Мембранний елемент

Изобретение относится к мембранным элементам, используемым в устройствах для разделения, очистки и концентрирования жидких систем мембранными методами разделения, в частности, испарением через мембрану и дистилляцией, и может быть использовано в химической, нефтехимической, пищевой, микробиологической и других отраслях промышленности, а также для очистки промышленных и бытовых сточных вод. Известны трубчатые мембранные элементы, которые наиболее распространены, содержащие корпус с каналом для движения разделяемой среды (Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. Теория и расчет. - М.: Химия, 1986. С.42 48) и отличающиеся простотой изготовления, фиксации и герметизации в мембранном аппарате, а также эксплуатации и замены. Однако, одним из существенных недостатков таких мембран является их малая удельная поверхность. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является мембранный элемент, содержащий эластичный трубчатый корпус с каналом для движения разделяемой среды (Авт. св. СССР №1768255, кл. B01D69/00, опубл. Бюл. №38, 1992). Указанный мембранный элемент получают формированием исходной резины в виде трубки, например экструдированием, которую после остывания и вулканизации режут на мерные куски и непосредственно используют в мембранном аппарате, закрепив при помощи распорной втулки в виде двух цилиндрических участков различного диаметра в отверстиях тр убной решетки в установках для очистки сточных вод методом испарения через мембрану. Однако, он обладает низкой удельной поверхностью, а, следовательно, и относительно низкой производительностью. Кроме того, при обработке жидких смесей, вызывающих разбухание материала мембраны (а значит и удлинение его) возрастает вероятность быстрого механического разрушения элемента ввиду беспорядочных колебаний и соударений рядом расположенных элементов в мембранном аппарате. Наконец, указанные колебания приводят к возникновению и прогрессирующему разрастанию микротрещин в местах крепления концов мембранных элементов в трубных решетках аппарата. Таким образом, снижается надежность и срок службы мембранных элементов. В основу настоящего изобретения поставлена задача разработки мембранного элемента, в котором повышена удельная поверхность и надежность за счет увеличения плотности упаковки мембраны, повышения жесткости ее конструкции, что обеспечивает увеличение производительности и срока службы мембранного элемента. Поставленная задача достигается тем, что в мембранном элементе, содержащем эластичный корпус с каналом для движения разделяемой среды, согласно настоящему те хническому решению, указанный канал образован изолированными друг от друга по длине параллельными участками, при этом концы каждого участка сообщены с соответствующими концами, по меньшей мере, одного из соседних участков. Для дальнейшего развития поверхности мембранного элемента, его корпус может быть выполнен закругленным в виде пространственной спирали. Движение разделяемой среды по участкам канала мембранного элемента организуется в зависимости от технологии разделения и свойств разделяемой среды: при параллельном соединении участков обеспечивается максимальная производительность элемента при минимальной степени разделения и времени пребывания в нем среды, а при последовательном минимальная производительность при наибольшей эффективности разделения и времени нахождения в элементе разделяемой жидкости. Отличительными признаками изобретения являются: образование канала для движения разделяемой среды в виде изолированных друг от друга по длине параллельных участков; сообщение концов каждого участка с соответствующими концами, по меньшей мере, одного из соседних участков, а также выполнение корпуса элемента в виде пространственной спирали. Выполнение мембранного элемента с указанными отличительными признаками не только увеличивает удельную поверхность мембраны в 3 5 раз по сравнению с прямолинейными трубчатыми мембранами, но и снижает материалоемкость и трудоемкость изготовления аппарата, а также повышает его надежность ввиду резкого снижения количества узлов крепления концов мембранных элементов а коллекторе разделяемой жидкой среды. Также резко повышается жесткость элемента, что при обработке жидкостей, вызывающих разбухание материала мембранного элемента предупреждает вероятность его механического разрушения, а значит - повышает надежность и срок службы элемента. На основании проведенного анализа существующего уровня техники, патентной и научно-технической литературы можно сделать вывод, что заявленное техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень". Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено: на фиг.1 - плоский мембранный элемент с параллельным сообщением участков канала для движения разделяемой среды; на фиг.2 - разрез по А - А на фиг.1; на фиг.3 - то же, с последовательным сообщением указанных участков; на фиг.4 - мембранный элемент, варианты; на фиг.5 - 9 - мембранный элемент, выполненный в виде пространственной спирали, варианты. Мембранный элемент содержит эластичный корпус 1 с каналом 2 для движения разделяемой среды, имеющим ее вход 3 и выход 4. Канал 2 образован изолированными друг от др уга по длине параллельными (предпочтительно, круглой формы) участками 5, при этом концы 6 каждого участка 5 сообщены с соответствующими концами, по меньшей мере, одного из соседних участков. При параллельном сообщении участков 5 (фиг.1, 7, 9) время нахождения разделяемой среды в мембранном элементе минимально, а расход среды - максимальный; при последовательном сообщении участков 5 (фиг.3, 5, 6) - указанное время максимально, максимальна и степень разделения компонентов смеси, расход же последней - минимальный; при смешанном сообщении (фиг.4, 8) - указанные параметры имеют средние значения. Минимальный элемент работает следующим образом. Жидкость, подлежащая разделению, подается через вход 3 в канал 2 корпуса 1 мембранного элемента, движется внутри его по параллельным участкам 5 и удаляется из указанного канала. Один или несколько компонентов смеси диффундируют через стенку корпуса 1 и отводятся с его наружной поверхности. На выходе 4 из канала 2 исходная смесь обеднена компонентами, прошедшими через стенку элемента. В качестве разделяемой жидкости использовали сточные воды производства поликарбоната, содержащие 2% метиленхлорида, 1% ацетона и 0,01% триэтиламина. Смесь при движении через плоский мембранный элемент, выполненный из резины на основе силиконового каучука (фи г.3) достигает концентрации по метиленхлориду - 0,027%, по ацетону - 0,008%, по триэтиламину - 0,00017%. Производительность аппарата составила 280л/ч. Производительность такого же по размерам аппарата с известными прямолинейными трубчатыми мембранами (при той же степени очистки) составила 90л/ч, что более, чем в 3 раза ниже производительности заявляемого. Снижение селективности мембранных элементов в виде прямолинейных трубок наблюдалось уже через 36 часов работы - в пермеате, состоящем из органических веществ наблюдалось наличие воды, что может быть практически лишь при механическом разрушении элементов (появлении микротрещин). При непрерывной же работе в течение 96 часов предлагаемого мембранного элемента следов воды в пермеате не наблюдалось, что свидетельствует о высокой надежности его конструкции. Предлагаемый мембранный элемент благодаря простой конструкции и высокой надежности может найти широкое применение в установках для разделения жидких смесей. Лабораторные установки показали достаточно высокую эффективность и надежность разработанных мембран.