладывают параллельно или под углом друг к другу в пластмассовом корпусе и склеивают в торцевых частях.
Применяют
разделительные мембраны для разделения газовых смесей (например, выделение компонентов из смесей, образующихся при синтезе аммиака, создание регулируемой газовой среды в фрукто-овощехранилищах); для опреснения морских и солоноватых вод и деминерализации речной и артезианской воды; для концентрирования и очистки растворов высокомолекулярных соединений [6].