мембранный модуль для разделения жидких сред и способ его изготовления

Формула изобретения

1. Мембранный модуль для разделения жидких сред, содержащий две группы чередующихся щелевых камер для разделяемой смеси и фильтрата, образованных набором плоских полупроницаемых мембран, дренажных элементов и средствами герметизации, отличающийся тем, что модуль выполнен в виде сильфона с наружными и внутренними камерами, а мембраны и дренажные элементы выполнены в виде пластин, по меньшей мере, с двумя периферийными и одним центральным отверстием, при этом средства герметизации выполнены в виде рамок, камеры разделяемой смеси, являющиеся наружными камерами сильфона, герметизированы по периметру центрального отверстия рамками из термопластичного материала, заполняющего при спекании толщину дренажных элементов и склеивающегося с мембранами, а камеры фильтрата, являющегося внутренними камерами сильфона, герметизированы по наружному периметру дренажных элементов и периметров периферийных отверстий рамками из термопластичного материала, заполняющего при спекании толщину дренажных элементов и склеивающихся с мембранами.

2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что толщины дренажных элементов камер разделяемой смеси и камер фильтрата одинаковы.

3. Модуль по п.2, отличающийся тем, что в качестве мембран использованы трековые мембраны.

4. Модуль по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что рамки выполнены из полиолефинов, например из полиэтилена.

5. Способ изготовления мембранного модуля для разделения жидких сред, включающий операцию формирования блока заготовок модулей из слоев мембран, дренажных элементов и средств герметизации, причем после формирования блок заготовок под фиксированной нагрузкой нагревают до температуры текучести материала средств герметизации, выдерживают, охлаждают и производят разделение блока на отдельные модули, отличающийся тем, что полученный в результате модуль сжимают, после чего в нем выполняют по меньшей мере по одному коллектору подвода разделяемой смеси, коллектору отвода фильтрата и коллектору отвода концентрата, после чего производят окончательную сборку модуля путем герметизации его торцов полосками из термопластичного материала и крепления крышек к горизонтальным плоскостям модуля.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что фиксированную нагрузку задают давлением 2,0 - 4,0 кг на один модуль.

7. Способ по пп.5, 6, отличающийся тем, что блок мембранных модулей под фиксированной нагрузкой выдерживают в течение 1,5 - 2,5 ч.

8. Способ по одному из пп.5 - 7, отличающийся тем, что блок выдерживают под фиксированной нагрузкой при температуре 140 - 180^oC.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к мембранной технике, в частности к устройствам для осуществления массообменных процессов и/или процессов разделения жидких сред в медицинской, фармацевтической, химической, биотехнологической и других отраслях промышленности, а также к устройствам очистки биологических жидкостей и для осуществления процесса разделения крови при плазмоферезе.

Известно мембранное устройство для диализа, содержащее прямоугольный корпус с коллекторами подвода и отвода разделяемой среды и отвода фильтрата и мембранный модуль, выполненный в виде блока, образованного сложенной складками мембраны и расположенными между складками сепарационными элементами. Торцевые кромки модуля герметизированы заливкой пластиком по всей высоте блока. Для обеспечения проточности разделяемой смеси между складками мембранного материала установлены дополнительные каналообразующие элементы (заявка Франции N 2174821, кл. В 01 D 13/00, A 61 M 1/00, 1973.).

Недостаток аналога: установление между складками мембранного материала дополнительных каналообразующих элементов приводит к неравномерному распределению потоков и образованию застойных зон, что в свою очередь существенно снижает производительность устройства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату аналогом (прототипом) является мембранный модуль для разделения жидких сред, содержащий две группы чередующихся щелевых камер для разделяемой смеси и фильтрата, образованных набором плоских полупроницаемых мембран, дренажных элементов и средствами герметизации (RU 2046647, кл. C1 B 01 D 63/14, опубл. 27.10.95).

Недостаток прототипа: использование средств герметизации в виде планок из материала, содержащего термопласт, расположенных вдоль направления движения сред и неразъемно соединенных с мембранами с образованием в местах контакта с ними опорных элементов в виде колонн, приводит к тому, что при спекании пакета заготовок под фиксированной нагрузкой наибольшее давление развивается именно в углах заготовок, в так называемых "колоннах", где перпендикулярные полоски герметизирующего материала пересекаются, и наименьшее давление (вплоть до отсутствия всякого давления) создается на остальных, непересекающихся участках полосок герметизирующего материала, что приводит к ненадежной герметизации всего мембранного модуля в целом.

Недостатками данного устройства являются также сложность изготовления опорных элементов и сложность использования трековых мембран, наиболее эффективных по сравнению с другими типами мембран, так как они при герметизации путем механического сжатия повреждаются.

В случае использования известного модуля при разделении крови - невозможность использования получаемой плазмы в качестве донорской.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату по отношению к заявляемому способу является способ изготовления мембранного модуля для разделения сред, включающий операцию формирования блока заготовок модулей из слоев мембран, дренажных элементов и средств герметизации, причем после формирования блок заготовок нагревают до температуры текучести материала средств герметизации, выдерживают под фиксированной нагрузкой, охлаждают и проводят разделение блока на отдельные модули, (патент RU 2046647, кл. C1 B 01 D 63/14, опубл. 27.10.95).

Недостатками данного способа являются сложность изготовления опорных элементов, а также сложность использования трековых мембран, наиболее эффективных по сравнению с другими типами мембран, так как они при герметизации путем механического сжатия повреждаются.

Задачей изобретения является повышение эффективности функционирования мембранных модулей при одновременном повышении технологичности изготовления мембранных модулей, обеспечения возможности использования в качестве мембранного материала трековых мембран, повышение эффективности отделения фильтрата и уменьшение повреждения мембран, возможность использования мембранного модуля для получения донорской плазмы.

Поставленная задача достигается тем:

- что мембранный модуль для разделения жидких сред, содержащий две группы чередующихся щелевых камер для разделяемой смеси и фильтрата, образованных набором плоских полупроницаемых мембран, дренажных элементов и средствами герметизации, выполнен в виде сильфона с наружными и внутренними камерами, полупроницаемые мембраны и дренажные элементы выполнены в виде пластин с по меньшей мере двумя периферийными и одним центральным отверстием, средства герметизации выполнены в виде рамок, камеры разделяемой смеси, являющиеся наружными камерами сильфона, герметизированы по периметру центрального отверстия рамками из термопластичного материала, заполняющего при спекании толщину дренажных элементов, и склеивающегося с мембранами, а камеры фильтрата, являющиеся внутренними камерами сильфона, герметизированы по наружному периметру дренажных элементов и периметрам периферийных отверстий рамками из термопластичного материала, заполняющего при спекании толщину дренажных пластин и склеивающихся с мембранами,

- что толщины дренажных пластин одинаковы;

- что в качестве мембран могут быть использованы трековые мембраны;

- что рамки могут быть выполнены из полиолефинов, например из полиэтилена.

Поставленная задача достигается также тем, что в способе изготовления мембранного модуля для разделения жидких сред, включающем операцию формирования блока заготовок модулей из слоев мембран, дренажных элементов и средств герметизации, после формирования блок заготовок под фиксированной нагрузкой нагревают до температуры текучести материала средств герметизации, выдерживают, охлаждают и производят разделение блока на отдельные модули, изготовленный модуль сжимают, после чего в нем выполняют по меньшей мере по одному коллектору подвода разделяемой смеси, коллектору отвода фильтрата и коллектору отвода концентрата, после чего производят окончательную сборку модуля путем герметизации его торцов полосками из термопластичного материала и крепления крышек к горизонтальным плоскостям модуля.

Фиксированную нагрузку задают давлением 2,0-4,0 кг на один модуль.

Блок мембранных модулей под фиксированной нагрузкой выдерживают в течение 1,5-2,5 ч.

Блок мембранных модулей выдерживают под фиксированной нагрузкой при температуре 140-180^oC.

Совокупность общих и частных существенных признаков группы изобретений обеспечивает достижение требуемого технического результата.

На фиг. 1 показан предлагаемый модуль;

на фиг. 2 - сечение одной из камер фильтрата;

на фиг. 3 - сечение одной из камер разделяемой смеси;

на фиг. 4 - схема чередования слоев плоских полупроницаемых мембран и дренажных элементов со средствами герметизации в виде рамок.

Мембранный модуль для разделения жидких сред, выполненный в виде сильфона, содержит крышку 1 со штуцером 2 подвода разделяемой смеси, штуцером 3 отвода концентрата, штуцером отвода фильтрата 4, коллектор 5 подвода разделяемой смеси, коллектор 6 отвода концентрата и коллектор 7 отвода фильтрата (фиг. 1), крышку 8, боковые крышки 9 в виде полосок из термопластичного материала (фиг. 4), камеры 10 разделяемой смеси, являющиеся наружными камерами сильфона, и камеры 11 фильтрата, являющиеся внутренними камерами сильфона. Камеры 10 и 11 разделены плоскими полупроницаемыми мембранами 12 (фиг. 4), выполненными в виде пластин, изготовленных, например, из тонкой пленки со средним диаметром пор 0,4-0,6 мкм. Дренажные элементы 13 (фиг. 4) выполнены в виде сетчатых пластин. Мембраны 12 и дренажные элементы 13 выполнены с двумя периферийными отверстиями 14 и одним центральным отверстием 15. Камеры 10 разделяемой смеси герметизированы по периметру центрального отверстия 15 рамками 16 из термопластичного материала, заполняющего при спекании толщину дренажных элементов 13, и склеивающегося с мембранами 12, камеры 11 фильтрата герметизированы по наружному периметру дренажных элементов 13 и периметров периферийный отверстий 14 рамками 17 из термопластичного материала, заполняющего при спекании толщину дренажных элементов 13 и склеивающихся с мембранами 12 (фиг. 4). Камеры 10 разделяемой смеси сообщаются с коллекторами 5 и 6 подвода разделяемой смеси и отвода концентрата, а камеры 11 фильтрата сообщаются соответственно с коллектором 7 отвода фильтрата (фиг. 1).

Разделяемая смесь через штуцер 2 и коллектор 5 подвода разделяемой смеси поступает в камеры 10 разделяемой смеси и течет вдоль поверхности мембран 12. Поскольку давление в камерах 10 разделяемой смеси выше, чем в камерах 11 фильтрата, то создается трансмембранное давление. При этом жидкая составляющая потока разделяемой смеси, включая молекулы и частицы с размерами, меньшими диаметра пор в мембране, проникает через мембраны 12 в камеры 11 фильтрата. Здесь жидкая составляющая стекает по дренажным элементам 13 (фиг. 2) и выводится через коллектор 7 и штуцер 4 отвода фильтрата (фиг. 1), а концентрат отводится из камер 10 разделяемой смеси по дренажным элементам 13 (фиг. 3) через коллектор 6 отвода концентрата и штуцер 3 (фиг. 1).

Изготовление мембранного модуля осуществляют следующим образом.

Трековые мембраны получают путем бомбардирования лавсановой пленки тяжелыми ионами и обработки полученных треков травильным раствором щелочи. В заготовках по наружному периметру дренажных элементов 13 и периметру периферийных отверстий 14 импрегнированы герметизирующие рамки 17 из термопластичного материала, а по периметру центрального отверстия 15 импрегнированы рамки 16 (фиг. 4). После укладки необходимого количества заготовок получают блок заготовок, который под фиксированной нагрузкой нагревают до температуры текучести герметизирующих рамок 16, 17, выдерживают и охлаждают. Изготовленный блок мембранных модулей разрезают на отдельные модули. Изготовленный в виде сильфона отдельный мембранный модуль сжимают. В модуле выполняют коллектор 5 подвода разделяемой смеси, коллектор 6 отвода концентрата и коллектор 7 отвода фильтрата, производят окончательную сборку модуля путем герметизации его торцов полосками из термопластичного материала и крепления крышек 1 и 8 к горизонтальным плоскостям модуля (фиг. 1).

Фиксированную нагрузку задают давлением 2,0-4,0 кг на один модуль.

Блок мембранных модулей под фиксированной нагрузкой выдерживают в течение 1,5 - 2,5 ч.

Блок мембранных модулей выдерживают под фиксированной нагрузкой при температуре 140-180^oC.

Пример выполнения способа.

В заготовки дренажных элементов для камер разделяемой смеси и камер фильтрата заподлицо с поверхностью импрегнируют герметизирующие рамки.

Укладывая поочередно дренажные элементы и трековые мембраны, формируют заготовку блока мембранных модулей.

Полученную заготовку блока мембранных модулей помещают в специальное приспособление и сжимают с силой 2,0-4,0 кг на один модуль. Приспособление с заготовкой блока мембранных модулей выдерживают в течение 1,5 - 2,5 ч при температуре 140 - 180^oC в результате чего происходит приклеивание мембран к зонам герметизации. После охлаждения блока заготовок под нагрузкой получают блок мембранных модулей, который разделяют разрезанием на отдельные мембранные модули. Изготовленный модуль сжимают и выполняют в нем по меньшей мере один центральный и два периферийных коллектора, производят окончательную сборку модуля путем герметизации его торцов полосками из термопластичного материала, служащими боковыми крышками модуля, и крепления крышек к горизонтальным плоскостям модуля.