УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТВОДА ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО СЛОЯ

Устройство для отвода поляризационного слоя
Полезная модель относится к области концентрирования растворов методом ультрафильтрации, обратного осмоса и может быть использовано в пищевой, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности.
Известны мембранные аппараты с малым размером фильтрующих каналов (половолоконные) [1]. Принцип их работы основывается на том, что при фильтрации раствора через мембрану накапливается слой задерживаемых веществ на мембране. Это явление называется концентрационной поляризацией. Сформировавшаяся структура неоднородна и состоит из неподвижной части слоя, находящейся непосредственно на мембране и подвижной части, расположенной выше (диффузионный пограничный слой). Величина его мала и составляет доли миллиметра. Диаметр канала аппарата должен быть сопоставимым или иметь меньший размер, чем удвоенная толщина диффузионного пограничного слоя. Это позволит концентрировать продукт за один проход среды.
Недостатком этих аппаратов является: трудоемкость изготовления сверхтонких каналов; необходимость выполнения каналов одинакового размера по всей длине для избежания возможного образования застойных зон; осуществления предварительной фильтрации среды для предотвращения забивки каналов.
Авторами [2] предлагается отвод слоя геля с поверхности мембраны. Так как гель имеет высокое содержание задерживаемых веществ, его отвод позволит интенсифицировать процесс концентрирования. Однако реализация этого способа весьма трудоемка, поскольку структура геля достаточно плотная, находится на мембране и его отвод связан с техническими трудностями.
Наиболее близкой к полезной модели является конструкция трубчатого мембранного аппарата, в котором концентрирование растворов осуществляется за счет отвода низкомолекулярных веществ в виде фильтрата через мембрану [3].
Недостатком является то, что в этих аппаратах слой задерживаемых веществ, образовавшийся при фильтрации, негативно влияет на проницаемость по фильтрату, создавая дополнительное гидравлическое сопротивление. С этим явлением борются, используя различные способы. Их можно разделить на четыре группы: механические, гидродинамические, физические и химические. Однако они лишь оказывают кратковременное воздействие и полностью не предотвращают его.
В основе полезной модели лежит задача увеличения производительности.
Для решения этой задачи на выходе аппарата устанавливается устройство, разделяющая поток на две части: более концентрированный поляризационный слой, который отводится в виде готового продукта и менее концентрированный основной поток, выходящий из аппарата или циркулирующий в системе.
На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит корпус 1 со штуцером для отвода поляризационного слоя 2, которое одним концом присоединяется к мембранному аппарату 3. Исходный раствор поступает в мембранный аппарат через штуцер 4, а обедненный поток выводится через штуцер 5. Фильтрат, образующийся в процессе концентрирования, выходит из штуцеров 6.
Работает устройство следующим образом. Исходный раствор под давлением поступает через штуцер 4 в мембранный аппарат 3, где происходит фильтрация раствора. При этом низкомолекулярные вещества проходят через мембрану и удаляются в виде фильтрата через штуцеры 6, а высокомолекулярные задерживаются. Концентрация задерживаемых частиц в неподвижной части на поверхности мембраны будет максимальна. При превышении точки гелеобразования эта часть может превратиться в слой геля, что приведет к значительному увеличению сопротивления и уменьшению производительности по фильтрату. Концентрация задерживаемых веществ в подвижной части непостоянно. Она имеет циклический характер и обусловлена с одной стороны накоплением частиц при фильтрации раствора, а с другой - их периодическим срывом, в результате превышения предельного значения сил сцепления между ними вследствие тангенциального течения потока жидкости. Поэтому отвод подвижной части поляризационного слоя наиболее целесообразен, как за счет более высокой концентрации частиц в ней по отношению к центральной части потока, так и за счет технической доступности их отвода. Концентрация и количество отводимого раствора зависят от конструктивных особенностей отводящего устройства 1, которое разделяет поток на две части: более концентрированную, которая выводится из штуцера 2 и менее концентрированную, удаляемую через штуцер 5. Так как в отводимом растворе находится достаточно высокая концентрация задерживаемых веществ, то его целесообразно смешивать с исходным раствором, который поступает в аппарат через штуцер 4. Соотношение их объемов определяется технологическими задачами. Необходимым условием организации процесса концентрирования при использовании аппаратов с отводом поляризационного слоя должна быть структурная оптимизация. Критерием оптимизации в этом случае является минимум аппаратов или продолжительности процесса.
Таким образом, предложенное устройство позволяет увеличить производительность и технически доступно в реализации.
Источники информации
1. Технологические процессы с применением мембран / Под ред. Р.Е. Лейси и С. Леба. - М: Мир. - 1976. - 370
2. Патент №2094100 РФ, С1 B01D 61/00, 65/08. Способ мембранного разделения жидких сред / Б.А. Лобасенко, В.Н. Иванец, Ю.В. Космодемьянский (Россия). - 95108093/25; Заявлено 18.05.95. Опубл. 27.10.97. Бюл. №30.
3. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. Теория и расчет. - М. Химия, 1986, 272 с.