МЕМБРАННЫЙ ФИЛЬТРУЮЩИЙ МОДУЛЬ

Изобретение относится к устройствам для проведения таких мембранных процессов, как микро-, ультра- и нанофильтрация и может быть использовано для разделения растворов в химической, микробиологической, электронной, пищевой и др. отраслях промышленности.

Известен модуль типа фильтр-пресс [1], содержащий набор плоских фильтрующих элементов, состоящих из двух мембран, уложенных по обе стороны плоского пористого материала - дренажа.

Недостатком этого модуля является небольшая удельная поверхность фильтрации и низкая скорость движения жидкости. Для создания высоких скоростей в элементах модуля требуется применение мощных насосов для циркуляции жидкости, что резко увеличивает энергетические, эксплуатационные и капитальные затраты.

Известен мембранный аппарат типа фильтр-пресса [2], включающий стягивающие плиты, мембраны, герметизирующие оребренные шайбы и опорные пластины овальной формы с заглубленными в них криволинейными каналами и двумя круглыми переточными отверстиями, оси переточных отверстий смещены относительно продольной оси пластины, ширина каналов постоянна, а сами каналы выполнены S-образной формы.

Недостатком этого аппарата является то, что гидродинамическая структура потока мало отличается от структуры потока в аппаратах с линейными каналами ввиду плавного изменения направления движения жидкости в S-образных каналах.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение эффективности работы элемента, сущность которого заключается в следующем. Мембранный фильтрующий модуль содержит сжимающие плиты, опорные пластины с отверстиями для ввода исходной смеси и вывода концентрата, полупроницаемые мембраны между пластинами, герметизирующие элементы. На опорные пластины нанесены криволинейные каналы в виде концентрических окружностей с двумя переточными каналами, расположенными диаметрально. При такой конструкции фильтрующего модуля поток жидкости, движущийся над мембраной, совершает тангенциальное движение (по окружности) с многократным изменением направления движения, причем поток в одном переточном канале делится на два потока, а в следующем два потока соединяются в один.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг. 1 представлена схема движения потоков.

На фиг. 2, 3 - конструкции мембранного фильтрующего модуля.

Такая организация движения жидкости над мембраной, как это представлено на фиг. 1, где 1 - точка ввода исходного раствора и 2 - точка вывода концентрата, делает поток гидродинамически неустановившимся, что обеспечивает максимальную массоотдачу целевых компонентов (проницаемость) и минимальное отложение осадка на поверхности мембраны. Основным преимуществом такой организации потока жидкости является возможность создания высоких скоростей движения жидкости при малых (расчетных) ее расходах. Модуль (фиг. 2) состоит из опорных пластин в виде тарелок 3, между которыми зажаты мембраны 4. Количество каналов в одной тарелке, их площадь сечения и число тарелок зависит от заданной производительности модуля и являются расчетными. Форма сечения каналов может быть разнообразной (прямоугольная, треугольная и т.д.).

Модуль (фиг. 3) состоит из сжимающих плит 5 и набора тарелок 3. Между тарелками зажата мембрана 4, (мембрана с подложкой, мембрана с кольцевым уплотнением или мембрана с подложкой и кольцевым уплотнением). Коллекторы для разделяемого раствора, концентрата и фильтрата образованы соответственно отверстиями 6, 7, 8, выполненными в тарелках и мембране. Нижняя плита 5 снабжена штуцером 9 для ввода раствора, штуцером 10 и 11 для вывода концентрата и фильтрата соответственно.

Модуль работает следующим образом.

Разделяемый раствор через штуцер 9 вводят в коллектор 6, из которого раствор по переточным каналам 12 попадает в первый концентрический канал 13, пройдя который по переточному каналу 14 попадает во второй концентрический канал 15 и т.д. Окончательно концентрат попадает в центральный коллектор и выводится через штуцер 10. Фильтрат выводят через штуцер 11.

Пример.

Испытывали мембранный модуль, состоящий из 30-ти тарелок. Диаметр ультрафильтрационных мембран марки УПМ-50М составляет 220 мм. Общая площадь фильтрации 0,95 м². Форма сечения канала - треугольник с основанием 6 мм. В качестве разделяемой жидкости использовали водопроводную воду.

Объемный расход составлял 0,35 м³/ч. Линейная скорость на входе в модуль 1,1 м/с. Давление на входе 0,35 МПа. Производительность по фильтрату равнялась 0,130 м³/ч. Содержание общего железа в исходной воде 0,5 мг/л; в фильтрате - 0,043 мг/л.

Таким образом, предлагаемая конструкция мембранного фильтрующего модуля, в частности выполнение тарелок с каналами указанной формы, позволяет улучшить гидродинамические условия течения жидкости и интенсифицировать процесс мембранного разделения.

Источники информации
1. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. - М.: Химия.

2. Авт. св. СССР 1699559.