OP PIK Aplikace, výzva VIII
Membránová destilace pro silně znečistěné a agresivní prostředí - CZ.01.1.02/0.0/0.0/20_321/0024886.
Příjemce:
ZENA s.r.o.
Řešitel projektu: prof. Ing. Mirko Dohnal, DrSc.
Partner:
Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, Laboratoř přenosu tepla a proudění
Řešitel projektu: prof. Ing. Miroslav Raudenský, CSc.
Termín realizace:
1.6.2021 – 31.5.2023
Cíl projektu:
Cílem projektu je verifikace technologie polypropylenových membránových destilací pro malo- a částečně velkosériovou výrobu. Malosériová i speciální výroba bude orientována na specifické dodávky na míru pro univerzity a další výzkum. Velkosériová výroba pak jako subdodávka pro firmy, které vyrábějí zařízení pro čištění těžko čistitelných odpadních vod a podobných médií. Projekt navazuje na mnohaletý výzkum na VUT v této oblasti a je jednou z možných aplikací výsledků tohoto výzkumu.
Hlavní náplní projektu je návrh a ověření technologie nízko nákladové velkokapacitní výroby membránových kapilár. Dílčím cílem bude vytvoření metodiky čistění membrán, které působí jako bariéra k oddělení znečištěné kapaliny (horká strana) od produkovaného permeátu (chladná strana). Současně bude vyvinuta kontaktorová jednotka a výměník tepla, tj. základní jednotky MD tak aby jejich životnost byla několik roků.
Popis projektu:
Navrhovaná membránová destilace založená na výhradně polypropylenových elementech je unikátní výrobek, který dosud není na trhu. Eliminace kovového výměníku tepla je možná proto, že Žadatel je schopen vyrobit obě klíčové části membránové destilace a integrovat je v jeden celek jenom s použitím polypropylenu. Tento fakt umožnuje řešit jeden z klíčových, v řadě případů dominantně klíčový, problém, a to udržení dlouhodobé provozuschopnosti v reálných průmyslových podmínkách - tj. za předpokladu, že zpracovávané medium, odpadní voda / kapaliny obsahují vysoké procento částic, které mají tendenci se usazovat na povrchu kapilár, a tím je do značné míry blokovat. Ohebnost klíčových elementů, jak kontaktoru tak
výměníku, totiž umožnuje jednoduchou a účinnou metodu odstranění vrstev částic z povrchu všech kapilár. Navíc unikátní chaotizace membránových kontaktorů garantuje velmi vysoký stupně využití membrán. Předmětem projektu je verifikace technologie výroby polypropylenových membránových destilací pro malo- a částečně velkosériovou výrobu. Malosériová i speciální výroba bude orientována na dodávky šité na míru pro univerzity a podobné instituce. Velkosériová výroba je možná jako subdodávky pro firmu, která vyrábí zařízení pro čištění těžko čistitelných odpadních vod a podobných medií. Subdodávky jsou, v současné době, možné v rozsahu až 50 000 000 běžných metrů kontaktorových membrán ve tvaru dutých
vláken. Což je na nejbližších několik let určitě dostačující množství. Projekt navazuje na několikaletý univerzitní výzkum, který potvrdil přednosti ověřené na prototypech. Podobný výrobek není dosud dostupný na trzích.
Ukazuje se, že je možné:
- dosáhnout až 40 - 50% úsporu hmotnosti oproti existujícím membránovými destilacím
- prodloužit interval mezi nutnosti odstavit membránové destilace kvůli čištění na dvojnásobek a pro speciální případy skutečně těžko čistitelných medií až na pětinásobek, toto konstatování je založeno dosud jenom na laboratorních pokusech
- provozovat membránové destilace dlouhodobě v agresivním prostředí
- navrhovaná technologie umožnuje snadnou modifikovatelnost výroby vyžadovanou podle principů iniciativy Průmysl 4.0.
Etapy projektu:
1. Volba materiálů a principů spojování a nultá série prototypu
1a. Výroba speciální membrány (ZENA)
1b. Výroba kontaktorové části membránové destilace a její spojení s polymerním výměníkem (ZENA)
1c. Testování polymerních výměníků v podmínkách vhodných pro fouling (LPTP FSI)
2. Technologie výroby finálního produktu
2a. Testování membránového kontaktoru v podmínkách vhodných pro fouling a kompletace prototypu pro testy (ZENA)
2b. Testování membránové destilace v podmínkách vhodných pro fouling (LPTP FSI)
2c. Akumulace zkušeností se zanášením (fouling) kapilár získaných v rámci průmyslových aplikací pomocí fuzzy znalostní báze (ZENA)
Výsledky projektu:
- Funkční vzorek - Membránová destilace budovaná výhradně na polypropylenovém základě - kontaktor a chladič. Funkční vzorek pro demonstraci úspěšného završení výzkumu a demonstraci funkčnosti jednotlivých komponent.
- Ověřená technologie (výroby membránových svazků)
- Zadání a částečné vypracování disertačních prací - vypsáno téma práce s vazbou na optimalizaci teplosměnných ploch pro tento typ tepelného výměníku (s ohledem na délku doktorského studia není reálné vypracovat a předložit celou práci v termínu 2 let).
- Publikace v odborných periodikách a na odborných setkáních a konferencích se zaměřením na dílčí průběžně dosahované výsledky i prezentaci projektu jako celku (předpokládají se min. 2 publikace v periodiku s IF v RIV).
Výsledky projektu umožní:
- nahrazení kovových membrán polypropylénovými z mikrovláken
- dlouhodobou provozuschopnost membrány v reálných průmyslových podmínkách v prostředí s velkým množstvím částic, které se usazují na povrchu kapilár
- nalezení a ověření metody odstranění částic z povrchu kapilár
- návrh a verifikaci technologie výroby membránové destilace pro malo- a částečně velkosériovou výrobu
- provozovat membránovou destilaci dlouhodobě v agresivním prostředí a dosažení až 40 - 50% úsporu hmotnosti oproti existujícím membránovými destilacím
- vývoj kontaktorové jednotky a výměníku tepla jako základních jednotek membránové destilace s životností několik let.
Termín dosažení výsledků:
31.5.2023
Rozpočet projektu:
8 415 901 Kč
Z toho dotace max. 5 891 130,70 Kč
Vlastní zdroje 2 524 770,30 Kč