Аппарат для мембранного концентрирования

 

Изобретение относится к области концентрирования растворов методом ультрафильтрации. К концу трубчатой мембраны крепится устройство, представляющее собой втулку с двумя кольцевыми щелями, с внешней стороны которой присоединен кожух. Внутри втулки между щелями находится подвижный конус, способный перемещаться в осевом направлении на всю длину мембраны, на образующей конуса имеются каналы, расположенные под углом к его оси, а на основании находится "ерш". Технический результат - интенсификация процесса. 3 ил.

Изобретение относится к области концентрирования растворов методом ультрафильтрации, обратного осмоса и может быть использовано в пищевой, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Известен трубчатый мембранный аппарат с внутренним селективным слоем [1] . Недостатком этой конструкции является накопление растворенных веществ у поверхности мембраны, что ведет к увеличению сопротивления и уменьшению движущей силы процесса, а следовательно, и производительности.

Известен аппарат трубчатого типа, содержащий винтовые лопасти из эластичного материала, соприкасающиеся с поверхностью мембраны и вращающиеся под действием потока жидкости [2]. При вращении лопастей осуществляется очистка мембраны. Недостатком конструкции является недостаточно эффективная очистка за счет того, что ограничена поверхность контакта лопастей с мембраной.

Целью изобретения является интенсификация процесса концентрирования. Для реализации указанной цели было предложено устройство, которое присоединяется к трубчатой мембране. Оно включает в себя втулку с двумя кольцевыми щелями, с внешней стороны которой присоединен кожух, внутри втулки между щелями находится подвижный конус, способный перемещаться в осевом направлении на всю длину мембраны, на образующей конуса имеются каналы, расположенные под углом к его оси, а на основании находится "ерш".

На фиг. 1 - 3 представлено предлагаемое устройство.

Устройство состоит из кожуха 1 со штуцером 2 для отвода продукта. Внутри кожуха находится втулка 3, имеющая две кольцевые щели 4 и 5. Внутри втулки находится конус 6. К торцу конуса крепится "ерш" 7 из полимерного материала. Для стабилизации своего положения в потоке конус выполнен с каналами 8, расположенными под углом к оси конуса. Положение конуса внутри втулки регулируется с помощью гайки 9. Устройство присоединяется к трубчатой мембране 10.

Устройство работает следующим образом.

Исходный раствор под давлением подается по трубчатой мембране 10. Происходит мембранная фильтрация. При этом на внутренней поверхности мембраны образуется слой с повышенным содержанием растворенных веществ (явление концентрационной поляризации). Поток и слой устремляются во втулку 3, в которой выполнены две кольцевые щели 4, 5. В первую из них по ходу движения поступает слой с повышенным содержанием растворенных веществ. В области щели 4 образуется давление больше, чем в сечении, где расположена щель 5. Это осуществляется за счет перемещения конуса 6 с помощью гайки 9. Положение конуса устанавливается таким образом, чтобы создать требуемое давление. Величина общего давления, создаваемого в кожухе 1 будет меньше, чем в сечении щели 4, но больше, чем в сечении щели 5. А в целом давление в кожухе будет избыточным по отношению к атмосферному. Таким образом слой концентрата с внутренней поверхности втулки 3 за счет разности давлений в сечении 4 и кожухе 1 будет засасываться в кожух, а оттуда через штуцер 2 удаляться. Остальная часть потока будет проходить между образующей конуса и втулки 3, далее сквозь "ерш" 7 и отводиться через гайку 9.

Конус 6 выполнен из достаточно легкого материала, поэтому он плавает в потоке продукта. Стабильное положение конуса осуществляется за счет его вращения с помощью имеющихся каналов 8.

Через некоторый интервал времени на мембране вследствие концентрационной поляризации образуется устойчивый неподвижный слой с повышенным содержанием растворенных веществ, который в дальнейшем может преобразоваться в слой геля. По мнению авторов [3], в нем может быть сосредоточено достаточно большое гидравлическое сопротивление. Это снижает движущую силу процесса, а следовательно, и производительность. Для очистки мембраны изменяют направление движения потока. При этом конус 6 начинает перемещаться из правого положения в левое, счищая "ершом" 7 слой с поверхности мембраны. После прохода конуса 6 вдоль мембраны 10 направление движения потока вновь изменяется и он возвращается в исходное положение. При необходимости операцию повторяют до тех пор, пока не будет достигнута необходимая степень очистки мембраны.

Использование данной конструкции позволит интенсифицировать процесс концентрирования. Это осуществляется за счет отвода поверхностного слоя концентрата и его использования в качестве исходного раствора для последующего концентрирования. Кроме того, для поддержания высокой производительности по фильтрату производится регулярная очистка мембраны от накопившихся на ее поверхности веществ.

Литература 1. Дитнерский Ю.И. Баромембранные процессы. Теория и расчет. - М.: Химия, 1986, 272 с.

2. Заявка Японии N 58-18124, кл. B 01 D 13/00, 1983.

3. Старов В.М., Филиппов А.Н., Лялин В.А., Усанов И.В. Формирование гель-слоев на поверхности ультрафильтрационных мембран (теория и эксперимент). Химия и технология воды,1990, N 4, с. 300-305.

Формула изобретения

Аппарат для мембранного концентрирования, включающий трубчатую мембрану с внутренним селективным слоем, отличающийся тем, что к концу трубчатой мембраны присоединяется втулка с двумя кольцевыми щелями, с внешней стороны которой присоединен кожух, внутри втулки между щелями находится подвижный конус, способный перемещаться в осевом направлении на всю длину мембраны, на образующей конуса имеются каналы, расположенные под углом к его оси, а на основании находится "ерш".

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3