МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1997 года по МПК B01D63/06 

Мембранный аппарат предназначен для микро- и ультрафильтрации и концентрирования жидких сред и может использоваться в медико-биологической, химико-фармацевтической и пищевой промышленности.

Известно устройство для фиксации и уплотнения мембран по краям переточных отверстий на дренажных пластинах плоских мембранных элементов (Авт. св. СССР N 1393444,кл. B 01 D 63/06, 1988). Это устройство содержит два кольца с буртиками, одно из которых снабжено центральным кольцевым выступом, и узел сжатия колец друг с другом. Узел сжатия выполнен в виде дополнительного кольца с резьбами на внутренней и внешней боковых поверхностях. Устройство повышает надежность работы мембранных элементов. Недостатки устройств сложность и дороговизна.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является ультрафильтр по патенту США N 4801381,кл. B 01 D 13/00, 1989.

Ультрафильтр содержит полупроницаемые мембраны и дренажные пластины. Каждая пластина имеет две поверхности, на которые опираются мембраны и два сквозных отверстия, выполненные по краям. Пластины сложены в пакет так, что совмещаемые при этом отверстия образуют два канала. В пластинах выполнены параллельные каналы одинаковой длины для исходной жидкости и отделяемые от них мембранами каналы для пермеата. В обоих отверстиях каждой пластины установлены обеспечивающие герметичность проходов кольца, имеющие отверстия в блоках поверхностях, и направляющие поток жидкости к каналам для пермеата.

В пакете на определенном расстоянии расположены приспособления для ослабления турбулентности. При этом пакет разделен на несколько модулей с параллельным односторонним движением потока по мембранам в каждой из них и последовательным течением жидкости между модулями.

В прототипе уплотнение мембран и герметичность проходов обеспечиваются не для всех типов мембран. В частности при исследовании трековых мембран, изготовленных из тонкой полимерной пленки (полиэтилентерефталат, поликарбонат, полипропилен) толщиной 5 15 мкм, возникают два требования, противоречащих друг другу. С одной стороны, уплотняющие кольца должны быть выполнены из очень пластичного материала, чтобы обеспечить при сжатии надежную герметизацию тонких полимерных пленок. С другой стороны, кольцо из пластичного материала при сжатии теряет форму и нарушается целостность отверстия для перетока в его боковой стенке. Таким образом, остается не решенной задача обеспечения герметичности мембранного аппарата при использовании перспективных трековых мембран из тонкой полимерной пленки.

В устройстве эта задача решается тем, что мембранный аппарат, как и прототип, содержит мембраны и дренажные пластины, собранные в пакет. Каждая пластина на поверхности имеет прорези, образующие каналы, соединенные со сквозными отверстиями, образующими при сборке в пакет каналы для исходной жидкости, концентрата и пермеата. В отверстиях установлены уплотняющие кольца с отверстием на цилиндрической поверхности для перетока жидкости в каналы дренажных пластин. В отличие от прототипа дренажные пластины выполнены из материала, предел текучести которого меньше, чем предел текучести материала мембраны, а кольца выполнены из материала, предел текучести которого выше, чем у дренажных пластин, причем торцевые поверхности колец покрыты слоем материала, из которого изготовлены дренажные пластины.

На фиг. 1 представлен общий вид мембранного аппарата.

На фиг. 2 -изображена дренажная пластина, а на фиг. 3 кольцо для перетока жидкости.

Мембранный аппарат (фиг. 1) содержит полупроницаемые мембраны 1 и дренажные пластины 2, собранные в пакет.

Герметизация мембранного аппарата осуществляется с помощью опорных плит 3 и 4, стянутых шпильками 5. На верхней опорной плите имеются штуцера для подвода исходной жидкости 6, отвода концентрата 7 и пермеата 8.

Дренажные пластины (фиг. 2), изготовленные из эластичного материала, имеют четыре отверстия 9, 10, 11, 12, в двух из которых 10 и 12 установлены кольца 13, 14, обеспечивающие уплотнение мембран и направляющие поток жидкости из входного отверстия 12 к каналам 15 в дренажной пластине и далее выходному отверстию 10.

Кольца для перетока жидкости 13, 14 (изображенные на фиг. 3), имеют отверстие 16 в образующей цилиндра 17, выполнены из материала, предел текучести которого больше предела текучести материала дренажной пластины, и покрыты с двух сторон слоем материала 18, предел текучести которого меньше предела текучести материала мембраны.

Дренажные пластины сложены в пакет следующим образом: на дренажную пластину кладется мембрана с отверстиями, совмещенными с отверстиями 9, 10, 11, 12, затем дренажная пластина повернута на 180^o, затем мембрана и т.д.

Таким образом в пакете отверстия 12 образуют входной канал, отверстия 10 канал для концентрата, отверстия 9, 11 канал для выхода пермеата.

Мембранный аппарат работает следующим образом.

Исходная жидкость под давлением через входной штуцер 6 поступает во входной канал пакета дренажных пластин, и далее через отверстия 16 в кольцах поступает в канал 15. С двух сторон канал 15 ограничен мембранами через которые проникает пермеат, а концентрат жидкости движется по каналу к отверстию 16 в кольце дренажной пластины, стоящей в канале концентрата пакета дренажных пластин, и далее через штуцер концентрата 7 на выход. Пермеат, прошедший через мембраны, по каналам 15 в смежных дренажных пластинах поступает через кольца 17 в выходной канал пакета и на выходной штуцер 8.

Условием нормальной работы аппарата является уплотнение мембран как в области колец, так и по периметру дренажных пластин. Для достижения уплотнения пакет сжимается между опорных плит 3 и 4 с усилием, приводящим к упругой деформации материала дренажных пластин и материала, покрывающего шайбы. Требуемая величина усилия сжатия определяется опытным путем по отсутствию утечек жидкости за пределы аппарата и по тесту герметичности уплотнения. Герметичность уплотнения определяется по тесту "пузырька".

Выбор одинакового материала для покрытия кольца 18 и дренажной пластины 2 обусловлен необходимостью равномерного сжатия мембраны 1 при уплотнении и недопустимостью разрывов мембраны. Материал кольца 17 перетока жидкости выбирается с большим пределом текучести для того, чтобы при уплотнении не деформировалось его боковое отверстие 16.

В качестве примера рассмотрим устройство для микрофильтрации лекарственных препаратов. Оно состоит из дренажных пластин выполненных из полиэтилена высокого давления, предел текучести которого σ = 12-16 МПа трековых мембран из полиэтилентерефталатной пленки (торговая марка лавсан) толщиной 10 мкм (σ = 60-80 МПа) Кольца выполнены из полипропилена (σ = 25-40 МПа) покрытого с двух торцов слоями полиэтилена высокого давления. Проверка герметичности мембранного аппарата с помощью теста появления пузырька, показала герметичное уплотнение мембран с диаметром пор от 0,2 до 2,0 мкм.

Мембранный аппарат предназначен для микро-, ультрафильтрации и концентрирования жидких сред и может использоваться в медико-биологической, химико-фармацевтической и пищевой промышленности. Содержит собранные в пакет полупроницаемые мембраны и дренажные пластины с прорезями. Эти каналы соединены со сквозными отверстиями, в которых установлены уплотняющие кольца с отверстиями на боковой поверхности для перетока жидкости. Дренажные пластины изготовлены из металла, предел текучести которого меньше предела текучести материала мембран. Кольца для перетока жидкости изготовлены из материала, предел текучести которого больше, чем предел текучести материала дренажной пластины, а торцы колец покрыты слоем материала, из которого изготовлена дренажная пластина. Такая конструкция обеспечивает герметичность уплотнения тонких пленочных мембран, например, трековых. 3 ил.

Мембранный аппарат, содержащий собранные в пакет полупроницаемые мембраны и дренажные пластины с прорезями на поверхности, соединенные со сквозными отверстиями, в которых установлены уплотняющие кольца с отверстиями на боковой поверхности для перетока жидкости, отличающийся тем, что дренажные пластины изготовлены из материала, предел текучести которого меньше предела текучести материала мембран, кольца для перетока жидкости изготовлены из материала, предел текучести которого больше, чем предел текучести материала дренажной пластины, а торцы колец покрыты слоем материала дренажной пластины.