Способ мембранного концентрирования суспензий Советский патент 1990 года по МПК B01D63/06 

Изобретение относится к технологическим процессам, в которых осуществляется концентрирование суспензии, и может быть использовано, например, в микробиологической промышленности при мембранном концентрировании культуральной жидкости в про изводстве средств защиты растений.

Целью изобретения является повышение производительности мембранного элемента в процессе концентрирования.

Сущность изобретения заключается в том, что при концентрировании сус пензии ее пропускают через трубчатый мембранный элемент под избыточным давлением, а скорость потока суспензии выбирают равной одной из величин,определяемых по уравнению

W А.( da)f.(K-C,B/L)

J I) /- - v 5t - у

где А - коэффициент, величина которого лежит в пределах 4-5J - кинематическая вязкость суспензии ,

1 - эквивалентный диаметр канала;

К - любое целое число, С96- скорость звука в суспензии; L - длина канала.

Гидродинамика пристенного слоя потока жидкости в каналах (трубах) определяет характер (интенсивность) процессов тепломассообмена между потоком и стенкой. Усыновлено, что вязкий пограничный подсчои, примыкаю-- ШЕИЙ непосредственно к ггнке канала,

СЛ СЛ

4 СО СЛ

ю

обладает сильной неустойчивостью и периодически разрушается и во времени, и по всей поверхности, обтекаемой потоком. Эти периодические процессы взаимосвязаны с организованным движением ядра потока и определяются числом Реинольдса . Резкое усиление разрушающего эффекта происходит при возникновении в канале стоя чей волны. Характерная особенность стоячих волн - определенные (чередующиеся) положения максимумов звукового давления и скорости (пучности и узлы) вдоль канала, в котором эта волна возбуждена. Следовательно, при движении потока С частицами в канале среда ак би прпхопит через своеобразную пространственно промодулиро- панную решетку, в которой частицы дисперсной фазы (например, имеющие большую плотность, чем жидкость) то ускоряются вблизи пучностей, то замедляются, приближаясь к узлам давления (частицы с меньшей плотностью наоборот). Таким образом применительно к фильтрации жидкости через мембранные поверхности в каналах при тангенциальном движении потока, кото 1 рая сопровождается образованием слоя осадка (динамической мембраны), мож

стоячей ,

волне

но сказать, что н

происходит нарушение стационарности установившегося порядка - формирование динамической мембраны. Частицы суспензии под действием волны не оседают равномерно по длине канала, а концентрируются в определенных зонах мембранной поверхности. Само повышенное концентрирование частиц увеличивает местную толщину осадка, что приводит к увеличению местной скорости потока и увеличению касательного напряжения. Увеличение касательного напряжения в свою очередь способствует снижению толщины осадка на мембране. Все эти факторы приводят к повышению удельной производительности мембран по пермеату.

На чертеже представлены результаты концентрирования суспензии по известному (кривая 2) н предлагаемому способам (кривая 1).

Проводят непрерывное концентрирование кулътурал ьнон жидкости, содержащей биомассу продуцента дендро- бациллина - средства защиты растений Концентрация твердой фазы по сухому весу Ь,7 мас.%, кинематическая вяэ

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

кость среды } 8Ч(Г6мг/с, среднее трансмембранное давление в канале 0,4 МПа, длина канала L 2 м и эквивалентный диаметр канала d 13,5мм.

Скорость звука СiB в расчетах (при концентрации клеток в культу- т.шьной жидкости по крайней мере не менее 11%) следует принимать равной скорости звука в воде - основном компоненте культуральной жидкости, величина которой для условий мембранного концентрирования культуральной жидкости по предлагаемому способу равна 1450 м/с.

Для работы выбирают (рассчитывают по уравнению) скорость потока при К 1 такую, чтобы число Рейнольдса (Re) было равно 11400 и поддерживают ее при работе постоянной. Для работы по известному способу выбирают режим с непрерывным увеличением скорости по- потока W от величины, соответствующей Re Hau 100000 до ReKOH 13000, причем длину мембранного канала уменьшают до 1,5 м с тем, чтобы в системе не наступали резонансные явления.

На чертеже представлены данные измерений удельной производительности мембраны в обоих режимах. Нетрудно убедиться, что удельная производительность мембран в предлагаемом способе в 1,5 раза выше, чем в известном способе, при близких энергетических затратах.

Таким образом, реализация предлагаемого способа позволяет повысить производительность процесса в среднем на 10-30% по сравнению с известным способом концентрирования при одинаковых энергозатратах. В случае необходимости изменить скорость потока суспензии это следует делать ступенчато в соответствии с уравнением, приняв в расчете большие значения К. Кроме того, использование предлагаемого способа позволит увеличить время работы установки между промывками и тем самым получить эко-. номию моющих растворов и снизить потери продукта.

Формула изобретения

Способ мембранного концентрирования суспензий, включающий пропускание потока суспензии под избыточным давлением внутри каналов трубчатого

мембранного элемента и отвод проникающего через мембрану пермеата, о т- личающийся тем, что, с целью повышения производительности мембранного элемента, скорость потока выбирают равной одной из величин, определяемых по уравнению

W A-(,B/L )

,

}

d

К сэа-L коэффициент, личина которого лежит в пределах 4-5, кинематическая вязкость суспензии-,

эквивалентный диаметр канала; любое целое число; скорость звука в суспензии; длина канала.

Изобретение относится к технологическим процессам, в которых осуществляется концентрирование суспензий, и может быть использовано в микробиологической промышленности при мембранном концентрировании культуральной жидкости, например в производстве средств защиты растений. Целью изобретения является повышение производительности мембранного элемента в процессе концентрирования. С этой целью в способе концентрирования растворов скорость потока определяется в соответствии с формулой W=(4-5)^.(*98H^.D_э)^1/3.(K^.C_3в/L)^2/3, где D_э - эквивалентный диаметр канала над мембранной поверхностью

L - длина канала

C_3в - скорость звука в среде

ν - кинематическая вязкость

K - коэффициент, равный целому числу. 1 ил.

220

. о

№№)

НО

67

Г(Ч)