Мембранный аппарат для разделения и концентрирования высокомолекулярных соединений Советский патент 1986 года по МПК B01D13/00 

Изобретение относится к химической технологии и машиностроению, связанн151ми с разделением и концентрированием водных растворов, конкретнее к устройствам для осуществления этих процессов с помощью полупроницаемых мембран. Аппарат может использоваться в любой отрасли промышленности, где целесообразно применение процессов обратного осмоса или ультрафильтрации. Наиболее целесообразно его применение для разделения и концентрирования растворов высокомолекулярных соединений (ВМС) с использованием ультрафильтрационных полупроницаемых мембран.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса путем уменьшения влияния концентрационной поляризации при постоянном объемном расходе исходного раствора, приводящего, в частности, к увеличению степени разделения (очистки) и скорости очистки.

На фиг. 1 изображены элементы мембранного аппарата до сборки; на фиг. 2 - аппарат в сборе.

Между верхним несущим фланцем 1 и нижним 2, которые при сборке аппарата сжимаются шпильками 3, расположены собранные в пакет мембранные и промежуточные элементы. Каждый мембранный элемент включает опорную пластину 4. На ней с одной стороны выполнен паз 5, в котором размещается при сборке аппарата промежуточный уплотнительный элемент 6. На этой же стороне пластины центральная ее часть выполнена рифленой, в частности в виде гофр, т.е. рифленая поверхность 7. Для увеличения высоты рабочего канала в центральной части может быть выполнено углубление. На обратной стороне пластины 4 выполнены канавки 8 для сбора пермеата и подвода его к каналам 9 и коллектору 10 для отвода пермеата из аппарата. В собранном виде на канавках 8 размещена подложка 11 и полупроницаемая мембрана 12. Канавки 8 могут иметь любой профиль - прямоугольный, треугольнь й, полуокружность и т.д. Они могут быть выполнены в виде параллельных линий или в виде сетки на гюверх- ности пластины.

На двух противоположных краях пластины 4 выполнены узлы перетока, состоящие из вертикального канала 13 и наклонного канала 14, выходное отверстие 15 которого размещено на турбулизирующей рифленой поверхности 7.

На одной стороне промежуточного элемента 6 выполнены отверстия 16, совпадающие с отверстиями каналов 13.

В двух крайних опорных пластинах в наборе или в обоих фла1П,ах выполнены коллекторы 17 для подвода и отвода разделяемого раствора.

Несущие фланцы 1 и 2 выполнены из прочного материала с большим сопротивлением на изгиб, лучше всего из металла. Опорные пластины выполнены из пластмассы, могут быть изготовлены в пресс-формах. Подложка может быть выполнена из кап- , роковой ткани, бумаги, любого другого пористого проницаемого материала. Промежуточный элемент 6 выполняют из упругого материала - резины или пластмассы.

Турбулизирующая рифленая поверхность 7 опорной пластины 4 может быть вы0 полнена фрезерованием, накаткой, непосредственно при прессовании, рифление может быть наклеено на пластину 4. Профиль рифления может иметь любую форму, которая бу.ает различна для разных растворов в за5 висимости от их вязкости, плотности, температуры, наличия взвесей, объемного расхода. Турбулизирую1дий эффект проявляется локально только в месте возникновения Typ6yj eHTHoro вихря. Для этого вся поверх ность выполнена ребристой, ребра могут

0 быть прямоугольными, овальными, треуголь ными, иметь более сложную форму. На поверхности они могут располагаться по прямым параллельным линиям, по извилистым линиям, по концентрическим окружностям,

5 по беспорядочным линиям. Поверхность пластины может быть выполнена также в виде множества отдельных выступов различной формы и плотности.

Мембранный аппарат работает следующим образом.

0 Исходный раствор подают в аппарат через коллектор 17, из которого он распределяется по каналам 13 и по каналам 14 подводится к рифленой поверхности 7 последовательно на каждом мембранном элементе. Толщиной промежуточного элемента 6 .мож5 но регулировать зазор между мембраной 12 и опорной пластиной 4 соседнего мембранного элемента.

Пермеат проходит через мембрану 12 и по канавкам 8 проходит до отверстий кана0 лов 9, по коллектору 10 выводится из аппарата. Сконцентрированный раствор, пройдя последовательно над всеми мембранами в пакете, по противоположному коллектору 17 выходит из аппарата.

- Предлагаемый аппарат был изготовлен

и испытан в промышленных условиях. Фланцы аппарата изготовлены из нержавеющей стали 1Х18Н10Т, опорные пластины из винипласта с размерами 400 X 500 X 20 мм,

Q подложка из капроновой ткани, полупроницаемые мембраны из ацетата целлюлозы со средним размером пор 570 А, промежуточные элементы из резины толщиной 8 .мм. Очистке подвергали водный раствор гидро- лизипа, загрязненный пигментами крови.

5 Рабочее давление 3,5 ати. У ппарат был собран из 22 элементов, причем на шести первых опорные пластины не имели турбулизирующей поверхности, а на остальных накаткой были нанесены ребра прямоугольного сечения с высотой 0,5 мм и шагом 2 мм. Объемный расход исходного раствора составил 200 л/час. Начальная удельная производительность мембран в среднем составляла 40 . Через 0,5 ч уд. производительность первых пяти мембран составляла 8,0 л/м.ч, остальных - 32,0 . Через 3,5 ч, соответственно - 2,5 и 12,0 . Плотность пермеата снижалась на 73% в среднем на первых пяти мембранах, и на 9S°/o - на остальных.

Таким образом, изобретение позволяет, не изменяя объемного расхода жидкости через аппарат, не вводя в него каких-либо дополнительных деталей и узлов и не вызывая увеличения гидравлического сопротивления аппарата, уменьшая концентра- ционн-ую поляризацию, существенно повысить его эффективность и, прежде всего, производительность и качество очистки. Результаты испытания представляют собой и одновременное сравнение предлагаемого и известного аппаратов.

17

Фиг. г

/J

/4