Мембранний апарат

Предлагаемое изобретение относится к аппаратам для разделения жидких смесей с помощью полупроницаемых мембран методом обратного осмоса, ультрафильтрации и может быть использовано в микробиологической, пищевой, химической промышленности, машиностроении и коммунальном хозяйстве. Известно устройство для обратного осмоса и ультрафильтрации, включающее фильтрующие модули, состоящие из дренажной основы, мембран и промежуточных элементов в виде дренажных прокладок. На периферии фильтрующи х модулей выполнены переточные отверстия. При сборке фильтрующих модулей переточные отверстия образуют канал (см. описание к авт. свид. СССР 435833 кл. В01D 13/00.1972.). Герметизация переточного канала в аппарате осуществляется посредством приклеивания мембран по периферии отверстия с обеих сторон фильтрующе го элемента клеем ускоренного действия. Однако наличие клеевого соединения снижает надежность работы аппарата и усложняет замену мембран. Известен аппарат для обратного осмоса, включающий плоские фильтрующие модули круглой или прямоугольной формы состоящие из дренажной основы и размещенных с обеих ее сторон мембран и промежуточных элементов, и переточные каналы. Аппарат снабжен распорным приспособлением для крепления мембран, выполненным в виде двух элементов, рахпираемых пружиной или стягиваемых винтом (см. описание к авт. свид. СССР 592334 кл. В01D 13/00, 1972). В этом аппарате распорное приспособление, имеющее несколько деталей, усложняет сборку аппарата и не обеспечивает герметизацию ленточного канала, кроме того, через этот узел возможна утечка обработанного раствора. Все эти недостатки снижают надежность работы аппарата. Известен мембранный аппарат, содержащий сжимающие плиты, мембранное устройство в виде мембранных элементов, уплотнительных прокладок и плоских дренажных рамок прямоугольной формы с дренажными и переточными отверстиями (см. книгу «Мембранная технология в промышленности», авторы: М.Т. Брык, Е.А. Цапкж, А А. Твердый, К., «Те хника», 1990, стр. 103, рис. 32, 33). В этом аппарате переточные отверстия выполнены в виде узких прямоугольных вырезов с одного края рамки, а дренажные в виде ниппелей, установленных на краях дренажной рамки и соединенных с коллекторами, расположенными на внешней стороне мембранного аппарата. Полость каждого ниппеля сообщается с расположенным вне ниппеля коллектором с помощью гибких трубок. В этом аппарате крепление дренажных рамок ненадежно, и в процессе работы они смещаются одна по отношению к другой, что уменьшает рабочее давление и ухудшает гидродинамические условия течения жидкости, снижает производительность и качество фильтрования. Выполнение дренажных отверстий, таким образом, также уменьшает удельную рабочую поверхность мембран. В основу изобретения положена задача создать такой мембранный аппарат, в котором путем изменения конструкции дренажных рамок, достигается возможность использовать рамки меньшей толщины без изменения производительности процесса, что приводит к увеличению удельной рабочей поверхности, а значит к повышению эффективности разделения. Для решения задачи предложен мембранный аппарат, содержащий прижимные плиты, между которыми расположены мембранные устройства, выполненные в виде расположенных последовательно и переложенных прокладками полупроницаемых мембранных элементов, закрепленных в плоских дренажных рамках, выполненных с поперечными бороздками и имеющих расположенные на противоположных продольных сторонах дренажные и переточные отверстия, в котором, согласно изобретению, каждая дренажная рамка со стороны расположения дренажных отверстий дополнительно снабжена коллектором фильтрата, состоящим из продольного, выполненного по всей длине рамки выреза, соединенного посредством системы состоящей из центрального прямого несквозного выреза и боковых наклонных сквозных вырезов с каждым дренажным отверстием, края дренажных рамок по периметру снабжены бортиками для фиксации уплотнитёльных прокладок, которые, также, снабжены дренажными отверстиями, расположенными вдоль их продольных краев, поперечные стороны рамок имеют ушки с отверстиями для стержневого крепления, причем в мембранном устройстве рамки расположены так, что коллекторы фильтрата двух соседних рамок обращены в противоположные стороны. Кроме того, площадь поперечного сечения вырезов каждого коллектора фильтрата определяют из соотношения: 2 pr = 2dN(H + R ) = 0,5 abnN где r - радиус дренажного отверстия, d - ширина сквозного выреза, H - толщина пластины, R - глубина несквозного центрального выреза, а - ширина бороздки плоской рамки, b - глубина бороздки плоской рамки, n - количество бороздок по длине выреза, N - количество пластин в пакете Таким образом, плоская дренажная рамка и уплотняющие прокладки с двух продольных сторон снабжены дренажными отверстиями, которые, собранные в мембранное устройство, образуют сплошной канал для отвода фильтрата. Выполнение дренажных отверстий, таким образом, и снабжение плоской дренажной рамки, таким образом, повышает эффективность процесса разделения за счет уменьшения толщины рамки, приводящего к увеличению удельной рабочей поверхности и увеличению гидродинамических условий течения жидкости, стержневое крепление плоских рамок усиливает их сопротивление рабочему давлению и предотвращает смещение. Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где изображено: на фиг. 1- общий вид аппарата; на фиг. 2-общий вид плоской дренажной рамки; на фиг. 3-вид по А А с фиг. 2; на фиг. 4-вид по Б Б с фиг. 2; на фиг. 5-схема монтажа мембранных устройств. Мембранный аппарат 1 состоит из прижимных плит 2 и 3, внешнего коллектора 4, между пластинами зажаты мембранные устройства 5, на плитах имеются патрубки 6 и 7 для ввода и вывода очищаемой воды и 8 для вывода фильтрата. Аппарат стянут наружными шпильками 9. Для установки аппарата служат опорные подошвы 10. Мембранное устройство 5 содержит мембранный элемент 11, плоскую дренажную рамку 12 и уплотнительную прокладку 13. Плоская дренажная рамка содержит поперечные рифленые бороздки 14, бортики 15, сквозные продольные вырезы 16, соединенные с дренажным отверстием 17 наклонными сквозными вырезами 18 и центральным несквозным вырезом 19. С противоположной стороны дренажной рамки расположены переточные отверстия 20. Поперечные стороны рамки снабжены также ушками 21 с отверстием 22 для дополнительного крепления дренажных пластин стержнем (на чертеже не показано) и переточным прямоугольным вырезом 23. Уплотнительные прокладки 13 имеют также переточные отверстия 24, совпадающие с отверстиями обеих сторон дренажной рамки 12. При укладке дренажных рамок 12 и мембранных элементов 11 с уплотнительными прокладками 13 происходит совмещение дренажных отверстий в рамках и прокладках 17, 20 и 24 с образованием сплошных дренажных каналов (на чертеже не показаны). Необходимый режим работы обеспечивают дренажные отверстия с оптимальными размерами, которые выполнены исходя из соотношения: 2 где pr = 2dN(H + R ) = 0,5 abnN , r - радиус дренажного отверстия, d - ширина сквозного выреза, H - толщина пластины, R - глубина несквозного центрального выреза, а - ширина бороздки плоской рамки, b - глубина бороздки плоской рамки, n - количество бороздок по длине выреза, N - количество пластин в пакете Работает предложенное устройство следующим образом. Исходная вода под давлением подается в аппарат 1 через патрубок 6 и движется по напорному каналу, который образован между плоскими рамками 12 с мембранными элементами 11 и разделенными уплотнительными прокладками 13. Переток воды между полостями осуществляется через переточный прямоугольный вырез 23. При этом часть воды продавливается через полупроницаемые мембранные элементы 11, а задерживаемые мембраной загрязнения смываются с ее поверхности продольным потоком исходной воды, которая после прохождения всех полостей напорного канала (на чертеже не показан) выводится в виде концентрата через патрубок 7. Очищенная вода, после прохождения через каждую мембрану 11 движется по бороздкам 14 к внутреннему коллектору фильтрата 17 и по сплошным каналам, образованным по вертикали дренажными отверстиями 17, 20 и 24 в рамках 12 и уплотнительных прокладках 13 поступает на внешний коллектор 4, из которого выходит через патрубок 8. При соблюдении в плоских дренажных рамках условий соотношения: 2 pr = 2dN(H + R ) = 0,5 abnN обеспечивается оптимальный гидродинамический режим течения фильтрата по каналам дренажной системы за счет равномерного распределения скорости течения. Отклонение от указанного соотношения приводит к наличию участков дренажного канала с более высоким гидродинамическим сопротивлением и, вследствие этого , к возникновению нежелательных перепадов гидростатического давления в этой системе, что приводит, с одной стороны, к снижению производительности аппарата и, с другой, к ускорению износа пластин. По сравнению с прототипом производительность аппарата увеличивается в два раза.