RU2072254C1 - Membrane apparatus - Google Patents

Abstract

FIELD: membrane technology usable for separation and concentration of liquid mixtures. SUBSTANCE: apparatus has a set of alternating membrane and intermediate components which are compressed between two supporting plates. Membrane and intermediate components are formed as frames with passages for separable mixture, permeate material and concentrate, and pulled over these frames are drain threads made of flexible material located parallel to fluid flow. EFFECT: increased capacity due to reduced hydrodynamic resistance to flow. 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам мембранной технологии, применяемым в различных отраслях промышленности для разделения и концентрирования смесей. The invention relates to membrane technology devices used in various industries for the separation and concentration of mixtures.

Цель изобретения повышение производительности аппарата за счет уменьшения гидродинамического сопротивления потоку разделяемой смеси. The purpose of the invention is to increase the productivity of the apparatus by reducing the hydrodynamic resistance to the flow of the shared mixture.

Устройство мембранного аппарата показано на чертежах, где на фиг. 1 показан сложный горизонтальный продольный разрез аппарата в раздвинутом состоянии; на фиг. 2 мембранный элемент, вид сбоку. The device of the membrane apparatus is shown in the drawings, where in FIG. 1 shows a complex horizontal longitudinal section of the apparatus in an extended state; in FIG. 2 membrane element, side view.

Мембранный аппарат содержит набор чередующихся мембранных элементов 1 и промежуточных элементов 2, сжимаемых между двумя опорными плитами 3. Мембранный и промежуточный элемент представляют собой рамки 4, на которые натянуты нити 5 с обеих сторон рамок. Мембранный элемент 1, кроме того, содержит мембраны 6, наложенные с обеих сторон рамок с нитями. Плиты 3, мембранные 1 и промежуточные 2 элементы имеют отверстия 7, образующие при сборке аппарата отдельные коллекторы 8 исходной смеси, 9 концентрата и 10 пермеата. Эти отверстия соединяются с рабочими полостями аппарата, совпадающими по контуру с окнами рамок, каналами 11 ввода исходной смеси, каналами 12 вывода концентрата и каналами 13 вывода (ввода) пермеата. The membrane apparatus contains a set of alternating membrane elements 1 and intermediate elements 2, compressed between two base plates 3. The membrane and intermediate element are frames 4, on which the threads 5 are stretched on both sides of the frames. Membrane element 1, in addition, contains membranes 6, superimposed on both sides of the frames with threads. Plates 3, membrane 1 and intermediate 2 elements have openings 7, which, when assembling the apparatus, form individual collectors 8 of the initial mixture, 9 concentrate and 10 permeate. These holes are connected with the working cavities of the apparatus, coinciding in contour with the windows of the frames, channels 11 for inputting the initial mixture, channels 12 for output of the concentrate and channels 13 for output (input) of permeate.

Каналы 11, 12 и 13 выполняют по двум вариантам. По первому варианту расположение этих каналов идентично как в мембранных, так и промежуточных элементах, как это показано на фиг. 2. В этом случае рамки мембранного и промежуточного элементов различаются только расположением их в аппарате (вторая относительно первой развернута на 180^o вокруг вертикальной оси в плоскости фиг. 2). По второму варианту (не показан) каналы 11, 12 промежуточного элемента выполнены симметричными. Такие симметричными выполняют и каналы 13 мембранного элемента. В этом случае рамки с нитями мембранного и промежуточного элементов по расположению каналов неидентичны; их устанавливают в аппарате без соблюдения указанного для первого варианта правила комплектации аппарата.Channels 11, 12 and 13 are performed in two ways. In the first embodiment, the arrangement of these channels is identical in both the membrane and intermediate elements, as shown in FIG. 2. In this case, the frames of the membrane and intermediate elements differ only in their location in the apparatus (the second relative to the first is rotated 180 ^o around a vertical axis in the plane of Fig. 2). According to the second embodiment (not shown), the channels 11, 12 of the intermediate element are symmetrical. Such symmetrical perform and channels 13 of the membrane element. In this case, the frames with the threads of the membrane and intermediate elements are not identical in the arrangement of the channels; they are installed in the device without observing the rules for completing the apparatus specified for the first option.

Рамки 4 изготавливают из прочного материала, например, стали. Дренажные нити 5 выполняют из гибкого материала, например, капрона диаметром преимущественно 0,2 1,0 мм, а накладывают их на рамки с шагом 0,2 3,0 мм, располагая по направлению от одного ряда отверстий 7 к противоположному. Возможна намотка нитей вокруг рамки из непрерывной катушки. В местах контакта с рамками нити герметизируют эластичным компаундом с приклеиванием их к рамке, причем, высота слоя компаунда должна быть достаточно для компенсации толщины мембраны, что обеспечивает надежное уплотнение. Frames 4 are made of durable material, for example, steel. The drainage threads 5 are made of flexible material, for example, a capron with a diameter of mainly 0.2 1.0 mm, and lay them on the frame in increments of 0.2 3.0 mm, disposed in the direction from one row of holes 7 to the opposite. It is possible to wind threads around the frame of a continuous coil. At the points of contact with the frames, the threads are sealed with an elastic compound and glued to the frame, moreover, the height of the compound layer should be sufficient to compensate for the thickness of the membrane, which ensures reliable sealing.

В качестве полупроницаемых применяют эластичные, например, полимерные мембраны типа Владипор УАМ или УПМ. Мембрану накладывают с обеих сторон рамок с нитями мембранного элемента, причем внешние размеры ее могут как совпадать с внешним контуром рамок, так и быть меньше их, как показано на фиг. 2. As semipermeable, elastic, for example, polymer membranes of the Vladipor UAM or UPM type are used. A membrane is applied on both sides of the frames with the threads of the membrane element, and its external dimensions can both coincide with the external contour of the frames or be smaller than them, as shown in FIG. 2.

Аппарат работает следующим образом. Смесь, подлежащая разделению, через отверстие в опорной плите 3 поступает под давлением в коллектор разделяемой смеси, образуемый отверстиями 7 в мембранных и промежуточных элементах. Разделяясь параллельно на ряд промежуточных элементов 2, смесь через каналы 11 проходит вдоль мембран 6, омывая одновременно нити 5 промежуточных элементов. Проникшая через мембрану фракция (пермеат) проходит вдоль нитей мембранных элементов 1 и через каналы 13 и коллектор, образуемый отверстиями вывода пермеата, удаляется из аппарата через отверстие в плите. The device operates as follows. The mixture to be separated, through a hole in the base plate 3, flows under pressure into the manifold of the mixture to be separated, which is formed by holes 7 in the membrane and intermediate elements. Dividing in parallel into a number of intermediate elements 2, the mixture passes through channels 11 along the membranes 6, washing simultaneously the threads 5 of the intermediate elements. The fraction (permeate) penetrated through the membrane passes along the threads of the membrane elements 1 and through the channels 13 and the collector formed by the permeate outlet openings is removed from the apparatus through an opening in the plate.

Непроникающая через мембрану фракция (концентрат) отводится из аппарата через каналы 12, коллектор концентрата и отверстие в плите. В период разделения под действием давления потока исходной смеси мембрана 6 прижимается к нитям 5 мембранного элемента, в некоторой степени повторяя их профиль. Non-penetrating through the membrane fraction (concentrate) is discharged from the apparatus through the channels 12, the concentrate collector and the hole in the plate. During the separation period, under the influence of the pressure of the flow of the initial mixture, the membrane 6 is pressed against the threads 5 of the membrane element, to some extent repeating their profile.

В течение рабочего периода разделения на поверхности мембраны образуется осадок коллоидных веществ. Для удаления осадка применяют регенерацию мембран током пермеата (подачей его через мембрану в обратном направлении). С этой целью подачу разделяемой смеси прекращают, одновременно включая подачу пермеата через отверстия и каналы его отвода. Промывку ведут под давлением, преимущественно на 10 25% превышающем рабочее. При этом мембрана прогибается в противоположную сторону, прижимаясь к дренажным нитям 5 промежуточных элементов 2. В момент перехода от рабочего периода к промывному, мембрана скользит по нитям, что способствует лучшему удалению осадка. Прошедший через мембрану пермеат вместе с частицами осадка удаляется из аппарата через каналы 12 и коллекторы отвода концентрата или через каналы 11 и коллекторы ввода исходной смеси. During the working period of separation on the surface of the membrane, a precipitate of colloidal substances is formed. To remove the precipitate, membrane regeneration is applied by permeate current (feeding it through the membrane in the opposite direction). For this purpose, the supply of the separable mixture is stopped, simultaneously including the supply of permeate through the holes and channels of its removal. Washing is carried out under pressure, mainly 10 25% higher than the working one. In this case, the membrane bends in the opposite direction, pressing against the drainage threads of 5 intermediate elements 2. At the time of the transition from the working period to the washing, the membrane slides along the threads, which contributes to better removal of sediment. The permeate passing through the membrane together with the sediment particles is removed from the apparatus through channels 12 and collectors for discharge of the concentrate or through channels 11 and collectors for introducing the initial mixture.

Конструкция предлагаемого аппарата, предусматривающая использование нитей в качестве дренажных устройств, позволяет снизить потери напора разделяемой смеси за счет отсутствия нитей, расположенных перпендикулярно ее потоку, что характерно для прототипа, где в качестве дренажного устройства используется сетка. Тем самым создается возможность увеличить суммарную длину напорного канала (или увеличить число заходов в аппарате) и соответственно увеличить рабочую поверхность мембран в одном и том же агрегате и повысить производительность последнего. The design of the proposed apparatus, involving the use of threads as drainage devices, can reduce the pressure loss of the shared mixture due to the absence of threads located perpendicular to its flow, which is typical of the prototype, where a mesh is used as a drainage device. This creates the opportunity to increase the total length of the pressure channel (or increase the number of runs in the apparatus) and, accordingly, increase the working surface of the membranes in the same unit and increase the productivity of the latter.

Claims (1)

Мембранный аппарат, содержащий набор чередующихся мембранных и промежуточных элементов, выполненных в виде рамок с каналами для разделяемой смеси, пермеата и концентрата, а также дренажные устройства, отличающийся тем, что дренажные устройства выполнены в виде нитей, расположенных параллельно потоку, и размещены по обе стороны рамок. A membrane apparatus containing a set of alternating membrane and intermediate elements made in the form of frames with channels for the separated mixture, permeate and concentrate, as well as drainage devices, characterized in that the drainage devices are made in the form of threads arranged parallel to the stream and placed on both sides framework.

Images