МЕМБРАННЫЙ ФИЛЬТРУЮЩИЙ МОДУЛЬ Российский патент 1995 года по МПК B01D63/08 

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

Известен мембранный фильтрующий модуль (см. заявку ФРГ N 2945317, кл. С 02 F 1/44, 1981), содержащий пакет мембранных элементов, каждый из которых состоит из двух плоских полупроницаемых мембран и размещенного между ними дренажного слоя, герметизированных по периметру, разделительные пластины с продольными ребрами и опорными выступами в зоне фильтратотводящих каналов с размещенными на них уплотнительными прокладками из эластичного материала, нижнюю и верхнюю опорные плиты, соединенные по оси каналов стяжками.

Недостатком этого устройства является наличие застойных зон в зоне фильтратотводящих каналов мембранного элемента, создание в нем высокого гидравлического сопротивления, что снижает эффективность работы модуля.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является мембранный фильтрующий модуль, содержащий пакет мембранных элементов, каждый из которых состоит из двух плоских полупроницаемых мембран и размещенного между ними дренажного слоя, герметизированных по периметру, разделительные пластины с продольными ребрами и опорными выступами в зоне фильтратотводящих каналов с размещенными на них уплотнительными прокладками из эластичного материала, нижнюю и верхнюю опорные плиты, соединенные по оси каналов полыми стяжками.

Однако такая конструкция недостаточно эффективна, так как разделительная пластина не обеспечивает равномерного распределения жидкости, способствует образованию застойных зон, снижается площадь фильтрующей поверхности, а в мембранном элементе создается высокое гидравлическое сопротивление жидкости при входе ее в фильтратотводящие каналы.

Цель изобретения повышение эффективности модуля за счет увеличения фильтрующей поверхности, устранения застойных зон, снижения гидравлического сопротивления.

Это достигается тем, что продольные ребра разделительной пластины в зоне фильтратотводящих каналов выполнены с закруглением, обеспечивающим одинаковую ширину между продольными ребрами, при этом опорные выступы выполнены цилиндрическими коаксиально фильтратотводящим каналам, а каждый мембранный элемент снабжен прокладкой, расположенной между полупроницаемой мембраной и дренажным слоем аксиально опорным выступам, причем прокладка выполнена диаметром равным 0,8-1,2 диаметра опорного выступа.

Процесс микроультрафильтрации проводится в режиме "cross-lloy", т.е. при наличии тангенциального потока над поверхностью мембраны. За счет разности давлений часть потока фильтрат поступает внутрь мембранного элемента, по дренажному слою и далее через фильтратотводящие трубки в сборник фильтрата, а концентрат выводится из модуля.

Выполнение продольных ребер на разделительной пластине в зоне фильтратотводящих каналов с закруглением, обеспечивающим одинаковую ширину между продольными ребрами, и выполнение опорных выступов цилиндрическими коаксиально фильтратотводящим каналам позволяет равномерно распределить исходную жидкость по всей поверхности пластины, при этом скорость движения жидкости на ней сохраняется постоянной.

Прокладка мембранного элемента, расположенная между полупроницаемой мембраной и дренажным слоем аксиально опорным выступам, позволяет снизить гидравлическое сопротивление по потоку пермеата внутри фильтрующего элемента, что повышает производительность модуля. Экспериментально установлено, что наиболее целесообразно прокладку выполнять диаметром равным 0,8-1,2 диаметра опорного выступа. При уменьшении диаметра прокладки менее 0,8 диаметра опорного выступа происходит ее деформация и гидравлическое сопротивление при этом увеличивается, снижается разность давлений на мембране, что ведет к снижению производительности устройства. Установлено также, что увеличение диаметра более 1,2 диаметра опорного выступа, не приводит к заметному снижению гидравлического сопротивления, а ведет к излишнему расходу материала.

На фиг. 1 изображен мембранный модуль, общий вид; на фиг. 2 разделительная пластина, вид сбоку, продольное сечение; на фиг. 3 мембранный элемент, продольный разрез.

Модуль состоит (фиг. 1) из нижней и верхней опорных плит 1, в которых выполнены отверстия для отвода фильтрата. Между ними размещен набор мембранных элементов 2 и разделительных пластин 3. Разделительная пластина 3 (см. фиг. 2) в зоне фильтратотводящих каналов имеет продольные ребра 4 и опорные выступы 5. Каждый мембранный элемент (см. фиг. 3) состоит из двух плоских полупроницаемых мембран 6 и размещенного между ними дренажного слоя 7. В дренажном слое и полупроницаемых мембранах выполнены отверстия для отвода фильтрата из внутренней части мембранного элемента. Между мембраной 6 и дренажным слоем 7 установлена прокладка 8, которая повторяет форму опорных выступов 5. Сжатие пакета между опорными плитами 1 осуществляют по оси каналов с помощью полых стяжек 9.

Мембранный фильтрующий модуль работает следующим образом.

Сточные воды с содержанием полимера (латекса) до 0,8% подают в ультрафильтрационный аппарат, где установлены мембранные модули. Сточные воды параллельными потоками поступают в каналы, образуемые мембранными элементами 2 и разделительной пластиной 3. Конструкция разделительной пластины 3 позволяет обеспечить равномерное распределение жидкости в каналах. Жидкость, двигаясь над поверхностью мембраны, под действием давления, создаваемого в аппарате, разделяется. Фильтрат, полученный после разделения на мембране 6 (например, УПМ-20 ТУ 655-221-1011-88) по дренажному слою (например, капроновое сито ТУ-036-62-110-86) направляется к отверстию для вывода фильтрата из внутренней части мембранного элемента. Прокладка, выполненная из того же материала, что и дренажный слой, способствует сохранению постоянного живого сечения на выходе из мембранного элемента. Фильтрат из каждого мембранного элемента поступает в полую стяжку, по которой он выводится из мембранного модуля. Скорость фильтрации определяется ротаметром РМФО4Ж УЗ ГОСТ 13045-81, установленным на линии вывода фильтрата из модуля.

Применение разделительных пластин с продольными ребрами, выполненными с закруглением, обеспечивающим одинаковую ширину между продольными ребрами и опорными ребрами, выполненными цилиндрическими коаксиально фильтратотводящим каналам, позволяет устранить застойные зоны, увеличить фильтрующую поверхность, что обеспечивает равномерное распределение жидкости по всей фильтрующей поверхности. Кроме того, прокладка из материала дренажного слоя снижает гидравлическое сопротивление мембранного элемента. Таким образом, использование изобретения позволит существенно увеличить производительность мембранного модуля, тем самым повысить эффективность его работы.

Сущность изобретения: мембранный фильтрующий модуль содержит пакет мембранных элементов, каждый из которых состоит из двух плоских полупроницаемых мембран и размещенного между ними дренажного слоя, герметизированных по периметру, разделительные пластины с продольными ребрами и опорными выступами в зоне фильтратоотводящих каналов с размещенными на них уплотнительными прокладками из эластичного материала, нижнюю и верхнюю опорные плиты, соединенные по оси каналов полыми стяжками, при этом продольные ребра разделительной пластины в зоне фильтратоотводящих каналов выполнены с закруглением, обеспечивающим одинаковую ширину между продольными ребрами, а опорные выступы выполнены цилиндрическими коаксиально фильтратоотводящим каналам. Каждый мембранный элемент снабжен прокладкой, расположенной между полупроницаемой мембраной и дренажным слоем аксиально опорным выступам, причем она выполнена диаметром, равным 0,8-1,2 диаметра опорного выступа. 1 з.п. ф-лы. 3 ил.

1. МЕМБРАННЫЙ ФИЛЬТРУЮЩИЙ МОДУЛЬ, содержащий набор мембранных элементов, каждый из которых состоит из двух плоских полупроницаемых мембран и размещенного между ними дренажного слоя, герметизированных по периметру, разделительные пластины с продольными ребрами и опорными выступами в зоне фильтратотводящих каналов с размещенными на них уплотнительными прокладками из эластичного материала, нижнюю и верхнюю опорные плиты, соединенные по оси каналов полыми стяжками, отличающийся тем, что продольные ребра разделительной пластины выполнены с закруглением и расположены на одинаковом расстоянии одна от другой в зоне фильтратотводящих каналов, при этом опорные выступы выполнены цилиндрическими коаксиально фильтратотводящим каналам, а каждый мембранный элемент снабжен прокладкой, расположенной между полупроницаемой мембраной и дренажным слоем в зоне фильтратотводящих каналов и повторяющей форму опорных выступов. 2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что дополнительная прокладка выполнена диаметром, равным 0,8 1,2 диаметра опорного выступа.