МЕМБРАННЫЙ МОДУЛЬ Российский патент 1994 года по МПК B01D63/08 

Изобретение относится к области мембранной техники и может быть использовано для концентрирования или очистки растворов методами ультрафильтрации и обратного осмоса.

Известен мембранный модуль (авт. св. N 899063, кл. В 01 D 13/00, 1980), содержащий несущие фланцы с размещенными между ними набором чередующихся фильтрующих элементов, разделительных пластин с продольными ребрами и опорным выступом, отверстия для вывода фильтрата и стягивающие элементы, расположенные по продольной оси модуля и выполненные цилиндрической формой. Недостаток известного устройства заключается в том, что оно не обеспечивает высокую производительность процесса.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является мембранный модуль (модули мембранные плоскопараллельные фильтрующие. ТУ 6-05-221-784-84 Утв. 2.12.1986 г. , Владимир, НПО "Полимерсинтез"), содержащий несущие фланцы с размещенными между ними набором чередующихся фильтрующих элементов, разделительных пластин с продольными ребрами и опорным выступом, отверстия для вывода фильтрата, расположенные по продольной оси модуля, и стягивающие элементы. Отверстия для вывода фильтрата и под стягивающие элементы совмещены. Стягивающие элементы в поперечном сечении выполнены цилиндрической формы.

Недостатком известной конструкции является высокое гидравлическое сопротивление по линии фильтрата в зоне фильтроотводящих отверстий вследствие невысокой суммарной площади отверстий для вывода фильтрата, а также уменьшение площади фильтрации из-за значительной ширины опорного выступа, что приводит к снижению производительности мембранного модуля.

Целью изобретения является повышение производительности модуля за счет снижения гидравлического сопротивления в линии фильтрата.

Поставленная цель достигается тем, что в мембранном модуле содеpжатся несущие фланцы с размещенным между ними набором чередующихся фильтрующих элементов, разделительных пластин с продольными ребрами и опорным выступом, отверстия для вывода фильтрата, расположенные по продольной оси модуля и стягивающие элементы. Согласно изобретению, отверстия для вывода фильтрата и под стягивающие элементы выполнены в виде щелей, суммарная площадь которых составляет 8-10% от площади опорного выступа разделительной пластины, а стягивающие элементы в поперечном сечении выполнены прямоугольной формы. При этом ширина щели составляет 0,4-0,6 от ширины опорного выступа, а расстояние между щелями равно 0,8-1,2 от длины отверстия.

Сопоставительный анализ данного решения с прототипом показывает, что устройство отличается от известного тем, что отверстия для вывода фильтрата и под стягивающие элементы выполнены в виде щелей, суммарная площадь которых составляет 8-10% от площади опорного выступа разделительной пластины, а стягивающие элементы в поперечном сечении выполнены прямоугольной формы.

При уменьшении суммарной площади щелей от площади опорного выступа происходит увеличение гидравлического сопротивления в зоне фильтроотводящих отверстий. Это связано с тем, что фильтруемая жидкость, проходя через полимерную мембрану и попадая внутрь фильтрующего элемента, по дренажному слою, расположенному между двумя слоями полимерной мембраны, направляется к фильтроотводящим отверстиям, при этом по мере продвижения отфильтрованной жидкости к фильтроотводящим отверстиям ее линейная скорость движения возрастает и соответственно увеличивается скоростной напор. В зоне отверстий возникает повышенное сопротивление движению фильтрата и, следовательно, производительность модуля снижается из-за уменьшения перепада давления на мембране. Увеличение суммарной площади щелей ведет к снижению надежности мембранного модуля ввиду его разгерметизации из-за возможного нарушения целостности фильтрующего элемента в месте щелей. Это связано с тем, что увеличение площади щелей связано с увеличением геометрических размеров самих щелей, которые не могут увеличиваться неограниченно. Экспериментально установлено, что суммарная площадь щелей составляет 8-10% от площади опорного выступа разделительной пластины.

При выполнении ширины щелей менее 0,4 от ширины опорного выступа происходит увеличение гидравлического сопротивления в фильтроотводящих отверстиях. Это происходит вследствие уменьшения площади поперечного сечения щели, в результате чего увеличивается скорость течения фильтрата. Выполнение ширины щели более 0,6 от ширины опорного выступа приводит к уменьшению поверхности опорного выступа в зоне отверстий. При этом возникает возможность разгерметизации модуля вследствие сложности уплотнения фильтрующего элемента и разделительной пластины в зоне отверстий, что в итоге снижает его надежность. Экспериментально установлено, что ширина щели составляет 0,4-0,6 от ширины опорного выступа. Уменьшение расстояния между щелями менее 0,8 от длины отверстия приводит к потере жесткости фильтрующего элемента в зоне отверстий для вывода фильтрата, при которой возможна разгерметизация модуля в месте уплотнения фильтрующего элемента и разделительной пластины, т. е. снижению надежности модуля в целом. При увеличении расстояний между щелями более 1,2 от длины отверстия происходит увеличение гидравлического сопротивления. Это происходит вследствие уменьшения размеров щелей и появляется эффект, аналогичный описанному. Экспериментально установлено, что расстояние между щелями равно 0,8-1,2 от длины отверстий.

На фиг. 1 изображен мембранный модуль, общий вид; на фиг. 2 - изображена разделительная пластина, вид сверху, продольное сечение; на фиг. 3 - изображен фильтрующий элемент; на фиг. 4 - изображено распределение потоков в мембранном модуле.

Мембранный модуль (фиг. 1) состоит из несущих фланцев 1, между которыми размещен набор чередующихся фильтрующих элементов 2 и разделительных пластин 3, соединенных стягивающими элементами 4, в поперечном сечении выполненные прямоугольной формы. Вдоль всего набора выполнены отверстия для вывода фильтрата 5, На разделительной пластине 3 (фиг. 2) выполнены продольные ребра 6 и опорный выступ 7, вдоль которого расположены отверстия под стягивающие элементы 8 и для вывода фильтрата 5, выполненные в виде щелей, суммарная площадь которых составляет 8-10% от площади опорного выступа. Ширина щели составляет 0,4-0,6 от ширины опорного выступа, а расстояние между щелями равно 0,8-1,2 от длины отверстия.

Мембранный модуль работает следующим образом.

Сточные воды, содержащие жиры или нефтепродукты, центробежным насосом подают в аппарат, в котором установлены плоскопараллельные модули. Далее они поступают в каналы (фиг. 3), образуемые фильтрующими элементами 2 и разделительными пластинами 3. Гидродинамический режим в этом канале определяется прежде всего его высотой, что достигается с помощью продольных ребер 6, выполненных на поверхности разделительной пластины 3. Жидкость, двигаясь по этим каналам с определенной скоростью и под давлением, создаваемым центробежным насосом, разделяется на мембране 9 фильтрующего элемента 2 (фиг. 4). Часть жидкости - фильтрат направляется внутрь фильтрующего элемента 2, где она по дренажному материалу 10 направляется через фильтроотводящие отверстия 5 и выводится из модуля. Другая часть потока постоянно циркулирует через мембранный модуль до достижения необходимой степени концентрирования.

Выполнение отверстий для вывода фильтрата и под стягивающие элементы в виде щелей (суммарная площадь отверстий под стягивающие элементы составляет 8-10% от площади опорного выступа разделительной пластины, а стягивающие элементы в поперечном сечении выполнены прямоугольной формы) по сравнению с известной конструкцией мембранного модуля позволяет снизить гидравлическое сопротивление и таким образом повысить производительность мембранного модуля на 8-12% . (56) Модули мембранные плоскопараллельные фильтрующие. ТУ 6-05-221-784-84. Владимир, НПО "Полимерсинтез", 1986.

Использование: для концентрирования или очистки растворов методами ультрафильтрации и обратного осмоса. Сущность изобретения: мембранный модуль содержит несущие фланцы с размещенным между ними набором чередующихся фильтрующих элементов, разделительных пластин с продольными ребрами и опорным выступом, отверстия для вывода фильтрата, расположенные по продольной оси модуля, выполнены в виде щелей, суммарная площадь которых составляет 8-10% от площади опорного выступа разделительной пластины, а стягивающие элементы в поперечном сечении выполнены прямоугольной формы. При этом ширина щели составляет 0,4-0,6 от ширины опорного выступа, а расстояние между щелями равно 0,8-1,2 от длины отверстия. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. МЕМБРАННЫЙ МОДУЛЬ , содеpжащий несущие фланцы с pазмещенным между ними набоpом чеpедующихся фильтpующих элементов и pазделительных пластин с пpодольными pебpами и опоpным выступом, отвеpстия для вывода фильтpата, pасположенные по пpодольной оси модуля, и стягивающие элементы, отличающийся тем, что отвеpстия для вывода фильтpата и под стягивающие элементы выполнены в виде щелей, суммаpная площадь котоpых составляет 8 - 10% площади опоpного выступа pазделительной пластины, а стягивающие элементы в попеpечном сечении выполнены пpямоугольной фоpмы. 2. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что шиpина щели составляет 0,4 - 0,6 шиpины опоpного выступа, а pасстояние между щелями pавно 0,8 - 1,2 длины отвеpстия.