МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ С ПЛОСКИМИ ФИЛЬТРУЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
MEMBRANE APPARATUS WITH FLAT FILTRATION ELEMENTS

Предлагаемое изобретение относится к области концентрирования растворов баромембранными методами микрофильтрации, ультрафильтрации и обратного осмоса и может быть использовано в микробиологической, пищевой, химической и других отраслях промышленности.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является аппарат ультрафильтрации плоскорамного типа [Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Под ред. Ю.И.Дытнерского. - М.: Химия, 1983, с.264-265], состоящий из секций, стянутых во фланцах с помощью шпилек и гаек и представляющих собой пакеты мембранных элементов в цилиндрических обечайках, чередующихся с уплотнительными прокладками и сетками-сепараторами с каналами для протекания разделяемого раствора, и состоящие из двух мембран, уложенных на подложки из мелкопористого материала, причем между мембранами размещен дренажный материал, между которым и подложками расположены кольца из тонкого жесткого материала.
Недостатками аппарата ультрафильтрации плоскорамного типа является длительность процесса фильтрации вследствие образования на ее поверхности гелевого слоя в результате действия концентрационной поляризации, а также невысокая производительность.
Технической задачей изобретения является повышение производительности аппарата и интенсификация процесса фильтрации раствора за счет динамической регенерации мембран в процессе разделения и снижения уровня концентрационной поляризации в результате вибровоздействия на мембрану.
Поставленная техническая задача изобретения достигается тем, что в мембранном аппарате с плоскими фильтрующими элементами, состоящем из секций, стянутых во фланцах с помощью шпилек и гаек и представляющих собой расположенные в цилиндрических обечайках и чередующиеся с уплотнительными прокладками пакеты мембранных элементов в виде двух мембран, уложенных на подложки из мелкопористого материала, опирающиеся в свою очередь на кольца из тонкого жесткого материала с размещенным между ними дренажным материалом, новым является то, что внутри уплотнительных прокладок герметично размещены тонкие кремниевые вставки, помещенные между двумя металлическими пластинами, запаянные в резину и соединенные с генератором колебаний ультразвуковой частоты.
Технический результат изобретения заключается в повышении производительности аппарата и интенсификации процесса фильтрации путем динамической регенерации мембран в процессе разделения за счет снижения уровня концентрационной поляризации в результате вибровоздействия на мембрану.
На фиг.1 представлен общий вид мембранного аппарата с плоскими фильтрующими элементами, на фиг.1а - вид А, на фиг.2 - фрагмент крепления кремниевых вставок, запаянных между двумя металлическими пластинами в резину, на фиг.3 - схема образования вибрации в уплотнительном элементе в результате изменения геометрических размеров кремниевых вставок.
Мембранный аппарат с плоскими фильтрующими элементами (фиг.1, 1a) состоит из ряда секций, стянутых во фланцах 1 и 2 с помощью шпилек 3 и гаек 4. Каждая секция представляет собой пакет мембранных элементов 5, чередующихся с уплотнительными прокладками 7 (фиг.2). Пакет уложен в цилиндрическую обечайку 6 (фиг.1). Мембранный элемент состоит из двух мембран 8, уложенных на подложки из мелкопористого материала 9, между которыми помещен дренажный материал 10. Для предотвращения вдавливания мембран и подложек в дренажный материал в зоне обжатия между подложками и дренажом располагаются кольца 11 из тонкого жесткого материала. Переточные отверстия всех мембранных элементов совпадают, образуя коллекторы для входа раствора в секцию, распределения его между мембранными элементами и выхода в следующую секцию. Внутри уплотнительных прокладок 7 (фиг.3) герметично размещены тонкие кремниевые вставки 12, запаянные между двумя металлическими пластинами 13 в резину 14 и соединенные проводами 18 с генератором ультразвуковой частоты (не показан).
Мембранный аппарат с плоскими фильтрующими элементами работает следующим образом. Исходный раствор поступает в аппарат через штуцер нижнего фланца 15, проходит через входной коллектор и последовательно проходит все секции. Концентрированный раствор уходит через штуцер верхнего фланца 16. В каждой секции раствор движется параллельными потоками по всем межмембранным каналам. Пройдя вдоль мембран 8, раствор собирается в выходном коллекторе секции и поступает во входной коллектор следующих секций. Фильтрат уходит через дренажные сетки 10 и сливается через отводные патрубки 17.
В процессе разделения раствора в результате проявления эффекта концентрационной поляризации у поверхности мембраны начинает образовываться гелеподобный слой, который трудно смывается и снижает производительность установки, что приводит к необходимости периодической остановки работы аппарата для проведения регенерации мембран.
Поэтому для снижения концентрационной поляризации к кремниевым вставкам, запаянным между двумя металлическими пластинами в резину, подводится от генератора (не показан) электрический ток заданной частоты, например 24 кГц, под действием которого кремниевые вставки периодически изменяют свои геометрические размеры, т.е. наблюдается действие обратного пьезоэффекта. Образующиеся колебания передаются на мембраны, что приводит к разрушению поляризационного слоя.
Предложенный мембранный аппарат с плоскими фильтрующими элементами позволяет:
- повысить производительность аппарата и интенсифицировать процесс фильтрации путем динамической регенерации мембран в процессе разделения за счет снижения уровня концентрационной поляризации в результате вибровоздействия на мембрану;
- сократить энергозатраты;
- повысить экономическую эффективность процесса фильтрации.