Устройство для разделения жидкости мембранной фильтрацией и способ изготовления фильтрующего блока устройства для разделения жидкости мембранной фильтрацией
Использование: в устройствах для разделения исходной жидкости на фракции концентрата и пермеата путем мембранной фильтрации Сущность изобретения: устройство содержит группу кассет, разделенных промежуточными пластинами. Группу кассет можно сжимать воедино в продольном направлении и при необходимости отпускать, чтобы извлечь любую кассету. Каждая кассета содержит фильтрационный бпок, состоящий из ряда мембран, где предусмотрена первая система жидкостных проходов, соединяющая две свободные зоны внутри кассеты, при этом соединение упомянутых свободных зон осуществляется таким образом, чтобы получить последовательный или параллельный либо сочетание последовательного с параллельными жидкостным потоком, следующим от входа для исходной жидкости до выхода для концентрата Пермеат выводится из общей камеры расположенной над мембранами. Кроме того, в каждом мембранном ряду предусмотрена вторая система жидкостных проходов, она изолирована от упомянутой первой системы и служит для пропускания пермеата. проникающего через мембраны по меньшей мере к одному отдельному выпуску из каждого фильтрационного блока. В соответствии со способом изготовления фильтрационных блоков размещают в ряд конвертообразные мембранные блоки, вводят между мембранными блоками отверждаемое жидкое связующее вещество по меньшей мере, с одной стороны фильтрационного блока на заданную глубину после отверждения связующего удаляют слой связующего материала вместе с краевыми участками кромок мембранных блоков, заключенными в него, за счет фрезеровальной или строгальной обработки поверхности до глубины, которая меньше , чем глубина введенного связующего. 2 с и 15 зп. ф-пы. 17 ил. §
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4830260/05 (22) 06.06.90 (31) 87 6418 (32) 07.12.87 (33) DK (46) 15.11.93 Бюл. ¹ 41-42 (71) Даниско А/С (ОК) (72) Енс Клоппенборг Мелпер(ОК) (73) Даниско А/С (DK) (86) ОК 88/00204 (06.12.88) (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ МЕМБРАННОЙ ФИЛЬТРАЦИЕЙ И
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФИЛЬТРУЮЩЕГО
БЛОКА УСТРОЙСТВА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ
ЖИДКОСТИ МЕМБРАННОЙ ФИЛЬТРАЦИЕЙ (57) Использование: в устройствах для разделения исходной жидкости на фракции концентрата и пермеата путем мембранной фильтрации. Сущность изобретения: устройство содержит группу кассет, разделенных промежуточными пластинами. Группу кассет можно сжимать воедино в продольном направлении и при необходимости отпускать, чтобы извлечь любую кассету. Каждая кассета содержит фильтрационный блок состоящий из ряда мембран, где предусмотрена первая система жидкостных проходов, соединяющая две свободные зоны внут(В) RU (11) 2002487 Cl (51) 5 B 01929 00 801961 18
В01 063 08 В01D67 00 ри кассеты, при этом соединение упомянутых свободных зон осуществляется таким образом, чтобы получить последовательный или параллельный либо сочетание последовательного с параллельными жидкостным потоком, следующим от входа для исходной жидкости до выхода для концентрата.
Пермеат выводится из общей камеры, расположенной над мембранами. Кроме того, в каждом мембранном ряду предусмотрена вторая система жидкостных проходов, она изолирована от упомянутой первой системы и служит для пропускания пермеата, проникающего через мембраны по меньшей мере к одному отдельному выпуску из каждого фильтрационного блока. 8 соответствии со способом изготовления фильтрационных блоков размещают в ряд конвертообразные мембранные блоки, вводят между мембранными блоками отверждаемое жидкое связующее вещество по меньшей мере, с одной стороны фильтрационного блока на заданную глубину после отверждения связующего удаляют слой связующего материала вместе с краевыми участками кромок мембранных блоков, заключенными в него, за счет фрезеровальной или строгальной обработки поверхности до глубины, которая мень- р ше, чем глубина введенного связующего. 2 с и 15 эл. ф-пы. 17 ил.
2002487
Изобретение относится к устройствам для разделения жидкости на две фракции с помощью мембранной фильтрации.
Обрабатываемая жидкость называется исходной, жидкость, проникающая через мембрану, называется пермеатом, а жидкость, не проницаемая через мембрану— концентратом.
Обычно подобное устройство содержит множество отдельных сменных фильтрационных блоков, в каждом из которых имеется ряд мембран, где предусмотрены две раздельные системы жидкостных проходов, предназначенных для пропускания жидкостей по противоположным поверхностям каждой мембраны, а именно первая система служит для пропускания жидкости или концентрата, а вторая для пропускания пермеата.
Если в таком устройстве выйдет из строя какая-либо мембрана. то придется полностью отключать все устройства, а на эту операцию уходит много сил и времени, так как из напорного контейнера необходимо извлечть все фильтрационные блоки на проверку, Известно устройство для разделения жидкости мембранной фильтрацией, содержащее ряд съемных фильтрующих блоков, содержащих мембраны с первой системой каналов для обеспечения контактирования потока подаваемой жидкости с одной поверхностью мембран и второй системой каналов для потока пермиата, контактируемого с противоположной стороной мембран, средства для удаления пермеата и концентрата.
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности простого монтажа и демонтажа, устройство не может быть выполнено с большими мембранными поверхностями, в HBM невозможно обеспечить различные виды течения; параллельно, последовательно или комбинированно, т.к. это устройство не имеет промежуточных пластин или свободных зон в блоке, Целью изобретения является создание компактного устройства, обеспечивающего эффективное разделение жидкости, а также создание способа изготовления фильтрующего блока устройства для разделения жидкости мембранной фильтрацией.
Поставленная задача решается так, что в устройстве для разделения жидкости мембранной фильтрацией, содержащем ряд сьемных фильтрующих блоков, содержащих мембраны, с первой системой каналов для обеспечения контактирования потока, подаваемой жидкости с одной поверхностью мембран и второй системой каналов для потока пермеата, контактирующего с противоположной стороной мембран, средства для подвода жидкости и удаления пермеата и концентрата, каждый фильтрующий блок содер>кит установленные на раме кассеты, включающие расположенные под прямым углом к.раме, и закрепленные на ней мембранные элементы, причем рама кассеты расположена вокруг фильтрующего блока и
10 образует с мембранными элементами свободную зону, находящуюся в контакте с первой системой каналов и предназначена для обеспечения потока подаваемой жидкости к одной стороне мембраны, а между рамами кассеты, содержащими фильтрующие блока, установлены сьемные промежуточные пластины, при этом первая система каналов для прохождения жидкости обеспечивает поток жидкости вдоль обеих сторон каждой пластины, а вторая система каналов размещена в контакте с верхней частью фильтрующего блока и соединена со средством для удаления пермеата, причем смежные промежуточные пластины могут иметь отверстия для соединения зон фильтрации по одной или обеим сторонам пластины.
Кроме того, в устройстве каждая проме>куточная пластина снабжена установленной рамой, выступающей над поверхностью
Э0 пластин со всех сторон, причем форма и размеры рамы таковы, что ее выступающие над поверхностью пластины участки частично перекрыты со смежной рамой фильтрующего блока и служат средством для снятия напряжений последней при ее герметичном сцеплении с промежуточной пластиной, а между внешними поверхностями рам фильтрующего блока и внутренними поверхностями усилительных рам установлены клинья, устройство имеет торцевые пластины, мембранные элементы и промежуточные пластины, размещенные на двух параллельных опорных стержнях, установленных концами в торцевых пластинах, устройство содержит два дополнительных стержня, расположенных параллельно опорным стержням и аналогичным образом установленных в торцевых пластинах, причем все четыре стержня выполнены полыми и в каждом имеется шпиндель, взаимодействующий с гайкой, размещенной с внешней стороноы торцевой пластины и служащий для стягивания торцевыми пластинами мембранных элементов, на шпинделе установлена звездочка, с которой жестко соединена гайка; сверху каждого блока предусмотрена камера для сбора пермеата, по меньшей мере, некоторые пластины выполнены с отверстиями в боковой части, с двух сторон пластины, мембранные
2002487 элементы снабжены неотьемлемыми и отдельными распорными элементами, расположенными между мембранными элементами.
Для быстрой локализации неисправной 5 мембраны применяется осмотр средства, предназначенного для раздельной выгрузки пермеата иэ отдельных фильтрационных блоков и следовательно из отдельных кассет. Как правило. возникновение дефекта в 10 мембране приводит к тому, что с пермеатом смешивается неочищенная или частично очищенная жидкость, в результате чего цвет пермеата меняется, Чтобы можно было легко локализовать 15 дефектную мембрану,,применяются выпускные средства в виде прозрачных труб.
После локализации дефектной мембраны и прекращения подачи исходной жидкости можно легко и быстро разделить 20 устройство, сняв усилие сжатия с кассетного ряда и промежуточных пластин, после чего извлекаются пластины. смежные с кассетой, содержащей дефектный фильтрационный блок. Затем можно высвободить и 25 извлечь кассету. заменить дефектный фильтрационный блок в этой кассете на новый, либо установить совершенно новую кассету.
После того, как в устройство установле- 30 на кассета с новым фильтрационным блоком, снова накладывается усилие сжатия, и устройство готово к работе.
Какая именно из упомянутых свободных зон образует входную зону для подачи ис- 35 ходной жидкости к фильтрационному блоку, либо зону отбора для концентрата, зависит . лишь от направления потока в каждой отдельной кассете.
Направление потока определяется кон- 40 струкцией пластин, предусмотренных между кассетами. Если с обеих концов всех пластин предусмотрены проходные отверстия, то подаваемая в устройство жидкость станет сама распределяться по всем сво- 45 бодным зонам со стороны подачи, и возникает параллельный поток. направленный к противоположной стороне устройства. Поэтому свободные зоны этой стороны устройства будут служить общей зоной собирания 50 концентрата.
Если проходные отверстия имеются на противоположных сторонах чередующихся пластин, то жидкость, подаваемая в зону у первого конца устройства, будет нагнетать- 55 ся и последовательно протекать все фильтрационные блоки, пока не достигнет противоположного конца устройства. На практике предпочтительно применять сочетание параллельного и последовательного потока по всей длине устройства либо его частей.
Если для разделения жидкости надо использовать лишь часть устройства, то против последней кассеты в той части, которую хотят использовать, помещают пластину без проходных отверстий.
Аналогичный образом пластину без отверстий применяют для ограничения потока жидкости у краев устройства.
3а счет соответствующей компоновки кассет со средствами для подачи исход loA жидкости и сбора концентрата, а также соответствующего размещения промежуточных пластин с отверстиями с одного конца, с обоих концов либо совсем без отверстий можно достаточно просто добиться требуемого распределения потока для выполнения самых разных нужд.
Желательно, чтобы мембраны, находящиеся в ряду, образующем фильтрационный блок, имели вид мембранных пар, причем две мембраны каждой пары отодвигаются друг от друга на заданное расстояние с помощью прокладочного элемента, чтобы пермеат мог протекать изнутри фильтрационного блока в камере для отбора пермеата, не испытывая значительного сопротивления, Особо желательным оказалось применение прокладочных элементов в виде сетки либо полотна из синтетической пряжи, например пряжи, состоящей из мононитей из полипропилена.
Было обнаружено, что вязаная сетка или полотно предпочтительней тканей сетки или полотна, так как вязаное изделие менее плоское, чем тканое, и потому оказывает меньшее сопротивление потоку жидкости, Особо предпочтительно применение вязаной сетки или полотна, прошедшего всестороннее растяжение в сочетании с термообработкой, поскольку подобная обработка повышает жесткость сетки или полотна.
Когда мембраны выполняются в виде пар, то прокладочные элементы могут размещаться между взаимно обращенными мембранами каждых двух последовательных пар, при этом предпочтительно, чтобы прокладочные элементы состояли из экструдированной сетки или полотна.
Согласно наиболее предпочтительному варианту реализации мембраны в ряду размещаются в плоскостях. перпендикулярных продольной оси устройства, и весь ряд закрывается двумя торцевыми пластинами.
В результате две незакрытых стороны ряда будут прилегать к свободной зоне для подачи жидкости к жидкостным проходам. и
0ООа4а к свободной зоне для отбора концентрата соотвествепно, Для опоры мембранного ряда на двух его незакрытых сторонах могут быть предусмотрены поперечные ребра, тогда конца этих ребер принимаются в соответствующие пазы пО краям Горцев61х пластин. у помянуту1о камеру для сбора пермеата желательно размещать сверху мембранной группы, тогда снизу размещается донная пластина, соединяемая с торцевыми пластинами.
Bк,=амере сбора пермеата аналогичным образом можно предусмотреть поперечные ребра для опоры мембранной группы, В чЯсти сг10сооа поставленная ЗЯДЯчз решается тем, что при изГотовлении фильтpyi0ulего блока устройства Для разделения жидкости мембранной фильтрацией путем последовательной установки фильтрующих мембранных элементов, вводят отверждаем-.е жидкое связу1ощее вещество на заданную глубину между смежными мебранными элементами блока, начиная с их кромок в области, расположенной f10 ллине и ширине поверхности блока, осуществля1от свободное или принудитель:10е отверждение введенного связующего вещества, после чего удаля10т отвер>кденное связующее на глубину меньшего размера, чем глубина введенНОГО СВЯЗУ1ОЩЕГО.
Кроме того, фильтоу10щий блОк получзl0T путем соединения двух прямоугОльных мембрсч1ных элементов по краям сваркой, температурной герметизацией, либо склеиванием, применяют связующее, состоягцее из полиуретана, удаление материала осуществляют фрезерованием или строганием поверхности, отвер>кда10щее связу1ощее вещество вводят и отверждают на двух противоположныу поверхносГях Олокя, удаля ют ОтвержденH08 связylOù88 с двух противоположных поверхностей блока.
Вследствие указан1н о удаления материала оТ поверхности мембранного о lда буруТ удB/iGH ы краевые зон ы конвертообразных мембранных блоков, за счет чего по всей длине мембранного блока образуется свободное выходное отверстие, бля одаря чему до минимума уменьшается сопротивление патоку пермеата, вытекающему из блока, В силу того, что материал уДзляется лишь HB ОГОаниченную Глубину, проход K свободным поострянствам MGMgg мембранными блоками не Образуется. Поэтому после установки фил ьтрацион ного блока в корпус, нзпри1лер, в кассету
pBcci 10TpGHнОГО вышо типа с впускной KB1 ò8 10Й,с ля исходн Ои жидко с | и или кОн ц8нтрВТВ и выпус ной камерой для пермеята, 5
50 они оказываются надежно изолированными друг от друга, при этом нет необходимости в особом уплотнительном средстве.
Другим достоинством изобретения является возможность размещать между противоположными сторонами мембранного блока при необходимости распорный элемент, выполненный в виде четки или полотна, кроме того аналогичным образом распорные элементы в виде сравнительно крупной сетки или полотна могут размещаться в промежутках между соседними мембранными блоками.
Предпочтительно применять мембранные блоки, у которых обе стороны выполнены из нетканого материала, к примеру из композитных волокон, у которых сердцевина состоит из полипропилена, заключенного в полиэтилен, на который осажден тонкий слой покрытия из мембранного материала в виде полисульфона.
Нет необходимости, чтобы упомянутые распорные элементы, применяемые для удержания на расстоянии двух мембранных сторон, а также смежных мембранных блоков, были выполнены в виде отдельных элементов, они могут составлять одно целое с мембранами.
1Аембраны можно получать, например, осаждением мембранного слоя, состоящего иэ полисульфона или фторида поливинилидена на подло>кку, профилированную в одном направлении, например в виде вязаного полотна, которую помещают на внутренние поверхности конвертообразноr0 мембранного блока, облегчая тем самым протекание пермеата K выпускному Отвер стив. При желании в каждом мембранном блоке в качестве распорного элемента можно дополнительно применить дополнительную сетку или полотно.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом реализации применяют мембранные блоки, образованные осаждением мембранного слоя на прочную подложку, профилированную в двух направлениях, например, в виде крупной сетки. За счет этого можно получить мембраны, профилированные по обеим сторонам. Благодаря применени1о подобных мембран внутри мембранного блока и в промежутках между смежными мембранными блоками обраэуютя системы жидкостных проходов, способствующие протеканию жидкости.
Формирование системы жидкостных проходов в упомянутых промежутках (проходы для концентрата) происходит под влиянием давления, существующего в концентрате и вжима1ощего мембранные слои в сетчатые участки подложки, 2002487
55
B соответствии с еще одним вариантом реализации применяются мембранные слои, состоящие из мембранного слоя, отформованного на подложке, профилированной в одном направлении, с задней стороны которой закреплена крупная сетка, что может быть выполнено, например, путем сварки. Такая сетка удерживает на расстоянии стороны мембранного блока, так как рабочее давление вызовет деформацию мембранных слоев в зонах, соответствующих ячейкам грубой сетки, и профилированная подложка обеспечит формирование системы жидкостных проходов для пермеата.
Вместо сетки, прикрепленной к задней стороне мембранной подложки, можно применять тонкую профилированную и перфорированную пластину. Закрепление подобной пластины можно произвести точечной сваркой.
Такая система обладает сравнительно большой прочностью и жесткостью и может выдерживать сравнительно большие усилия среза, Профилирование пластины может быть выполнено как в одном, так и в двух направлениях, За счет выбора подходящих раздельных и/или цельных распорных элементов можно получить заданные направления основных потоков как со стороны концентрата, так и со стороны пермеата. Предпочтительно применять такие распорные элементы, которые обеспечивают перпендикулярность основного направления потока со стороны концентрата по отношению к основному направлению потока со стороны пермеата. при этом поток пермеата непосредственно направляется к выпускному отверстию или отверстиям каждого мембранного блока.
Конвертообразные мембранные блоки желательно изготавливать, помещая мембранные листы прямоугольной формы друг на друга и соединяя листы по всем четырем краям сваркой или склеиванием, при желании до сварки или склеивания между мембранными слоями помещается разделительный элемент, После поверхностной обработки площадей, впоследствии контактирующих с отверждаемым связующим веществом, предназначенной для повышения адгезии связующего с мембранными блоками, мембранные блоки устанавливает в ряд вместе с распорными элементами. если они имеются, и в промежутки между мембранными блоками вводят отверждаемое связующее, делая это по меньшей мере с одного торца двух противоположных поверхностей ряда, 5
В качестве связующего вещества предпочтительно использовать полиуретан, однако возможно применение и иных материалов, например эпоксидной смолы, которые могут обеспечить связь между мембранными блоками, не разрушаясь при условиях, преобладающих во время работы устройства мембранной фильтрации.
После отверждения связующего вещества с поверхности или поверхностей, куда в промежутки между мембранными блоками ранее вводили связующее, его удаляют, удаляют краевые участки мембранных блоков и предусмотренных между ними распорных элементов. Как только вдоль кромок мембранных блоков образуются отвертия, удаление материала прекращают и оставшиеся участки стыков, образованных связующим веществом, более не затрагиваются.
Способ по данному изобретению особенно удобен для производства фильтрационных блоков, применяемых в устройстве для фильтрации, конструкция которого была описана выше, однако полученные по этому способу блоки также могут использоваться
s иных устройствах мембранной фильтрации, где предпочтительно применение жидкостных проходов подобной формы.
На фиг.1 изображен вид предпочтительного варианта реализации устройства и данному изобретению в разобранном состоянии: на фиг.2 — вид с торца устройст а согласно другому варианту реализации данного изобретения; на фиг.3 — сечение ПНИ на фиг.2; на фиг.4 — вид в разобранном состоянии фильтрационного блока, пригодного к использованию в устройстве по данному изобретению; фиг.5-7 служат иллюстрацией этапов изготовления фильтрационного блока согласно способу по данному изобретению; на фиг.8 — 10 изображены примеры мембранных блоков, которые могут применяться при реализации способа по данному изобретению; на фиг.11 — схематичный укрупненный местный вид в сечении фильтрационного блока, выполненного из мембранных блоков по фиг.10; на фиг,12 — разрез Xtl — Xll на фиг.1; на фиг.13— перспективный схематичный вид угла фильтрационного блока, выполненного из мембранных блоков по фиг.10 с учетом некоторой модификации, На фиг.14 — вид сбоку кассетной рамы без фильтрационного блока, применяемой в устройстве по данному изобретению; на фиг,15 — разрез ХН вЂ” XV на фиг.14; на фиг.16 — разрез ХИ вЂ” ХИ на фиг.14; на фиг.17 — вид сбоку пластины с усилительной рамой, применяемой в устройстве по данному изобре2002487
40 тению; на фиг.18 — разрез XVIII — XVIII на фиг.17.
Изображенное на фиг.1 устройство состоит из пяти кассетных рам 1,2,3,4 и 5, в центре каждой из которых находится фильтрационный блок 6, занимающий лишь часть внутренней области кассетной рамы с тем, чтОбы по ее противапала>кным концам получить свободные эоны 7 и 8. Кассетную раму вместе с установленным в иее кассетным блоком будет далее называть кассетой.
- верхней стороны каждой кассеты предусмотрено средство 9 для удаления пермеата, Средство 9 сообщается с камерой сбора пермеата, более подробноо описанной ниже, Между смежными кассетами предусмотрены пластины 10, 11, 12 и 13. По периферии каждой пластлиы предусмотрена рама 14, выступающая по обеим ее сторонам.
Пластины 10 опираются на два стержня
15, установленных в торцевых пластинах 16 и 17, также смон.гированных на раме 18, Торцевые пластины, кроме того, соединя отся двумя дополнительными стер>киями
19. Стержни 15, 19 полые, внутри них находятся шпиндели 20, закрепленные в приспособлениях 21 с внешней сгороны торцевых пластин l7.
В ходе сборки устройства резьбовые концы шпинделей 20 вводят в гайки 22, смонтированные с внешней стороноы торцевой пласгины 16. Гайки связаны с звездочками 23, причем все четыре звездочки 23
i401 )T синхронна вращаться с помощью двигателя. не показанного на фиг.
Как видно из фиг.1, две кассетные рамы и 5 соединены со средствам для подачл/выгрузки 24 для обрабатываемой жидкости и концентрата соответственно. В ггластинах 10-13 поочередно.с одной и с другой стороны устройства предусмотрены отверстия 25 для жидкостных проходов.
В состав изображенного на фиг,2 и 3 устройства аналогичным образом входит рама 26, иа ко — îðóþ опираются две пары полых стержней 27 и 28, смонтированных в торцевых пластинах 29 и 30. На стер>киях 27 и 28 находится группа из четырех кассетных рам 31, 32, 33, 34. Ме>кду каждыми двумя кассетными рамами и в области меду торцевой пластиной 29 и кассетной рамой 31 и между кассетной рамой 34 и торцовой пластиной 30 предусмотрены пластины 35. Неотьемлемой частью каждой пластины 35 является усилительная рама 36, выступающая по обеим сторонам.
Герметизация кассетных рам 31-34 относительно пластин 35 осуществляется с помощыа О-образных колец. Каждая кассетная рама содержит фильтрационный блок 37 в виде ряда из мембранных пар с помещенными между ними прокладочными элементами, По концам мембранный ряд закрывают торцевые пластины 38, а снизу донная пластина 39. Сверху фильтрационного блока предусмотрена камера сбора пермеата 40 с выпуском 41, В проме>кутках между внешними сторонами кассетных рам и участками усилительных рам 36, перекрывающих кассетные рамы, на соответствующих интервалах предусмотрены клинья 42, Благодаря им предупреждается деформирование кассетных рам под действием сильных внутренних давлений.
В каждом из пустотелых стержней 27 и
28 содержится шпиндель 43, смонтированный в крепежном приспособлении 44, прикрепленном к внешней стороне торцевой пластины 30. На противоположном конце шпинделя имеется резьба, и он находится в зацепленил с гайкой 45, скрепленной со звездочкой 46, Все четыре звездочки 46 связаны друг с другом посредством цепи, не показанной на фиг., и с двигателем, также не показанном на фиг. При помощи подобного привода торцевые пластины могут перемещаться друг к другу и наоборот, Изображенный на фиг,4 фильтрационный блок содержит ряд 47 из множества мембран 48, к примеру их может быть 100 и более, расположенных попарно, между мембранами каждой пары 49 предусмотрен распорный элемент 50 в виде сетки или полотна, он служитдля удержания мембран на расстоянии друг от друга, чтобы пермеат мог течь по мембранам в направлении к камере сбора пермеата, описанной ниже.
Мембранные пары разнесены друг от друга при помощи распорных элементов 50 в виде сеток пли полотен 51, выполненных более грубыми, чем сетки или полотна 50. По торцам мембранного ряда предусмотрены торцевые пластины 52, соединенные снизу ряда 47 донной пластиной 53.
По боковым поверхностям мембраниого ряда 48 предусмотрены опорные ребра
54, их торцы закреплены в пазах 55 по краям торцевых пластин.
Верхняя часть фильтрациоиного блока выполнена с помощью верхней пластины
56, которая совместна с обращенными вниз боковыми участками 57 и торцевыми участками 58 образует камеру 59 для сбора пермеата сверху над мембранным рядом 47, В этой камере предусмотрены поперечные опорные ребра 60, на верхних участках которых имеются дугообразные выемки 61, позволяющие пермеату, собранному в камере 59, вытекать в выпуск 62, 2002487
5
20
35
45
55
Изображенный на фиг.4 фильтрационный блок можно получить следующим образом.
Первый конец каждого опорного ребра
54 вставляют в соответствующий краевой паз 55 одной из торцевых пластин 52 и приваривают к ней. Затем получают требуемое чйсло мембранных пар 49 с помещенными между ними распорными элементами 50, которые выполняют, размещая сетку или полотно 50 между двумя мембранами каждой пары и закрывают каждую пару по трем сторонам с помощью адгезива или горячей закупоркой. Полученные таким образом мембранные пары 49 помещают друг за другом, начиная с упомянутой торцевой пластины 52, размещая между парами распорные элементы 50, Теперь устанавливают другую торцевую пластину 52 и соединяют ее с опорными стержнями 54, вводя свободные концы ребер в краевые пазы 55 пластины и сваривая их воедино. Теперь в промежутки между парами мембран 49 вводят связующий материал или литьевую массу сверху и снизу блока, помещая его s перевернутое и 25 стоячее положение соответственно в форменной камере. частично заполненной литьевым материалом, причем этот материал проникает и в междоузлия распорных элементов 50. Литьевой материал вводят на расстояние около 40 мм, считая от верхней и нижней поверхности блока соответственно.
После отверждения литьевого материала формовочную камеру удаляют и после обработки низа и верха между двумя торцевыми пластинами 52 приваривают донную, пластину 53.
Теперь верхнююл часть полученного блока подвергают фрезеровальной или строгальной операции для удаления материала до глубины, значительно меньшей указанного выше расстояния, например до
3 мм. За счет этого между двумя мембранами каждой пары 49 образуется свободный проход, но жидкостные проходы, образованные распорными элементами 50 между последовательными мембранными парами
49. не сообщаются.
И, наконец, путем сварки верхней пластины 56 с опорными ребрами 60 и участками 57 и 58 с блоком образуют камеру сбора пермеата.
Последовательные этапы способа изготовления фильтрациоHного блока Ilо данному изобретению проиллюстрированы рисунками 5 — 7, На фиг,5 показан схематичный вид в разрезе сложенных в ряд мембранных пар
49. На фиг.5 не изображены распорные элементы 50 и 51 по фиг,4, так как согласно некоторым вариантам реализации способа требуемое расстояние между мебранами можно получить и без отдельных прокладочных элементов, о чем будет сказано далее.
На фиг.6 показано, как связующее вещество 63 вводится в промежутки между мембранными блоками, образованными мембранными парами 49, начиная с верхней поверхности ряда до расстояния а от верхней поверхности. Если между мембранными блоками предусмотрены распорные элементы 51, то связующее будет принимать в междоузлия прокладочных элементов. Штрих-пунктирной линией 64 на фиг,6 показана глубина В, до которой материал удаляют, применяя после отверждения связующего обработку резанием или фрезерованием. В состав удаляемого материала входит связующее, краевые участки мембранных блоков и распорные элементы 50, 51 в случае, если они используются.
На фиг.7 ряд из мембранных блоков показан в его окончательном виде. Как видно из рисунка, внутри каждого мембранного блока образован жидкостной проход 65, причем сверху мембранного ряда у него имеется ничем не ограниченное отверстие
66, идущее по всей длине мембранного блока с тем, чтобы пермеат, собираемый внутри мембранного блока, мог вытекать из блока при минимальном сопротивлении. С другой стороны, вся верхняя поверхность мембранного ряда, включая и открытые отверстия 66 в мембранном блоке, герметично отделена от жидкостных проходов для концентрата 67. образованных между мембранными блоками полосками связующего вещества 68, оставшимися между мембранными блоками.
В варианте по фиг.4 связующее вещество также вводят между мембранными блоками снизу мембранного ряда, причем за этим не следует удаление материала, 3а счет такой операции между мембранными блоками у дна мембранного ряда также будут образовываться полоски связующего вещества, и кроме того мембранные блоки будут закрыты по донным кромкам, если это не было сделано ранее. Если мембранные блоки были уже закрыты ho всем четырем краям, то при желании можно не осуществлять этап обработки на дне мембранного ряда. хотя он может быть полезным для стабилизации мембранных блоков, С другой стороны, может возникнуть необходимость повтора всех рабочих этапов, включая и удаление материала со дна мембранного ряда, если желательно выполнить фильтрацион2002487
16 ный блок с дополнительным выпуском из камеры пермеата у его дна.
На фиг,8 изображен мембранный блок, также состоящий из двух мембран 69 и 70.
Каждая мембрана образуется профилированной в одном направлении подложкой, на которую осаждено мембранное покрытие, причем профилированные поверхности мембран размещаются лицом друг к другу.
На более подробном виде на фиг.8 показано, что на обращенных друг к другу двух мембранных поверхностях имеется вертикально направленная профилированная структура, в результате чего образуется большое число узких вертикальных жидкостных проходов 71 для пермеата. В случае изготовления ряда из показанных мембранных блоков по фиг.8 желательно размещать между блоками распорные элеменоты 51, на фиг.4.
На фиг,9 изображены две мембраны 72 и 73, соответствующие мембранам 69 и 70, показанным на фиг,8. Кроме того, мембранный блок содержит жесткий прокладочный элемент 74, размещенный между мембранами 72 и 73, причем на обеих сторонах упомянутого элемента предусмотрены реброобразные выступы 75, идущие перпендикулярно профилированной структуре противоположных мембранных сторон.
Так как со стороны концентрата существует сравнительно большое давление жидкости, то в ходе работы мембраны будут вжиматься в выемки между реброобразными выступами, эа счет чего образуются горизонтальные жидкостные проходы для обрабатываемой жидкости, и эти проходы направлены перпендикулярно жидкостным проходам на стороны пермеата, Таким образом, при использовании изображенного мембранного блока как со стороны пермеата, так и со стороны концентрата образу отся системы жидкостНálХ ПРОХОДОВ.
Предпочтительное распределение потока можно получить, применив мембранный блок, изображенный на фиг.10. Он состоит из мембраны 76, профилированная структура которой соответствует структуре, упомянутой в связи с фиг.8, и другой мембраны 77 с двойной профилированной структурой, содержащей мел коп рофили рова нн ые эоны 78, разделенные более высокими реброобразными выступами 79, которые при использовании мембранного блока в ряду образуют гориэонтаflьные жидкостные проходы 80 со стороны концентрата, тогда как профилированная структура мембран 76 образует вер5
55 тикальные жидкостные проходы 81 со стороны пермеата, что показано на фиг.11 и 12.
На их фигурах каждая мембрана изображена в виде мембранного покрытия 76 и 77 соответственно, осажденного на подложку
82 и 83, состоящую иэ связанного полотна, профилированного согласно вышеприведенным указаниям, Изображенный на фиг.13 фильтрационный блок выполнен из мембранных блоков, показанных на фиг.10 с той модификацией, что мембранные блоки суживаются к боковым кромкам для получения промежутков, которые по краям фильтрационного блока заполняются отвер>кденным связующим материалом 84.
На фиг.13 также видно, что в фильтрационном блоке также имеется большое число мелких вертикальных жидкостных проходов для пермеата, от которых отделено меньшее числО горизонтальных жидкостных проходов 80 для обрабатываемой жидкости.
Изобра>кенная на фиг.14. 15, 16 кассетная рама соответствует деталям 31-34, показанным на фиг.3, и содержит четыре плоских бруса, образующих стороны рамы, это нижний брус 85, верхний брус 86 и два боковых бруса 87, 88. В боковом брусе 87 имеется отверстие 89, через которое внутренняя область кассетной рамы сообщается с трубой подачи исходной жидкости и вывода концентрата 90, в которой предусмотрено аналогичное отверстие 91.
В верхнем брусе 86 предусмотрена труба для вывода пермеата 92.
По краям боковых брусов предусмотрены канавки 93, соответствующие О-образным кольцам.
На фиг.17 и 18 изображена прямоугольная пластина 94, соответствующая деталям
35 на фиг,3. по периферии которой предусмотрена составляющая с ней одно целое рама 95, выступающая с обеих стороно для частичного перекрытия смежных кассетных рам 85-88 при сборке группы иэ кассет и пластин. С правой стороны пластины предусмотрено несколько сквозных отверстий
96, образу ощих жидкостные проходы между свободными зонами смежных кассетных рави.
Если пластина 94 используется в качестве торцевой, то отверстия в ней не делаются.
Отверстия можно выполнять и по обоим концам пластины в зависимости от желаемого распределения потока. (56, Патент ФРГ N 3505792, кл. B 01 D
25/04, 1985.
2002487
1. Устройство для разделения жидкости мембранной фильтрацией, содержащее ряд съемных фильтрующих блоков, содержащих мембраны с первой системой каналов для обеспечения контактирования потока подаваемой жидкости с одной поверхностью мембран и второй системой каналов для потока пермеата, контактирующего с противоположной стороной мембран, средства для подвода жидкости и удаления пермеата и концентрата; отличающееся тем, что каждый фильтрующий блок содержит установленные на раме кассеты, включающие расположенные под прямым углом к раме и закрепленные на ней мембранные элементы, причем рама кассеты расположена вокруг фильтрующего блока и образует с мембранными элементами свободную зону, находящуюся в контакте с первой системой каналов, и предназначена для обеспечения потока подаваемой жидкости к одной стороне мембраны, а между рамами кассеты, содержащими фильтрующие блоки, .установлены съемные промежуточные пластины, при этом первая система каналов для прохождения жидкости обеспечивает поток жидкости вдоль обеих сторон каждой пластины, а вторая система каналов размещена в контакте с верхней частью фильтрующего блока и соединена со средством для удаления пермеата, причем смежные промежуточные пластины могут иметь отверстия для соединения зон фильтрации по одной или обеим сторонам пластины, 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая промежуточная пластина по периметру снабжена усилительной рамой, выступающей над поверхностью пластины со всех сторон, причем форма и размеры рамы таковы, что ее выступающие над поверхностью пластины участки частично перекрыты со смежной рамой фильтрующего блока и служат средством для снятия напряжений последней при ее герметичном сцеплении с промежуточной пластиной.
3, Устройство по п.2, отличающееся тем, что между внешними поверхностями рам фильтрующего блока и внутренними поверхностями усилительных рам установлены клинья.
Формула изобретения
4, Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно имеет торцевые пластины, мембранные элементы и промежуточные пластины, размещенные на двух парал5 лельных опорных стержнях, установленных концами в торцевых пластинах.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что устройство содержит два дополнительных стержня, расположенных параллельно опорным стержням и аналогичным образом установленных в торцевых пластинах, причем все четыре стержня выполнены полыми и в каждом имеется
15 шпиндель, взаимодействующий с гайкой, размещенной с внешней стороны торцевой пластины и служащий для стягивания торцевыми пластинами мембранных элементов.
20 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что на шпинделе установлена звездочка, с которой жестко соединена гайка.
7. Устройство по п.б, отличающееся тем, что сверху каждого блока предусмотрена камера для сбора пермеата.
8, Устройство по п,1, отличающееся тем, что по меньшей мере некоторые пластины выполнены с отверстиями в боковой
30 части.
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что по меньшей мере некоторые пла. стины снабжены отверстиями, выполненными в боковой части с двух сторон пла35 стины, 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что мембранные элементы снабжены неотьемлемыми или отдельными распор40
11. Устройство по п,10, отличающееся тем, что между мембранными элементами установлены распорные элементы.
1Z. Способ изготовления фильтрующе45 го блока устройства для разделения жидкости мембранной фильтрацией путем последовательной установки фильтрующих мембранных элементов, отличающийся тем, что вводят отверждаемое жидкое свя50 зующее вещество на заданную глубину между смежными мембранными элементами блока, начиная с их кромок в области, расположенной по длине и ширине поверхности блока. осуществляют свободное . или принудительное отверждение введен;ного связующего вещества, после чего уда2002487
26
Фиг. Я ляют отвержденное связующее на глубину меньшего размера. чем глубина введенного связующего.
13. Способ по п.12, отличающийся тем, 5 что фильтрующий блок получают путем соединения двух. прямоугольных мембранHbix элементов Ilo краям сваркой, температурной герметизацией либо склеиванием. 10
14. Способ по п.12, отличающийся тем, что применяют связующее, состоящее из полиуретана.
15. Способ по п.12, отличающийся тем, что удаление материала осуществляют фрезерованием или строганием поверхности.
16. Способ по п,12, отличающийся тем, что отверждающее связующее вещество вводят и отверждают на двух противоположных поверхностях блока.
1Т, Способ по п.16, отличающийся тем, что удаляют отвержденное связующее с двух противоположных поверхностей блока.
2002487
2002487
2002487
2002487
2002487
II °
Ф ф
° J е °
° °
/ф
Ф г г фг ф
//
/g
It е г/
Ф
И ф
2002487
Составитель Н.Зенитов
Техред М.Моргентал Корректор E.Пропп
Редактор А.Зробок
Тираж Подписное
НПО "Поиск" Роспатента
113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Заказ 3200
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород. vn.Ãàràîèíà. 101
