Спосіб та пристрій для зневоднювання масла

1. Спосіб зневоднювання масла, який полягає в тому, що а) потоком рідини, яка містить у вільному, емульгованому або розчиненому вигляді воду і масло, впливають на один бік непористої напівпроникної мембрани, яка не має дефектів і яка ділить роздільну камеру на дві порожнини, в одну з яких подають потік рідини, яку обробляють, а з іншої вилучають воду, яка пройшла через мембрану і відділилася від цієї рідини, при цьому така непориста напівпроникна мембрана, що не має дефектів, є складовою частиною порожнистого волокна, у якому розділяючий рідину на компоненти щільний непористий шар, що не має дефектів, розташований на пористій основі, та ці розділяючий рідину на компоненти шар і пориста основа за своєю природою є полімерними; б) на різних боках мембрани підтримують різний парціальний тиск води, при якому вода, яка міститься в рідині, у результаті "дифузії розчину" проходить через розділяючий полімерний шар у вигляді пари з зазначеної порожнини в іншу порожнину роздільної камери; в) з розташованої під мембраною порожнини роздільної камери виводять водяну пару за допомо 2 (19) 1 3 77436 4 б) при цьому вода знаходиться в маслі у вільному, 10. Спосіб за п.2, у якому тиск рідини, яка пройшла емульгованому або розчиненому вигляді, а через мембрану, дорівнює тиску рідини, яку знев) мембрана ділить роздільну камеру на дві пороводнюють, або менше нього. жнини, в одну з яких подають потік рідини, яку об11. Спосіб за п.2, у якому напівпроникна мембрана робляють, а з іншої вилучають воду, що пройшла складається з множини порожнистих волокон, які через мембрану і відділилася від цієї рідини; сплетені в мат. г) на різних боках мембрани підтримують різний 12. Пристрій для зневоднювання масла, що міспарціальний тиск води, при якому вода, яку містить тить рідина, проходить через мембрану з зазначеа) корпус, у якому знаходиться рідина; ної порожнини в іншу порожнину, а масло не може б) розташовану в корпусі непористу напівпроникну пройти через мембрану за законами гідравліки; мембрану, що не має дефектів і яка ділить внутрід) з розташованої під мембраною порожнини розшній простір корпусу принаймні на одну порожнидільної камери виводять воду, що пройшла через ну, у якій знаходиться масло, яке зневоднюють, і мембрану, і одну порожнину, у якій знаходиться відділена від е) з розташованої над мембраною порожнини розмасла вода, що пройшла через мембрану; дільної камери виводять зневоднене масло. в) принаймні один вхідний отвір, через який в за4. Спосіб за п.2, у якому непориста напівпроникна значену порожнину подається масло, яке зневодмембрана, що не має дефектів, є щільним непоринюють; стим самонесучим шаром. г) принаймні один вихідний отвір, через який з ньо5. Спосіб за п.3, у якому непориста напівпроникна го виводиться зневоднене масло, і мембрана, що не має дефектів, має один або дед) принаймні один вихідний отвір, через який з кілька щільних непористих шарів на пористому або корпусу виходить вилучена з масла вода, яка непористому порожнистому волокні. пройшла через мембрану. 6. Спосіб за п.3, у якому непориста напівпроникна 13. Пристрій за п.12, у якому непориста напівпромембрана, що не має дефектів, має один або деникна мембрана має основу. кілька щільних непористих шарів на пористому або 14. Пристрій за п.12, у якому непориста напівпронепористому плоскому листі. никна мембрана, що не має дефектів, складається 7. Спосіб за п.3, у якому непориста напівпроникна з одного або декількох щільних непористих шарів мембрана, що не має дефектів, має пористу оснона пористому або непористому порожнистому вову, яка не змочується рідиною з низькою леткістю. локні. 8. Спосіб за п.3, у якому непориста напівпроникна 15. Пристрій за п.12, у якому непориста напівпромембрана, що не має дефектів, має оброблену никна мембрана, що не має дефектів, має один пористу основу, яка після обробки не змочується або декілька щільних непористих шарів на порисрідиною з низькою леткістю. тому або непористому плоскому листі. 9. Спосіб за п.2, у якому тиск рідини, яка пройшла через мембрану, більше тиску рідини, яку зневоднюють. Даний винахід відноситься до систем змащення і гідравлічних систем і, зокрема, до способу і пристрою для вилучення вільної, емульгованої або розчиненої води з масла або з будь-яких рідин, що мають низьку легкість (випаровуваність). Масло зазвичай використовують як мастило і як робочу рідину в різних гідравлічних системах. Відомо, що наявність води негативно позначається на якості масла, стані різних елементів і роботі практично будь-якої гідравлічної системи. Добре відомо, що попадання води в систему змащування або в гідравлічну систему негативно позначається на змащуючій здатності масла, викликає корозію різних елементів системи, призводить до окиснення масла, хімічного зносу і появи задирок, і знижує довговічність підшипників. Шкідливий вплив води на стан і роботу системи змащення або гідравлічної системи виявляється при наявності в системі і вільної, і емульгованої, і розчиненої води. В даний час відомі численні спроби вирішення проблеми вилучення з масла води і підвищення за рахунок цього характеристик різних систем змащення і гідравлічних систем. До найбільш широко застосовуваних в даний час для вилучення з мас ла води пристроїв і систем відносяться різного роду відстійники, центрифуги, фільтри, що абсорбують воду і вакуумні очисники, що зневоднюють масло. Однак усі такі пристрої і системи мають розглянуті нижче певні обмеження, зокрема, що стосується їх ефективності, простоти в експлуатації і вартості виготовлення або обслуговування. Різні відстійники використовуються для видалення з масла великих кількостей "вільної" води, питома вага якої, як відомо, більше питомої ваги масла. Такі відстійники, у яких з масла видаляється "вільна" вода, вимагають тривалого відстою масла і займають досить велику площу. При цьому, однак, вони не призначені для розділення водомасляних емульсій і не можуть використовуватися для видалення з масла розчиненої в ньому води. У центрифугах відділення води від масла відбувається під дією відцентрової сили, що накладається на гравітаційне поле. Центрифуги власне кажучи також призначені для видалення з масла вільної води. Центрифуги, однак, мають досить високу вартість і мають обмежені можливості при розділенні водомасляних емульсій. Центрифуги, 5 77436 6 крім того, не призначені для видалення з масла ди, що видаляється з масла. Збільшити кількість розчиненої в ньому води. води, що видаляється з масла, можна також за У водяних абсорбуючих фільтрах використорахунок нагрівання маслоочисника. При цьому, вують спеціальне фільтруюче середовище, що однак, необхідно прийняти певні заходи, що обмеабсорбує воду, яка утримується в маслі. У резульжують величину створюваного в маслоочиснику таті абсорбції води і розбухання фільтруючого вакууму і його температуру, оскільки при надмірсередовища вільний прохідний перетин фільтру ному збільшенні вакууму і/або температури може поступово зменшується, а перепад тиску на фільвідбутися випаровування не лише води, але і вугтрі поступово зростає. У той момент, коли перепад леводнів з низькою молекулярною масою, що містиску на фільтрі досягає певної величини, фільтр тяться в маслі. Необхідно відзначити, що при ванеобхідно знімати і заміняти новим. Такі абсорбукуумному очищенні масла разом з водою з масла ючі воду фільтри, що ефективно видаляють з масвіддаляються будь-які рідини, температура кипіння ла вільну воду, не призначені, однак, для видаяких менше температури кипіння води. Видалення лення з масла емульгованої або розчиненої в з масла таких рідин залежить від конкретної ситуньому води. Крім того, абсорбуючі воду фільтри ації й у деяких випадках є небажаним. мають обмежену пропускну здатність. Тому в міру У системах для очищення масла від води, які насичення водою їх необхідно періодично замінюосновані на масообміні, використовують по суті вати. З цих причин абсорбуючі воду фільтри затакі ж маслоочисники. У таких системах, однак, звичай використовують тільки для видалення з видалення з масла води відбувається не в резульмасла дуже невеликих кількостей (слідів) води. У таті дистиляції, а за допомогою сухого повітря або системах з високим вмістом в маслі води необхідгазу, який безупинно пропускають у протитечії ченість постійної заміни абсорбуючих воду фільтрів рез масло, що стікає вниз. При різній концентрації багаторазово підвищує вартість. води в маслі і порівняно сухому повітрі молекули В даний час для відділення від масла води виводи, що містяться в маслі, безупинно переходять користовують також різні вакуумні маслоочисники. з масла в повітря. Вологе повітря відбирають з Відділення води від масла в таких очисниках відапарату за допомогою вакуум-насоса і викидають бувається в результаті вакуумної дистиляції, мав атмосферу. Такий спосіб очищення масла не сообміну між утримуючим воду маслом і сухим пов'язаний з випаровуванням води за рахунок доповітрям або одночасно і тим, і іншим способом. даткового нагрівання масла до температури, біПри вакуумній дистиляції в маслоочиснику льшої температури кипіння води. Тому в порівнянстворюється розрідження, що знижує температуру ні з системами вакуумної дистиляції системи, що кипіння води. Так, зокрема, якщо при барометричзасновані на масообміні, можуть працювати при ному тиску (нормальному атмосферному тиску), більш низьких температурах та/або при меншому що дорівнює 1013мм вод. ст. (29,92 дюйма рт. ст.), вакуумі. температура кипіння води становить 100°С Системи вакуумної дистиляції і масообміну, які (212°F), то при тиску, що дорівнює 100мм вод. ст. здатні видаляти з масла вільну, емульговану і роз(вакуумі, що дорівнює приблизно 26 дюймів рт.ст.), чинену воду, мають, однак, певні недоліки, що температура кипіння води становить всього 50°С обмежують їх застосування. В обох системах для (122°F). При створенні достатнього розрідження з підтримання мінімально припустимого, для нормаурахуванням температури масла вода, що місльної (не всуху) роботи масляного насоса, рівня титься в маслі, починає випаровуватися в розрімасла в очиснику необхідно використовувати відджене повітря і видаляється з масла. повідні пристрої контролю рівня. Одночасно, щоб Масло, яке оброблюють, зазвичай прокачують запобігти переповненню очисника, необхідно тачерез вакуумний маслоочисник, вакуум у якому кож контролювати і максимальний рівень масла. створюється за допомогою відповідного вакуумНедостатньо точний контроль рівня масла може насоса. Для підвищення швидкості випаровування призвести до зниження ефективності очисника і води в маслоочиснику необхідно максимально попадання масла у вакуум-насос при повному зазбільшити співвідношення між площею поверхні повненні очисника маслом. масла і його об'ємом. Зазвичай для цього у вакууУ вакуумних очисниках при випаровуванні вомних маслоочисниках використовують структуроди, що міститься в маслі, часто відбувається співану або неупорядковану насадку, розташовані нення. Утворення піни, що має меншу у порівнянні каскадом тарілки, диски, що обертаються, або інші з маслом питому вагу, може негативно позначитидобре відомі пристрої, які широко застосовуються ся на роботі системи контролю рівня і, як наслідок при вакуумній дистиляції і при вакуумному фільтцього, призвести до зниження ефективності очисруванні. Масло, яке зазвичай подають в маслооника. чисник зверху, під дією власної маси проходить Звичайні очисники, що містять різні нагрівники, через насадку, у якій воно розділяється на порівзасоби контролю, насоси і т.п., являють собою няно тонкі плівки. Оброблене масло збирається в досить складне обладнання. Крім того, продуктивнижній частині маслоочисника і відкачується з ньоність таких очисників обмежена наявністю в них го масляним насосом. Як приклади таких маслоонабивки, в'язкістю масла і витратою повітря. Тому чисників можна назвати маслоочисники, запропозазвичай для обробки досить великої кількості новані [в патентах US 4604109 на ім'я Koslow і US масла необхідно суттєво збільшувати розміри очи5133880 на ім'я Lundquist і ін.]. Для зменшення сників. Очисники, що містять набивку, разом з манеобхідного вакууму масло можна нагрівати. сляними насосами, вакуум-насосами, нагрівникаСтворюваний у маслоочиснику вакуум знижує ми, панелями керування і різними з'єднаннями температуру кипіння води і збільшує кількість вомають не тільки великі розміри, але і високу вар 7 77436 8 тість. Досить складні системи очищення, що мають лізу. Проникаючі через мембрану речовини проховелику кількість різних елементів, вимагають висодять через неї як рідини. Гідравлічна проникність ких витрат, пов'язаних з їх обслуговуванням і ексмембрани або можливість проходження через неї плуатацією. рідин обумовлена пористою структурою мембраЗдатні видаляти з масла вільну, емульговану і ни. Точно так само через мембрану проходять і розчинену воду вакуумні водовіддільники є досить розчинні у воді речовини. Саме з цієї причини такі перспективним обладнанням, яке забезпечує момембрани не можуть використовуватися для віджливість видалення з масла води. Однак властиві ділення води від масла, яке, як відомо, має обмеїм недоліки перешкоджають їх широкому пошижену розчинність у воді. ренню і/або виключають можливість їх практичного Придатні для зневоднювання масла мембразастосування в більшості систем змащення і гідрани, запропоновані в патенті на ім'я Taylor, мають влічних систем. Через великі розміри і високу варструктуру, у якій часто з'являються дефекти. Мотість вакуумні водовіддільники можна використолекулярна структура виготовленої з мідноаміачної вувати тільки в складістаціонарного обладнання і гідратцелюлози мембрани зберігається тільки в практично не можна використовувати на різних присутності вологи. Після видалення вологи з гідмобільних установках. рофільної мембрани в її порах виникають великі Потребуючі високих капіталовкладень, вакуукапілярні напруги, що призводять до усадки і розтмні очисники (водовіддільники) зазвичай не викоріскування мембрани. Через різний діаметр пор, ристовуються як обладнання, що є невід'ємною виникаючі в мембрані під час висихання капілярні частиною тієї або іншої системи, за винятком венапруги нерівномірно розподіляються по всій мікликих, дорогих систем змащення або гідравлічних роструктурі мембрани. Через різницю виникаючих систем. Зазвичай такі водовіддільники використоу мембрані напруг відбувається, як відомо, розтрівують одночасно для очищення масла в декількох скування мембрани або поява в ній "дефектів". системах, переміщаючи їх з місця на місце в міру При використанні такої мембрани для відділення необхідності від однієї установки або одного бака з води від масла в замкнутій системі волога в меммаслом до іншої установки або іншого бака з масбрані рано або пізно зникає. У результаті цього в лом відповідно. При такому використанні очисників мембрані, як зазначено вище, з'являються тріщини завжди існує небезпека попадання води в масло, або "дефекти". При наявності в мембрані таких що знаходиться в системі змащення або в гідрав"дефектів" вона стає проникною і пропускає масло, лічній системі, не підключеної до очисника машищо протікає через неї, за законами гідравліки. ни. Вода буде залишатися в такій системі аж до [У патенті US 5182022 на ім'я Pasternak та ін.] підключення до неї очисника і видалення води з пропонується використовувати для зневоднюванмасла, що знаходиться в ньому. Саме цими розуня етиленгліколю процес дифузійного випаровуміннями і пояснюються дослідження, які постійно вання. Цей процес використовується в тих випадведуться в даний час, спрямовані на розробку ках, коли суміші, які розділяють, складаються з більш досконалих способів видалення з масла повністю розчинених один в одному компонентів, води. До найбільш перспективних засобів очищендо яких, зокрема, відносяться вода і етиленгліня масла від води варто, імовірно, віднести мемколь. При розділенні сумішей таким способом чебранні системи. рез мембрану, виготовлену із сульфованого поліеВ даний час мембранні системи досить широтилену, проходить велика кількість етиленгліколю. ко використовуються для видалення води з органіДля фахівців у даній області техніки очевидно, що чних рідин. Тому, однак, необхідно відзначити, що проходження через мембрану великих кількостей наявність у використовуваній для цієї цілі мембраетиленгліколю обумовлено законами гідравліки і ні пор або дефектів неминуче приводить до пропов'язано з наявністю дефектів (визначення дефеходження масла через мембранний роздільник за ктів наведено нижче) в розподіляючому шарі. Для законами гідравліки. У результаті цього відбуваздійснення запропонованого в цьому патенті споється втрата певної кількості масла. Крім того масобу не потрібне застосування розподіляючого сло, що не випаровується, яке утворює на одному шару, що не має дефектів, оскільки втрати неводз боків мембрани покриття, забиває мембрану і ної фази є при цьому досить припустимими. Очетим самим знижує її проникність і відповідно змевидно, що це ні в якій мірі не відноситься до зненшує кількість води, яка проходить через неї. воднювання масла в системах змащення або в [У патенті US 4857081 на ім'я Taylor] запропогідравлічних системах. нований спосіб видалення води з газів і рідин, які [У патенті US 5464540 на ім'я Friesen] пропомістять вуглеводні або галогеновані вуглеводні. нується використовувати процес дифузійного виЗапропонований у цьому патенті спосіб базується паровування для виділення з рідкої суміші одного на застосуванні мембрани з мідноаміачної гідратз її компонентів. Потік рідини, який обробляють целюлози. Виготовлені з мідноаміачної гідратцецим способом, містить компонент, що не видалялюлози мембрани, які досить добре відомі, мають ється з його, який подають в апарат у виді пари. В структуру з з'єднаними між собою каналами або описі до цього патенту в стовпчику 5, рядки 8-13, порами [див. патент US 3888771 на ім'я Isuge і ін.]. сказано, що запропонований у ньому спосіб можна Розподілення пор у таких мембранах становить застосовувати для видалення води з масла, зоквід 10 до 90, у середньому 30 ангстрем [патенти рема з кунжутної або кукурудзяної олії. Однак у US 3888771 на ім'я Isuge та ін. і US 5192440 на ім'я наведених у цьому патенті прикладах містяться Sengbusch]. Відділення води від рідкої органічної тільки ті дані, що відносяться до зневоднювання фази в такій виготовленій з мідноаміачної гідраторганічних сполук, які мають високу легкість (вицелюлози мембрані відбувається в результаті діапаровуваність), що у великій кількості містяться в 9 77436 10 кунжутній і кукурудзяній олії. Так, зокрема, навоотворів повинний бути менше розміру всіх молекул дяться приклади зневоднювання ацетону, толуолу масла. й етанолу. Очевидно, що для видалення води з "Непористою" мембраною є мембрана, що не таких олій необхідно використовувати (відповідно має пор у їх звичайному розумінні, тобто постійних до наведеного нижче визначення) непористу мемотворів, діаметр яких дорівнює мінімальному розбрану, яка не має дефектів. Крім того, можуть виміру молекул масла і повинний бути, як зазначено никнути певні сумніви і питання, пов'язані з праквище, більше 5-10 ангстрем, але в кожному конктичним одержанням змиваючого воду потоку пари ретному випадку залежить від виду масла, з якого кукурудзяної або кунжутної олії, який використовувидаляють воду. ється для виділення води з органічних сполук, які З урахуванням цих визначень мембрана, що обробляють запропонованим у цьому патенті споне має дефектів неминуче є непористою, у той час собом. як непориста мембрана необов'язково не повинна [У патенті US 5552023 на ім'я Zhou] пропонумати дефектів. Теоретично непориста мембрана ється використовувати для зневоднювання етилеповинна являти собою мембрану, що не має денгліколю метод мембранної дистиляції. Для цього, фектів, зокрема зазначених вище дефектів. З цьозокрема, пропонується використовувати пористі го слідує, що теоретично мембрана, що не має мембрани. Запропонований у цьому патенті спосіб дефектів, повинна мати таку ж газову проникнепридатний для видалення води з масла, оскільність/селективність, що і щільна плівка, виготовлеки пориста основа мембрани добре просочується на з того ж самого матеріалу. На практиці, однак, рідиною і за законами гідравліки легко пропускає ця умова не завжди дотримується. Так, [наприрідини. клад, у роботі авторів Pinnau і Koros (Pinnau І. і [У патенті US 6001257 на ім'я Bratton та ін.] Koros W., "Gas-Permeation Properties of Asymmetric описана призначена для зневоднювання різних Polycarbonate, Polyestercarbonate, and Fluorinated рідин цеолітна мембрана, яка по суті не має дефеPolyimide Membranes Prepared by the Generalized ктів. В описі до цього патенту в стовпчику 4, рядки Dry/Wet Phase Inversion Process", J. Applied 12-15, говориться про те, що цеолітна мембрана Polymer Science, т. 46, 1992, ст. 1195-1204) і в роістотно визначає всю роботу апарата, призначеноботі автора Pesek (Pesek S., "Aqueous Quenched го для розділення будь-яких двох рідин, тільки Asymmetric Polysulfone Flat Sheet and Hollow Fiber одна з яких може проходити через мембрану. При Membranes Prepared by Dry/Wet Phase Separation", виготовленні цеолітних мембран використовують дисертація, представлена в Техаському універсиматеріали цеолітного типу, відомі також як молететі, розташованому в м. Остин (1993))], розділяюкулярні сита, з розгалуженою мережею каналів, ча газ мембрана, що не має дефектів визначаєтьутворених з'єднаними між собою атомами кисню ся як мембрана, відносна вибіркова здатність якої тетраедрами кремнію/кисню. У стовпчику 2, рядки становить від 75 до 85% від відносної вибіркової 46-49, опису до цього патенту сказано, що матеріздатності щільної плівки. Можна показати, що ал повинний "по суті не мати дефектів" без будьмембрана, відносна вибіркова здатність якої стаякого розкриття терміна "по суті" і без будь-якого новить 85% від відносної вибіркової здатності визначення терміна "дефекти". Таку цеолітну мемщільної плівки, може мати велику кількість дефекбрану не можна застосовувати для видалення тів, через які мембрана стає гідравлічно проникводи з масла через наявність у ній визначених ною для масла. нижче дефектів, через які мембрана стає проникНижче розглянута мембрана з полісульфононою для масла, що проходить через неї за заковим вибірковим шаром, нанесеним на підкладку, нами гідравліки. що має незначний гідравлічний опір. При 35°С Нижче перераховані деякі терміни, що зустрівідносна проникність полісульфону для кисню стачаються в описі, і розкритий їх зміст, який вони новить 1,4 одиниць Баррера (довідник Membrane мають у контексті даного винаходу. Handbook), а селективність по відношенню до Термін "дефект" представляє отвір у мембраO2/N2 становить 5,6. Так, наприклад, товщина поні, розмір якого є достатнім для проходження челісульфонового селективного шару становить 700 рез мембрану, за законами гідравліки, рідини, що ангстрем. Таку товщину має більшість мембран, має низьку легкість (випаровуваність). що виробляються промислово. У цьому випадку Під мембраною, що "не має дефектів" мається проникність такого вибіркового шару для кисню на увазі мембрана, що не має отворів, досить веповинна становити 20 одиниць газопроникності ликих для проходження через мембрану рідин за (ОГП), а для азоту - 3,57 ОГП.Згідно визначенню, законами гідравліки і обмежуючих проходження даному Pinnau і Koros (1992), таку полісульфонову через мембрану матеріалів у результаті дифузії мембрану варто віднести до мембран, що не марозчину. Гідравлічно проникною для масла є така ють дефектів, якщо її селективність по відношенмембрана, що має постійні отвори (або мікрокананю до O2/N2 становить 85% від селективності ли), діаметр яких перевищує розмір молекули мащільної плівки, тобто 4,76. Очевидно, однак, що сла або дорівнює йому. Вважається, що розмір згідно визначенню, прийнятому в даному винаході, молекул масла становить від 5 до 10 ангстрем, така мембрана має дефекти. При досить невелиоднак через наявність в маслі різних фракцій з ких розмірах дефектів проходження через дефекти молекулами різних розмірів точний розмір молекупотоку рідини або газу визначається дифузією ли масла, що визначає наявність або відсутність у Кнудсена. При більших розмірах дефектів потік мембрані дефектів, залежить від хімічного складу рідини (або газу), що проходить через дефекти конкретного масла, яке зневоднюють. Тому в мемповинен бути конвективним (або в'язким) і визнабрані, що не має дефектів, мінімальний діаметр чається законом Хагена-Пуазейля. У наведеній 11 77436 12 нижче таблиці зазначено кількість дефектів різного чиненої води з масел або інших рідин, що мають розміру, при яких селективність мембрани по віднизьку легкість (випаровуваність). Пропонований у ношенню до O2/N2 становить 4,76 на один квадравинаході спосіб можна застосовувати на працюютний метр полісульфонового вибіркового шару. чому і мобільному обладнанні, а також на стаціонарних установках у стаціонарних умовах. ПропоДифузія Кнудсена через дефекти у вибірковому шарі нований у винаході спосіб є досить простим у здійсненні, а необхідні для його здійснення приДіаметр дефекту (А) 25 50 100 строї мають невеликі розміри і досить компактні Кількість дефектів 1,22 1011 1,53 1010 1,91 109 для їхнього практичного і дешевого застосування в Пористість поверхні (площа дефектів/загальна площа) 6,0 10-7 3,0 10-7 1,5 10-7 різних за розмірами системах. У даному винаході пропонується також роздіКонвективний потік через дефекти у вибірковому ляючий шар, що не має дефектів, або мембрана, шарі при надлишковому тиску, рівному 1 фунт на кв.дюйм що не має дефектів, гідравлічно непроникний, відповідно непроникна для рідин і обмежуючий, відДіаметр дефекту (мкм) 0,5 1 2 Кількість дефектів 39700 247 15 повідно обмежуюча можливість їх проходження Пористість поверхні (площа через нього, відповідно неї. У винаході пропону-10 -10 -11 дефектів/загальна площа) 7,8 10 1,9 10 4,9 10 ється також спосіб видалення пару, що проходять через розділяючий шар. Іншими словами, у даноЗазначені в таблиці дефекти мають досить му винаході пропонується пристрій і спосіб ефеквеликий розмір, при якому така мембрана стає тивного видалення з масла вільної, емульгованої гідравлічно проникною для масла і тому фактично або розчиненої води. не придатною для його зневоднювання. Однак в Даний винахід відноситься, зокрема, до вибірінших випадках, наприклад при розділенні газів, кового зневоднювання масел з застосуванням наявність у мембрані таких дефектів, хоча і знижує непористої мембрани, що не має дефектів. Запроефективність розділення газів, але не виключає понований у винаході спосіб відноситься переважможливості її практичного застосування. но до зневоднювання потоку масла, що взаємодіє Теоретично непористу мембрану варто, відпоз одним боком ("припливним боком") напівпрониквідно до прийнятих визначень, розглядати як мемної мембрани. Мембрана ділить роздільну камеру брану, що не має дефектів. Однак на практиці ця на дві частини, в одну з яких подається масло, а з умова також не завжди дотримується. На практиці іншої видаляється вода, що пройшла через мемдо непористих мембран відносяться мембрани, що брану і відділена від масла. У тій частині камери, у мають певну гідравлічну проникність, зазвичай якій збирається відділена від масла вода, шляхом достатню для зменшення здатності мембрани до створення вакууму або за допомогою газу, що розділення газів до 85% від фактичної вибіркової змиває воду, зізворотного боку мембрани підтриздатності щільної плівки. Іншими словами, такі мується низький парціальний тиск води. Вода момембрани мають хоча і відносно невелику, але же знаходитися в маслі або в розчиненому виглявсе-таки достатню кількість пор. Фактична кількість ді, або у вигляді окремої фази, або в пор у мембрани, яку варто вважати "непористою", емульгованому, диспергованому або "вільному" залежить від розміру пор і властивостей матеріастані. Матеріал, з якого виготовляють мембрану, лів, які розділяються мембраною. У розглянутому повинне бути хімічно сумісним з маслом, мати вивипадку мембрани, що не мають дефектів, віднобіркову проникність і пропускати воду. Хімічно сусяться до непористих мембран, що відповідають місна з маслом мембрана не вступає з маслом у зазначеному вище визначенню, а не до непорисхімічну реакцію і зберігає свої фізичні властивості, тих мембран у загальноприйнятому в даний час такі як розмір, міцність, проникність і вибіркова змісті. Для успішного здійснення винаходу мемздатність, при впливі на неї масла. брани повинні відповідати наведеним вище визнаТаким чином, однією з задач даного винаходу ченням "непористих" і "що не мають дефектів" є усунення недоліків, властивих звичайним спосомембран. бам зневоднювання масла, і створення і розробка Під "маслом" у контексті даного винаходу мапозбавлених цих недоліків нового способу і нового ється на увазі хімічний матеріал, що має низьку пристрою для зневоднювання масла. легкість (випаровуваність). Зазвичай масло місІншою задачею даного винаходу є створення тить багато фракцій з різною молекулярною масою водовіддільника для масла, призначеного для виі різною молекулярною структурою в суміші. лучення з масел вільної, емульгованої або розчи"Напівпроникною" є мембрана, що має відпоненої води. відну проникність для певних матеріалів і непрониЩе однією задачею даного винаходу є ствокна для інших матеріалів. Таку мембрану можна рення простого у використанні водовіддільника також назвати "розділяючою" мембраною. для масла. Під "змочуванням" у контексті даного винаходу Задачею даного винаходу є також створення мається на увазі поширення рідини по поверхні. відносного невеликого і компактного водовіддільТермін "забивання" або "закупорювання" ознаника для масла. чає опір масопереносу за рахунок небажаного Ще однією задачею даного винаходу є ствоефекту, наприклад у результаті заповнення пор рення дешевого водовіддільника для масла. підкладки мембрани маслом або утворення шару Задачею даного винаходу є також створення масла на чистому боці мембрани. водовіддільника для масла, який можна застосоУ даному винаході пропонується мембранний вувати і у невеликих, і у великих системах. спосіб видалення вільної, емульгованої або розЩе однією задачею даного винаходу є ство 13 77436 14 рення водовіддільника для масла, який можна яка у цьому варіанті має нанесене на підкладку застосовувати на мобільному обладнанні під час поверхневе покриття, що утворює шар матеріалу, його роботи і пересування. який розділяє суміші на компоненти, Інші задачі і переваги даного винаходу більш на Фіг.14 - зображення у збільшеному масшдокладно розглянуті у наведеному нижче описі і у табі ділянки торця мембрани, показаної на Фіг.13, формулі винаходу з посиланням на прикладені до на Фіг.15 - аксонометрична проекція іншого опису і складаючі його частину креслення, на яких варіанта виконання показаної на Фіг.3 мембрани, одні і ті ж самі елементи позначені тими ж самими яка у цьому варіанті має нанесене на підкладку номерами. поверхневе покриття, що утворює шар матеріалу, На прикладених до опису кресленнях покаякий розділяє суміші на компоненти, і зано: на Фіг.16 - зображення у збільшеному масшна Фіг.1 - аксонометрична проекція мембрани, табі ділянки торця мембрани, показаної на Фіг.15. яку застосовують у даному винаході, Необхідно відзначити, що розглянуті в описі і на Фіг.2 - аксонометрична проекція другого вапоказані на кресленнях варіанти є тільки прикларіанта виконання мембрани, яку застосовують у дами можливого здійснення винаходу, що ілюстданому винаході, рують його основну ідею в тому вигляді, як вона на Фіг.3 - аксонометрична проекція ще одного викладена у формулі винаходу. Тому зазначені в варіанта виконання мембрани, яку застосовують у цих прикладах конкретні розміри і фізичні парамеданому винаході, три не повинні розглядатися як такі, що обмежуна Фіг.4А - вигляд зверху плетеного мату, що ють обсяг винаходу, якщо вони не зазначені у фоскладається з безлічі показаних на Фіг.3 порожнирмулі винаходу. стих волоконних мембран, Перш ніж перейти до детального розгляду на Фіг.4Б - поперечний переріз мату площиною кращих варіантів здійснення винаходу варто заВ-В по Фіг.4А, значити, що як посилання в нього включені [довідна Фіг.4В - схематичне зображення згорнутого ник Membrane Handbook, опублікований Van в рулон мату, показаного на Фіг.4Б, Norstrand Reinhold, 1992, ст.3-15, і довідник на Фіг.4Г - аксонометрична проекція двох поHandbook of Industrial Membranes, 1-е вид., 1995, рожнистих волоконних напівпроникних мембран, ст.56-61]. показаних на Фіг.3 і по спіралі намотаних одна на Пропоновані у винаході пристрої і спосіб призодну, начені для видалення води або інших розчинників, на Фіг.5 - схематичне зображення згорнутої в що мають високу летючість (випаровуваність), з рулон мембрани, показаної на Фіг.1, великого класу рідин, що мають низьку летючість на Фіг.6 - схема, що ілюструє запропонований (випаровуваність). Під рідиною, що має низьку у винаході мембранний спосіб сепарації, у якому летючість, мається на увазі рідина, у якої точка видалення з масла води здійснюється за допомокипіння за нормальних умов перевищує точку кигою вакуумного насосу, піння води (100°С). Тому вода відноситься до ріна Фіг.7 - схема, що ілюструє інший варіант дин, що мають високу летючість. Необхідно відздійснення показаного на Фіг.6 способу сепарації, значити, що поведінка різних рідин, які у чистому у якому для видалення з масла води використовигляді мають низьку летючість, у суміші з іншими вують потік газу, що змиває воду зі зворотного рідинами може відрізнятися від ідеальної. Виявлябоку мембрани, тися ця властивість може в більшій, у порівнянні з на Фіг.8 - схема, що ілюструє ще один варіант чистою рідиною, позірній швидкості випаровування здійснення показаного на Фіг.6 способу сепарації, відповідного компоненту суміші. У переважному у якому для захисту мембрани від забруднення варіанті даний винахід відноситься до розділення потоком оброблюваного масла використовується суміші, що містить воду і масло на воду і масло встановлений до мембрани фільтр, (або до видалення з масла води). на Фіг.9 - вертикальна проекція запропоноваПри зневоднюванні масла запропонованим у ного у винаході пристрою з порожнистою волоконвинаході способом, потоком рідини, у якій містятьною мембраною, у якому масло, що очищається ся щонайменше масло і вода, діють на один бік від води, проходить усередині волокон, непористої напівпроникної мембрани, що не має на Фіг.10 - вертикальна проекція запропоновадефектів, яка розділяє камеру сепарації на дві ного у винаході пристрою з порожнистою волоконпорожнини, в одну з яких подається рідка суміш ною мембраною, у якому масло, що очищається масла і води, яка розділяється, а з іншої виводитьвід води, проходить зовні волокон, ся перміат, у даному випадку відділена від масла на Фіг.11 - вертикальна проекція запропоновавода, по різні боки від мембрани підтримують парного у винаході пристрою з порожнистою волоконціальний перепад хімічного потенціалу води, під ною мембраною, у якому масло, що очищається дією якого переважно вода проходить через мемвід води, проходить зовні волокон, а вода рухаєтьбрану з першої порожнини камери сепарації в її ся в протитечії з очищеним маслом, другу порожнину, із другої порожнини видаляють на Фіг.12 - вертикальна проекція запропоноваводу, яка пройшла в неї через мембрану і з першої ного у винаході пристрою з порожнистою волоконпорожнини виводять зневоднене масло. Під "пеною мембраною, у якому для видалення з масла репадом хімічного потенціалу" можна також розуводи застосовують газ, що змиває воду зі зворотміти "перепад активності" води або "перепад парного боку мембрани, ціального тиску" води. "Перепад парціального на Фіг.13 - аксонометрична проекція ще одного тиску" означає різницю між тиском пару води в варіанта виконання показаної на Фіг.1 мембрани, першій порожнині і рівноважним тиском пару води, 15 77436 16 що відповідає концентрації води, яка міститься в Fiber Membranes for Gas Separation", захищеній маслі. при Техаському університеті в м. Остин (1998)]. Запропонований у винаході пристрій для знеПри використанні такого шару, який має дефекти, воднювання масла має корпус, у якому знаходитьдля розділення суміші рідин рідина за законами ся щонайменше непориста напівпроникна мемгідравліки проходить через наявні в шарі дефекти. брана, що не має дефектів, яка розділяє корпус Нерозділена на компоненти рідина, що проходить щонайменше на дві порожнини, в одну з яких почерез мембрану, яка має дефекти, попадає з однідається рідка суміш масла і води, яка розділяєтьєї порожнини розділеного мембраною корпусу в ся, а з іншої виводиться відділена від масла вода, його другу порожнину, розташовану з протилежнощонайменше один вхідний патрубок, з'єднаний з го боку мембрани. У деяких випадках використанпершою порожниною, щонайменше один вихідний ня такої мембрани є припустимим, а в інших випапатрубок, з'єднаний з першою порожниною, і щодках - неприпустимим. найменше один вихідний патрубок, з'єднаний з Прикладом щільного, непористого шару, що не другою порожниною. При зневоднюванні масла за має дефектів, для розділення сумішей є щільна, допомогою такого пристрою суміш масла і води відлита з розчину мембрана. Такі мембрани добре через вхідний патрубок подається усередину корвідомі фахівцям у даній області техніки. Щільний, пусу, суміш масла і води, що попадає в корпус діє непористий шар, що не має дефектів, для роздіна один бік напівпроникної мембрани, по різні боки лення сумішей з певною швидкістю, придатний від мембрани підтримується парціальний перепад для промислового застосування, можна виготовихімічного потенціалу води, під дією якого переважти у вигляді відлитої з розчину досить тонкої плівно вода проходить через мембрану з першої поки, товщина якої відповідає необхідної швидкості рожнини корпусу в його другу порожнину, із другої зневоднювання. Для усунення дефектів на відпопорожнини корпусу через вихідний патрубок видавідну підкладку можна послідовно нанести декільляється вода, що пройшла в неї через мембрану і ка шарів відлитого з розчину полімерного покриття з першої порожнини корпусу через інший вихідний з проміжним утворенням поперечних зв'язків між патрубок виводиться зневоднене масло. молекулами полімеру кожного шару. Мембрана може мати будь-які розміри і форму При зневоднюванні масла попадання масла, з і будь-яку поверхню, що дозволяє розділяти суміш причини гідравлічної проникності мембрани, в розмасла і води на масло і воду. Зазвичай мембрану ташовану зі зворотного боку мембрани порожнину, виготовляють у вигляді самонесучої плівки, поророзділеного мембраною корпусу водовіддільника, жнистих волокон, композитних листів або композиу якій повинна знаходитися тільки вода, призвотних порожнистих волокон. У мембранах, що дить до втрат масла в системі змащення або в складаються з залитих компаундом або будь-яким гідравлічній системі і по суті просто виключає моіншим способом зібраних одне з одним порожнисжливість застосування такого водовіддільника і тих волокон, номінально волокна розташовують одночасно супроводжується "замаслюванням" паралельно одне одному. У мембранах, що склазворотного боку мембрани. Якщо шар, який роздідаються з композитних порожнистих волокон або з ляє суміш масла і води на масло і воду, нанесений простих порожнистих волокон, окремі волокна мона підкладку своїм зворотним боком, то масло, яке жна також намотати одне на інше. В іншому варіапроходить через нього за законами гідравліки, нті з окремих волокон можна сплести мат. Сплетебуде заповнювати і забивати пори підкладки, збіні з окремих волокон плоскі мати або листи можна льшуючи її гідравлічний опір, який повинна перезгорнути в рулон. Крім того, між окремими листами бороти видалена з масла вода. При випадковому або матами можна розташувати різні роздільні або невипадковому випаровуванні масла масло, елементи. що випаровується зі швидкістю, меншою гідравліМембрана, яку використовують для зневоднючної швидкості масла в дефектах мембрани, невання масла складається щонайменше з тонкого зворотно забиває мембрану і знижує швидкість щільного непористого шару (або "поверхневого його зневоднювання. Крім того, при наявності в покриття"), що не має дефектів, який розділяє сумембрані дефектів газ, який використовується для міш на окремі компоненти і несучої основи або вилучення зі зворотного боку мембрани відділеної підкладки. В другому, але не обов'язковому для від масла води, може через дефекти мембрани практичного здійснення винаходу, варіанті можна потрапити в "чисте" (зневоднене) масло. Попаданвикористовувати і самонесучий шар, що розділяє ня газу в масло може, що очевидно, призвести до суміш на компоненти. Для фахівців у даній області небажаного спінення масла. техніки очевидно, що щільні непористі шари, що В основі проникності такого щільного, непорирозділяють суміші на компоненти, можуть мати стого шару, що не має дефектів, для розділення певні дефекти. При використанні такого шару для сумішей лежить так звана "дифузія розчину". Вірозділення суміші газів або рідин, через наявні в домо, що "дифузія розчину" полягає в розчиненні в шарі дефекти може проходити не розділена на розділяючому шарі одного з компонентів суміші, компоненти суміш газів або рідин. У тому випадку, яку розділяють, його наступною дифузією через коли такий шар, який розділяє суміш на компоненрозділяючий шар і десорбцією на зворотному боці ти, використовується для розділення на компоненшару. При вилученні з масла води рідка суміш ти суміші газів, суміш газів може проходити через води і масла змочує один з боків мембрани, а вонаявні в шарі дефекти в результаті "дифузії розчида, що проходить через мембрану у вигляді пари ну" за законом Кнудсена. Детально це явище розабо в газоподібному вигляді, вилучається зі звороглянуте [в дисертації Clausi N. "Formation and тного боку мембрани. При наявності в розділяюCharacterization of Asymmetric Polyimide Hollow чому шарі дефектів через них, за законами гідрав 17 77436 18 ліки, на зворотний бік шару проходить рідка суміш декілька шарів покриття. До складу цих шарів втоводи і масла. У результаті цього, як уже було відринного покриття може входити полімер, який значено вище, відбувається замаслення мембрани входить до складу самого розділяючого суміш на і втрата певної кількості масла, що знаходиться в компоненти шару, або який-небудь інший полімер. системі, через що такий спосіб зневоднювання Щільний непористий розділяючий шар, що не має масла стає практично неприйнятним. дефектів, можна виготовити литтям з розчину у Дифузійне випаровування полягає в розділенвигляді досить товстої однорідної полімерної плівні в щільному непористому розділяючому шарі ки. [У роботі Pfromm (Pfromm P.H., "Gas transport суміші повністю перемішаних між собою рідин. При properties and aging of thin and thick films made from дифузійному випаровуванні, крім того, певні комamorphous glassy polymers", дисертація, захищена поненти суміші проходять через розділяючий шар при Техаському університеті в м. Остин (1994))] з обмеженою швидкістю і у вигляді пари видаляговориться, що для розділення сумішей можна ються зі зворотного боку шару. При зневоднюванні також використовувати і надтонкі щільні, непористі масла дифузійним випаровуванням і наявності в шари, що не мають дефектів. розділяючому шарі окремих дефектів проходженПроникність газів через щільну непористу одня на зворотний бік шару неводної фази не є катанорідну плівку, що не має дефектів, визначається строфічним. Пов'язано це з тим, що неводна фаза внутрішніми властивостями полімеру (Clausi, має високу пружність пари (тиск насиченої пари) і 1998). Внутрішня проникність полімеру, наприлегко випаровується. Відбувається це и по відноклад, не залежить від товщини розділяючого шару. шенню до компонентів, що мають низьку легкість, При використанні такого шару для розділення на таких як етиленгліколь, поведінка якого при його компоненти суміші газів і в тому випадку, коли цей перемішуванні з водою різко відрізняється від пошар являє собою вільно розташовану плівку, і в ведінки чистого етиленгліколю. тому випадку, коли він створює поверхневе покПористі мембрани, які застосовуються при міриття підкладки, що має значно менший опір, ніж крофільтрації, ультрафільтрації і діалізі, непридасам розділяючий шар, співвідношення показників тні для застосування при зневоднюванні рідин, що проникності окремих компонентів конкретної сумімають низьку легкість, які проникають у пори і заші також залежить від внутрішніх властивостей бивають мембрану. полімеру, що лежить в основі розділяючого шару. До мембран, які можна застосовувати для Таке співвідношення зазвичай називають внутрішзневоднювання масла запропонованим у винаході ньою вибірковою здатністю полімеру за окремими способом, відносяться щільні непористі плівки або компонентами конкретного газу. асиметричні мембрани з відносно щільними роздіВідсутність у щільного непористого розділяюляючими суміш на компоненти шарами або поверчого шару "внутрішньої" вибіркової здатності по хневими покриттями, нанесеними на один або відношенню до конкретної комбінації газів швидше обидва боки несучої підкладки. Щільні непористі за все обумовлено наявністю в ньому дефектів. мембрани виготовляють або "інверсією фази", або Дефекти утворюють у шарі канали для прохо"литтям з розчину". При виготовленні мембран дження через шар нерозділених компонентів суінверсією фази застосовують систему полімерміші. Відомо, що якщо пориста підкладка мембрарозчинник-осаджувач, де полімер, що міститься в ни має винятково низький гідравлічний опір, тo це ній випадає в осад при випаровуванні або екстрасвідчить про наявність дефектів у шарах, що розкції розчинника або додаванні осаджувача. У реділяють суміші на компоненти [Clausi, 1998; US зультаті інверсії фази одержують негомогенну по4902422]. Такий підхід можна використовувати для ристу симетричну або несиметричну полімерну визначення наявності або відсутності дефектів матрицю, у якій можуть міститися ділянки з щільнезалежно від способу формування розділяючого ним, непористим полімером. Щільний непористий шару. Очевидно, що через шар, який не має дерозділяючий шар можна одержати розділенням фектів, нерозділена на компоненти суміш газів або фаз при відповідному виборі системи розчинникрідин проходити не буде, і зі зворотного боку мемосаджувач і системи осадження. При виготовленні брани будуть десорбуватися у вигляді пари тільки мембрани литтям з розчину використовують відкомпоненти суміші, які проходять через шар. повідну систему полімер-розчинник, що утворює Тонкий щільний непористий розділяючий сугель, який потім висушують. Мембрани, виготовміш на компоненти шар можна виконати у вигляді лені литтям з розчину полімеру, зазвичай являють окремого шару. Крім того, його можна виконати за собою непористі щільні плівки. В обох випадках одне ціле з несучою підкладкою. Такий шар можна щільну непористу плівку можна застосовувати як виготовити з такого ж матеріалу, що і підкладку, покриття для іншої несучої підкладки. Щільні неабо з іншого матеріалу в композитній формі. У пористі розділяючі суміші на компоненти шари, композитній мембрані розділяючий шар міцно виготовлені і тим і іншим способами, можуть мати зв'язаний з підкладкою. При виготовленні композидефекти (US 4230463). Різні способи наступної тних мембран щільний непористий розділяючий обробки таких шарів, з метою зменшення кількості шар наносять на підкладку при виконанні окремої наявних у них дефектів, детально розглянуті [в технологічної операції. Композитні плівки, волокна роботі Henis і Tripodi (Henis J. і Tripodi M., або листи можна виготовляти і пористими, і непо"Composite Hollow Fiber Membranes for Gas ристими. Для зневоднювання масла запропоноваSeparation: The Resistance Model Approach", J. ним у винаході способом переважно, але не обоMembr. Sci. 8, 1981, ст.233-245)]. Для усунення в'язково використовувати плоскі листові дефектів у мембрані, що їх має, на неї послідовно мембрани. Для відділення суміші масла і води, яку аж до повного усунення всіх дефектів наносять зневоднюють, від видаленої з неї води один або 19 77436 20 обидва боки таких волокон, плівок або листів можзабиває мембрану і знижує швидкість зневоднюна герметизувати. Розділяючий шар мембрани вання. Тому в переважному варіанті застосовують можна виготовити з того ж матеріалу, що і підкламембрани з пористою підкладкою, покритою з оддку, яку зазвичай виготовляють з пористого органого або з обох боків щільним непористим шаром нічного або неорганічного полімеру, кераміки або або поверхневим покриттям, що не має дефектів, скла, або з іншого матеріалу. У переважному варіякий розділяє суміш масла і води на компоненти. анті здійснення винаходу застосовують мембрану, Мембрана з щільним непористим розділяючим що складається з підкладки у вигляді композитного шаром, що не має дефектів, по суті непроникна листа або композитного порожнистого волокна, для масла, яке у мембранах з розділяючим шапокритою з одного або з обох боків тонким щільром, що має дефекти, проходить через ці дефекти ним непористим розділяючим суміш на компоненза законами гідравліки. Наявність у мембрані двох ти шаром полімеру. При використанні симетричних щільних непористих шарів, що не мають дефектів, або несиметричних мембран рідина може змочурозділяючих суміш масла і води на компоненти, вати мембрану з будь-якого боку, хоча в переважякими з двох боків покрита пориста підкладка ному варіанті використовується мембрана з роздімембрани, ще більше знижує імовірність можливоляючим шаром, який розташований на боці го проходу через мембрану масла за законами мембрани, що змочується сумішшю води і масла, гідравліки. яку розділяють на компоненти. При використанні як мембрани порожнистих Щільний непористий шар або поверхневе покволокон суміш масла і води, яку розділяють на риття можна також виконати у вигляді невід'ємної компоненти, проходить через внутрішній отвір вочастини мембрани щонайменше номінально під локна або змочує волокно зовні. У переважному час виготовлення підкладки. Винахід, однак, не варіанті для зменшення втрат тиску використовуобмежений одночасним виготовленням щільного ють волоконні мембрани, що змочуються зовні непористого поверхневого покриття і підкладки сумішшю води і масла, яку розділяють. мембрани. У принципі щільний непористий шар До складу розділяючого суміш на компоненти можна виконати як окрему або складову частину шару або поверхневого покриття можуть входити композитної мембрани. Щільний непористий шар будь-які полімери, хімічно сумісні з сумішшю, яку мембрани можна виготовляти не одночасно з вирозділяють на компоненти і придатні для виготовготовленням підкладки. Виготовлений окремо лення щільного непористого шару, через який мащільний непористий шар потім відповідним чином сло не може проходити в помітних кількостях. Шар з'єднують з підкладкою. або поверхневе покриття, яке розділяє суміш на Підкладка мембрани може бути пористою або компоненти вважається хімічно сумісним з маслом непористою. Щільне непористе поверхневе поку тому випадку, коли воно не вступає у взаємодію риття мембрани і її підкладка можуть мати полімез маслом або не змінює при контакті з маслом сворну основу. Щільне непористе поверхневе покритїх фізичних властивостей, таких як розміри, міцтя мембрани і її підкладку можна виготовляти з ність, проникність і вибіркова здатність. До поліменеорганічних і органічних полімерів. До таких порів, що можуть входити до складу щільного лімерів відносяться, зокрема, лінійні полімери, непористого шару, відносяться, зокрема, але не розгалужені полімери, зшиті полімери, лінійні цикобмежуючись тільки ними, полііміди, полісульфолополімери, ступінчасті полімери, матричні циклони, полікарбонати, складні поліефіри, поліаміди, полімери, сополімери, потрійні сополімери, щепполісечовини, поліефіраміди, аморфний тефлон, лені полімери або їх суміші. поліорганосилани, алкілцелюлоза і поліолефіни. Рідина з низькою легкістю може змочувати поЗапропоновану у винаході мембрану можна ристу підкладку мембрани. В другому варіанті позастосовувати в протитечійних і прямотечійних ристу підкладку мембрани можна обробити таким водовіддільниках і у водовіддільниках з попереччином, щоб рідина з низькою легкістю не змочуваними або радіально-поперечними потоками оброла підкладку. Однак така обробка підкладки є не блюваної в них рідини і виділеного з неї компоненобов'язковою. Запропонований у винаході спосіб ту. Один або обидва потоки (що проходять через зневоднювання масла припускає використання водовіддільник по різні боки від мембрани) можна мембрани, пориста підкладка якої не змочується ретельно перемішати або взагалі не перемішуварідиною з низькою легкістю. Можливий також і інти. При цьому оброблюваний у водовіддільнику ший варіант здійснення запропонованого у винапотік масла і води, який розділяється мембраною ході способу з використанням мембрани з порисна компоненти переважно повинен бути ретельно тою підкладкою, що не змочується рідиною з перемішаний. низькою легкістю в результаті її відповідної обробПотік рідини, що містить рідину з низькою легки. Переважно, однак, використовувати такі порискістю (зокрема масло) і воду, можна обробляти в ті підкладки, що за своєю природою не змочуються корпусі з мембраною, щільний непористий шар, рідиною з низькою легкістю. що не має дефектів, якої змочується рідиною, яку У мембранах із щільним непористим шаром розділяють на воду і масло. Такий варіант обробки або поверхневим покриттям, розташованим тільки з прокачуванням масла, яке зневоднюють, через з одного боку мембрани, наявність у цьому шарі корпус з боку щільного непористого шару мембрадефектів робить мембрану маслопроникною, про ни не обмежує винахід. При зневоднюванні масла що говорилося вище. Масло, що проходить через запропонованим у винаході способом суміш масла мембрану за законами гідравліки, випаровується зі і води можна також обробляти в корпусі з мембразворотного боку мембрани з меншою, в порівнянні ною, у якої щільний непористий шар або поверхз водою, швидкістю або взагалі не випаровується і неве покриття розташоване зі зворотного боку. 21 77436 22 Парціальний тиск води зі зворотного боку воднювання масла можна використовувати там, мембрани можна зменшити шляхом створення де в даний час застосовуються вакуумні очисники вакууму або за допомогою змиваючого воду зі масла або інші звичайні водовіддільники. Запрозворотної сторони мембрани газу з низьким парціпоновані у винаході спосіб і пристрій можна застоальним тиском водяної пари, наприклад, діоксиду совувати для обробки масла у системі, що нагадує вуглецю, аргону, водню, гелію, азоту, метану або "нирковий контур", у якійводовіддільник з'єднаний переважно повітря. Потік відділеної від масла воз резервуаром, що являє собою частину одного з ди разом зі змиваючим її зі зворотного боку мемелементів установки. Масло, що відбирається з брани газом може проходити через водовіддільник такого резервуару, після обробки у водовіддільнипаралельно потоку масла, що містить воду, назуку знову подається в резервуар. Водовіддільник стріч йому або в поперечному або радіальнодля масла може працювати в безперервному або поперечному напрямку. Тиск на зворотному боці періодичному режимі як під час роботи установки, мембрани (тиск видаленої з масла води) вибиратак і під час її зупинки. Запропонований у винаході ється рівним або меншим тиску суміші масла і вопристрій можна також застосовувати для параледи, яку обробляють. льної обробки масла в окремому резервуарі, не Тиск на зворотному боці мембрани може бути і зв'язаному з основною масляною магістраллю. більшим тиску оброблюваної суміші масла і води. Такими не з'єднаний з іншими елементами устаТиск на зворотному боці мембрани більше тиску новки резервуар можна використовувати тільки оброблюваної суміші масла і води, наприклад, при для обробки масла і доведення його параметрів використанні газу, що змиває воду зі зворотного до необхідного рівня. боку мембрани. Як газ, що змиває воду зі зворотЗапропонований у винаході пристрій можна ного боку мембрани, можна використовувати знетакож використовувати як пристрій, вбудований в воднене стиснене повітря або азот, тиск якого біосновну масляну магістраль. Наявність щільної льше тиску в тій частині корпусу водовіддільника, непористої перегородки, що розділяє масло, яке у яку подається суміш масла і води, яка обробляобробляють, від вилученої з нього води, дозволяє ється в ньому. Зазвичай в таких випадках активпрацювати з різними тисками в масляній магістраність рідини з високою легкістю, що вилучається з лі і у системі зливу води. Іншими словами, запрорідкої суміші, яку обробляють, у тій частині корпупонований у винаході пристрій може працювати су, у яку подають оброблювану рідку суміш, більпри подачі в нього масла з тиском, рівним робочоше в порівнянні з тією частиною корпусу, у якій му тиску в системі змащення або в гідравлічній збирається рідина з високою легкістю, що вилучасистемі. Такий варіант застосування запропоновається із суміші. ного у винаході пристрою є найбільш переважним, До зневоднювання масла за допомогою мемоскільки дозволяє вмонтувати його в існуючу масбрани масло, що містить воду краще відфільтруляну магістраль. При цьому одночасно повністю вати. Під час фільтрування масло очищають від або в значній мірі відпадає необхідність у створенрізних часток і основної маси води, що міститься в ні паралельної маслосистеми або створенні сисньому. Фільтрування масла, яке зневоднюють, теми типу "ниркового контуру". Можливість викоможна виконувати будь-яким відомим способом ристання запропонованого у винаході пристрою на фільтрування текучих середовищ. Попереднє фііснуючих магістралях при робочому тиску в системі льтрування масла, яке зневоднюють, захищає від дозволяє зменшити його розміри і вагу і викорисушкодження частками, які знаходяться в маслі, товувати практично в будь-яких гідравлічних сисмембрану, що відокремлює від масла воду. темах або системах змащення. Запропонований у У переважному варіанті здійснення винаходу винаході пристрій не вимагає додаткової витрати використовують мембрану у вигляді порожнистого енергії, використання окремих насосів і елементів волокна з пористою підкладкою, один або обидва керування і тому може з успіхом застосовуватися боки якої покриті щільними непористим шаром, що не тільки в стаціонарних умовах, але і на мобільне має дефектів, який відокремлює від масла воних установках. ду. Мембрана, яку застосовують в цьому переважНа Фіг.1 прикладених до опису креслень, на ному варіанті дозволяє звести до мінімуму товщияких одні і ті ж самі елементи позначені тими сану примежового шару на боці мембрани, що мими позиціями, показана запропонована у виназмочується, сумішшю масла і води. Крім того, ході плоска листова напівпроникна мембрана 18. мембрана, яку застосовують в переважному варіЦя мембрана 18 складається з непористого, що не анті дозволяє звести до мінімуму втрати тиску сумає дефектів, розділяючого суміші на компоненти міші масла і води, яку обробляють у водовіддільшару або поверхневого покриття, 22 і підкладки нику. Для видалення відділеної від масла води зі 24. Розділяючий суміш на компоненти шар (поверзворотного боку мембрани можна застосовувати хневе покриття) 22, може бути розташований з вакуум або газ, який змиває воду зі зворотного одного або з обох боків підкладки 24. боку мембрани. Відділена від масла вода, яка На Фіг.13-14 показаний інший різновид напівппройшла через мембрану, знаходиться на зворотроникної мембрани 18, у якій розділяючий суміш ному боці мембрани в пароподібному або газопона компоненти шар, або поверхневе покриття, 22 дібному стані. Крім газу, що змиває зі зворотного виконаний як одне ціле з підкладкою 24, будь-яким боку мембрани видалену з масла воду, можна з способів, який застосовують у даний час для використовувати рідину. Активність такого газу або виготовлення мембран. У цьому варіанті розділярідини по відношенню до води повинна бути менючим шаром (поверхневим покриттям) 22 також шою, ніж у рідини, яка має низьку легкість. може бути покритий будь-який з боків або обидва Запропонований у винаході пристрій для знебоки підкладки 24. 23 77436 24 На Фіг.2 показані дві плоскі листові напівпрону, у яку подається суміш, яку обробляють, і пороникні мембрани 18, відділені одна від іншої множнину, у якій збирається перміат. До намотування жиною елементів 34, що утворюють канали для мембрани 18 у рулон до мембрани поверх роздіпроходу суміші масла і води, яку обробляють. Роляючого суміш на компоненти шару 22 кріпиться здільники 34 можна виготовити з різних добре віроздільник 34, що утворює канал для проходу чедомих матеріалів, у тому числі і з заливальних рез мембрану суміші, яку обробляють. Одночасно компаундів. Кожна мембрана 18 має поверхневе в рулон можна намотати декілька листових напівпокриття 22 і підкладку 24. Між мембраною 18 і проникних мембран 20. До намотування в рулон роздільниками 34 розташований збираючий перлистові напівпроникні мембрани 18 укладають міат (фільтрат) роздільник 25, який перешкоджає одна на одну в горизонтальній площині. Між покперемішуванню суміші масла і води, яку обробляладеними одна на одну мембранами 18 можна ють, з видаленою з масла водою. Мембрани 18 розташувати роздільники 34. Зібрані одна з іншою відділені одна від одної утворюючими канали для розташовані горизонтально листові мембрани 20 проходу суміші масла і води, яку обробляють, розпотім намотують по спіралі на осердя 60 (при його дільниками 34. використанні). У намотаній в рулон багатолистовій На Фіг.3 показана запропонована у винаході мембрані роздільник 34, що утворює канал для напівпроникна мембрана 20, виконана у вигляді проходу через мембрану суміші, яку обробляють, порожнистого волокна. Запропонована в цьому стикається з роздільником, 25, що збирає перміат. варіанті здійснення винаходу мембрана 20, викоНа Фіг.6 показаний запропонований у винаході нана у вигляді порожнистого волокна, складається водовіддільник для масла, у якому зі зворотного з розділяючого суміш на компоненти шару 22 і боку мембрани, на якій збирається вилучена з підкладки 24. Розділяючий шар може бути розтамасла вода, створюється вакуум. Масло 40 разом шований тільки на одній внутрішній або зовнішній з водою, що міститься в ньому, подається у верхповерхні волокна або одночасно і на внутрішній, і ню порожнину мембранного корпусу 42 водовіддіна зовнішній поверхнях волокна. льника, у якій воно обробляється мембраною, 18, На Фіг.15-16 показаний інший різновид викояка ефективно змочується ним. До обробки мемнаної у вигляді порожнистого волокна мембрани браною 20 масло, що містить воду 40 можна підіг20, у якій розділяючий шар, або поверхневе покріти. Зневоднена рідина 44, що має низьку легкість риття, 22 виконаний як одне ціле з підкладкою 24 (випаровуваність), виводиться з верхньої порожбудь-яким з способів, який застосовують у даний нини корпусу 42 водовіддільника. Вилучена мемчас для виготовлення мембран. У цьому варіанті браною з масла вода 46 відкачується з водовіддірозділяючим шаром також може бути покритий льника вакуум-насосом 48. Масло, яке містить будь-який з боків або обидва боки підкладки 24. воду, 40, як і вилучена з масла вода 46, проходять На Фіг.4А показаний мат 30, сплетений з мночерез водовіддільник у певному напрямку паралежини напівпроникних мембран 20, виконаних у льно або перпендикулярно мембрані 20. Для вигляді порожнистих волокон. Якщо скористатися більш ефективного зневоднювання масла корпус термінологією, прийнятою в текстильній промис42 водовіддільника можна нагріти до відповідної ловості, то виконані у вигляді порожнистих волотемператури. кон мембрани 20 утворюють утік тканого мату 30. Очевидно, що розміри корпусу 42 водовіддільПри виготовленні з порожнистих волокон або ника варто вибирати з урахуванням витрати масла мембран 20 тканого мату використовуються відпо40, яке очищається від води, припустимих втрат відні наповнювачі 28. Такого роду наповнювачі 28 тиску і кількості води, що вилучається з масла. У зазвичай використовуються при виготовленні ткапоказаному на Фіг.6 варіанті вилучена з масла них матів або полотна. вода 46 проходить через корпус водовіддільника Поперечний переріз показаного на Фіг.4А мату перпендикулярно потоку протікаючого через нього площиною В-В показано на Фіг.4Б. На Фіг.4Б згамасла 40, яке очищається від води, що, однак, не дувані вище елементи позначені тими ж позиціявиключає можливості застосування і протитечійми. Виготовити запропоновану у винаході мембраних, і прямотечійних водовіддільників, а також вону у вигляді тканого мату, що складається з довіддільників з радіально-поперечними потоками множини порожнистих напівпроникних волокон, масла і видаленої з нього води. можна будь-яким відомим у текстильній промисНа Фіг.7 і 8 показані водовіддільники, у яких ловості способом, що виключає ушкодження окревикористовується газ 50, що змиває видалену з мих волокон. масла воду зі зворотного боку мембрани 20. На На Фіг.4В показаний змотаний у рулон мат 30. Фіг.8 показаний фільтр 52, призначений для мехаНа кінцях цього мату 30 розташований утворююнічного очищення суміші масла і води, яку обробчий канал для проходу суміші масла і води, яку ляють у водовіддільнику. обробляють, роздільник 34, виготовлений залиНа Фіг.9, 10, 11 і 12 показані схеми водовіддіванням компаунда 35, яким заповнені проміжки льників, у яких рідина, що протікає через отвір між порожнистими волокнами 20, про що більш порожнистого волокна 20, відокремлюється від детально сказано нижче. рідини, що протікає уздовж зовнішньої поверхні На Фіг.4Г показані дві виготовлені з порожнисволокна, заливальним компаундом 34. З водовідтих волокон напівпроникні мембрани 20, навиті дільника, показаного на Фіг.11, очищене масло одна на одну у вигляді тросу або канату 32. виводиться через перфороване осердя 60. ПерНа Фіг.5 показана згорнута звичайним шляхом фороване осердя 60 має звичайну конструкцію і у рулон листова напівпроникна мембрана 18, що складається з корпусу 62 з перфорованою ділянутворює у спірально намотаному модулі порожникою 64 і вихідним отвором 68. На перфорованій 25 77436 26 ділянці осердя розташована велика кількість отвоходу і тому їх можна замінити будь-якими еквіварів 66 для проходу очищеного від води масла. Вилентними за змістом термінами і виразами. Повхідний отвір 68 осердя сполучений з внутрішньою ною мірою суть і обсяг даного винаходу визначапорожниною корпусу 42 водовіддільника, з якої ються тільки формулою винаходу. виходить очищене від води масло 44. ПерфороваПриклад виготовлення мембрани за винані отвори в осерді повинні мати відповідні розміри і ходом. форму. Рідина, що має низьку летючість, (масло) Спосіб виготовлення мембрани полягає у реавільно проходить через корпус 62 і його перфорокції фторполімеру, поліметилтрифторпропілсилоквану ділянку 64. Усередину корпусу 62 рідина, що сану, модифікованого силанолом, з крос-лінкером має низьку летючість, попадає через перфоровані (зшивальним агентом), полідіетоксисилоксаном, у отвори 66. Виходить з перфорованого осердя 60 присутності металевого каталізатора з метою форідина, що має низьку летючість, через його вихідрмування зшитого фторполімерного щільного шаний отвір 68. ру. Запропонований у винаході пристрій можна Для одержання мембрани вищезазначені комвикористовувати не тільки для зневоднювання поненти розчиняють у розчиннику, наносять цей мастил, але і для зневоднювання інших рідин, нарозчин на пористу підкладку. Потім, під дією тепла приклад рослинних або харчових олій, силіконів випарюють розчинник та піддають отвердінню поабо інших рідин, що мають низьку летючість (вилімерну систему. Даний процес повторюють, поки паровуваність). вся підкладка не виявиться покритою фторсилікоТерміни і вирази, що зустрічаються в наведеновим щільним шаром. ному вище описі, не обмежують суть даного вина 27 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 77436 Підписне 28 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601