Мембранный аппарат
Мембранный аппарат, предназначенный для процессов разделения, очистки и концентрирования жидких сред микро- или ультрафильтрацией, включает корпус в виде прямоугольной в поперечном сечении емкости со штуцерами для подачи исходной жидкости, отвода концентрата и отвода фильтрата, пакет из мембранных элементов (МЭ) прямоугольной формы двухсторонней фильтрации и прокладок, снабженный каналом отвода фильтрата, соединяющим все МЭ со штуцером для отвода фильтрата. Корпус оснащен дополнительным штуцером для отвода фильтрата. Пакет из МЭ снабжен дополнительным каналом отвода фильтрата, соединяющим все МЭ с дополнительным штуцером для отвода фильтрата. Каждый МЭ включает плоский каркас с выполненными на его краях двумя сквозными коллекторными отверстиями, между которыми сформирован двусторонний рельеф с продольными открытыми канавками, преимущественно в виде гофр с закругленными ребрами. С обеих сторон каркаса расположена полупроницаемая мембрана, герметично закрепленная по его периметру методом термопайки с образованием двух коллекторов и соединяющих их каналов. МЭ имеет патрубки, сообщенные с коллекторами посредством выходных отверстий, выполненных в торцах каркаса параллельно его плоскостям. Каналы отвода фильтрата выполнены с вертикальным рядом отверстий для подсоединения патрубков МЭ. Прокладки выполнены в виде литых полимерных решеток с диаметром продольных прутьев большим, чем поперечных, и уложены с двух сторон каждого МЭ в один или несколько слоев продольными прутьями вдоль направления движения исходной жидкости. Технический результат: снижение потерь напора, повышение технологичности изготовления и эксплуатации аппарата за счет упрощения сборки, разборки аппарата и замены МЭ, а также промывки и регенерации, возможность очистки жидкостей с повышенной концентрацией взвешенных веществ, использования трековых мембран.
Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для процессов разделения с помощью тонких полупроницаемых мембран, в частности трековых, с плоскими мембранными элементами, и может быть использована в различных отраслях промышленности для очистки и концентрирования жидких сред микрофильтрацией или ультрафильтрацией.
Известны мембранные аппараты (или мембранные фильтры), содержащие пакеты плоских мембранных элементов. Процесс микро-ультрафильтрации в таких устройствах проводится в режиме "кросс-флоу", то есть при наличии тангенциального потока над поверхностью мембраны. За счет разности давлений очищаемая жидкость частично проходит сквозь мембрану в виде фильтрата, а остальная часть потока в виде концентрата выводится из аппарата и/или рециркулируется. Это дает возможность перерабатывать жидкие среды с повышенным содержанием взвешенных веществ.
Известен, например, мембранный аппарат (патент РФ 2038139, МПК B01D 63/08, опубликован 27.06.1995), содержащий верхнюю и нижнюю коллекторные плиты со штуцерами и отверстиями для ввода исходной смеси и вывода концентрата и фильтрата, пакет мембранных элементов, каждый из которых имеет каркасную пластину с отверстиями для ввода исходной смеси и вывода концентрата и фильтрата, с размещенными на одной поверхности турбулизирующим устройством, а на другой дренажным устройством в виде каналов, полупроницаемую мембрану, расположенную на дренажном устройстве, контурные герметизирующие прокладки и прокладки вокруг отверстий вывода фильтрата и подачи исходной смеси. Верхняя плита снабжена размещенным на внутренней поверхности турбулизирующим устройством, нижняя плита выполнена с каналами на внутренней поверхности, соединенными с каналами мембранных элементов. Плиты и каркасные пластины выполнены с канавками для герметизирующих прокладок вокруг отверстий и снабжены шайбами, расположенными под прокладками, а турбулизирующее устройство выполнено в виде выступов, размещенных перпендикулярно потоку исходной смеси.
Известен мембранный аппарат (патент РФ 2072252, МПК B01D 63/08, опубликован 27.01.1997) для разделения и концентрирования смесей, содержащий набор чередующихся мембранных и промежуточных элементов, сжимаемых между двумя опорными плитами и выполненных в виде рамок с прокладками и каналами для протока разделяемой смеси, концентрата, фильтрата и дренажными устройствами, заполняющими окна рамок. Прокладки выступают за пределы рамок в сторону окна, образуя пространство, в которое помещено дренажное устройство. В качестве дренажных устройств могут быть использованы гибкие сетки с размером ячеек преимущественно 0,3-3 мм, уложенные в один или несколько слоев, нити или пластины с канавками для протока среды (исходной смеси, концентрата или фильтрата). Прокладки выполняются из упругого материала (резины, поливинилхлорида, полиэтилена). Промывка аппарата с целью его очистки (регенерации) может производиться током фильтрата путем подачи его в обратном направлении при давлении, превышающем рабочее на 10-25%.
Основными недостатками указанных аппаратов являются их низкая технологичность изготовления из-за конструктивной сложности и металлоемкости, наличия больших поверхностей герметизации, трудоемкости при монтаже аппаратов для обеспечения их герметизации, возможности протечек, в них достаточно сложно обеспечить надежное уплотнение некоторых типов тонких полимерных мембран, в том числе трековых. Использование трековых мембран благодаря ряду их уникальных свойств в настоящее время востребовано во многих процессах концентрирования и тонкой очистки жидких сред от взвешенных и коллоидных частиц (в том числе, бактерий и вирусов), растворенных высокомолекулярных соединений и т.д. Главные преимущества трековых мембран - малая толщина (10-20 мкм) и высокая однородность пор по размерам, что определяет низкое сопротивление течению фильтруемой среды и высокую селективность фильтрации, а также удерживание отделяемых частиц на поверхности мембраны и легкость регенерации путем прямой и обратной промывки (которая требуется при длительной фильтрации концентрированных дисперсных систем), в том числе, реагентами, низкая адсорбция растворенных веществ. Вместе с тем их малая толщина и недостаточно высокая механическая прочность практически не позволяют применять к ним герметизацию методом прижатия к контуру герметизации; по отношению же к традиционным клеям они обладают достаточно низкой адгезивностью.
Известен также мембранный аппарат (патент РФ 2083269, МПК B01D 63/06, опубликован 10.07.1997) для микро- и ультрафильтрации и концентрирования жидких сред, содержащий собранные в пакет полупроницаемые мембраны и дренажные пластины с прорезями на поверхности, образующими каналы, соединенные со сквозными отверстиями, в которых установлены уплотняющие кольца с отверстиями на боковой поверхности для перетока жидкости. Дренажные пластины выполняются из материала, предел текучести которого меньше, чем предел текучести материала мембран. Кольца для перетока жидкости изготовлены из материала, предел текучести которого больше, чем предел текучести материала дренажной пластины, а торцы колец покрыты слоем материала, из которого изготовлена дренажная пластина. Такая конструкция обеспечивает герметичность уплотнения тонких пленочных мембран, например, трековых. Дренажные пластины изготавливаются из полиэтилена высокого давления, кольца - из полипропилена, покрытого слоями полиэтилена. Герметизация аппарата осуществляется с помощью опорных плит, стянутых шпильками.
Основным недостатком данного аппарата является технологически сложный и недостаточно надежный прием уплотнения тонких, особенно трековых мембран, в области колец путем сжатия с усилием до деформации материала дренажных пластин, не исключающий возможности растрескивания мембран, наличие больших поверхностей герметизации, возможность протечек. К другим недостаткам относятся сложность замены мембран, их отмывки (регенерации).
Известен мембранный аппарат (патент на полезную модель РФ 43783, МПК B01D 63/08, опубликован 10.02.2005). Аппарат содержит несущие стенки с отверстиями для ввода исходной жидкости и вывода концентрата и фильтрата, каркасные пластины с углублениями на одной плоскости для образования прохода исходной жидкости и с дренажным устройством на другой плоскости, выполненным в виде сплошных вертикальных каналов, и с отверстиями для ввода исходной жидкости и вывода концентрата и фильтрата, которые сообщаются с дренажным устройством и углублениями для прохода жидкости при помощи дополнительных каналов, и полупроницаемые мембраны, расположенные на дренажном устройстве каждая, с отверстиями, которые соосны отверстиям пластины. Боковые поверхности смежных каналов дренажного устройства наклонены друг к другу под углом, а дополнительные каналы отверстий для ввода исходной жидкости и вывода концентрата и фильтрата расположены в теле каркасной пластины. Дно каждого из сплошных каналов дренажного устройства предпочтительно изготавливается скругленным.
Недостатками указанного мембранного аппарата является низкая технологичность изготовления из-за технической сложности изготовления каркасной пластины, особенно дополнительных каналов ввода исходной жидкости и вывода концентрата и фильтрата, которые расположены в теле пластин, трудность отмывки и регенерации, а также обеспечения надежного уплотнения тонких полимерных мембран, в особенности таких, как трековая.
Наиболее близким по технической сущности и конструктивному исполнению является мембранный аппарат (патент на полезную модель РФ 39506, МПК B01D 63/14, опубликованный 10.08.04) для разделения растворов с помощью полупроницаемых мембран методом обратного осмоса и ультрафильтрации, состоящий из корпуса в виде прямоугольной емкости, закрываемой крышкой, корпус имеет штуцера для подачи исходной жидкости в виде диффузора и отвода концентрата в виде конфузора, расположенных на противоположных боковых стенках и штуцер для отвода фильтрата на нижней стенке; расположенного в нем пакета из мембранных элементов двухсторонней фильтрации прямоугольной формы с каналом для отвода фильтрата, соединяющим все мембранные элементы со штуцером для отвода фильтрата, и прокладок, сжатого двумя устройствами для сжатия. Мембранные элементы вплотную прилегают к передней и задней стенкам корпуса и попеременно к правой и левой стенкам корпуса, при этом разделены герметизирующими прокладками у задней стенки корпуса, а у передней стенки - дистанцирующими прокладками. Пакет прикреплен к нижней стенке корпуса штуцером для отвода фильтрата, проходящим через отверстие в нижней стенке корпуса, герметизирующую прокладку и ввинченным соосно с каналом для отвода фильтрата в устройство для сжатия. Устройства для сжатия расположены по двум противоположным сторонам мембранных элементов, прилегают к дну и крышке корпуса и выполнены в виде двух планок, стянутых набором шпилек.
Основным недостатком данного аппарата является низкая технологичность изготовления и эксплуатации из-за сложности сборки устройства с тонкими полимерными мембранами, особенно трековыми, из-за высокой вероятности растрескивания мембран при герметизации мембранных элементов по контуру канала отвода фильтрата путем сжатия с помощью прокладок, невозможность замены отдельных мембранных элементов. Конструкция аппарата не предполагает его промывки обратным потоком фильтрата. Длина и конфигурация канала прохождения разделяемого раствора создают местные гидравлические сопротивления, т.е. приводят к потерям напора, и затрудняют проведение прямой промывки аппарата.
Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является разработка конструкции мембранного аппарата для микро- и ультрафильтрации с применением тонких полимерных мембран, в частности, трековых, обеспечивающей повышение технологичности изготовления и эксплуатации, в том числе за счет упрощения сборки, разборки аппарата и замены мембранных элементов, а также промывки и регенерации, очистки жидкостей с повышенной концентрацией взвешенных веществ, снижение потерь напора.
Поставленная задача решается тем, что мембранный аппарат аналогично прототипу содержит корпус в виде прямоугольной в поперечном сечении емкости со штуцерами для подачи исходной жидкости, отвода концентрата и отвода фильтрата, пакет из мембранных элементов прямоугольной формы двухсторонней фильтрации и прокладок, снабженный каналом отвода фильтрата, соединяющим все мембранные элементы со штуцером для отвода фильтрата.
В отличие от прототипа корпус оснащен дополнительным штуцером для отвода фильтрата. Пакет из мембранных элементов снабжен дополнительным каналом отвода фильтрата, соединяющим все мембранные элементы с дополнительным штуцером для отвода фильтрата. Каждый мембранный элемент включает плоский каркас с выполненными на его краях двумя сквозными коллекторными отверстиями, между которыми сформирован двусторонний рельеф с продольными открытыми канавками, преимущественно в виде гофр с закругленными ребрами. С обеих сторон каркаса расположена полупроницаемая мембрана, герметично закрепленная по его периметру с образованием двух коллекторов и соединяющих их каналов. Мембранный элемент имеет патрубки, сообщенные с коллекторами посредством выходных отверстий, выполненных в торцах каркаса параллельно его плоскостям. Каналы отвода фильтрата выполнены с вертикальным рядом отверстий для подсоединения патрубков мембранных элементов. Прокладки выполнены в виде литых полимерных решеток с диаметром продольных прутьев большим, чем поперечных, и уложены с двух сторон каждого мембранного элемента в один или несколько слоев продольными прутьями вдоль направления движения исходной жидкости.
Мембранный аппарат может содержать не менее одного расположенного последовательно вдоль потока исходной жидкости дополнительного пакета мембранных элементов, при этом для каждого пакета корпус оснащен дополнительным штуцером для отвода фильтрата, каждый из пакетов снабжен дополнительным каналом отвода фильтрата, соединяющим все мембранные элементы с дополнительным штуцером для отвода фильтрата из дополнительного пакета, а в канале отвода фильтрата, расположенном между смежными пакетами мембранных элементов, выполнен дополнительный ряд отверстий для подключения патрубков мембранных элементов дополнительного пакета.
Коллекторные отверстия могут быть выполнены с клиновидными кромками, направленными сужениями в стороны соответствующих выходных отверстий.
Полупроницаемая мембрана герметично закреплена по периметру каркаса мембранного элемента методом термопайки.
В прокладках расстояние между продольными прутьями решетки преимущественно кратно расстоянию между ребрами гофр.
Прокладки могут быть уложены в два слоя с взаимным продольным смещением поперечных прутьев на величину, равную половине размера образованной прутьями решетки ячейки.
Патрубки мембранных элементов выполнены с кольцевыми проточками, а соединение патрубков с отверстиями в каналах отвода фильтрата может быть осуществлено с манжетным уплотнением.
Корпус аппарата может состоять из короба прямоугольной формы, выполненного из двух одинаковых нижней и верхней половин и двух одинаковых торцевых крышек в виде усеченных пирамид, причем штуцера для подачи исходной жидкости и отвода концентрата расположены по центру соответствующих торцевых крышек.
Выполнение мембранного элемента с жестким каркасом и патрубками, сообщенными с коллекторами посредством выходных отверстий, выполненных в торцах каркаса параллельно его плоскостям, обеспечивает технологическую возможность отвода фильтрата через внешний по отношению к мембранному элементу канал отвода фильтрата, что позволяет использовать тонкие полимерные, в том числе трековые, мембраны, герметично закрепляемые по периметру каркаса, например, методом термопайки, (и не требующие их уплотнения вокруг канала отвода фильтрата), а также позволяет применять в процессе профилактических работ (после удаления из аппарата) операции проверки целостности отдельных мембранных элементов, регенерации слабым раствором кислоты, производить замену поврежденной или отработавшей ресурс мембраны, многократно использовать каркас мембранного элемента.
Расположение пакета из мембранных элементов между двумя каналами отвода фильтрата, снабженными вертикальными рядами отверстий для подсоединения патрубков мембранных элементов и соединяющими все мембранные элементы с основным и дополнительным штуцерами для отвода фильтрата, позволяет обеспечить простоту сборки и разборки пакета, замены мембранных элементов.
Прокладки, выполненные в виде литых полимерных решеток с диаметром продольных прутьев большим, чем поперечных, и уложенные с обеих сторон каждого мембранного элемента в один или несколько слоев продольными прутьями вдоль направления движения исходной жидкости, придают турбулентность потоку исходной жидкости, препятствуют слипанию мембран соседних мембранных элементов и обеспечивают возможность проведения обратной промывки мембранных элементов, так как служат опорой для мембраны. При расположении решеток в два слоя с взаимным продольным смещением поперечных прутьев на величину, равную половине размера образованной прутьями решетки ячейки, создаются лучшие гидродинамические условия для прохождения исходной жидкости, в том числе с повышенной концентрацией взвешенных веществ.
Выполнение прутьев решетки округлой формы и каркаса с двусторонним рельефом с продольными открытыми канавками в виде гофр с закругленными ребрами, а также расстояние между продольными прутьями решетки кратное расстоянию между ребрами гофр, позволяет сохранить мембрану от разрыва при эксплуатации в напорных процессах фильтрации и промывки обратным потоком фильтрата.
Выполнение мембранного элемента с коллекторами, отверстия которых выполнены с клиновидными кромками, направленными сужениями в стороны соответствующих выходных отверстий, и патрубками, расположенными на двух противоположных сторонах, соединенными соответствующими каналами отвода фильтрата с основным и дополнительным штуцерами для отвода фильтрата, обеспечивают эффективный отвод фильтрата, снижают гидравлическое сопротивление при промывке обратным потоком фильтрата.
Выполнение патрубков мембранного элемента с кольцевыми проточками позволяет использовать манжетное уплотнение для обеспечения герметичности соединения патрубков с каналами отвода фильтрата, а также многократно собирать и разбирать пакет мембранных элементов с каналами отвода фильтрата посредством патрубков.
Выполнение торцевых крышек корпуса мембранного аппарата, в центре которых соответственно расположены штуцера для подачи исходной жидкости и отвода концентрата, в форме усеченной пирамиды обеспечивает равномерность распределения потока исходной жидкости по поперечному сечению пакета мембранных элементов и отсутствие застойных зон, что снижает гидравлическое сопротивление потоку в режимах фильтрации и прямой промывки.
Конструктивное выполнение корпуса аппарата из двух одинаковых частей короба, а также из двух одинаковых торцевых крышек, обеспечивает повышение технологичности изготовления и эксплуатации за счет упрощения изготовления (унификации) комплектующих, сборки и разборки аппарата.
Сущность полезной модели иллюстрируется графическими материалами.
На фиг.1 представлен общий вид аппарата;
На фиг.2 представлена схема сборки пакета мембранных элементов с каналами отвода фильтрата;
На фиг.3 представлен вид сверху мембранного элемента;
На фиг.4 представлена схема расположения мембранных элементов и прокладок в пакете в случае, когда прокладки выполнены так, что расстояние между продольными прутьями решетки преимущественно кратно расстоянию между ребрами гофр;
На фиг.5 представлена схема расположения мембранных элементов и прокладок в пакете при укладке прокладок в два слоя с взаимным продольным смещением поперечных прутьев решеток на величину, равную половине размера образованной прутьями решетки ячейки.
На фигурах представлены следующие элементы, обозначенные цифрами:
1 - корпус аппарата,
2 - торцевые крышки корпуса аппарата,
3 - штуцер для подачи исходной жидкости,
4 - штуцер для отвода концентрата,
5 - штуцера для отвода фильтрата,
6 - мембранный элемент,
7 - патрубки мембранного элемента,
8 - каналы отвода фильтрата,
9 - прокладки в виде решеток,
10 - лист резины,
11 - отверстия в канале отвода фильтрата для подсоединения патрубков 7 мембранного элемента 6,
12 - мембрана,
13 - каркас мембранного элемента 6,
14 - коллекторные отверстия в каркасе 13 мембранного элемента 6,
15 - двусторонний рельеф в виде гофр с закругленными ребрами;
16 - выходные отверстия в каркасе 13 мембранного элемента 6,
17 - канавки,
18 - продольные прутья прокладки 9,
19 - поперечные прутья прокладки 9,
20 - кольцевая проточка на патрубке 7 мембранного элемента 6.
В частном случае реализации мембранный аппарат включает (фиг.1) корпус 1, состоящий из короба прямоугольной формы, выполненного из двух одинаковых частей, и двух одинаковых торцевых крышек 2 в виде усеченных пирамид, штуцер 3 для подачи исходной жидкости и штуцер 4 для отвода концентрата, расположенные по центру торцевых крышек, штуцера 5 для отвода фильтрата, пакет из мембранных элементов 6 прямоугольной формы двухсторонней фильтрации и прокладок 9 (фиг.2), каналы 8 отвода фильтрата, соединенные со штуцерами 5 для отвода фильтрата. Каждый мембранный элемент 6 (фиг.3) включает плоский каркас 13 с выполненными на его краях двумя сквозными коллекторными отверстиями 14, между которыми сформирован двусторонний рельеф 15 с продольными открытыми канавками 17 (фиг.4), преимущественно в виде гофр с закругленными ребрами. Коллекторные отверстия 14 (фиг.3) выполнены с клиновидными кромками, направленными сужениями в стороны соответствующих выходных отверстий 16, выполненных в торцах каркаса 13 параллельно его плоскостям. С обеих сторон каркаса 13 мембранного элемента 6 расположена полупроницаемая мембрана 12 (фиг.4), герметично закрепленная по его периметру методом термопайки с образованием двух коллекторов и соединяющих их каналов. Мембранный элемент 6 имеет патрубки 7 (фиг.3), сообщенные с коллекторами посредством выходных отверстий 16. Каналы 8 отвода фильтрата выполнены с вертикальным рядом отверстий 11 для подсоединения патрубков 7 мембранных элементов 6 (фиг.2). Патрубки 7 выполнены с кольцевыми проточками 20 (фиг.3).
Прокладки 9 выполнены в виде литых полимерных решеток с диаметром продольных прутьев 18 большим, чем поперечных 19 и расстоянием между продольными прутьями 18 преимущественно кратным расстоянию между ребрами гофр, и уложены с обеих сторон каждого мембранного элемента 6 в один или несколько слоев продольными прутьями 18 вдоль направления движения исходной жидкости (фиг.2, 4). Прокладки 9 уложены в два слоя с взаимным продольным смещением поперечных прутьев 19 на величину, равную половине размера образованной прутьями решетки ячейки (фиг.5). Расположенные параллельно друг другу мембранные элементы 6 и прокладки 9 собраны в пакет, при этом мембранные элементы 6 посредством патрубков 7 подсоединены к отверстиям 11 двух каналов отвода фильтрата 8 (фиг.2).
В другом частном случае реализации аппарат может содержать более одного расположенного последовательно вдоль потока исходной жидкости пакета мембранных элементов (на фиг. не показано), при этом для каждого дополнительного пакета корпус 1 оснащен дополнительным штуцером для отвода фильтрата 5, каждый из пакетов снабжен дополнительным каналом отвода фильтрата 8, соединяющим все мембранные элементы 6 дополнительного пакета с дополнительным штуцером для отвода фильтрата из дополнительного пакета, а в канале отвода фильтрата 8, расположенном между смежными пакетами мембранных элементов, выполнен дополнительный ряд отверстий 11 для подключения патрубков 7 мембранных элементов 6 дополнительного пакета.
Соединение патрубков 7 с отверстиями 11 в канале 8 отвода фильтрата выполнено с манжетным уплотнением, обеспечивающим как герметичность, так и возможность многократной сборки и разборки пакета мембранных элементов 6 с каналами 8 отвода фильтрата. Для размещения кольцеобразной резиновой манжеты в патрубках 7 выполнены кольцевые проточки 20.
Прокладки 9 в виде литых полимерных решеток могут быть выполнены, например, из поливинилхлорида, полистирола или других относительно жестких материалов. Сжатие пакета из мембранных элементов 6 и прокладок 9 при сборке аппарата может производиться с применением технологической планки (на фиг. не показана), которая перед завершающей сборку операцией соединения частей корпуса удаляется из аппарата. Фиксация верхних и нижних слоев пакета в аппарате может быть выполнена через листы резины 10, расположенные между ними и соответствующими частями короба. Все части корпуса 1 аппарата могут быть соединены болтами через герметизирующие резиновые прокладки.
Сборка аппарата выполняется последовательным подсоединением патрубков 7 мембранных элементов 6 к отверстиям 11 каналов 8 отвода фильтрата с укладыванием с двух сторон каждого мембранного элемента 6 прокладок 9, последующей установкой собранного пакета в нижней части корпуса 1 и его закреплением, соединением частей корпуса 1 и торцевых крышек 2.
Мембранный аппарат работает следующим образом. Разделяемая исходная жидкость через штуцер 3 для подачи исходной жидкости с помощью насоса подается в корпус 1 аппарата. Исходная жидкость с высокой скоростью параллельными потоками движется в пространстве между мембранными элементами 6, вдоль продольных прутков 18 прокладок 9, омывая мембранные элементы 6 с двух сторон каждый. При этом поперечные прутки 19 прокладок 9 турбулизируют поток. Под действием рабочего давления исходная жидкость разделяется на фильтрат и концентрат. Фильтрат проникает через поры мембраны 12 внутрь мембранных элементов 6, под действием давления по канавкам 17 через коллекторы, отверстия 16, по патрубкам 7 поступает в каналы 8 отвода фильтрата и выходит из аппарата через штуцера 5. Оставшаяся после разделения часть потока исходной жидкости в виде концентрата выводится из аппарата через штуцер 4 отвода концентрата, и далее, либо с помощью насоса вновь подается в аппарат, либо отводится в виде готового продукта. В процессе фильтрации со временем неизбежно происходит загрязнение мембранных элементов 6 и внутренних частей аппарата и, в результате, падение производительности. Во избежание этого аппарат подвергают периодическим промывкам в процессе работы с помощью прямой промывки исходной жидкостью под давлением через штуцер 3 в направлении, совпадающем с направлением потока исходной жидкости при фильтрации, и обратной промывки фильтратом при давлениях, превышающих рабочее. В случае, когда число последовательно расположенных в аппарате пакетов мембранных элементов 6 более одного, с целью обеспечения эффективности промывки, целесообразно проводить дополнительную операцию прямой промывки аппарата исходной жидкостью через штуцер 4 в направлении, противоположном направлению потока исходной жидкости при фильтрации. Могут быть использованы различные комбинации последовательностей прямой и обратной промывок в зависимости от технологического регламента и качества исходной жидкости. В процессе профилактических работ после удаления пакета мембранных элементов 6 из аппарата и его разборки могут проводиться операции проверки целостности мембранных элементов 6, их регенерации. Регенерация мембранных элементов 6 с целью восстановления их производительности может проводиться как путем механической очистки обеих мембранных поверхностей с помощью поролоновой губки под струей воды, так и химическим способом путем выдержки в слабом растворе кислоты.
При повреждении или отработке ресурса одного или нескольких мембранных элементов 6, они могут быть заменены с сохранением остальных мембранных элементов 6 пакета. Для этого достаточно разобрать пакет мембранных элементов 6 до поврежденного элемента 6, заменить его на новый и вновь собрать пакет. Каркас 13 отработавшего мембранного элемента 6 после удаления старой и прикрепления новой мембраны 12 может служить основой для изготовления нового мембранного элемента 6.
Предлагаемый мембранный аппарат позволяет с высокой эффективностью осуществлять процессы микро- и ультрафильтрации, в том числе с повышенной концентрацией взвешенных веществ, с применением тонких полимерных мембран, в том числе трековых, за счет конструктивного исполнения мембранных элементов, прокладок, каналов отвода фильтрата, их подсоединения, обеспечивающих низкие гидравлические потери, возможности прямой и обратной промывок, регенерации и замены мембранных элементов. Аппарат технологичен в изготовлении и эксплуатации за счет унификации комплектующих, простоты и надежности сборки и разборки.
1. Мембранный аппарат, включающий корпус в виде прямоугольной в поперечном сечении емкости со штуцерами для подачи исходной жидкости, отвода концентрата и отвода фильтрата, пакет из мембранных элементов прямоугольной формы двухсторонней фильтрации и прокладок, снабженный каналом отвода фильтрата, соединяющим все мембранные элементы со штуцером для отвода фильтрата, отличающийся тем, что корпус оснащен дополнительным штуцером для отвода фильтрата, пакет из мембранных элементов снабжен дополнительным каналом отвода фильтрата, соединяющим все мембранные элементы с дополнительным штуцером для отвода фильтрата, каждый мембранный элемент включает плоский каркас с выполненными на его краях двумя сквозными коллекторными отверстиями, между которыми сформирован двусторонний рельеф с продольными открытыми канавками, преимущественно в виде гофр с закругленными ребрами, с обеих сторон каркаса расположена полупроницаемая мембрана, герметично закрепленная по его периметру с образованием двух коллекторов и соединяющих их каналов, мембранный элемент имеет патрубки, сообщенные с коллекторами посредством выходных отверстий, выполненных в торцах каркаса параллельно его плоскостям, каналы отвода фильтрата выполнены с вертикальным рядом отверстий для подсоединения патрубков мембранных элементов, прокладки выполнены в виде литых полимерных решеток с диаметром продольных прутьев, большим, чем поперечных, и уложены с двух сторон каждого мембранного элемента в один или несколько слоев продольными прутьями вдоль направления движения исходной жидкости.
2. Мембранный аппарат по п.1, отличающийся тем, что содержит не менее одного расположенного последовательно вдоль потока исходной жидкости дополнительного пакета мембранных элементов, при этом для каждого пакета корпус оснащен дополнительным штуцером для отвода фильтрата, каждый из пакетов снабжен дополнительным каналом отвода фильтрата, соединяющим все мембранные элементы с дополнительным штуцером для отвода фильтрата из дополнительного пакета, а в канале отвода фильтрата, расположенном между смежными пакетами мембранных элементов, выполнен дополнительный ряд отверстий для подключения патрубков мембранных элементов дополнительного пакета.
3. Мембранный аппарат по п.1, отличающийся тем, что коллекторные отверстия могут быть выполнены с клиновидными кромками, направленными сужениями в стороны соответствующих выходных отверстий.
4. Мембранный аппарат по п.1, отличающийся тем, что полупроницаемая мембрана герметично закреплена по периметру каркаса мембранного элемента методом термопайки.
5. Мембранный аппарат по п.1, отличающийся тем, что прокладки выполнены так, что расстояние между продольными прутьями решетки преимущественно кратно расстоянию между ребрами гофр.
6. Мембранный аппарат по п.1, отличающийся тем, что прокладки могут быть уложены в два слоя с взаимным продольным смещением поперечных прутьев решеток на величину, равную половине размера образованной прутьями решетки ячейки.
7. Мембранный аппарат по п.1, отличающийся тем, что корпус аппарата состоит из короба прямоугольной формы, выполненного из двух одинаковых нижней и верхней половин и двух одинаковых торцевых крышек в виде усеченных пирамид, штуцера для подачи исходной жидкости и отвода концентрата расположены по центру соответствующих торцевых крышек.
8. Мембранный аппарат по п.1, отличающийся тем, что патрубки выполнены с кольцевыми проточками, а соединение патрубков с отверстиями в каналах отвода фильтрата осуществлено с манжетным уплотнением.
