мембранный аппарат

Формула изобретения

Мембранный аппарат, содержащий набор чередующихся мембранных и промежуточных элементов, выполненных в виде рамок с каналами для разделяемой смеси, пермеата и концентрата, а также дренажные устройства, отличающийся тем, что дренажные устройства выполнены в виде сеток и расположены по обе стороны рамок, при этом дренажные сетки каждого элемента скреплены между собой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам мембранной технологии, применяемым в различных отраслях промышленности для разделения и концентрирования смесей.

Цель изобретения повышение производительности аппарата.

Устройство мембранного аппарата иллюстрируется графическим материалом.

На фиг. 1 показан горизонтальный продольный сложный разрез аппарата по отверстиям протока исходной смеси и концентрата, образующим коллекторы исходной смеси и концентрата в несжатом состоянии (отверстия отвода пермеата и его ввода при промывке в разрез не попадают). На фиг. 2 изображен вид сбоку мембранного элемента.

Мембранный аппарат содержит набор чередующихся мембранных элементов 1 и промежуточных элементов 2, сжимаемых между собой двумя опорными плитами 3. Мембранный элемент 1 состоит из рамки 4, дренажных сеток 5, расположенных по обе стороны рамки 4, и мембран 6, расположенных по обе стороны рамок 4, и дренажных сеток 5. Промежуточный элемент, также как и мембранный, состоит из рамок 4 и дренажных сеток 5, однако мембранами не комплектуется.

Плиты 3, мембранные элементы 1 и промежуточные элементы 2 имеют отверстия 7, образующие отдельные коллекторы 8 исходной смеси, 9 концентрата и 10 - пермеата. Эти отверстия соединяются с рабочими полостями аппарата каналами 11 ввода исходной смеси, каналами 12 вывода концентрата и каналами 13 вывода (ввода) пермеата.

Каналы 11, 12 и 13 выполняют по двум вариантам, что не имеет принципиального значения для заявляемого аппарата. По первому варианту расположение этих каналов идентично как в мембранных, так и промежуточных элементах, как это показано на фиг. 2. В этом случае рамка с сеткой мембранного и промежуточного элементов различаются только расположением их в аппарате (вторая относительно первой развернута на 180^o вокруг вертикальной оси в плоскости фигуры 2). По второму варианту (не показан) каналы 11 и 12 промежуточного элемента выполнены симметричными. Также симметричными выполняют и каналы 13 мембранного элемента. В этом случае рамки с сеткой мембранного и промежуточного элементов по расположению каналов неидентичны; их устанавливают в аппарате без соблюдения указанного выше правила комплектации аппарата.

Рамки 4 изготавливают из прочного материала, например, стали толщиной 0,5 3,0 мм. Дренажные сетки 5 выполняют, например, из капронового сита с размером ячеек преимущественно 0,5 3,0 мм. Крепление и герметизацию сеток выполняют путем пропитки периферийной части по размеру рамок и приклеиванием этой части к рамке эластичным герметиком.

Дренажные сетки 5 каждого элемента скреплены между собой в местах крепления 14. Способ и расположение креплений не имеют принципиального значения. Предпочтительным является крепление нитками в шахматном порядке таким образом, чтобы в максимальной степени предотвратить контакт мембраны с сеткой промежуточного элемента во время периода разделения смеси с сохранением необходимых дренирующих свойств сеток.

В качестве полупроницаемых мембран применяют эластичные, например, полимерные мембраны типа Владипор УАМ или УПМ. Мембрану 6 накладывают с обеих сторон рамок с сетками мембранного элемента, причем внешние размеры ее могут как совпадать с внешними размерами рамок, так быть и меньше их, как это показано на фиг. 2.

Мембранный аппарат работает следующим образом.

Подлежащая разделению смесь через отверстие в опорной плите поступает под давлением в коллектор, образуемый отверстиями 7 в мембранных и промежуточных элементах. Разделяясь параллельно на ряд промежуточных элементов 2 смесь по каналам 11 проходит вдоль мембран 6, омывая одновременно сетки 5 промежуточных элементов, которые турбулизируют поток. Проникшая через мембрану фракция (пермеат) проходит вдоль сеток мембранных элементов 1 и через каналы 13 вывода пермеата и коллектор, образуемый отверстиями вывода пермеата, удаляется из аппарата через отверстие в плите 10. Непроникающая через мембраны фракция отводится из аппарата через каналы 12, соответствующий коллектор и отверстие в плите 9. В период разделения под давлением смеси мембрана 6 прижимается к сетке 5 мембранного элемента, повторяя в некоторой степени ее профиль. При этом создаются хорошие условия омывания поверхности мембраны разделяемой смесью и турбулизации потока. В течение рабочего периода разделения на поверхности мембраны образуется осадок коллоидных веществ. Для удаления осадка применяют регенерацию мембран током пермеата (подачей его через мембрану в обратном направлении). С этой целью подачу разделяемой смеси в аппарат прекращают, одновременно включая подачу пермеата через отверстия и каналы отвода. Процесс промывки осуществляют под давлением, преимущественно на 10 - 25% превышающем рабочее. При этом мембрана 6 прогибается в противоположном направлении, прижимаясь к сеткам 5 промежуточного элемента 2. В момент перехода от рабочего периода к промывному, поверхность мембраны скользит по волокнам сетки, что способствует лучшему удалению осадка. Прошедший через мембрану пермеат вместе с частицами осадка удаляется из аппарата через каналы 12 и коллекторы отвода концентрата или через каналы 11 и коллекторы ввода исходной смеси.

Конструкция предлагаемого аппарата, предусматривающая скрепление дренажных сеток элементов позволяет ликвидировать застойные зоны прилегания дренажных сеток к поверхности мембраны, увеличив скорость среды непосредственно у этой поверхности. Тем самым снижается интенсивность накопления осадка, концентрационная поляризация и возрастает общая производительность аппарата. Доказательством достижения положительного эффекта служит следующий пример.

Ультрафильтрационный аппарат имеет плоские идентичные рамки из нержавеющей стали толщиной 2 мм размером 140 х 140 мм и поверхностью разделения 0,25 кв. м (6 штук мембранных и 7 штук разделительных элементов). На рамки наложены гибкие капроновые сетки с размером ячеек 2 х 2 мм. Сетки герметизированы по всей площади рамок латексом ЛПУ и сшиты капроновой нитью толщиной 0,3 мм в шахматном порядке с удалением мест скреплений друг от друга на расстоянии 10 мм. Поверх сеток мембранных элементов зигзагообразно между отверстиями мембранных и промежуточных элементов уложены мембраны марки Владипор УАМ-500. Разделению подвергают воду, содержащую 0,18 г/л взвешенных веществ. Расход концентрата 0,1% от исходной воды. Циклограмма работы аппарата: период разделения 30 мин при рабочем давлении 0,23 МПа, период промывки 2 сек при давлении 0,30 МПа. В процессе круглосуточной работы в течение 17 суток средняя производительность аппарата составляла 32 л/час. По прототипу в аналогичных условиях средняя производительность составляла 20 л/час.