Патент на изобретение №2248840

(54) МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ

(57) Реферат:

Мембранный аппарат относится к устройствам для разделения жидких смесей на две фракции методами микро-, ультра-, нанофильтрации и обратного осмоса и может быть использован в машиностроении, пищевой, химической и других отраслях промышленности. Мембранный аппарат состоит из пакета прямоугольных плоскорамных фильтрующих элементов, стянутых между двумя металлическими фланцами. Фланцы имеют штуцера для ввода исходной жидкости и для вывода продуктов разделения. Фильтрующий элемент содержит опорную пластину и мембрану, охватывающую рабочую часть пластины с двух сторон. Между фильтрующими элементами расположены эластичные прокладки, выполненные в виде рамки. Опорные пластины фиксируются между собой, с прокладками, с мембраной и с фланцами системой отверстий и выступов. Техническим результатом является обеспечение сплошности и постоянства давления в потоке исходной жидкости на всем пути ее движения в аппарате за счет эластичных прокладок, изготовленных уменьшающимися по толщине с определенной закономерностью, что обеспечивает более интенсивную очистку мембран и повышение качества и производительности разделения смеси. 3 ил.

Мембранный аппарат относится к устройствам для разделения жидких смесей на две фракции методами микро-, ультра-, нанофильтрации, обратного осмоса и может быть использован в машиностроении, пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Известен мембранный аппарат, содержащий два несущих фланца со штуцерами для ввода исходной смеси и вывода продуктов разделения, опорные пластины, полупроницаемые мембраны и герметизирующие элементы (1).

Недостатком аппарата является сложность конструкции и повышение трудоемкости изготовления опорных пластин, на которых выполнены криволинейные каналы в виде концентрических окружностей. Кроме того, часть мембраны не участвует в фильтрации, так как перекрыта соседними пластинами, а криволинейность потока требует значительного увеличения мощности насоса (нагнетателя).

Наиболее близким к предлагаемому является мембранный аппарат с плоскими прямоугольными фильтрующими элементами, содержащий два несущих фланца со штуцерами для ввода исходной смеси и вывода продуктов разделения и расположенного между ними пакета из эластичных прокладок, выполненных в виде рамок, перекрывающих мембраны по всем кромкам, и фильтрующих элементов, каждый из которых содержит опорную пластину с переточным отверстием и полупроницаемую мембрану, проходящую через переточное отверстие и охватывающую опорную пластину с двух сторон.

Переточные отверстия двух соседних фильтрующих элементов расположены противоположно один относительно другого, что обеспечивает последовательное движение обрабатываемой смеси через все фильтрующие элементы (2).

Основной недостаток этого аппарата состоит в том, что при постоянном проходном сечении для течения исходной жидкости, которое определяется постоянной толщиной эластичных прокладок, плотность и давление исходной жидкости по мере ее движения к выходу уменьшаются в связи с оттоком фильтрата, увеличивается концентрационная поляризация и, как следствие, снижается общий выход фильтрата.

Цель предлагаемого изобретения – повышение интенсивности разделения жидкости.

Цель достигается тем, что в мембранном аппарате, содержащем два несущих фланца со штуцерами для ввода исходной смеси и вывода продуктов разделения и расположенного между ними пакета из эластичных прокладок, выполненных в виде рамок, перекрывающих мембраны по всем кромкам, и фильтрующих элементов, каждый из которых содержит опорную пластину с переточным отверстием и полупроницаемую мембрану, величина проходного сечения для обрабатываемой смеси в фильтрующих элементах выполнена различной величины: по движению обрабатываемой смеси проходное сечение уменьшается по определенной закономерности, что обеспечивает сплошность и постоянство давления в потоке и снижает концентрационную полярность, а значит и эффективную очистку мембран и повышение качества и производительности разделения смеси.

Изменение проходных сечений производится за счет того, что толщина каждой эластичной прокладки меньше толщины предыдущей на величину:

h=К·h/n,

где К – величина, равная отношению объема выделяемого фильтрата в единицу времени к объему обрабатываемой смеси, подаваемой в аппарат за ту же единицу времени;

h – толщина эластичной прокладки, первой на входе обрабатываемой смеси в аппарат;

n – количество фильтрующих элементов в мембранном аппарате.

На фиг.1 показан собранный мембранный аппарат, продольный разрез; на фиг.2 – вид сверху на опорную пластину по А-А на фиг.1 (мембрана показана пунктиром, часть вышерасположенной пластины, попадающей в разрез, не показана); на фиг.3 – разрез Б-Б на фиг.2, показан коллектор сбора фильтрата.

Мембранный аппарат содержит фланец 4 со штуцером 1 фланец 7 со штуцерами 8 и 9, эластичные прокладки 5, фильтрующие элементы, состоящие из опорной пластины 2 и мембраны 3, охватывающей рабочую часть пластины с двух сторон, и дополнительных эластичных фиксаторов мембраны 12, имеющих толщину, равную толщине опорной пластины.

Опорные пластины, эластичные прокладки и мембраны фиксируются между собой отверстиями 6 в пластине, прокладке и мембране и выступами 10 на пластине (фиг.1, 2), что повышает жесткость аппарата и гарантирует отсутствие сдвига и образование складок на мембране при сборке и во время работы. Первая и последняя пластины фиксируются на фланцах, имеющих глухие отверстия.

Мембранный аппарат работает следующим образом: обрабатываемая смесь (жидкость), подлежащая разделению, подается под определенным давлением во входной штуцер 1, последовательно проходит через все фильтрующие элементы и в виде концентрата выходит через штуцер 8 из аппарата. Во время прохождения в аппарате под воздействием градиента давлений часть смеси (фильтрат) проникает через полупроницаемую мембрану 3 и по треугольным канавкам на “рабочих” поверхностях опорных пластин через щели 13 и собирается в коллекторе сбора фильтрата 14. Из коллектора фильтрат выходит через штуцер 9. Количество фильтрующих элементов и их рабочая площадь определяется в зависимости от необходимой производительности мембранного аппарата.

Источники информации

1. Патент РФ 2194566, В 01 D 63/08, 2000 г.

2. Авторское свидетельство СССР 680220, В 01 D 13/00, 1983 г.

Формула изобретения

Мембранный аппарат для разделения смесей, содержащий два несущих фланца со штуцерами для ввода исходной смеси и вывода продуктов разделения и расположенный между ними пакет из эластичных прокладок, выполненных в виде рамок, перекрывающих мембраны по всем кромкам, и фильтрующие элементы, каждый из которых содержит опорную пластину с переточным отверстием и полупроницаемую мембрану, отличающийся тем, что толщина каждой эластичной прокладки меньше толщины предыдущей на величину

h=К·h/n

где К – величина, равная отношению объема выделяемого фильтрата в единицу времени к объему обрабатываемой смеси, подаваемой в аппарат за ту же единицу времени;

h – толщина эластичной прокладки, первой на входе обрабатываемой смеси в аппарат;

n – количество фильтрующих элементов в мембранном аппарате.

РИСУНКИ