Способ разделения растворов смесей с помощью полупроницаемой мембраны Советский патент 1984 года по МПК B01D13/00 

Изобретение относится к разделени и очистке растворов и суспензий с помощью полупроницаемых мембран и йожет Ьыть использовано, в микробиологической, химической и других отраслях промьшшениости. Интенсификации процессов фильтрации, в частности, при очистке смесей целесообразны особенно при очистке биoлoгичeckиx смесей для последующего измерения их параметров. Так, например, при подготовке бактериальных суспензий к измерениям электрооптических параметров с целью их дальнейшего использования для управления процессом культивирования очен важно уменьшить временные затраты на подготовку образца. Известен способ мембранного фракционирования смесей, заключающийся в пропускании смеси через мембранный фильтр. При этом компоненты смеси, плохо задерживаемые мембраной, переходят с растворителем в фильтрат а компонент по отношению к которому мембрана высокоселективна, задерживается фильтром. Для интенсификации процесса используется перемешивание большой скоростью потока, магнитной мешалкой или смесью жидкости с газом tl 3. Недостатками способа являются затраты технических средств на смешивание газа с жидкостью и затраты,, времени на отделение газовой фазы от жидкости после очистки. Наиболее близким к. предлагаемому по технической сущности является способ разделения растворов смесей, с помощью полупроницаемой мембраны, вклю чающий подачу исходного раствора на мембрану, концентрирование непроника ющего компонента над мембраной, разбавление сконцентрированного раствора непроникающего компонента чистым растворителем, повторное концентриро вание и слив сконцентрированного рас твора. Этот способ называется также диафильтрацией.L2 J. Недостатком известного способа диафнльтрации является большая длител кость процесса, обусловленная явлениями концентрационной поляризации у поверхности мембраны. Цель изобретения - сокращение времени разделения. Цель достигается тем, что согласно способу разделения, включанщему подачу исходного раствора на мембрану, концентрирование непрониканлдего компонента над мембраной, разбавление сконцентрированного раствора непроникающего компонента чистым растворителем, повторное концентрирование и слив сконцентрированного раствора, первое концентрирование проводят на части общей поверхности мембраны, а перед сливом поверхность мембраны очищают. Очистку поверхности мембраны проводят подачей сверху газа под давлением и осуществлением возвратнопоступательного движения границы раздела фаз газ - сконцентрированный раствор непроникающего компонента вдоль поверхности мембраны. Пример. Вьтолняются эксперименты для сравнения эффективности предлагаемого способа с известным , способом очистки смесей. В работе используется суспензия клеток Escherishia coli, штамм MRE 600 в растворе NaCl (9 г/л). Осуществляется очистка суспензии от проникающего компонента хлористого натрия. Пробы перед .фильтрацией обрабатывают 10-минутным кипячением. Исходная концентрация клеточной суспензии 5,6-10 кл/мл. В качестве фильтров используют мембраны Владипор МФА-5. Как в предлагаемом, так и в известном способе выполняют циклы очистки, заключакнциеся в заполнении устройства фильтрации растворителем (в первом цикле исходной смесью) и вытеснении растворителя с проникающим компонентом через фильтр. В известном способе вытеснение осуществляется через две мембраны с одновременным перемешиванием смеси. В предлагаемом способе при первом цикле очистки фильтрат вытесняют через одну мембрану, в последующих циклах - через две мембраны. Перемег шивание выполняется только после последнего заполнения перед сливом очищенной смеси. .Учитывая неточности измерений объема при-заполнении и фильтрации, фильтрацию в каждом цикле очистки заканчивают после вытеснения 27 мл фильтрата (90% от объема устройства фильтрации). В первом цикле предлагаемого способа временные затраты . . больше, чем в известном способе, и составляют 15 и 7 мин соответственно. В последующих циклах известного способа временные затраты остаются такими же - по 7 мин. В этих же циклахпредлагаемого способа временные затраты меньше и составляют 1,5 мин на каждый цикл. Затраты времени на перемешивание в предлагаемом способе занимают 0,5 миН| В целом временные затраты на очистку известным и предлагаемым способом составляют 28 и . 20 мин соответственно. Получено сокращение времени на- 8 мин.

Сокращение временных затрат на 25% в приведенном примере показывает что предлагаемый способ имеет среднюю удельную екорость фильтрации (л/м чае) на 25% больше, чем известный способ. При использовании предпагаемого способа очистки поверхности мембраны наблкпается незначительное количество пены в очищенной смеси. Выходклеток при сливе получается 70-80%. Использование магнитной мешалки в аналогичных условиях дает выход 20-30%. Отсутствие пенооС азования в предлагаемом способе и(:1С1Почаег временные затраты на отделение фазы от жидкости.

Достигаемый эффект объясняется ; следуюдам образом.

Из-за концентрационной поляризации непроникаюпщй компонент собирается у работающей части мембраны. Затем вьтолняется диафильтрация через весь фильтр без перемешивания. Значительная доля непроникающего компонента остается при этом у поберхности первой части мейбраны, не препятствуя прохождению растворителя с проникающим-компонентом через вторую часть. -В результате через вторую часть мембраны скорость прохождения фильтрата значительно выше, чем через первую, что значительно сокращает временные затраты на процесс очистки. После диафильтрации интенсивная очистка поверхности мембраны с помощью возвратно-поступательного движения границы раздела фаз отводит непроникающий компонент от мембраны и сконцентрированный рас твор сливают потребителю.

Предлагаемый способ позволяет .сократить продолжительность разделения, что особенно важно при проведении микробиологических экспериментов. .

1. СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ РАСТВОРОВ СМЕСЕЙ С ПОМОЩЬЮ ПОЛУПРОНИЦАЕМОЙ МЕМБРАНЫ, включающий подачу исходнЬго раствора на мембрану, концентрирование непроникающего компонента на мембране, разбавление сконцентрированного раствора непроникающего компонента чистым растворителем, повторное концентрирование и слив сконцентрированного раствора, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени разделения, первое концентрирование проводят на части общей поверхности мембраны, а перед сливом поверхность мембраны очищают. 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что очистку поверхности мембраны проводят подачей сверху газа под давлением и осуществлением § возвратно-поступательного движения границы раздела фаз газ - сконцент(Л рированный раствор непроникающего компонента вдоль поверхности мембраны.