Ячейка для ультрафильтрации

 

ЯЧЕЙКА ДЛЯ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ, состоящая из герметичного корпуса с приспособлением для подачи и сброса давления, магнитной мешапки и ультрафильтрационной мембраны, помещенной на подложке, отличающаяся тем, что, с целью улучшения селективности процесса разделения и упрощения регенерации путем регулировки размеров пор мембраны, ячейка дополнительно снабжена двумя цилиндрическими электродными камерами с отверстиями для отвода выделяющегося газа, соединенными с рабочим объемом через диффузионные мембраны. (Л CD со со 00 Од

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) З(51) В 01 D 31/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО делАм изоБРетений и отнРытий (21) 35847 73/23-26 (22) 10.02.83 (46) 30.06.84 Вюл. № 24 (72) Г.А.Меркулов, В.В.Чечина, В.П.Жемков и А.Н.Черкасов (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт особо чистых биопрепаратов (53) 628.336.4(088.8) (56) 1. Технологические процессы с применением мембран. M., 1976, с.69.

2. Патент США ¹ 3529155, кл. В 01 D 31/00, 1967. (54) (57) ЯЧЕЙКА ДЛЯ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ, состоящая из герметичного корпуса с приспособлением для подачи и сброса давления, магнитной мешалки и ультрафильтрационной мембраны, помещенной на подложке, отличающаяся тем, что, с целью улучшения селективности процесса разделения и упрощения регенерации путем регулировки размеров пор мембраны, ячейка дополнительно снабжена двумя цилиндрическими электродными камерами с отверстиями для отвода выделяющегося газа, соединенными с рабочим объемом через диффузионные мембраны.

1099983

Изобретение относится к аппаратам для проведения процессов ультрафильт- рации (УФ) с целью разделения, очистки и концентрирования растворов, например, билогически активных веществ.

Известно устройство f1) для разделения растворов методом электродиализа, представляющее собой диализный пакет, зажатый между фланцами — элект. родами. Один из фланцев имеет приспособление для ввода и вывода деминерализованного, концентрированного и промывочного растворов. Разделяемый раствор подается с одной стороны мембраны, а прошедшие под действием электрических сил через нее ионы уносятся потоком воды с другой стороны мембраны.

Недостатками данного устройства являются невозможность использования

его для разделения незаряженных частиц и низкая производительность.

Наиболее близкой к предлагаемой является ячейка для ультрафильтрации (2), состоящая из герметичного резервуара с приспособлением для подачи давления внутрь резервуара, электромагнитной мешалки и мембраны, разделяющей концентрат и фильтрат.

Движущей силой процесса фильтрации Зй через мембрану в ячейке является перепад давления на самой мембране.

Недостатки известного устройства— трудность подбора мембраны для разделения конкретных смесей, особенно с близкими по значениям молекулярными массами, а также невозможность про. ведения качественной регенерации мембраны.

46

Цель изобретения — улучшение селективности процесса разделения и упрощение регенерации мембраны путем регулирования размеров пор мембраны.

Укаэанная цель достигается тем, 45 что стандартная ячейка для УФ оборудуется дополнительно двумя цилиндрическими электродными камерами с отверстиями для отвода выделяющегося газа соединенными с рабочим объемом ячейки через диффузионные мембраны.

На чертеже представлена общая схема устройства.

Ячейка состоит из корпуса 1 с днищем 2 и крышкой 3, снабженной приспособлениями для подачи давления — патрубком 4 и краном сброса давления 5.

Герметичность ячейки обеспечивается посредством уплотнительных прокладок б и стягивающего устройства — зажимной рамкой 7. Ультрафильтрационная мембрана 8 помещается на подложку 9.

Ячейка снабжена мешалкой 10. Две бо- . ковые цилиндрические камеры 11 предусмотрены для введения в них электродов 12 с обеих сторон мембраны; электроды погружены в насыщенный раствор электролита. Чтобы исключить электродные процессы в фильтруемом растворе, камеры отделены от рабочего объема диффузионными мембранами

13, которые укреплены с помощью гайки 14. В ячейке также предусмотре-. но отверстие для смены диффузионной мембраны в случае выхода ее из строя.

Отверстие закрывается пробкой 15.

Для отвода выделяющихся на электродах газов в камерах имеются отверстия 1б.

Порядок работы с предлагаемой ячейкой следующий .

На подложку 9 укладывается мембрана 8, затем уплотнительная прокладка б, после чего устанавливается корпус 1 с крышкой 3. Конструкция стягивается зажимной рамкой 7. Через патрубок 4 для подачи давления заливается разделяемый раствор. Затем в ячейку подается избыточное давление, например, от баллона с азотом. Ячейка должна быть установлена на электромагнитную мешалку для осуществления перемешивания разделяемого раствора на протяжении всего процесса.

Одновременно с началом фильтрации начинают пропускать ток через мембра,ну, подав напряжение на электроды от источника тока. Изменяя величину плотности тока, останавливаются на том его значении, при котором сеE лективность .процесса и проницаемость мембраны наиболее эффективны. Селективность процесса можно измерять, например, проточным спектрофотометром.

Относительное увеличение проницаемости при пропускании тока можно оценить по формуле о о о о где Q — исходная проницаемость, м/с;

Q — проницаемость при пропуска1 нии через мембрану тока плотностью i.

При необходимости регенерации мембраны после завершения процесса фильтрации следует перекрыть источник давления, сбросить остаточное давление

10999

Таблица 1 мА/см

3 5 альбумина

0,95 0,88 0,80 0,75 ингибитора трипсина 0,86 0,55 0,25 0,15

Ф альбгмина

К"=- — — — - — — — — — —- 1,1 1,6

Я ингибитора трипсина

3,2 5,0 краном 5, расположенным на крышке ячейки. Через патрубок слить непрофильтровавшуюся часть раствора, затем через этот же патрубок в рабочий объем влить дистиллированную воду; вновь подать давление, а через мембрану пропускать ток. Время регенерации зависит от многих факторов: свойств разделяемого раствора, характеристики мембраны и степени ее за- 10 бивки, плотности пропускаемого тока и т.д. и по результатам экспериментов лежит в пределах 2 — 30 мин. Используемые диффузионные. мембраны должны обладать эффективным размером 15 пор от 5 10 до 1 5 10 м. Пределы

- о -10 мембран по размерам пор определяются, с одной стороны необходимостью сниже. ния электрического сопротивления и с другой — исключением прохода объек-20 тов ультрафильтрации в камеры.

Пример 1. Разделению подлежит система "альбумин-ингибитор TpHIIcHHa на мембране УАМ-200; давление на мембране 0,2 MIIa; рН=4,5. 25

В табл. i приведены результаты зависимости коэффициента разделения от плотности тока.

Из табл. 1 следует, что в режиме обычной УФ коэффициент разделения 30 (К) системы "альбумин-ингибитор трипсина" близок к единице, т.е. белки не разделяются. Однако при плотности тока (1) 5 мА/см эффективность разде

83 4 ления этих белков возрастает в 5 раз, что позволяет отделить ингибитор трипсина от бычьего сыворочного альбумина. Эффективные размеры пор диф- фузионных мембран (7,0 2,0) 10 ом.

Пример 2. Мембрана УАМ-200.

Исходная проницаемость 13,9 10 м/с ,MIIa. фильтруется раствор декстрана (ММ 500.10 ), Проницаемость мембраны через 5 ч фильтрации 5,9 10 м/с ИПа

Степень засорения мембраны 587. В. течение 10 мин через мембрану, не разбирая установки, пропускается электрический ток плотностью 3 мА/см одновременно с потоком дистиллированной воды. Проницаемость мембраны после 10 мин регенерации 13,9 10 м/с.MIIa т.е. восстанавливается до исходной.

Регенерацию каждой мембраны можно проводить многократно, что продемонстрировано в табл. 2.

Эффективные размеры пор диффузионных мембран (9, 312,0) 10 м.

Предлагаемая ячейка для УФ по сравнению с прототипом позволяет упростить выбор мембраны за счет регулировки пор, расширить диапазон применения мембраны, повысить селективность разделения, например, системы "альбумин — ингибитор трипсина" в 5 раз и ускорить процесс регенерации в 3-4 раза.

1099983

Таблица 2

5,9 i 3,9

13,9

6 5

6,4

13,9 t3,8

5,8

13,8

13,8

13,9

13,9

6,2

13,8

6,0

13,8

13,9

6,0

13,9

17,9

6,9

Составитель Н.Годунова

Редактор В.Ковтун Техред Т.Иаточка Корректор Л.Шеньо

Заказ 4457/7 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, Исходная проницаемость м/с.МПа 10

Проницаемость после засорения, м/с МПа я10

Проницаемость после регенеции, м/с МПа» 10