СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕМБРАННОГО РУЛОННОГО ЭЛЕМЕНТА Российский патент 1996 года по МПК B01D63/10 

Изобретение относится к мембранной технологии, а именно, к способам изготовления рулонных мембранных элементов со спиральной намоткой, изготовленных с использованием термосварки, предназначенных для разделения жидких сред методами обратного осмоса и ультрафильтрации.

Наиболее распространенным способом изготовления рулонных мембранных элементов является способ, при котором в процессе намотки пакета на пермеатотводящую трубку для герметичного разделения напорной полости и полости сбора пермеата кромки дренажного листа пропитывают специальным клеем.

Существующая технология предусматривает операцию подрезки торцов, т.е. при намотке пакета образуются неровные края, что приводит к уменьшению фильтрующей поверхности и значительному расходу материала мембраны и клея.

В настоящее время появилась информация о том, что при изготовлении рулонного мембранного элемента используют термосварку.

Известен способ изготовления рулонного элемента, заключающийся в том, что между несущими поверхностями мембран прокладывают пермеатоотводящий слой, а сами мембраны сваривают по всему периметру. Пакет мембран наматывают вокруг пермеатотводящей трубки так, что пермеатный канал герметично взаимодействует со слоем из осевых отверстий, чтобы обеспечить герметичное сообщение между пермеатотводящим слоем и пермеатотводящей трубкой.

Однако при термосварке по периметру пакета велика вероятность образования перекосов и, как следствие, заломов и трещин в сварном шве. Существуют различные способы устранения указанных недостатков.

Например, известен способ изготовления мембранного элемента со спиральной намоткой [3] где пакет мембран вместе с временными простановочными элементами сматывают в виде спирали, кромки смотанного пакета временно скрепляют. Пакет постепенно разматывают при одновременном протягивании скрепленных кромок через сварочное приспособление с тем, чтобы сварить пакет внутри (временное крепление затем удаляют).

Однако известный способ имеет следующие недостатки: сварка пакета мембран по периметру, в первую очередь, со стороны рабочих кромок проводится в процессе намотки пакета на пермеатотводящую трубку и ведется с определенным шагом, с нахлестом сварных швов. При этом пакет находится в смотанном состоянии, что требует сложного специального оборудования.

Задачей изобретения является повышение производительности труда за счет снижения трудоемкости изготовления мембранного рулонного элемента методом термосварки с сохранением качества сварного шва.

Поставленная задача достигается за счет того, что в известном способе, включающем сборку в пакет двух мембран и размещенной между ними дренажной сетки, выполняющей роль пермеатотводящего канала, термосварку по периметру пакета, герметичное присоединение пакета к пермеатотводящей трубке с обеспечением сообщения ее внутренней поверхности с пермеатотводящим каналом и последующую спиральную намотку пакета мембран вокруг пермеатотводящей трубки с размещением между витками турбулизатора, согласно изобретения, по периметру сварной шов покрывают полимерной пленкой, по всему пакету параллельно его рабочим сторонам с шагом 100 450 мм выполняют вспомогательные швы, пакет мембран пропитывают жидкостью и во внутренней полости пермеатотводящего канала создают вакуум ниже 750 мм рт.ст.

При этом ширина сварных швов по периметру составляет 5 10 мм, а вспомогательных 2 3 мм, а ширина полимерной пленки на 2 5 мм превышает ширину сварного шва.

Для повышения эффективности процесса изготовления рулонного мембранного элемента термосварка ведется по периметру плоского пакета, а перед намоткой пакета на пермеатотводящую трубку выполняют вспомогательные швы и создают вакуум в пермеатотводящем канале.

Сопоставительный анализ предложенного решения с известным показывает, что предложенный способ отличается тем, что по периметру пакета сварной шов покрывают полимерной пленкой, по всему пакету параллельно рабочим кромкам с шагом 100 450 мм выполняют вспомогательные швы, пакет мембран пропитывают жидкость и во внутренней полости пермеатотводящего канала создают вакуум ниже 750 мм рт.ст.

В предлагаемом способе термосварка основных и вспомогательных швов выполнена на плоском пакете с последующим вакуумированием с целью удаления воздуха между элементами пакета. В этом случае все элементы пакета очень плотно прилегают друг к другу, образуя "единое целое", и при последующей намотке пакета на пермеатотводящую трубку не происходит образование поперечных складок. При этом, чем больше вакуум, тем плотнее прилегание составляющих пакета друг к другу. Однако слишком большое разряжение нецелесообразно, т.к. требует специального оборудования, увеличивается время процесса, следовательно, снижается производительность.

Экспериментально определено, что оптимальным является создание вакуума ниже 750 мм рт.ст.

При намотке рулонных пакетов мембран большой ширины, даже с предварительным вакуумированием, могут образовываться поперечные складки. В этом случае перед намоткой по всему пакету мембран параллельно рабочим сторонам выполняют вспомогательные швы, основное назначение которых - предотвращение смещения элементов пакета относительно друг друга при намотке и обеспечение механической прочности пакета.

При увеличении шага вспомогательных швов увеличивается вероятность образования поперечных складок при намотке пакета на пермеатотводящую трубку за счет механического сдвига мембранных элементов при намотке. С уменьшением шага вспомогательных швов уменьшается возможность образования поперечных складок при намотке, но повышается вероятность образования сквозных отверстий, что приводит к снижению качества самого пакета.

Экспериментально определено, что оптимальным значением шага вспомогательных швов является 100 450 мм.

Ширина вспомогательного сварного шва выбирается из условий обеспечения плотного прилегания элементов пакета друг к другу и предотвращения их смещения при последующей намотке. С увеличением ширины вспомогательного сварного шва вероятность смещения уменьшается, но уменьшается фильтрующая поверхность, с уменьшением ширины сварного шва фильтрующая поверхность увеличивается, но возникают определенные технологические проблемы при сварке, поскольку при уменьшении ширины сварного шва повышается вероятность смещения электродов относительно друг друга, что может привести к непровариванию пакета и может вызвать механические повреждения пакета (прорыв и т.п.).

Экспериментально определено, что оптимальным значением ширины вспомогательного сварного шва является 2 3 мм.

При проведении процессов разделения жидких сред с использованием рулонных мембранных элементов поток жидкости подается в торец мембранного фильтрующего элемента, т. е. зона сварного шва постоянно находится под воздействием движущегося потока жидкости, скорость которого может колебаться от 0,1 до 2 3 м/с.

Под воздействием гидравлического удара может происходить расслоение сварного шва, нарушение целостности мембраны в зоне перехода от сварного шва к фильтрующей поверхности (граничная зона), что приводит к разгерметизации фильтрующего элемента и его преждевременному выходу из строя.

Для обеспечения механической прочности фильтрующего элемента после сварки по периметру пакета зону сварного шва покрывают пленкой, например, путем нанесения клея, причем, с целью защиты от повреждений граничной зоны, ширина полимерной пленки превышает ширину сварного шва. Увеличение ширины полимерной пленки приводит к уменьшению фильтрующей поверхности, уменьшение ширины полимерной пленки увеличивает вероятность образования трещин в граничной зоне, что может привести к разгерметизации пакета.

Экспериментально определено, что оптимальным является превышение ширины пленки по отношению к ширине сварного шва на 2 5 мм.

Предлагаемое техническое решение будет понятно из следующего примера и прилагаемых к нему чертежей.

На фиг. 1 изображен сваренный пакет мембран с дренажной сеткой.

На фиг. 2 изображен процесс намотки пакета мембран на пермеатотводящую трубку.

На фиг. 3 изображен рулонный мембранный элемент в сборе.

На рисунках и в тексте приняты следующие обозначения:
1 мембрана;
2 мембрана;
3 стыковочные отверстия;
4 дренажная сетка;
5 турбулизатор;
6 сварной шов по периметру пакета мембран;
7 вспомогательный сварной шов;
8 защитная полимерная пленка;
9 пермеатотводящая трубка.

Мембранный фильтрующий элемент собирают из двух мембран 1 и 2 (материал
ультрафильтрационная ацетатцеллюлозная мембрана УАМ-100 ТУ 6-05-221-339-79) и дренажной сетки (материал ткань трикотажное полотно, основа вязаная, для дренажа ТУ 17-09-168-85) в пакет (400 х 500 мм) таким образом, что дренажная сетка 3 располагается между несущими поверхностями первой и второй мембраны. При этом одна из мембран имеет стыковочные отверстия 3 для присоединения к пермеатотводящей трубке 9.

Сложенный пакет сваривают по периметру при помощи сварочного агрегата, содержащего прижимные каретки с нагревательными элементами (10 х 530 мм), пневматический узел и блок управления с реле времени.

Режим сварки: сила тока 33 А, время нагрева 20 с, удельная сила сжатия 5 кг/см², время выдержки 50 с.

Ширина полученного сварного шва по периметру фильтрующего элемента (6) составляет 10 мм.

Вспомогательные сварные швы выполняют на сварочном аппарате с шириной нагревательных элементов 3 мм. Так как ширина пакета составляет 400 мм, то выполняют один вспомогательный шок 7.

Режим сварки: сила тока 15А, время нагревания 10 с.

Затем на поверхность сварного шва по периметру 6 наносят защитную полимерную пленку 8 из эпоксидного клея в соотношении смола: отвердитель, как 5: 1 (Эпоксидная смола марки ЭД-20, ГОСТ 10-587-84. Отвердитель марки УП-583 ТУ 6-05-241-331-84).

Ширина полимерной пленки 12 мм. Время отверждения 4 часа при комнатной температуре.

Сваренный пакет стыкуют с пермеатотводящей трубкой 9 путем совмещения стыковочных отверстий 3 на мембране 2 и пермеатотводящей трубке 9. Место стыковки герметизируют при помощи эпоксидного клея в соотношении смола: отвердитель, как 5:1 (эпоксидная смола марки ЭД-20 ГОСТ 10-587-84, отвердитель УП-583 ТУ 6-05-241-331-84). Время отверждения 4 часа при комнатной температуре.

Пермеатотводящую трубку 9 с герметично присоединенным к ней пакетом мембран устанавливают на намоточный станок. Пакет смачивают водой и через пермеатотводящую трубку 9 во внутренней полости пермеатотводящего канала создают вакуум 750 мм рт.ст. Время "натекания" вакуума 120 с.

Затем на пакет мембран помещают турбулизирующую сетку 5 (материал ткань капроновая для сит 8 ПЧ 300 ТУ 17-62-1038-82) и проводят намотку рулона (см. фиг. 2). После намотки рулона его поверхность обматывают склеивающей лентой ЛТ-19 ТУ 6-17-626-79 и отключают вакуум (см.таблицу 1).

Способ изготовления рулонного мембранного элемента включает сборку в пакет двух мембран и размещенной между ними дренажной сетки, выполняющей роль пермеатотводящего канала, термосварку по периметру пакета, герметичное присоединение пакета мембран к пермеатотводящей трубке с обеспечением сообщения ее внутренней полости с пермеатотводящим каналом и последующую намотку пакета мембран вокруг пермеатотводящей трубки с размещение между витками турбулизатора. Сварной шов по периметру покрывают полимерной пленкой, по всему пакету мембран параллельно рабочим сторонам пакета с шагом 100 - 450 мм выполняют вспомогательные сварные швы, пакет мембран пропитывают жидкостью и во внутренней полости пермеатотводящего канала создают вакуум ниже 750 мм рт. ст. При этом ширина сварных швов по периметру составляет 5 - 10 мм, вспомогательных - 2 - 3 мм, а ширина полимерной пленки на 2 - 5 мм превышает ширину сварного шва по периметру пакета. 2 з.п.ф-лы. 3 ил., 1 табл.

1. Способ изготовления рулонного мембранного элемента, включающий сборку в пакет двух мембран и размещенной между ними дренажной сетки, выполняющей роль пермеатотводящего канала, термосварку по периметру пакета, герметичное присоединение пакета мембран к пермеатотводящей трубке с обеспечением сообщения ее внутренней полости с пермеатотводящим каналом и последующую спиральную намотку пакета мембран вокруг пермеатотводящей трубки с размещением между витками турбулизатора, отличающийся тем, что сварной шов по периметру покрывают полимерной пленкой, по всему пакету мембран параллельно его рабочим сторонам с шагом 100 450 мм выполняют вспомогательные сварные швы, пакет мембран пропитывают жидкостью и во внутренней полости пермеатотводящего канала создают вакуум ниже 750 мм рт. ст. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ширина сварных швов по периметру составляет 5 10 мм, а вспомогательных швов 2 3 мм. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что ширина полимерной пленки на 2 5 мм превышает ширину сварного шва по периметру пакета.