RU2072253C1

RU2072253C1 - Membrane apparatus

Info

Publication number: RU2072253C1
Authority: RU
Inventors: Н.И. Белов; В.Л. Яровенко; И.П. Белов; В.И. Белов; А.И. Белов
Original assignee: Белов Николай Илларионович
Priority date: 1989-10-03
Filing date: 1989-10-03
Publication date: 1997-01-27

Abstract

FIELD: membrane technology used in various branches of industry for separation and concentration of mixtures. SUBSTANCE: apparatus has membrane and intermediate components made in the form of frames with passages for separable mixture, concentrate and permeate material. Fixed on both sides of frames are drain nets. Membranes are fixed in membrane components. Drain nets of each component are fastened to each other. EFFECT: increased efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам мембранной технологии, применяемым в различных отраслях промышленности для разделения и концентрирования смесей. The invention relates to membrane technology devices used in various industries for the separation and concentration of mixtures.

Цель изобретения повышение производительности аппарата. The purpose of the invention is to increase the productivity of the apparatus.

Устройство мембранного аппарата иллюстрируется графическим материалом. The device of the membrane apparatus is illustrated with graphic material.

На фиг. 1 показан горизонтальный продольный сложный разрез аппарата по отверстиям протока исходной смеси и концентрата, образующим коллекторы исходной смеси и концентрата в несжатом состоянии (отверстия отвода пермеата и его ввода при промывке в разрез не попадают). На фиг. 2 изображен вид сбоку мембранного элемента. In FIG. Figure 1 shows a horizontal longitudinal complex section of the apparatus through the openings of the channel of the initial mixture and concentrate, forming collectors of the initial mixture and concentrate in an uncompressed state (the permeate outlet and its entry holes do not fall into the section during washing). In FIG. 2 shows a side view of the membrane element.

Мембранный аппарат содержит набор чередующихся мембранных элементов 1 и промежуточных элементов 2, сжимаемых между собой двумя опорными плитами 3. Мембранный элемент 1 состоит из рамки 4, дренажных сеток 5, расположенных по обе стороны рамки 4, и мембран 6, расположенных по обе стороны рамок 4, и дренажных сеток 5. Промежуточный элемент, также как и мембранный, состоит из рамок 4 и дренажных сеток 5, однако мембранами не комплектуется. The membrane apparatus contains a set of alternating membrane elements 1 and intermediate elements 2, compressed by two supporting plates 3. The membrane element 1 consists of a frame 4, drainage nets 5 located on both sides of the frame 4, and membranes 6 located on both sides of the frames 4 , and drainage nets 5. The intermediate element, like the membrane one, consists of frames 4 and drainage nets 5, however, it is not equipped with membranes.

Плиты 3, мембранные элементы 1 и промежуточные элементы 2 имеют отверстия 7, образующие отдельные коллекторы 8 исходной смеси, 9 концентрата и 10 - пермеата. Эти отверстия соединяются с рабочими полостями аппарата каналами 11 ввода исходной смеси, каналами 12 вывода концентрата и каналами 13 вывода (ввода) пермеата. Plates 3, membrane elements 1 and intermediate elements 2 have openings 7, which form separate collectors 8 of the initial mixture, 9 concentrate and 10 - permeate. These holes are connected to the working cavities of the apparatus by channels 11 for inputting the initial mixture, channels 12 for output of the concentrate and channels 13 for output (input) permeate.

Каналы 11, 12 и 13 выполняют по двум вариантам, что не имеет принципиального значения для заявляемого аппарата. По первому варианту расположение этих каналов идентично как в мембранных, так и промежуточных элементах, как это показано на фиг. 2. В этом случае рамка с сеткой мембранного и промежуточного элементов различаются только расположением их в аппарате (вторая относительно первой развернута на 180^o вокруг вертикальной оси в плоскости фигуры 2). По второму варианту (не показан) каналы 11 и 12 промежуточного элемента выполнены симметричными. Также симметричными выполняют и каналы 13 мембранного элемента. В этом случае рамки с сеткой мембранного и промежуточного элементов по расположению каналов неидентичны; их устанавливают в аппарате без соблюдения указанного выше правила комплектации аппарата.Channels 11, 12 and 13 are performed in two ways, which is not of fundamental importance for the claimed apparatus. In the first embodiment, the arrangement of these channels is identical in both the membrane and intermediate elements, as shown in FIG. 2. In this case, the frame with the mesh membrane and intermediate elements differ only in their location in the apparatus (the second relative to the first is rotated 180 ^o around a vertical axis in the plane of figure 2). According to the second option (not shown), the channels 11 and 12 of the intermediate element are symmetrical. The channels 13 of the membrane element are also symmetrical. In this case, frames with a mesh of membrane and intermediate elements are not identical in channel arrangement; they are installed in the device without observing the above rules for completing the device.

Рамки 4 изготавливают из прочного материала, например, стали толщиной 0,5 3,0 мм. Дренажные сетки 5 выполняют, например, из капронового сита с размером ячеек преимущественно 0,5 3,0 мм. Крепление и герметизацию сеток выполняют путем пропитки периферийной части по размеру рамок и приклеиванием этой части к рамке эластичным герметиком. Frames 4 are made of durable material, for example, steel with a thickness of 0.5 to 3.0 mm. Drainage mesh 5 is performed, for example, from a nylon sieve with a mesh size of preferably 0.5 to 3.0 mm Fastening and sealing the grids is performed by impregnating the peripheral part according to the size of the frames and gluing this part to the frame with an elastic sealant.

Дренажные сетки 5 каждого элемента скреплены между собой в местах крепления 14. Способ и расположение креплений не имеют принципиального значения. Предпочтительным является крепление нитками в шахматном порядке таким образом, чтобы в максимальной степени предотвратить контакт мембраны с сеткой промежуточного элемента во время периода разделения смеси с сохранением необходимых дренирующих свойств сеток. The drainage nets 5 of each element are fastened together at the attachment points 14. The method and location of the attachments are not critical. It is preferable to stitch with threads in a staggered manner so as to maximize prevent contact of the membrane with the mesh of the intermediate element during the period of separation of the mixture while maintaining the necessary drainage properties of the nets.

В качестве полупроницаемых мембран применяют эластичные, например, полимерные мембраны типа Владипор УАМ или УПМ. Мембрану 6 накладывают с обеих сторон рамок с сетками мембранного элемента, причем внешние размеры ее могут как совпадать с внешними размерами рамок, так быть и меньше их, как это показано на фиг. 2. As semipermeable membranes, elastic, for example, polymer membranes of the Vladipor UAM or UPM type are used. The membrane 6 is applied on both sides of the frames with the grids of the membrane element, and its external dimensions can either coincide with the external dimensions of the frames, or be smaller than them, as shown in FIG. 2.

Мембранный аппарат работает следующим образом. Membrane apparatus operates as follows.

Подлежащая разделению смесь через отверстие в опорной плите поступает под давлением в коллектор, образуемый отверстиями 7 в мембранных и промежуточных элементах. Разделяясь параллельно на ряд промежуточных элементов 2 смесь по каналам 11 проходит вдоль мембран 6, омывая одновременно сетки 5 промежуточных элементов, которые турбулизируют поток. Проникшая через мембрану фракция (пермеат) проходит вдоль сеток мембранных элементов 1 и через каналы 13 вывода пермеата и коллектор, образуемый отверстиями вывода пермеата, удаляется из аппарата через отверстие в плите 10. Непроникающая через мембраны фракция отводится из аппарата через каналы 12, соответствующий коллектор и отверстие в плите 9. В период разделения под давлением смеси мембрана 6 прижимается к сетке 5 мембранного элемента, повторяя в некоторой степени ее профиль. При этом создаются хорошие условия омывания поверхности мембраны разделяемой смесью и турбулизации потока. В течение рабочего периода разделения на поверхности мембраны образуется осадок коллоидных веществ. Для удаления осадка применяют регенерацию мембран током пермеата (подачей его через мембрану в обратном направлении). С этой целью подачу разделяемой смеси в аппарат прекращают, одновременно включая подачу пермеата через отверстия и каналы отвода. Процесс промывки осуществляют под давлением, преимущественно на 10 - 25% превышающем рабочее. При этом мембрана 6 прогибается в противоположном направлении, прижимаясь к сеткам 5 промежуточного элемента 2. В момент перехода от рабочего периода к промывному, поверхность мембраны скользит по волокнам сетки, что способствует лучшему удалению осадка. Прошедший через мембрану пермеат вместе с частицами осадка удаляется из аппарата через каналы 12 и коллекторы отвода концентрата или через каналы 11 и коллекторы ввода исходной смеси. The mixture to be separated through the hole in the base plate flows under pressure into the manifold, formed by holes 7 in the membrane and intermediate elements. Separating in parallel into a number of intermediate elements 2, the mixture passes through the channels 11 along the membranes 6, washing simultaneously the grids 5 of the intermediate elements that turbulence the flow. The fraction (permeate) penetrated through the membrane passes along the grids of the membrane elements 1 and through the permeate outlet channels 13 and the collector formed by the permeate outlet openings is removed from the apparatus through an opening in the plate 10. The fraction that does not penetrate through the membranes is removed from the apparatus through channels 12, the corresponding collector and the hole in the plate 9. During the separation period under pressure of the mixture, the membrane 6 is pressed against the mesh 5 of the membrane element, repeating to some extent its profile. In this case, good conditions are created for washing the membrane surface with a shared mixture and for turbulizing the flow. During the working period of separation on the surface of the membrane, a precipitate of colloidal substances is formed. To remove the precipitate, membrane regeneration is applied by permeate current (feeding it through the membrane in the opposite direction). For this purpose, the supply of the separable mixture to the apparatus is stopped, simultaneously including the supply of permeate through the openings and drainage channels. The washing process is carried out under pressure, mainly 10 to 25% higher than the working one. In this case, the membrane 6 bends in the opposite direction, pressing against the grids 5 of the intermediate element 2. At the time of the transition from the working period to the washing, the membrane surface slides along the fibers of the mesh, which contributes to better removal of sediment. The permeate passing through the membrane together with the sediment particles is removed from the apparatus through channels 12 and collectors for discharge of the concentrate or through channels 11 and collectors for introducing the initial mixture.

Конструкция предлагаемого аппарата, предусматривающая скрепление дренажных сеток элементов позволяет ликвидировать застойные зоны прилегания дренажных сеток к поверхности мембраны, увеличив скорость среды непосредственно у этой поверхности. Тем самым снижается интенсивность накопления осадка, концентрационная поляризация и возрастает общая производительность аппарата. Доказательством достижения положительного эффекта служит следующий пример. The design of the proposed apparatus, providing for the fastening of the drainage nets of the elements, eliminates the stagnant zones of the adjoining drainage nets to the membrane surface, increasing the speed of the medium directly at this surface. Thus, the intensity of sediment accumulation, concentration polarization decreases, and the overall productivity of the apparatus increases. The following example is evidence of a positive effect.

Ультрафильтрационный аппарат имеет плоские идентичные рамки из нержавеющей стали толщиной 2 мм размером 140 х 140 мм и поверхностью разделения 0,25 кв. м (6 штук мембранных и 7 штук разделительных элементов). На рамки наложены гибкие капроновые сетки с размером ячеек 2 х 2 мм. Сетки герметизированы по всей площади рамок латексом ЛПУ и сшиты капроновой нитью толщиной 0,3 мм в шахматном порядке с удалением мест скреплений друг от друга на расстоянии 10 мм. Поверх сеток мембранных элементов зигзагообразно между отверстиями мембранных и промежуточных элементов уложены мембраны марки Владипор УАМ-500. Разделению подвергают воду, содержащую 0,18 г/л взвешенных веществ. Расход концентрата 0,1% от исходной воды. Циклограмма работы аппарата: период разделения 30 мин при рабочем давлении 0,23 МПа, период промывки 2 сек при давлении 0,30 МПа. В процессе круглосуточной работы в течение 17 суток средняя производительность аппарата составляла 32 л/час. По прототипу в аналогичных условиях средняя производительность составляла 20 л/час. The ultrafiltration apparatus has identical flat frames made of stainless steel with a thickness of 2 mm, size 140 x 140 mm and a separation surface of 0.25 square meters. m (6 pieces of membrane and 7 pieces of separation elements). Flexible nylon meshes with a mesh size of 2 x 2 mm are superimposed on the frames. The nets are sealed over the entire area of the frames with LPU latex and sewn with nylon thread 0.3 mm thick in a checkerboard pattern with the removal of bonding points from each other at a distance of 10 mm. Membranes of the Vladipor UAM-500 brand are laid on top of the grids of membrane elements in a zigzag pattern between the holes of the membrane and intermediate elements. Separation is subjected to water containing 0.18 g / l of suspended solids. Concentrate consumption 0.1% of the source water. The operation cycle of the apparatus: a separation period of 30 minutes at an operating pressure of 0.23 MPa, a washing period of 2 seconds at a pressure of 0.30 MPa. In the process of round-the-clock operation for 17 days, the average productivity of the apparatus was 32 l / hour. According to the prototype in similar conditions, the average productivity was 20 l / h.

Claims

A membrane apparatus containing a set of alternating membrane and intermediate elements made in the form of frames with channels for the separated mixture, permeate and concentrate, as well as drainage devices, characterized in that the drainage devices are made in the form of grids and are located on both sides of the frames, while drainage the grids of each element are fastened together.