Мембранний елемент

Изобретение относится к плоским мембранным элементам и может быть использовано в химической, пищевой, медицинской и других отраслях промышленности для осуществления процессов микро-, ультра-, нанофильтрации и обратного осмоса. Известен мембранный элемент, который может быть использован как самостоятельно так и в составе мембранного аппарата, содержащий опорную пластину, имеющую одно щелевое отверстие для подачи исходной смеси или вывода концентрата, полупроницаемую мембрану, пропущенную через упомянутое отверстие и размещенную на опорной пластине, и дренажное средство (дренажный материал), расположенное между опорной пластиной и мембраной [Ав. св. СССР № 680220, кл. В 01 D 13/00, 1983]. Основным недостатком описанного мембранного элемента является отсутствие в его опорной пластине отверстия, предназначенного для отвода пермеата, в результате чего пермеат изливается на боковую поверхность элемента (или пакета элементов, если мембранный элемент используется в составе мембранного аппарата), что требует наличия дополнительного приспособления для сбора пермеата. Известен также мембранный элемент, содержащий опорную пластину, имеющую по меньшей мере одно отверстие для отвода ! пермеата и по меньшей мере одно отверстие для подачи исходной смеси или вывода концентрата, полупроницаемую мембрану, размещенную на опорной пластине, и дренажное средство, расположенное под : упомянутой мембраной на опорной пластине, с по меньшей мере одним отводным каналом, имеющим вход и выход, который сообщен с отверстием для отвода пермеата. Причем упомянутый выход расположен на : той же стороне опорной пластины, где расположен вход отводного канала дренажного средства [Патент РФ № 2038139, кл. В 01 D 63/08]. Такой мембранный элемент в отличие от предыдущего позволяет решить проблему отвода пермеата. Тем не менее при его использовании также возникают определенные трудности, связанные прежде всего с недостаточной герметизацией трактов, поскольку часть мембраны над отводным каналом не опирается на опорную пластину, что приводит к перетеканию исходной смеси или концентрата над неуплотненной частью мембраны в отверстие для отвода пермеата. В результате эффективность разделения оказывается недостаточно высокой. В основу изобретения поставлена задача создать мембранный элемент, в котором обеспечивалась бы более высокая степень герметизации трактов (каналов) для разделяемой жидкости, что в свою очередь позволило бы повысить эффективность такого разделения. Поставленная задача решается тем, что в мембранном элементе, содержащем опорную пластину, имеющую по меньшей мере одно отверстие для отвода пермеата и по меньшей мере одно отверстие для подачи исходной смеси или вывода концентрата, полупроницаемую мембрану, размещенную на опорной пластине, и дренажное средство, расположенное под упомянутой мембраной на опорной пластине, с по меньшей мере одним отводным каналом, имеющим вход и выход, который сообщен с отверстием для отвода пермеата, согласно изобретению выход отводного канала дренажного средства в отверстие для отвода пермеата расположен внутри опорной пластины или на ее стороне, противоположной той, где расположен вход о тводного канала дренажного средства. Поскольку на поверхности опорной пластины между отверстием для отвода пермеата и дренажным средством нет никаких углублений (так как отводной канал, начинаясь на этой поверхности, заканчивается на противоположной или внутри пластины), мембрана плотно прилегает к данной части поверхности, чем и обеспечивается требуемая степень герметизации. Поставленная задача решается также тем, что отверстие для подачи исходной смеси или вывода концентрата выполнено в виде щели у одной из кромок опорной пластины, а в боковых стенках опорной пластины вдоль ее кромки, ограничивающей упомянутую щель с вн утренней стороны, выполнены пазы на всю толщину опорной пластины, причем удвоенная глубина паза в сумме с длиной щели соответствует ширине мембраны, а ширина каждого из пазов соответствует толщине мембраны. Такая конструкция мембранного элемента обеспечивает хорошую герметизацию подмембранного пространства в зоне отверстия для подачи исходной смеси или вывода концентрата, что также повышает эффективность разделения жидкости. Поставленная задача решается и тем, что мембранный элемент снабжен герметизирующими вкладышами, размещенными в щели пластины и перекрывающими вышеупомянутые пазы. Данное обстоятельство позволяет в е ще большей степени повысить герметизацию подмембранного пространства. Поставленная задача наконец решается и тем, что опорная пластина имеет несколько отверстий для отвода пермеата, выполненных у кромки пластины, противоположной кромке, у которой выполнена упомянутая щель, и/или по меньшей мере одной из смежных с ней кромок. Отверстия, расположенные у кромки технологически легче герметизируются. Кроме того такая конструкция в целом позволяет повысить производительность элемента м эффективность разделения жидкости. На чертеже изображен общий вид мембранного элемента. Мембранный элемент содержит опорную пластину 1. У одной из кромок опорной пластины 1 выполнено отверстие для подачи исходной смеси или вывода концентрата в виде щели 2. На всю толщину пластины 1 в ее боковых стенках вдоль кромки, ограничивающей щель 2 с внутренней стороны, выполнены пазы 3. Удвоенная глубина паза в сумме с длиной щели должна соответствовать (быть равной) ширине полупроницаемой мембраны. У кромок пластины 1, смежных с кромкой, где выполнена щель 2 с пазами 3, имеются отверстия 4 для отвода пермеата. В эти отверстия имеют выходы отводные каналы 5. На лицевой и обратной сторонах опорной пластины 1 имеется дренажное средство 6 в виде дренажных канавок. В пластине 1 выполнены также сквозные прорези 7. На дренажном средстве 6 лежит полупроницаемая мембрана (не показана). В щели 2 размещены съемные эластичные герметизирующие вкладыши 8. Работа мембранного элемента осуществляется ча ще всего в составе мембранного аппарата, для чего мембранные элементы укладываются в пакет так, чтобы щели 2 соседних элементов располагались у противоположных сторон аппарата. Полупроницаемая мембрана в виде листа прямоугольной формы вводится в щель 2, а ее края заправляются в пазы 3 и герметизируются вкладышами 8. При этом дренажное средство 6 оказывается между мембраной и опорной пластиной 1. Кромки мембраны могут быть дополнительно герметизированы эластичной прокладкой (не показана). Исходная смесь подается под давлением через вводной патрубок мембранного аппарата (не показаны) в щель 2 первого мембранного элемента. При этом пермеат проходит через мембрану и по канавкам дренажного средства 6 поступает в отводные каналы 5, откуда выходит в отверстия 4. Пермеат с дренажного средства 6 на обратной стороне опорной пластины 1 через сквозные прорези 7 поступает на лицевую сторону пластины 1, затем в отводные каналы 5 и оттуда - в о тверстия 4. Непрошедший через мембрану концентрат протекает над Поверхностью мембраны и попадает в щель 2 следующего элемента, где цикл повторяется. В итоге в коллекторе (не показан) мембранного аппарата, сообщенного с отверстиями 4, накапливается пермеат, а из выводного патрубка (не показан), сообщенного с щелями 2, выливается концентрат. Для проверки эффективности разделения различных жидкостей использовали мембранные аппараты, собранные из мембранных элементов, выполненных согласно прототипу и изобретению. В обоих случаях использовали нанофильтрационные мембраны ОПМН-К производства НПО "Полимер-синтез", г. Владимир, РФ. Количество мембранных элементов в пакете составляло 70 шт. Во вводной патрубок аппаратов подавали раствор красителя прямого черного с концентрацией 500 мг/дм с давлением на входе в аппарат 0,6 МПа. Концентрация красителя в пермеате, полученном в первом аппарате (прототип) составила 230 мг/дм 3. Из этого следует, что задержка красителя составляет 54%. Аналогичные показатели для второго аппарата (изобретение) составили 5 мг/дм 3 и 99%. Таким образом эффективность разделения при использовании предлагаемых мембранных элементов в 46 раз выше обычной. При обессоливании в аналогичных условиях раствора сульфата магния концентрацией 4 мг-экв/дм 3 концентрация соли в пермеате в первом случае составила 1,8, а во втором - 0,16 мг-экв/дм 3. Это значит, что эффективность разделения в аппарате с предлагаемыми мембранами в 11,3 раза выше. Описанная конструкция мембранного элемента является предпочтительной для осуществления операций обессоливания воды, ее очистки от некоторых высокомолекулярных веществ и т. п., что не исключает возможность использования других вариантов конструкций в рамках предложенной формулы. Так, отверстий для подачи исходной смеси или вывода концентрата может быть несколько, они могут иметь другую форму. Отводные каналы могут быть непосредственным продолжением канавок дренажного средства и заканчивается в глубине отверстий для отвода пермеата. В свою очередь дренажное средство может быть выполнено съемным (например, в виде листа пористого материала) и т. д.