Мембранный элемент Советский патент 1992 года по МПК B01D63/08 

Изобретение относится к аппаратуре для проведения мембранных процессов микро- и ультрафильтрации, обратного осмоса, касается плоских фильтрующих элементов и может быть использовано-в пищевой, медицинской и химической промышленности.

Наиболее близким к предлагаемому является мембранный элемент, состоящий из пористой мембраны, дренажной пластины с опорным и рабочим участками, крышки и днища со штуцерами, упрочняющих пластин и крепежных деталей.

Недостатки известной конструкции - жесткость дренажной пластины, создающая трудности при затяжке мембранного элемента, уплотнение мембранного элемента

осуществляется сменными кольцами, установленными в крышке и днище, и имеет несколько уплотнительных поверхностей. Такое уплотнение требует повышенной точности изготовления соединяемых деталей и повышенной материалоемкости за счет увеличения габаритов крышки и днища.

Цель изобретения - повышение герметичности, снижение материалоемкости, повышение надежности работы элемента за счет уменьшения рабочей нагрузки на крепежные детали и повышение работоспособности пористой мембраны..

Поставленная цель достигается тем, что крышка и днище выполнены с коническими боковыми поверхностями, а дренажная пластина с обеих ее сторон снабжена кольцевыXI

со

00

со ел

ми выступами, внутренние боковые поверхности которых выполнены коническими, сопрягаемыми с коническими поверхностями крышки и днища, при этом между опорным участком и кольцевым выступом дренажной пластины, сопрягаемым с днищем, выполнен кольцевой паз.

Сопрягаемые конические поверхности крышки и днища могут быть расположены на кольцевых выступах.

Кроме того, сопрягаемые конические поверхности крышки и днища могут быть выполнены с соблюдением соотношения D2/Di 1,1-1,2, где DI и D2 - средние диаметры сопрягаемых конических поверхностей крышки и днища соответственно.

Кольцевой выступ дренажной пластины может быть выполнен из двух частей, одна из которых расположена на периферии дренажной пластины и выполнена в виде буртика, а вторая выполнена съемной, сопрягаемой с первой по цилиндрической поверхности, и с крышкой по конической поверхности, при этом мембрана расположена между дренажной пластиной и съемной частью кольцевого выступа.

На фиг.1 изображен мембранный элемент, общий вид; на фиг.2 - то же, сопрягаемые поверхности крышки и днища расположены на кольцевых выступах; на фиг.З - то же, сопрягаемые конические по- веохности крышки и днища выполнены с соблюдением соотношения Di/D2 1,1:2; на фиг.4 - то же, кольцевой выступ дренажной пластины выполнен из двух частей.

Мембранный элемент состоит из дренажной пластины 1 с кольцевыми 2 и радиальными 3 каналами для отвода фильтрата, пористой мембраны 4, крышки 5 и днища 6 с коническими уплотняющими поверхностями и со штуцерами 7 и 8, уплотняющих пластин 9 и крепежных деталей 10. Дренажная пластина имеет опорные и рабочие участки, разделяющиеся между собой внешней окружностью, образованной кольцевыми 2 и радиальными 3 каналами .Опорные участки снабжены кольцевыми выступами 11 и 12 с коническими уплотняющими поверхностями, а также кольцевой проточкой 13 и опорным выступом 14.

Сопрягаемые конические поверхности крышки 5 и днища 6 могут быть расположены на кольцевых выступах 15 и 16 (фиг.2, 3). Для повышения работоспособности пористой мембраны кольцевой выступ дренажной пластины может состоять из съемной части 17 и буртика 18, расположенного на периферии дренажной пластины (Фиг.4).

Сборка мембранного элемента осуществляется следующим образом.

Конические поверхности кольцевых выступов 11 и 12 дренажной пластины 1 с уложенной на ее опорном и рабочем участке со стороны крышки пористой мембраной 2

соединяют с коническими уплотняющими поверхностями крышки 5 и днища 6. В этом случае мембрана находится между коническими уплотняющими поверхностями крышки 5 и кольцевого выступа 11 дренаж0 ной пластины 1. Затем мембранный элемент стягивается с помощью упрочняющих пластин 9 и крепежных деталей 10.

Мембранный элемент (фиг.4) собирается тем же способом, но сначала на дренаж5 ную пластину 1 укладывается пористая мембрана 2, внешний диаметр которой равен внутреннему диаметру буртика 18, и на нее устанавливается съемная часть 17 кольцевого выступа дренажной пластины,

0Кольцевая проточка 13 служит для придания гибкости дренажной пластине при затяжке крепежных деталей 10, когда днище б упирается в опорный выступ 14 дренажной пластины, служащий для придания ей

5 жесткости в рабочем состоянии. Для уменьшения изгиба дренажной пластины при затяжке в первоначальный момент между опорным выступом и днищем должен быть небольшой зазор 0,5 мм, который полно0 стью исключается после затяжки крепежных деталей 10.

Мембранный элемент работает следующим образом.

Исходная жидкость под давлением по5 ступает в устройство через штуцер 7, распределяется на пористой мембране 4 и фильтруется через нее. Очищенный продукт через кольцевые 2 и радиальные 3 каналы и штуцер 8 выводится из мембранного эле0 мента.

При наличии внутреннего давления в устройстве необходимо увеличение первоначальной нагрузки крепежных деталей, обеспечивающих герметичность соедине5 ния, на величину, равную осевому усилию, создаваемому давлением уплотняемой среды и стремящемуся разгерметизировать элемент. Это приводит к увеличению размеров и материалоемкости системы крепеж0 ных деталей. С целью уменьшения усилия предварительной затяжки крепежных деталей уплотнение мембранного элемента выполнено по коническим уплотняющим поверхностям, благодаря которым происхо5 дит увеличение усилия герметизации.

Кроме того, выполнение сопрягаемых конических поверхностей крышки и днища на кольцевых выступах (фиг.2-4) позволяет использовать радиальную составляющую давления среды для увеличения герметизирующего усилия на конических уплотняющих поверхностях, что также способствует уменьшению усилия предварительной затяжки и снижению материалоемкости мембранного элемента.

В том случае, когда очищенный продукт после мембранного элемента имеет свободное истечение, то давление до пористой мембраны больше давления среды после нее. Исследования показали, что средний диаметр сопрягаемых поверхностей дренажной пластины 1 и крышки 5 DI (фиг.З) может быть уменьшен до соотношения D2/D-I 1,1:1,2, где D2 - средний диаметр сопрягаемых поверхностей дренажной пластины и днища 6. Дальнейшее уменьшение среднего диаметра DI ведет к сокращению площади рабочего участка дренажной пластины, что снизит производительность мембранного элемента. Такая конструкция повышает надежность работы элемента, так как уменьшает требуемое усилие затяжки крепежных деталей из-за уменьшения среднего диаметра сопрягаемых конических поверхностей дренажной пластины и крышки, на которой ведется расчет герметизирующего усилия.

При использовании конструкции (фиг.4) первоначальная форма пористой мембраны при установке сохраняется, что приводит к повышению ее работоспособности. Уплотнение мембранного элемента происходит по сопрягаемым коническим поверхностям крышки и съемной части кольцевого выступа дренажной пластины, а также по его торцовой поверхности с мембраной и опорной поверхностью дренажной пластины. Кроме того, под действием осевого усилия, создаваемого крепежными деталями и благодаря наличию конических сопрягаемых поверхностей крышки и съемной части кольцевого выступа дренажной пластины происходит уплотнение наружной боковой поверхности последнего с сопрягаемой цилиндрической поверхностью буртика дренажной пластины.

При действии давления среды в мембранном элементе радиальная податливость съемной части кольцевого выступа дренажной пластины увеличивает герметизирующее

усилие за счет радиальной составляющей давления среды.

Формула изобретения

1.Мембранный элемент, содержащий круглые пористую мембрану, дренажную

пластину с опорным и рабочим участками, крышку и днище со штуцерами, упрочняющие пластины и крепежные детали , от л и- ч ающийся тем, что , с целью повышения

герметичности и снижения материалоемкости элемента, крышка и днище выполнены с коническими боковыми поверхностями, а дренажная пластина с обеих ее сторон снабжена кольцевыми выступами, внутренние

боковые поверхности которых выполнены коническими, сопрягаемыми с коническими поверхностями крышки и днища, при этом между опорным участком и кольцевым выступом дренажной пластины, сопрягаемым

с днищем, выполнен кольцевой паз.

2.Элемент по п.1,отличающийся тем, что крышка и днище выполнены с кольцевыми выступами, обращенными к дренажной пластине, при этом сопрягаемые

конические поверхности крышки и днища расположены на кольцевых выступах.

3.Элемент попп.1 и 2, от л ича ю щ и й- с я тем, что, с целью повышения надежности работы элемента за счет уменьшения

рабочей нагрузки на крепежные детали, сопрягаемые конические поверхности днища и крышки выполнены с соблюдением соотношения

35

D2/Di 1,1:1,2,

где DI и D2 - средние диаметры сопрягаемых конических поверхностей крышки и днища соответственно.

4. Элемент по пп.1-3, отл и ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью повышения работоспособности пористой мембраны, кольцевой выступ дренажной пластины выполнен из двух частей, одна из которых расположена

на периферии дренажной пластины и выполнена в виде буртика, а вторая выполнен съемной, сопрягаемой с первой по цилиндрической поверхности, а с крышкой - по конической поверхности, при этом мембрана расположена между дренажной пластиной и съемной частью кольцевого выступа.

to

e ч

IX

tX

« i

Mf нр4

tWrfb X

(Л

- #№& - & %2 %

-r№-x/ i

fW

Жщ

;v;-; :m.

.. . , , ,,, .

Ш2У: -:- :1Ж :: :-х 1Й:

/ //V//////Z &7//

i-:: -:.:

Ц

i-:: -:.:

Использование: очистка и концентрирование жидкостей методом обратного осмоса, микро- и ультрафильтрации. Сущность изобретения: мембранный элемент содержит мембрану, дренажную пластину с опорным и рабочим участками, крышку и днище со штуцерами. Крышка и днище выполнены с коническими боковыми поверхностями, по которым они сопряжены с опорным участком дренажной пластины. Сопрягаемые поверхности дренажной пластины расположены на кольцевых выступах. Между опорным участком и кольцевым выступом дренажной пластины выполнен кольцевой паз. Предпочтительно выполнение сопрягаемых конических поверхностей днища и крышки с соблюдением отношения 02/Di 1,1-1,2, где DI и D2 - средние диаметры сопрягаемых конических поверхностей крышки и днища соответственно, а также выполнение кольцевого выступа дренажной пластины из двух частей, одна из которых съемная. 3 з.п, ф-лы, 4 ил. (Л С

/ :e

i;-r. 4