CS211729B1 - Sposob membránovej frakcionácie a zariadenie na realizáciu tohto spósobu - Google Patents

Description

Vynalez sa týká sposobu membránovej frakcionácie alebo koncentrácie pomocou lahko měnitelných a variabilných membrán pri konštantnej výkonnosti a plynulosti procesu a to aj pri roztokoch obsahujúcich suspendované látky na univerzálně použitelnom výrobnom zariadení, a zariadenia na realizáciu tohto spósobu.

Použitie membránových procesov získává v poslednej době na technickom význame a to pre možnost róznej frakcionácie alebo koncentrácie roztokov látok s odlišnou molekulovou hmotnosťou. Na prvom mieste sa to umožňuje dosahovanou variabilitou polopriepustných membrán, ktorých vlastnosti možno prispósobit požadovanému účelu. Nie je však zatial možno rovnako prispósobit požadovanému účelu potřebné samotné technické zariadenie, aby bolo možné dosiahnuť uspokojivé výrobně kapacity. A právě táto druhá okolnost je dosial značným obmedzujúcim činitelom pre potřebu splnenia radu podmienok pre ovládanie technickej výkonnosti a plynulosti požadovaného frakcionačného alebo koncentračného membránového procesu. V prvom radě je to nevyhnutnosť vo výrobnom zariadení obmedzovať tvorenie polarizačnej raikrovrstvy nad membránovým rozhraním, čo je možné leii prispósobením obehovej rýchlosti prúdenia spracovávaných roztokov, ďalej bránit zanášaniu mikropórov látkami suspendovanými v roztoku. Konečne změna účelu membránového procesu vyžaduje spravidla aj změnu vlastností membrán a prispósobenie tlakových a oběhových pomerov. Aj samotná plynulost ovládania nemennej výkonnosti zariadenia vyžaduje spolahlivé možnosti údržby z híadiska hygienických a prevádzkovobezpečnostných opatření.

Za takýchto podmienok nepřekvapuje, že dosial nie je technicky dostupný obecný spósob realizácie membránového procesu a to na zariadení, ktoré by umožňovalo lahkú výměnu polopriepustných membrán s variabilnými vlastnostami za podmienok nutnej prispósobivosti oběhových a tlakových pomerov. To platí obzvlášť pri snahe dosiahnuť v celkom užitočnom objeme zariadenia čo možno najvyššiu výkonnú povrchová plochu plochých, a preto lahko vyměnitelných membrán.

Spósob membránovej frakcionácie a zariadenie na realizáciu tohto spósobu odstraňuje uvedené nedostatky a tak umožňuje širokú technická upotrebitelnosť účelovo rožne zameraných membránových procesov na zásadě znázornenej prikladom na priloženej schéme.

Podstata spósobu membránovej frakcionácie podlá vynálezu spočívá v tom, že spracovávaný roztok, obsahujúci nízko- aj vysokomo1ekulárne látky prúdi turbulentným tokom vo vrstvě o hrúbke 0,0006 až 0,0015 m rýchlosťou toku 0,30 až 0,80 m za sekundu po povrchu polopriepustnej membrány pod počiatočným tlakom 0,20 až 0,60 MPa a membránou zadržaný podiel sa sčasti recirkuluje pod zníženým tlakom 0,02 až 0,06 MPa do póvodného, na frakcionáciu vedeného roztoku v ekviva1entnom pomeře membránou odseparovaného podielu. Druhá časť frakcionovaného roztoku nad membránou sa odvádza ako finálny produkt.

Podstata zariadenia spočívá v tom, že sa skládá zo vstupnej nádrže s miešadlom, prepojenej do dévkovacieho tlakového čerpadla a do doskovitého, alebo viacerých doskovitých membránových zariadení, opatřených priamym odvodom permeátu a recirkulujúcimi odvodmi frakcionovaného podielu, pričom recirkulováný odvod je přepojený do vstupnej nádrže alebo ďalších za sebou řáděných doskovitých membránových zariadení priamo cez tlakové prečerpávadlá alebo aj cez výměníky tepla.

Pre zariadenie na realizáciu spósobu membránovej frakcionácie z híadiska ovládania výkonnosti, stálosti separačných pomerov a tak aj oběhových a tlakových podmienok sú rozhodujúce len vztahy velkosti membránovej plochy, priamo úmernej dížke toku prúdiaceho spracovávaného roztoku po povrchu po1opriepustných membrán, v závislosti na hrúbke prúdiacej vrstvy spracovávaných roztokov nad membránou a rozdielom tlakového spádu vstupného a výstupného tlaku prúdiaceho roztoku. Tieto poměry priamo rozhodujú o technickej výkonnosti a možno ich riadit výškou vrstvy prúdiaceho roztoku nad povrchom polopriepustnej membrány, pomerom velkosti odvádzaného a recirkulovaného podielu frakcionovanej častí spracovávaného roztoku. Preto je výhodou spósobu podlá tohto vynálezu, že sa počtom membránových členov v separačnom, s výhodou doskovom membránovom zariadení móže hrúbkou vrstvy toku nad membránou a rozdielom vstupného a výstupného tlaku spracovávaného roztoku před a za membránovým zariadením lahko dosiahnuť

1 1729 vyrovnanie vhodnej frakcionačnej alebo koncentračněj rovnc účel membránového procesu.

Za týchto podmienok převláda objemovo recirkulovaný podiel frakcionovanej časti spracovávaného roztoku nad podielom odváďzanýra do druhej nádrže. Potom predlžením membránovo-separačnej dráhy zaradenim ďalšieho alebo viacerých doskovito zložených a plochými membránami opatřených členov, kde v rovnakej hrúbke vrstvy prúdiaceho spracovávaného roztoku pod vstupným tlakom 0,20 až 0,60 MPa prúdi spracovávaný roztok, sa dosiahne ďalšie stupňovanie technickej výkonnosti. Potom je účelné, aby viaceré zariadenia sa pomocou příslušných rozvodov radili paralelné alebo za sebou. V tomto druhom případe je potřebné zvýšenie vstupného tlaku spracovávaného roztoku samostatným, tlak zvyšujúcira čerpadlom.

Nutná a účelná vysoká intenzita prúdenia spracovávaných roztokov pri membránových procesoch podlá tohto vynálezu spósobuje aj změnu teploty týchto roztokov, vyvolávaná celkovým odporom v tokovom systéme a ďalej závislé aj na vlastnostiach spracovávaných roztokov, obzvlášt na ich vyšsej viskozite, Pre zabezpečenie potrebnej tepelnej stálosti membránového frakcíónačného alebo separačného procesu je potom dóležité úplné ustálit konstantnost tepelných pomerov zaradenim výmennikov tepla v prechodoch toku spracovávaných roztokov z jedného do iného membránového zariadenia.

Zariadenie na realizáciu tohto spósobu představuje uvedená schéma. Tu z nádrže _£ sa odoberá spracovávaný roztok tlakovým dávkovacím čerpadlom J do membránového zariadenia 5^, Odtial sa odvádza permeát cez uzávěr 13 a frakcionovaný podiel sčasti spát cez uzávěry 23 a 25 do nádrže J a sčasti cez uzávěr 26 do zbernej nádrže 10. Vedla membránového zariadenia 5 je tu možnost paralelné nadpojit cez uzávěry 15 a 16 ďalšie membránové zariadenie 6, z ktorého sú výtoky ovládané uzáverrai 17 a 24. Rovnako je možné membránové zariadenie 2 ^a A Přepojit za sebou cez uzávěr 2 1 , tlakové dávkovacie Čerpadlo 2 ^a uzávěr 1 4. Ak sú zaradené viaceré membránové zariadenia, například 2» A ^a Ζ» J^{e raozna} membránové zariadenia 5_.^a A ^zaP°jit paralelné a membránové zariadenie 7_ za zariadeniami predchádzajúcimi.

Potom frakcionované podiely zo zariadenia 2 ^a A ^{sa ved}ú cez uzávěry 23, 24 a 22 dávkovacím tlakovým čerpadlom _4 do membránového zariadenia 2 uzávermi 18 a 1 9. Odtial sa posledný permeát odvádza cez uzávěr 20 a frakcionovaný podiel sčasti do zbernej nádrže _1_ cez uzávěr 27. Ak je potřebné vyrovnanie teplotných pomerov za paralelné zařáděnými membránovými členrni 5 a 6 spracovávaného roztoku, tak sa vedie uzáverrai 31 a 32 cez výmenník tepla 2 do membránového zariadenia 7 uzáverom 19.

Univerzálnost účelového zamerania membránových procesov na zariadení podlá tohto vynálezu, a to zvlášt v prípadoch, kedy nie je žiaduci vyšší podiel v recirkulácii frakcionovaného spracovávaného roztoku, je možné využit tak, že sa opat podía příkladné uvedenej schémy, z paralelné alebo za sebou zapojených prvostupňových doskovito zložených zariadení odvádza cez membrány predchádzajúci, oddělované látky obsahujúci permeát priamo z membránových zariadení. Spracovávaný roztok, ako frakcionovaný podiel prúdi cez prečerpadlo £ buď priamo cez vylučovací uzávěr 18 výmenníka, alebo cez regulačně uzávěry 31 a 32 výmenníka po úpravě tepelných pomerov v spracovávanom roztoku do konečného stupňa frakcionačného alebo koncentračného membránového procesu. Tento stupeň vytvára opat velkostou celkovej membfřánovej plochy prispósobené doskovito zložené zariadenie 2» ^z ktorého frakcionovan.ý--podiel sa jednak zhromažďuje v zbernej nádrži JO.» jednak recirkulačnými uzávermi 26 a odvodným uzáverom 28 ovládá velkost recirkulovaného podielu. Aj tu je možné trv-alé ustálenie membránového procesu pri dosiahnutí deliacej rovnováhy a tak stálosti ppmeru odvádzaného recirkulovaného podielu pri hrúbke vrstvy nad membránou nepřesahujúcou 0,001 m, rýchlostou toku na 0,50 m za sekundu pri vatupnom tlaku 0,20 až 0,060 MPa.

Výhodou tohto spósobu membránovej frakcionácie a zariadenia na realizáciu tohto spósobu je, že umožňuje technicky vykonávat frakcionacné a koncentračně membránové procesy bez ohladu na koncentráciu obsahových látok, viskozitu alebo obsah suspendovaných látok v spracovávanom roztoku . - Doskovito složené zari ad ani o, obsahujúce ploché membrány, přestavuje lahkú a rýchlu výměnu membrán a tak je možné podrobiť membránovému procesu 1ubovoTný· ro ztok pr i 3 pó soheň.í m vlastnosti membrán danému účelu. Relativné slabá vrstva prúdiacich roztokov nad membránovým rozhraním pri. variabilitě tlakových a oběhových oomerov v udaných rozpatiach hrůbky vrstvy nad membránou, vstupného a výstupného tlaku, ďalej spósoby udrževania op t imáltiych tlakových, oběhových a tepelných pomerov pri prevádzke, mcžnosť zvole.nia účelu a celkovej yýkonovej kapacitě zodpovedájúcu membránová plochu a to aj v clonění do viacerých samostatných membránových zariadení,. alebo do viacerých membránových f rakcionačných stupnov znamenajú skutočnú u n i v e r z á I n u technická v y u ž i t e £ n o s ť .

Ď a 1s o u výhodou je a j s k u to e no s í, že ea zariadenia podlá tohto vynálezu s k1 a d a jú z rovnakých prvkov jeduoduebei skladby a nie sú přitom potřebné žiadne špeciálne regulačně činitele. Konečné je tu výhodou ; ahké udržovanie hygienických opatřeni, čo pri spracovávaní roztokov £ahk.o pod 1 te ba j úc i ch míkrobíálnym rozkladom je zvlášť významná,

Claims (4)

P R E D Μ E 1’ V Y ří A L E Z (J

1. Spósob membránovej frakcionácíe vodných roztokov, obsahujúcich nízko- aj vysokomolekulárne 1 á t ky, vy zn ač u j úc i sa tým, že frakcíonovaný roztok turbiilent.uýrc tokom prúdi. pri konštantnei teplote vo vrstvě <1 hrúbke ϋ,ΟΟΟό až 0,001b m rýchlosťou toku 0,30 až 0,80 m za sekundu po povrchu plochej polopríepus tnej membrány pod počiatoČným tlakom 0,20 až 0,60 MPa a membránou zadržaný podiel sa sčasti recirkuluje pod zničeným tlakom 0,02 až 0,06 MPa do £rakr.ionovaného roztoku v ekviva lentnom pomete k membránou odseparóvanej časti.

2. Zariadenie na realizáciu spósobu pudla bodu 1 vyznačujúci. sa tým. že sa' skládá z nádrže /1/ opatrenej m i <-· sad 1 om a spojenej přepojovacím uzáverom /11/ z dna nádrže s dávkovacím tlakovým čorpadlom /2./ napojeným, cez uzávěr /12/ na doškové membránové zariadenie /5/ opatřené odvád zac im permeáí.ovým uzáverom / í 3 / napojeným na odvodné potrubie a uzávermi /23/ a /25/ v e d ú c i. iti i. s p á ť do nádrže / 1 / a uz áv e rmi /23/ a. / 26 / vedúcimí do z b e r n e j nádrže /10/, alebo Z viacerých paralelné radenýc.h doškových membránových zariadení /5/ a /6/ napojených uzávěrmi /12/, /15/ a / »6/ na dávkovacie tlakové Čerpadlo /2/ a uzávermi / 23/, /24/ a /25/ na nádrž /1/ a uzávermi. /23/, /24/ a /26/ na zbernú nádrž /10/ a odvádzanú permeátovými uzávermi /13/ a /17/ na odvodně potrubie.

3. Zariadenie podlá bodu 2. vyznačujúce sa tým, že sa skládá z dávkovacieho tlakového čerpadla /2/ přepojeného do viacerých za sebou radenýc.h doškových membránových zariadení /5/, /6/ a /7/ a to uzáverom l)/~l d.o prvého clena /5/ opatřeným permeátovým uzáverom /13/ a prepájacím uzáverom pre trakeícmovaný podiel /21/ do tlakového čerpadla /3/ uzávermi /14/ a /16/ přepojeného do druhého člena /6/ 2. uzáverom pre frakcíonovaný podiel Í/-/.1 přepojeného do tlakového čerpadla /4/ s uzávermi /18/ a /19/ vedúcimí do tretieho člena /7/ s nripojmi dq recirkulačných uzáverov /25/ a /26/ a členy /6/ a. /7/ sú opatřené permeátovými uzávermi /17/ a /20/.

4. Zariadenie podlá bodov 2 a 3 vyznačujúce sa tým, že prvé doškové membránové zariadenie / 5 / je. p r e p o j e. n e na tlakové čerpadlo / 3 / > alebo pri přepojení do viacerých za sebou řáděných doškových zariadení /5/, /6/ a /7/ aj z tlakového čerpadla. /4/ do výmenníkov tepla /8/, alebo /3/ a /9/ cez uzávěry /29/, /30/ a /16/, alebo /29/, /30/, /16/, /31/, /32/ a /19/ pri. prepojeniach odvodu permeátu cez uzávěry /13/, /17/, /20/ a frakcionovaného podielu cez reeirkulačný uzávěr /25/ a uzávěr /26/.