Мембранный аппарат
Изобретение относится к устройствам мембранной технологии, применяемым в химической, пищевой и др. отраслях для разделения и концентрирования смесей. Цель - повышение общей производительности и ресурса работы аппарата. Аппарат содержит набор мембранных элементов. выполненных в виде рамки с каналами отвода пермеата, дренажного устройства в виде двух гибких сеток с мембранами по обе стороны рамки и промежуточных элементов. снабженных гибкими сетками с обеих сторон. Регенерацию мембран осуществляют обратным током пермеата. В процессе рабочего периода и генерации мембрана прогибается и гофрируется, опираясь на сетки. 9 ил.
Изобретение относится к устройствам мембранной технологии, применяемым в различных отраслях промышленности для разделения и концентрирования смесей. Цель изобретения повышение производительности аппарата и увеличение его ресурса без замены мембраны. На фиг. 1 изображен предлагаемый аппарат в горизонтальном продольном разрезе по коллекторам ввода исходной смеси и вывода концентратора в несжатом состоянии; на фиг. 2 рамка мембранного и промежуточного элементов в варианте идентичного для обоих элементов и несимметричного относительно оси симметрии исполнения; на фиг. 3 рамка мембранного, а на фиг. 4 рамка промежуточного элементов в варианте неидентичного и симметричного относительно оси симметрии исполнения; на фиг. 5 один из вариантов исполнения мембранного элемента; на фиг. 6 и 7 его разрезы по сечениям АА и ВВ, показанным на фиг. 5; на фиг. 8 иллюстрируется другой вариант исполнения мембранного элемента; на фиг. 9 его разрез по сечению СС, показанному на фиг. 8. Мембранный аппарат содержит набор чередующихся мембранных элементов 1 и промежуточных элементов 2, сжимаемых между двумя опорными плитами 3. Мембранный элемент 1 состоит из рамок 4, дренажных устройств, выполненных в виде сеток 5, расположенных по обе стороны рамки 4, и мембран 6, расположенных по обе стороны рамок 4 и сеток 5. Промежуточный элемент 2 состоит из рамок 7 и двух сеток 8, расположенных по обе стороны рамок 7. Плиты 3, мембранные элементы 1 и промежуточные элементы 2 имеют отверстия 9, совпадающие при сборке аппарата и образующие коллектор ввода разделяемой смеси, отверстия 10, образующие коллектор вывода концентрата, и отверстия 11, образующие коллектор пермеата. Отверстия соединяются с рабочими зонами каналами подвода разделяемой смеси 12, вывода концентрата 13 и отвода пермеата 14. Рамки мембранных и промежуточных элементов выполняются прямоугольной, круглой, овальной и других форм. На представленных фигурах показан пример выполнения рамок прямоугольной формы. Материал рамок выбирают из расчета достаточной прочности, позволяющей выдерживать нагрузки гидростатического давления жидкости внутри аппарата, например сталь. Рамки мембранных и промежуточных элементов могут быть изготовлены идентичными с несимметричным расположением каналов 12, 13 и 14. В таком случае каждая рамка может быть использована вместе с дренажным устройством как в мембранном, так и в промежуточном элементах. Это достигается путем поворота рамки вокруг оси симметрии (фиг. 2). Рамки мембранных и промежуточных элементов могут быть изготовлены неидентичными с симметричным расположением каналов 12, 13 и 14 относительно оси, как это представлено на фиг. 3 и 4. Наиболее предпочтителен первый вариант изготовления рамок. Гибкие сетки 5 мембранных элементов и 8 промежуточных выполняют из любого материала (например, капрона), способного прогибаться под воздействием рабочего движения. Сетка должна обладать хорошими дренирующими свойствами в продольном направлении, преимущественный размер ячеек сеток 0,5-3,0 мм. Крепление дренажных сеток 5 и 8 может быть выполнено в нескольких вариантах. По одному из них (фиг. 5, 6 и 7) дренажные сетки на мембранах и промежуточных элементах накладывают полностью на свою рамку, а в местах отверстий 9, 10 и 11 в сетке также выполняют отверстия. По всей площади рамки сетку пропитывают и приклеивают резиновым или другим эластичным герметиком, например латексом. Сетка в зоне каналов 12, 13 и 14 не подлежит обязательной пропитке. По описываемому варианту зона пропитки служит одновременно прокладкой между элементами. Высота слоя герметика может превышать толщину сетки в 1-5 раз и выполняться фасонной. По варианту, представленному на фиг. 8, сетку не герметизируют, а крепят к прокладке 16, изготовленной отдельной операцией и по размерам несколько меньшим внутреннего окна рамок (фиг. 8 и 9). Способ крепления ( приварка, приклеивание, пришивание и др.) не имеют существенного значения. По другому варианту сетки мембранного и промежуточного элемента крепят непосредственно к рамкам, а прокладку 16, так же как и по предыдущему варианту, изготавливают и крепят к рамкам отдельными операциями. В качестве полупроницаемых применяют мембраны, имеющие диаметр пор преимущественно 0,01-1,0 мкм (ультрафильтрационные) и изготовленные из гибких материалов, например полимерных. Из отечественных марок могут быть использованы мембраны Владипор УАМ, УПМ и др. Наиболее эффективно предлагаемый аппарат работает в том случае, если он укомплектован мембранами, разделение через которые тонких коллоидных систем осуществляется по принципу образования осадка на поверхности мембран (без значительного закупоривания пор). Мембрану 6 накладывают с обеих сторон рамки мембранного элемента с дренажной сеткой. Укладку ведут по ряду вариантов. По первому из них, показанному на фиг. 5, внешние размеры мембран ограничивают расстоянием между противоположными отверстиями 9, 10 и 11. В этом случае высота слоя 15 или прокладки 16 должна обеспечивать герметичность уплотнения. При осуществлении этого варианта мембрану целесообразно накладывать на мембранные элементы зигзагообразно и непосредственно из рулона, если мембрану поставляют в виде такого рулона. По другому варианту мембрану укладывают на всю площадь рамки и дренажного устройства мембранного элемента по внешнему контуру. В таком случае в мембране прокалывают отверстие, совпадающее с отверстиями 9, 10 и 11 Мембранный аппарат работает следующим образом. Смесь, подлежащая разделению, через отверстия в опорной плите 3 поступает под давлением в коллектор, образуемой отверстиями 9 с мембранных 1 и промежуточных 2 элементах. Разделяясь параллельно на ряд промежуточных элементов 2, смесь по каналам 12 подвода разделяемой смеси проходит вдоль мембран 6 и сеток 8 промежуточных элементов 2. Сетки 8 выполняют таким образом роль турбулизаторов, повышающих эффективность массообмена у поверхности мембран. Проникшая через мембрану фракция смеси (пермеат) проходит вдоль сеток мембранных элементов и отводится через каналы 14 вывода пермеата и коллектор, образуемый отверстиями 11 в мембранных и промежуточных элементах, и далее через отверстия в плитах 3 аппарата. Непроникающая через мембрану фракция через каналы 13 вывода концентратора промежуточных элементов, отверстия 10 мембранных и промежуточных элементов, образующих коллектор вывода концентрата, отводится из аппарата в виде концентрата через отверстия в опорной плите 3. В процессе разделения смеси под давлением сетки 5 мембранного элемента прогибаются до соприкосновения между собой, а поверхности мембраны 6 вследствие своей эластичности в некоторой мере повторяют профиль сетки. Рабочий период мембранного разделения осуществляют либо "в тупик" при отсутствии расхода концентрата и закрытом вентиле сброса, либо с некоторой скоростью разделяемой смеси (0,1-2,0 м/с), позволяющей снизить концентрационную поляризацию. Продолжительность рабочего периода составляет от 5 мин до 24 ч и более в зависимости от концентрации и состава загрязняющих веществ. В процессе рабочего цикла одновременно с разделением веществ, находящихся в растворенном состоянии, на поверхности мембраны накапливается осадок нерастворимых коллоидных веществ. Для его удаления применяют регенерацию мембраны током пермеата (подачей его через мембрану в обратном направлении). С этой целью подачу разделяемой смеси в аппарат прекращают, одновременно включая подачу пермеата через отверстия плит 3, отверстия 11, образующие коллекторы пермеата и каналы 14 вывода пермеата. Процесс промывки осуществляют под давлением, преимущественно на 10-25% превышающим рабочее давление, при этом мембраны 6 прогибаются в обратном направлении, прижимаясь к сеткам 8 промежуточных элементов 2. В период от рабочего периода к равному, который длится в течение нескольких секунд, поверхность мембраны скользит по волокнам сетки 8, закрепляется в статическом положении и повторяет в определенной мере профиль сетки. Скольжение по волокнам сита способствует лучшему удалению осадка под давлением промывки, чем обеспечивается эффективность регенерации. Продолжительность промывки составляет 2-10 с. Полученную промывную смесь в количестве от 0,1 до 10% от исходной направляют либо на ответвление другими методами (например, сепарирование) с возвратом осветленной жидкости в мембранный аппарат, либо непосредственно на вход в аппарат. Возможны и другие варианты. Таким образом, как в период фильтрации, так и в период обрабатываемой промывки аппарат позволяет осуществлять как общий прогиб мембраны, так и гофрирование ее отдельных участков. Вследствие закономерных прогибов нарушается структура осадка, который в составе промывочной жидкости отводится из аппарата, чем и достигается повышение общей производительности аппарата и увеличение ресурса его эксплуатации без замены мембран. 2 4
Формула изобретения
Мембранный аппарат, содержащий набор мембранных элементов, выполненных в виде рамки с каналами отвода пермеата, дренажного устройства и двух мембран по обе стороны, и промежуточных элементов, выполненных в виде рамки с каналами подвода разделяемой смеси и вывода концентрата, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и увеличения его ресурса за счет регенерации мембран обратным током пермеата, дренажное устройство выполнено в виде двух гибких сеток, расположенных по обе стороны рамки, а рамка промежуточного элемента выполнена с двумя гибкими сетками, расположенными по обе стороны рамки.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9
