Способ мембранного концентрирования суспензий

 

Изобретение относится к технологическим процессам, в которых осуществляется концентрирование суспензий, и может быть использовано в микробиологической промышленности при мембранном концентрировании культуральной жидкости, например в производстве средств защиты растений. Целью изобретения является повышение производительности мембранного элемента в процессе концентрирования. С этой целью в способе концентрирования растворов скорость потока определяется в соответствии с формулой W=(4-5)<SP POS="POST">.</SP>(*98H<SP POS="POST">.</SP>D<SB POS="POST">э</SB>)<SP POS="POST">1/3.</SP>(K<SP POS="POST">.</SP>C<SB POS="POST">3в</SB>/L)<SP POS="POST">2/3</SP>, где D<SB POS="POST">э</SB> - эквивалентный диаметр канала над мембранной поверхностью

L - длина канала

C<SB POS="POST">3в</SB> - скорость звука в среде

ν - кинематическая вязкость

K - коэффициент, равный целому числу. 1 ил.

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„(51) 5 В О1 D 63/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

И = А (9 d,) "" (К С„/L) где А

К

C„L

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛКРЫТИЯМ

ПРИ fKHT ССОР (21) 4321352/28-26 (22) 22.07.87 (46) 07. 04 . 90. Бюп. № 13 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский институт прикладной биохимии (72) Е. С.Шитиков, А.А.Антонов, А,Ю. Винаров, В,М. Кротенков, А.Д. Тевяшев и А.Б.Лимитовский (53) 66.066-278:532. 711 (088.8) (56) Дитнерский Ю.И. Баромембранные процессы, — M.: Химия, 1986, с. 42-48 . (54) СПОСОБ МЕМБРАННО1 0 КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ СУСПЕНЗИЙ .(57) Изобретение относится к технологическим процессам, в которых осуществляется концентрирование сусИзобретение относится к технологическим процессам, в которых осуществляетсяя концентрир ова ние суспензии, и может быть использовано, например, в микробиологической промышленности при мембранном концентрировании культуральной жидкости в про изводстве средств защиты растений.

Целью изобретения является повышение производительности мембранного элемента в процессе концентрирования.

Сущность изобретения заключается в том, что при концентрировании сус пензии ее пропускают через трубчатый мембранный элемент под избыточным давлением, а скорость потока суспенэии выбирают равной одной из величин, определяемых по уравнению

„SU„, 1554952 А 1

2 пензий, и может быть использовано в микробиологической промышленности при мембранном концентрировании культуральной жидкости, например в производстве средств защиты растений.

Целью изобретения является повышение производительности мембранного элемента в процессе концентрирования.

С этой целью в способе концентрирования растворов скорость потока определяется в соответствии с формулой

Ы = (4-5) (4 d ), (K C /L), где

d — эквивалентный диаметр канала э над мембранной поверхностью, L — длина канала, С вЂ” скорость звука в среде; 1 — кинематическая вязкость, К вЂ” коэффициент, равный целому числу ° 1 ил. коэффициент, величина которого лежит в пределах 4-5, кинематическая вязкость суспензии эквивалентный диаметр канала, любое целое число, скорость звука в суспензии; длина канала .

Гидродинамика пристенного слоя потока жидкости в каналах (трубах) определяет характер (интенсивность) процессов тепломассообмена между потоком и стенкой. Установлено, что вязкий пограничный подслои, примыкаюаий непосредственно к стенке канала,, 1554952 4

10 I 5

50 обладает сильной неустой гивостью и периодически разрушается и во времени, и по всей поверхности, обтекаемой потоком. Эти периодические процессы взаимосвязаны с организованным движением "ядра" потока и определяются числом Рейнольдса. Резкое уси. ление разрушающего эффекта происхо дит при возникновении в канале" стоячей" волны. Характерная особенностb стоячих волн — определенные (чередующиеся) положения максимумов звукового давления и скорости (пучности и узлы) вдоль канала, в котором эта волна возбуждена. Следовательно, при движении потока с частицами в канале среда как бы проходит через своеобразную пространственно промодулированную решетку, в которой частицы дисперсной фазы (например, имеющие большую плотность, чем жидкость) то ускоряются вблизи пучностей, то замедляются, приближаясь к узлам давления (частицы с меньшей плотностью— наоборот). Таким образом применительно к фильтрации жидкости через мембранные поверхности в каналах при тангенциальном движении потока, кото рая сопровождается образованием слоя осадка (динамической мембраны), можно сказать, что в стоячей" волне происходит нарушение "стационарности" установившегося порядка — формирование динамической мембраны. Частицы суспензии под действием волны не оседают равномерно по длине канала, а концентрируются в определенных зонах мембранной поверхности. Само повышенное концентрирование частиц увеличивает местную толщину осадка, что приводит к увеличению местной скорости потока и увеличению касательного напряжения. Увеличение касательного напряжения в свою очередь. способствует снижению толщины осадка на мембране, Все эти факторы приводят к повышению удельной производительности мембран по пермеату.

На чертеже представлены результаты концентрирования суспензии по известному (кривая 2) и предлагаемому способам (кривая 1).

Проводят непрерывное концентрирование культуральной жидкости, содержащей биомассу продуцента дендробациллина — средства защиты растений.

Концентрация твердой фазы по сухому весу 5,7 мас.Ж, кинематическая вяз/ кость среды = 8 10 м /с, среднее трансмембранное давление в канале

0,4 MIIa, длина канала L = 2 м и эквивалентный диаметр канала d> = 13,5 мм.

Скорость звука С в расчетах (при концентрации клеток в культуальной жидкости по крайней мере не менее 117) следует принимать равной скорости звука в воде — основном компоненте культуральной жидкости, величина которой для условий мембранного концентрирования культуральной жидкости по предлагаемому способу равна 1450 м/с.

Для работы выбирают (рассчитывают по уравнению) скорость потока при

К = 1 такую, чтобы число Рейнольдса (Re) бьио равно 11400 и поддерживают ее при работе постоянной. Для работы по известному способу выбирают режим с непрерывным увеличением скорости попотока M от величины, соответствующей Re „, = 100000 до Re„„„= 13000, причем длину мембранног о ка нала уменьшают до 1,5 м с тем, чтобы в системе не наступали резонансные явления.

На чертеже представлены данные измерений удельной производительности мембраны в обоих режимах. Нетрудно убедиться, что удельная производительность мембран в предлагаемом споЪ собе в 1,5 раза выше, чем в известном способе, при близких энергетических затратах.

Таким образом, реализация предлагаемого способа позволяет повысить производительность процесса в среднем на 10-307 по сравнению с известным способом концентрирования при одинаковых э нерг озатратах. В случае необходимости изменить скорость потока суспензии это следует делать ступенчато в соответствии с уравнением, приняв в расчете бопьшие значения К. Кроме того, использование предлагаемого способа позволит увеличить время работы установки между промывками и тем самым получить эко-. номик> моющих растворов и снизить потери продукта. формула изобретения

Способ мембранного концентрирования суспензий, включающий пропускание потока суспензии под избыточным давлением внутри каналов трубчатого

Йэ

C3b

2N

Yi() 0 1 2 .1 4

Составитель А. Свитцов

Редактор И.Горная Техред Л.Олийнык Корректор О. Кравцова

Заказ 5!8 Тираж 54 1 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.ужгород, ул. Гагарина,101

5 (554952 мембранного элемента и отвод прони- "де А кающего через мембрану пермеата, о тл и ч а ю шийся тем, что, с 1 целью повышения производительности мембранного элемента, скорость потока выбирают равной одной иэ величин, определяемых по уравнению

W = A () а,) " . (К С„/L ) ", коэффициент, еличина кото= рого лежит в пределах 4-5, кинематическая вязкость суспензии; эквивалентный диаметр канала любое цел о е ч исл о скорость звука в суспензии; длина канала.