Мембранный аппарат

 

Изобретение относится к устройствам мембранной технологии, применяемым в химической, пищевой и других отраслях промышленности для разделения и концентрирования смесей. Цель изобретения - упрощение конструкции аппарата и технологии его изготовления. Аппарат содержит набор мембранных и промежуточных элементов, выполненных в виде рамок с прокладками и каналами для протока разделяемой смеси, концентрата и пермеата и дренажными устройствами, заполняющими окна рамок. Прокладки выступают за пределы рамок в сторону окна, образуя пространство, в которое помещено дренажное устройство. 2 ил.

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

Цель изобретения упрощение конструкции аппарата и технологии его изготовления. Эта цель достигается тем, что в мембранном аппарате, содержащем набор мембранных и разделительных элементов, выполненных в виде рамок с прокладками, внутренние размеры которых меньше окна рамок, каналами для протока разделяемой смеси, концентрата и пермеата и дренажными устройствами, вставленными в зазор между прокладками каждого элемента.

Сущность изобретения иллюстрируется фиг. 1, 2 чертежа, на фиг. 1 показан горизонтальный продольный разрез аппарата по отверстиям и каналам ввода исходной смеси и отвода концентрата. На фиг. 2 изображен мембранный элемент, причем в верхнем левом углу показан вид этого элемента без прокладки и мембраны (рамка с дренажным устройством), в центральной части вид элемента без мембраны, а в правой части вид с мембраной (полностью укомплектованный элемент).

Мембранный аппарат содержит набор чередующихся мембранных элементов 1 и промежуточных элементов 2, сжимаемых между двумя опорными плитами 3. Мембранный и промежуточный элементы представляют собой рамки 4, на которые укладываются прокладки 5 так, что внутренние размеры прокладок 5 меньше размеров окна рамки 4. Прокладки 5 каждого элемента образуют между собой пространство (щель), в которую своими краями входит дренажное устройство 6. Плиты 3, мембранные 1 и промежуточные 2 элементы имеют отверстия 7, образующие при сборке аппарата коллекторы 8 исходной смеси, 9 концентрата и 10 - пермеата. Эти отверстия соединяются с рабочими полостями аппарата каналами 11 ввода исходной смеси, 12 вывода концентрата и 13 вывода (ввода) пермеата.

Каналы 11, 12 и 13 выполняют по двум вариантам, что не имеет существенного значения для заявляемого объекта. По первому варианту расположение этих каналов идентично как в мембранных, так и промежуточных элементах, как это показано на фиг. 2. В этом случае рамки 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 симметрично. Также симметричными выполнены и каналы 13 мембранного элемента. В этом случае рамки мембранного и промежуточного элементов по расположению каналов неидентичны; их устанавливают в аппарате без соблюдения указанного для первого варианта правила комплектации аппарата.

Рамки с дренажным устройством мембранного элемента 1 комплектуют с обеих сторон мембранами 14, накладываемыми с обеих сторон поверх прокладок 5, либо по всему внешнему контуру рамки, либо по ее части между противоположными рядами отверстий 7, как это показано на фиг. 2. Рамки 4 изготовляют из прочного материала, способного выдерживать внутреннее давление, например из стали толщиной преимущественно 1 3 мм. Прокладки изготавливают из упругого материала, например, резины, поливинилхлорида, полиэтилена и др. Толщина прокладки должна быть достаточной для компенсации толщиной мембраны, если последняя укладывается между отверстиями 7. Для удобства сборки прокладка может быть герметично скреплена с рамкой, например, склеиванием, привариванием и др. операциями. В качестве полупроницаемых мембран применяют мембраны, например, из полимеров типа Владипор УАМ и УПМ.

В качестве дренажных устройств могут быть использованы гибкие сетки, нити или пластины, имеющие канавки на своей поверхности для протока среды (исходной смеси, концентрата и пермеата). В качестве сетки используют, например, капроновые сита с размером ячейки преимущественно 0,3 3,0 мм. Сетки могут быть уложены в один или несколько слоев и прикреплены к прокладкам, например, прошивкой нитью, точечным приклеиванием, либо непосредственно к рамкам.

Нити, например, из капрона могут быть прикреплены к рамкам, для чего в этих рамках выполняют фигурные крючки, а нити наматывают между этими крючками.

Пластины с канавками из достаточно жесткого материала, например, поливинилхлорида, полистирола и других материалов целесообразно дополнительно не крепить, а только вставлять в щели между прокладками, причем толщина пластины, как правило, не должна превышать толщины рамки.

Аппарат работает следующим образом. Подлежащая разделению смесь через отверстие 8 под давлением поступает в коллектор разделяемой смеси, образуемый отверстиями 7 в мембранных и промежуточных элементах. Разделяясь параллельно на ряд промежуточных элементов 2, смесь через каналы 11 проходит вдоль мембран 14, смывая одновременно дренажные устройства 6 промежуточных элементов 2. Проникшая через мембрану фракция (пермеат) проходит по дренажным устройствам мембранных элементов 1 и через каналы 13 и, далее, по коллектору 10 удаляется из аппарата.

Непроникшая через мембрану фракция (концентрат) отводится из аппарата через каналы 12 и коллектор концентрата 9. В период разделения мембрана 14 прижимается к дренажному устройству мембранного элемента, в некоторой степени повторяя его профиль.

В течение рабочего периода разделения на поверхности мембраны образуется осадок коллоидных веществ. Для его удаления применяют промывку (регенерацию) мембран током пермеата (подачей его через мембрану в обратном направлении). С этой целью подачу разделяемой смеси прекращают, одновременно включая подачу пермеата через те же отверстия и каналы, по которым он отводится. Промывку ведут под давлением преимущественно на 10 25% превышающем рабочее. При этом мембрана прогибается в противоположную сторону, прижимаясь к дренажным устройствам 6 промежуточного элемента 2. В момент перехода от рабочего периода к промывному мембрану скользит по участкам дренажного устройства, что способствует лучшему удалению осадка согласно способу по авт.св. СССР N 1287912, МКИ B 01 D 13/00,1984г. Прошедший при промывке через мембрану пермеат вместе с частицами осадка удаляется из аппарата через каналы 11 или 12 и соответствующие коллекторы.

Конструкция предлагаемого аппарата позволяет избежать трудоемкой и сложной операции герметизации дренажных устройств, находящихся по обе стороны рамки, как это предусмотрено прототипом. Кроме того, она позволяет повысить надежность уплотнений, так как прокладки по предлагаемому объекту изготавливают из монолитного материала, непроницаемого для среды.

Формула изобретения

Мембранный аппарат, содержащий набор чередующихся мембранных и промежуточных элементов с каналами для протока разделяемой смеси, концентрата и пермеата, в котором мембранные и промежуточные элементы выполнены в виде рамок с дренажными устройствами, отличающийся тем, что он снабжен прокладками, выполненными в виде рамок и расположенными по обе стороны мембранных и промежуточных элементов, при этом внутренние размеры прокладок меньше размеров окна рамок мембранных и промежуточных элементов, а дренажные устройства размещены в зазоре между прокладками каждого элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2