Витой мембранный модуль и способ диффузионного диализа с режимом противотока - RU2699117C1

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Данное изобретение относится к мембранному модулю для диффузионного диализа или доннановского диализа и соответствующему способу диффузионного диализа.

Уровень техники

[0002] В технике доннановский диализ может использоваться как для удаления ионов из питьевой воды, так и для обратного получения кислот и щелочей из промышленных технологических растворов. Способ доннановского диализа, называемый также диффузионным диализом, используется, например, при обратном получении свободных кислот и щелочей из использованных обрабатывающих ванн текстильной технологии и технологии отделки поверхностей. Эффект Доннана основан на разности концентрации двух растворов, разделенных полупроницаемой мембраной. Вследствие незначительных движущих сил способ осуществим в строгом режиме противотока. Он надежен, долговременно стабилен и нуждается только в минимальном потреблении энергии.

[0003] При использовании анионообменных мембран таким образом могут быть обратно получены несвязанные сильные кислоты (кислотный диализ). При использовании катионообменных мембран могут быть обратно получены щелочи (щелочной диализ). При этом в одной камере использованную ванну, разделенную посредством мембраны, приводят в контакт со второй камерой, в которой протекает вода в обратном направлении.

[0004] Серьезным препятствием широкого распространения этого удовлетворяющего экологическим требованиям способа на сегодняшний день являются вытекающие большие капиталовложения и издержки производства для устройств диффузионного диализа, которые определяются, прежде всего, расходами на мембранный модуль. В промышленной конверсии необходимы большие площади мембран. Мембранные модули, как правило, сконфигурированы в виде так называемых систем "Plate-and-Frame" (пластина-и-рама), аналогично батареям и топливным элементам. Вследствие ограниченной эксплуатационной долговечности мембраны обязательно необходима демонтируемость модулей диализа. Для этого в обычных "Plate-and-Frame" системах используют уплотняющие рамки для уплотнения отдельных камер. Чтобы гарантировать плотность требуются очень высокие прижимные усилия, которые в промышленном масштабе реализуют посредством гидравлических прессов. Необходимость уплотняющих рамок, дорогостоящая конструкция модулей и незначительная степень уплотнения таких систем ведут к большим капиталовложениям.

[0005] Можно обнаружить, что, не считая малочисленных исключений, все известные мембранные способы разделения могут быть успешно реализованы промышленным образом только при переводе плоской геометрии в геометрию полого волокна или трубчатую геометрию. Такими примерами, наряду со многими прочими, являются обратный осмос, ультрафильтрация, разделение газов, но также и диализ почек. Для доннановского диализа этот шаг до сих пор не осуществлялся, поскольку направление диффузата и диализата в строгом противотоке в мотке мембраны до сих пор считалось невозможным.

Раскрытие сущности изобретения

[0006] Согласно изобретению предложен мембранный модуль для диффузионного диализа жидкостей, содержащий по меньшей мере два проточных канала. По меньшей мере два проточных канала соответствующего изобретению мембранного модуля образованы посредством намотки по меньшей мере одного первого отрезка по меньшей мере одной мембранной пленки и по меньшей мере одного второго отрезка по меньшей мере одной мембранной пленки на центральное тело, причем моток по меньшей мере одного первого отрезка удерживается посредством по меньшей мере одного дистанцирующего элемента на расстоянии от мотка по меньшей мере одного второго отрезка, вследствие чего при намотке образуются два отделенных друг от друга проточных канала, каждый из которых ограничен по меньшей мере одной мембранной пленкой.

[0007] В одном варианте осуществления соответствующий изобретению мембранный модуль содержит одну первую мембранную пленку и по меньшей мере одну вторую мембранную пленку, причем по меньшей мере один первый отрезок принадлежит первой мембранной пленке, а по меньшей мере один второй отрезок принадлежит второй мембранной пленке.

[0008] В еще одном варианте осуществления центральное тело соответствующего изобретению мембранного модуля имеет первую половину и вторую половину, соединенные друг с другом, между которыми расположена по меньшей мере одна проходящая насквозь мембранная пленка, содержащая первый отрезок и второй отрезок.

[0009] В еще одном варианте осуществления центральное тело соответствующего изобретению мембранного модуля выполнено нераздельным.

[0010] В варианте осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля по меньшей мере один первый отрезок по меньшей мере одной мембранной пленки закреплен по меньшей мере на одном первом уплотнительном элементе, который размещен на центральном теле и для уплотнения зажимает по меньшей мере один первый отрезок по меньшей мере одной мембранной пленки между по меньшей мере одним первым уплотнительным элементом и центральным телом, причем по меньшей мере один второй отрезок по меньшей мере одной мембранной пленки закреплен по меньшей мере на одном втором уплотнительном элементе, который размещен на центральном теле и для уплотнения зажимает по меньшей мере один второй отрезок по меньшей мере одной мембранной пленки между по меньшей мере одним вторым уплотнительным элементом и центральным телом.

[0011] Еще один вариант осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля обеспечивает возможность режима противотока мембранного модуля, причем по меньшей мере одна первая поворотная пленка закреплена по меньшей мере на одном третьем уплотнительном элементе, а по меньшей мере одна вторая поворотная пленка закреплена по меньшей мере на одном четвертом уплотнительном элементе, причем по меньшей мере один третий уплотнительный элемент и по меньшей мере один четвертый уплотнительный элемент расположены между по меньшей мере одним первым уплотнительным элементом и по меньшей мере одним вторым уплотнительным элементом, причем первая и вторая поворотные пленки намотаны совместно с первым и вторым отрезками по меньшей мере одной мембранной пленки, причем моток одного первого и второго отрезков мембранной пленки удерживается посредством по меньшей мере одного дистанцирующего элемента на расстоянии от мотка по меньшей мере одной первой и второй поворотных пленок, вследствие чего после намотки каждый из образованных проточных каналов ограничен по меньшей мере одной мембранной пленкой и по меньшей мере одной поворотной пленкой.

[0012] Еще один вариант осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля содержит по меньшей мере два отрезка по меньшей мере одной мембранной пленки и по меньшей мере две поворотные пленки, которые по меньшей мере с одним первым отрезком и по меньшей мере с одним вторым отрезком поочередно размещены на центральном теле и намотаны вокруг него, вследствие чего образованы четыре проточных канала, причем каждые два проточных канала соединены на конце мотка, вследствие чего два проточных канала, соответственно, образуют область втекания, а два других проточных канала, соответственно, образуют область вытекания на центральном теле, причем предусмотрена возможность установки на центральном теле соответствующих подводящих труб и отводящих труб, а также предусмотрена возможность поворота протекающей через мембранный модуль соответствующей жидкости на конце мотка.

[0013] В еще одном варианте осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля третий и четвертый уплотнительные элементы, соответственно, для уплотнения зажимают по меньшей мере одну первую и по меньшей мере одну вторую поворотную пленку между соответствующими третьим и четвертым уплотнительными элементами и центральным телом.

[0014] В варианте осуществления соответствующий изобретению мембранный модуль содержит по меньшей мере одну подводящую трубу и по меньшей мере одну отводящую трубу, причем по меньшей мере одна подводящая труба или по меньшей мере одна отводящая труба расположена между по меньшей мере одним первым уплотнительным элементом и по меньшей мере одним третьим уплотнительным элементом или по меньшей мере одним четвертым уплотнительным элементом, а соответствующая другая труба расположена между по меньшей мере одним вторым уплотнительным элементом и третьим или четвертым уплотнительным элементом, соответственно.

[0015] В еще одном варианте осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля по меньшей мере одна подводящая труба и по меньшей мере одна отводящая труба зажаты посредством намотки по меньшей мере одной мембранной пленки и/или по меньшей мере одной первой или по меньшей мере одной второй поворотной пленки и радиально сжаты в направлении центрального тела, вследствие чего они зафиксированы.

[0016] В еще одном варианте осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля каждая подводящая труба и каждая отводящая труба поочередно расположены между первым и вторым или третьим и четвертым уплотнительными элементами, причем каждой подводящей трубе и каждой отводящей трубе поставлен в соответствие точно один проточный канал.

[0017] В одном варианте осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля по меньшей мере одна подводящая труба и по меньшей мере одна отводящая труба выполнены в виде решетчатых труб.

[0018] В еще одном варианте осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля по меньшей мере одна подводящая труба и по меньшей мере одна отводящая труба обеспечивают возможность радиального - относительно оси соответствующей трубы - входа жидкости в соответствующую трубу или выхода жидкости из соответствующей трубы.

[0019] В еще одном варианте осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля по меньшей мере одна подводящая труба и/или по меньшей мере одна отводящая труба состоит из одного из следующих материалов: полипропилен (ПП), полиэтилен (ПЭ), поливинилхлорид (ПВХ), полифениленэфир (ПФЭ), полифениленоксид (ПФО) или полифениленсульфид (ПФС).

[0020] В варианте осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля по меньшей мере один дистанцирующий элемент представляет собой полимерную решетку и/или полимерную сетку, которые обеспечивают возможность протекания на уровне полимерной решетки и/или полимерной сетки, причем полимерные решетки и/или полимерные сетки состоят из одного из следующих материалов: полипропилен (ПП), полиэтилен (ПЭ), поливинилхлорид (ПВХ), полифениленэфир (ПФЭ), полифениленоксид (ПФО) или полифениленсульфид (ПФС).

[0021] В еще одном варианте осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля дистанцирующие элементы представляют собой тисненую пленку из одного из следующих материалов: полипропилен (ПП), полиэтилен (ПЭ), поливинилхлорид (ПВХ), полифениленэфир (ПФЭ), полифениленоксид (ПФО) или полифениленсульфид (ПФС).

[0022] В еще одном варианте осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля по меньшей мере один дистанцирующий элемент размещен по меньшей мере на одной подводящей трубе и по меньшей мере одной отводящей трубе, вследствие чего по меньшей мере один из по меньшей мере двух проточных каналов определен по меньшей мере одной мембранной пленкой, по меньшей мере одной первой или второй поворотной пленкой и соответствующими дистанцирующими элементами.

[0023] В еще одном варианте осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля по меньшей мере один дистанцирующий элемент намотан совместно с первым и вторым отрезком по меньшей мере одной мембранной пленки.

[0024] В варианте осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля по меньшей мере один первый отрезок по меньшей мере одной мембранной пленки и по меньшей мере один второй отрезок по меньшей мере одной мембранной пленки соединены друг с другом на внешнем витке, причем между первым отрезком и вторым отрезком по меньшей мере одной мембранной пленки образованы два проточных канала, при этом соответствующая поворотная пленка, находящаяся между соединенными первым и вторым отрезками укорочена, вследствие чего образована поворотная точка.

[0025] В еще одном варианте осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля конец первого отрезка и конец второго отрезка соединены друг с другом посредством совместной смотки и зажимного профиля из полипропилена (ПП), полиэтилена (ПЭ), поливинилхлорида (ПВХ), полифениленэфира (ПФЭ), полифениленоксида (ПФО) или полифениленсульфида (ПФС) и уплотнены в месте соединения.

[0026] В еще одном варианте осуществления соответствующий изобретению мембранный модуль уплотнен радиально наружу относительно продольной оси центрального тела.

[0027] В одном варианте осуществления соответствующий изобретению мембранный модуль на внешнем витке содержит пленочный рукав, который состоит из одного из следующих материалов: ПП, ПЭ, ПВХ, ПФЭ, ПФО, ПФС; и уплотняет мембранный модуль в направлении наружу.

[0028] В еще одном варианте осуществления соответствующий изобретению мембранный модуль содержит многократно намотанную на мембранный модуль пленку, уплотняющую мембранный модуль в направлении наружу, причем указанная пленка может представлять собой одну из по меньшей мере одной первой или второй поворотных пленок, которая находится на конце мотка не соединенных между собой первого и второго отрезков по меньшей мере одной мембранной пленки и намотана далее указанного конца мотка, вследствие чего образована следующая поворотная точка.

[0029] В еще одном варианте осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля одна торцевая сторона мембранного модуля уплотнена посредством укупорочной массы, причем по меньшей мере одна торцевая сторона имеет по меньшей мере два отверстия в укупорочной массе по меньшей мере в одной подводящей трубе и по меньшей мере одной отводящей трубе, которые обеспечивают возможность подведения по меньшей мере в одну подводящую трубу и отведения по меньшей мере из одной отводящей трубы жидкости, протекающей через мембранный модуль.

[0030] В еще одном варианте осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля укупорочная масса представляет собой эпоксидную смолу или силиконовую заливочную массу.

[0031] В варианте осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля по меньшей мере на одном из по меньшей мере двух отверстий предусмотрена возможность установки самозакрывающегося быстродействующего затвора для замены мембранного модуля.

[0032] В еще одном варианте осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля центральное тело представляет собой продолговатый профиль с круглым или некруглым поперечным сечением.

[0033] В еще одном варианте осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля для защиты от протекающей по мембранному модулю жидкости центральное тело обтянуто или покрыто одним из следующих материалов: полипропилен (ПП), полиэтилен (ПЭ), поливинилхлорид (ПВХ), полифениленэфир (ПФЭ), полифениленоксид (ПФО) или полифениленсульфид (ПФС).

[0034] В одном варианте осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля уплотнительные элементы состоят из металлического материала и/или полимерного материала, причем материалы, чувствительные к коррозии, для защиты от жидкости покрыты слоем из одного из следующих материалов: полипропилен (ПП), полиэтилен (ПЭ), поливинилхлорид (ПВХ), полифениленэфир (ПФЭ), полифениленоксид (ПФО) или полифениленсульфид (ПФС).

[0035] В еще одном варианте осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля по меньшей мере одна первая и по меньшей мере одна вторая поворотные пленки состоят из одного из следующих материалов: полипропилен (ПП), полиэтилен (ПЭ), поливинилхлорид (ПВХ), полифениленэфир (ПФЭ), полифениленоксид (ПФО) или полифениленсульфид (ПФС).

[0036] Настоящее изобретение также относится к способу, в котором первую жидкость направляют в первый проточный канал мембранного модуля, а вторую жидкость направляют во второй проточный канал мембранного модуля, причем первую жидкость и вторую жидкость направляют через мембранный модуль по принципу противотока.

[0037] В варианте осуществления представленного способа предусмотрено, что первый проточный канал мембранного модуля ограничивают, по меньшей мере частично, т.е. лишь в пределах выбранной области, на первой стороне ионообменной мембранной пленки и на второй стороне поворотной пленки, причем второй проточный канал ограничивают, по меньшей мере частично, на первой стороне поворотной пленки и на второй стороне ионообменной мембранной пленки, причем в первом проточном канале и/или во втором проточном канале располагают дистанцирующий элемент.

[0038] В еще одном возможном варианте осуществления представленного способа предусмотрено, что первую жидкость и вторую жидкость поворачивают на конце первого проточного канала или второго проточного канала, вследствие чего начинается противоток относительно направления вытекания второго проточного канала по сравнению с направлением втекания первого проточного канала и относительно направления вытекания первого проточного канала по сравнению с направлением втекания второго проточного канала, и в соответствии с разностью концентраций между первым проточным каналом и вторым проточным каналом происходит диализ.

Краткое описание чертежей

[0039] На фигуре 1 показано схематическое изображение принципа кислотного диализа.

На фигуре 2 показан вариант осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля перед намоткой.

На фигуре 3 показан еще один вариант осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля перед намоткой.

На фигуре 4 показан поперечный разрез соответствующего изобретению мембранного модуля.

На фигуре 5 показан фрагмент на конце намотки соответствующего изобретению мембранного модуля.

Осуществление изобретения

[0040] Фигура 1 иллюстрирует принцип диализа на примере кислотного диализа. Первая камера 101 отделена от второй камеры 102 мембраной 110. Мембрана 110 представляет собой полупроницаемую анионообменную мембрану, которая является проницаемой для ионов 103 водорода и кислотных анионов 105. В первую камеру 101 подводят использованную старую кислоту 106. Старая кислота 106 содержит ионы 103 водорода, металлические ионы 104 и кислотные анионы 105. Во вторую камеру 102 подводят воду 107. Вследствие первой разности концентраций ионы 103 водорода и кислотные анионы 105 переходят из первой камеры 101 во вторую камеру 102. Однако не все ионы 103 водорода и кислотные анионы 105 из первой камеры 101 переходят во вторую камеру 102, так что устанавливается вторая разность концентраций. Неравное распределение ионов 103 и анионов 105 в первой и второй камерах называется доннановским равновесием. Имеющиеся в старой кислоте 106 металлические ионы 104 не могут пройти через полупроницаемую мембрану 110 и отводятся в виде остатка 108 вместе с прочими кислотными анионами 105 и ионами 103 водорода из первой камеры 101. Имеющаяся во второй камере 102 вода 107 с перешедшими в нее ионами 103 водорода и кислотными анионами 105 отводится в виде диффузата 109 из второй камеры 102.

[0041] На фигуре 2 показан мембранный модуль 10а для процессов диализа, основанных на эффекте Доннана. На фигуре 2 показан вид сверху или поперечный разрез мембранного модуля 10а. Ось тела мембранного модуля 10а проходит из уровня наблюдения. Соответствующий изобретению мембранный модуль 10а образует, таким образом, продолговатое полое тело. С таким расположением мембранного модуля 10а можно реализовать диализ в режиме противотока. Соответствующий изобретению мембранный модуль 10а имеет центральное тело 1. В варианте осуществления, показанном на фигуре 2, центральное тело 1 представляет собой алюминиевый профиль по существу с четырехугольным поперечным сечением. Центральное тело 1 защищено от воздействия кислоты и/или щелочи посредством материала, устойчивого к кислоте и/или устойчивого к щелочи. Таким материалом может быть, например, полипропилен (ПП), полиэтилен (ПЭ), поливинилхлорид (ПВХ), полифениленэфир (ПФЭ), полифениленоксид (ПФО) или полифениленсульфид (ПФС). Альтернативно в качестве центрального тела может использоваться профиль из пластмассы, армированной волокном (стеклопластик, углепластик). Вокруг центрального тела 1 расположены множество профилей 5a-5d, 7а, 7b. На первом уплотнительном элементе 5а закреплена первая мембранная пленка, которая имеет первый отрезок 3а. На втором уплотнительном элементе 5b закреплена вторая мембранная пленка, которая имеет второй отрезок 3b. Например, используют ионообменную мембранную пленку типа fumasep компании Fumatech. В показанном на фигуре 2 варианте осуществления соответствующего изобретению мембранного модуля 10а уплотнительные элементы 5а, 5b выполнены в виде труб или зажимных труб, которые зажимают первый отрезок 3а и второй отрезок 3b между зажимными трубами 5а, 5b и центральным телом 1. В частности, в варианте осуществления, показанном на фигуре 2, второй уплотнительный элемент 5b расположен напротив первого уплотнительного элемента 5а.

[0042] В непоказанном альтернативном варианте осуществления центральное тело 1 может иметь первую половину, соединенную со второй половиной, причем между первой половиной и второй половиной вставлена мембранная пленка 3, содержащая первый отрезок 3а и второй отрезок 3b.

[0043] Первый уплотнительный элемент 5а и второй уплотнительный элемент 5b закреплены на центральном теле 1 посредством зажимных элементов 6. Зажимные элементы 6 представляют собой, например, пружинные стержни, которые притягивают уплотнительный элемент 5а, 5b в направлении центрального тела 1. Для уплотнения первый отрезок 3а и второй отрезок 3b вставлены между соответствующими уплотнительными элементами 5а, 5b и центральным телом 1. Для этого первый отрезок 3а и второй отрезок 3b могут быть многократно намотаны вокруг соответствующего уплотнительного элемента 5а, 5b. В показанном варианте осуществления третий уплотнительный элемент 5 с и четвертый уплотнительный элемент 5d закреплены на центральном теле 1 посредством зажимных элементов 6 по существу со смещением на угол 90°. На третьем уплотнительном элементе 5с размещена первая поворотная пленка 4а. Первая поворотная пленка 4а зажата между третьим уплотнительным элементом 5с и центральным телом 1. На четвертом уплотнительном элементе 5d размещена вторая поворотная пленка 4b, которая зажата между четвертым уплотнительным элементом 5d и центральным телом 1. Первая поворотная пленка 4а и вторая поворотная пленка 4b непроницаемы для жидкости, протекающей через мембранный модуль 10а. Подходящими материалами для первой и второй поворотной пленки являются, например, полипропилен (ПП), полиэтилен (ПЭ), поливинилхлорид (ПВХ), полифениленэфир (ПФЭ), полифениленоксид (ПФО) или полифениленсульфид (ПФС). Поворотные пленки 4а, 4b могут иметь толщину, например, примерно от 10 до 200 мкм. Третий уплотнительный элемент 5с и четвертый уплотнительный элемент 5d в варианте осуществления, показанном на фигуре 2, также выполнены в виде зажимных труб 5с, 5d. В частности, в варианте осуществления, показанном на фигуре 2, третий уплотнительный элемент 5с расположен напротив четвертого уплотнительного элемента 5d. Таким образом, первый и второй уплотнительные элементы 5а, 5b, соответственно, расположены напротив третьего и четвертого уплотнительных элементов 5с, 5d, соответственно. Тем не менее, также возможны варианты осуществления, в которых соответствующие уплотнительные элементы имеют смещение друг относительно друга.

[0044] Зажимные элементы 6 притягивают зажимные трубы 5a-5d, соответственно, в направлении центрального тела 1, чтобы зажать соответствующие пленки 3а, 3b, 4а, 4b между соответствующими зажимными трубами 5a-5d и центральным телом 1. В качестве зажимных элементов 6 могут использоваться, например, пружинные шплинты, которые введены в подходящие отверстия на соответствующих концах зажимных труб 5a-5d или центрального тела 1. Дополнительно, посредством зажатия достигают уплотнения, так что между зажимными трубами 5a-5d и центральным телом 1 не могут пройти кислоты или щелочи. Зажимные трубы 5a-5d могут вдавливаться в материал, защищающий центральное тело 1, чтобы увеличить поверхность уплотнения и улучшить уплотнение. Металлические профили, как использованный в варианте осуществления на фигуре 2 алюминиевый профиль (например, компании Bosch-Rexroth) обладают большей жесткостью, чем трубы или профили из полимерного материала и поэтому предпочтительны в качестве уплотнительных элементов или зажимных труб 5a-5d для передачи прижимных усилий вплоть до середины мотка. Использованный на фигуре 2 в качестве центрального тела алюминиевый профиль имеет, например, длину кромки 30 мм и длину 50 см. Уплотнительные элементы или зажимные трубы 5a-5d могут быть также выполнены из металла. В этом случае зажимные трубы 5a-5d также покрывают стойким материалом, например полипропиленовой термоусадочной трубкой.

[0045] Между зажимными трубами 5a-5d, которые имеют диаметр, например, примерно 25 мм, расположены поочередно подводящая труба 7а и отводящая труба 7b. Подводящая или отводящая трубы 7а, 7b представляют собой, например, решетчатые трубы с диаметром примерно 25 мм и имеют распределенные по ее окружной поверхности отверстия, так что кислота или щелочь может выходить в радиальном направлении относительно их продольной оси. Таким образом, на фигуре 2 слева от первой зажимной трубой 5а, на которой размещена мембранная пленка с первым отрезком 3а, находится первая подводящая труба 7а. Рядом с первой подводящей трубой 7а находится зажимная труба 5с, на которой размещена первая поворотная пленка 4а. Рядом с ней находится первая отводящая труба 7b. Рядом с первой отводящая трубой 7b находится вторая зажимная труба 5b, на которой размещена мембранная пленка со вторым отрезком 3b. Рядом со второй зажимной трубой 5b находится вторая подводящая труба 7а, а рядом с ней - четвертая зажимная труба 5d, на которой размещена вторая поворотная пленка 4b. Рядом с четвертой зажимной трубой 5d находится вторая отводящая труба 7b. Рядом со второй отводящей трубой 7b снова находится первая зажимная труба 5а. Соответствующий изобретению мембранный модуль 10а имеет по меньшей мере две подводящие трубы 7а и по меньшей мере две отводящие трубы 7b.

[0046] На фигуре 3 показана, по существу, конструкция соответствующего изобретению мембранного модуля 10b, как она следует из фигуры 2. Только на фигуре 3 центральное тело 1 образованно продолговатым полым предметом с круглым поперечным сечением, вместо, по существу, четырехугольного профиля.

[0047] В то время как на фигурах 2 и 3 показана область соответствующего изобретению мембранного модуля 10а, 10b вокруг центрального тела 1, на фигуре 4 показан поперечный разрез соответствующего изобретению витого мембранного модуля 10b. Ранее упомянутые первый отрезок 3а и второй отрезок 3b мембранной пленки, а также первая поворотная пленка 4а и вторая поворотная пленка 4b вместе намотаны на уплотнительные элементы и трубы 5a-5d, 7а, 7b, расположенные вокруг центрального тела 1. В результате того, что пленка намотана вокруг центрального тела 1, а также предусмотрены соответствующие, здесь не показанные, дистанцирующие элементы 9, проходящие между соответствующими пленками 3а, 3b, 4а, 4b, между мембранными пленками 3а, 3b и поворотными пленками 4а, 4b образуются по меньшей мере четыре проточных канала 8а, 8b, 8с, 8d. Проточные каналы 8а, 8b, 8с, 8d проходят спиралеобразно вокруг центрального тела 1.

[0048] Не показанные на фигуре 4 дистанцирующие элементы 9 (фигура 5) размещены на подводящих трубах 7а и на отводящих трубах 7b аналогично отрезкам 3а, 3b мембранной пленки и поворотным пленкам 4а, 4b. Дистанцирующие элементы 9 представляют собой, например, бипланарные проточные решетки, например, компании tenax (модель TENAX OS 050). Дистанцирующие элементы 9 удерживают соответствующие мембранные пленки 3а, 3b на расстоянии от соответствующих поворотных пленок 4а, 4b, так что между ними подходящим образом образуются проточные каналы 8а, 8b, 8с, 8d. В проточных каналах 8а, 8b, 8с, 8d кислота или щелочь, т.е. жидкость, протекает в направлении по окружности. На фигуре 4 направление течения в проточных каналах 8а, 8b, 8с, 8d показано стрелками. Проточные каналы 8а, 8b, 8с, 8d ограничены по меньшей мере одной мембранной пленкой 3а, 3b, по меньшей мере одной поворотной пленкой 4а, 4b (соответствующие дистанцирующие элементы 9 или проточные решетки) и центральным телом 1. Подводящие трубы 7а и отводящие трубы 7b (а также проточные решетки 9) посредством намотки фольги 3а, 3b, 4а, 4b зафиксированы в их положении на центральном теле 1. Соответствующий изобретению витой мембранный модуль 10а, 10b содержит несколько метров намотанной пленки 3а, 3b, 4а, 4b и проточные решетки 9.

[0049] Если кислота или щелочь (далее - жидкость) входит через подводящую трубу 7а, например, в область 12а втекания проточного канала 8а, то жидкость протекает через проточный канал 8а в направлении по окружности против часовой стрелки. Траектория проточного канала 8а определена, по существу, отрезком 3а мембранной пленки и поворотной пленкой 4а (и непоказанными дистанцирующими элементами 9). В некоторой первой точке А отрезок 3а кончается. Однако далее вокруг центрального тела 1 намотана первая поворотная пленка 4а, расположенная радиально глубже внутрь относительно центрального тела 1, вследствие чего при следующей перемотке она будет располагаться снаружи.

[0050] Второй отрезок 3b также намотан вокруг центрального тела 1 и вместе со второй поворотной пленкой 4b определяет второй проточный канал 8b (с непоказанными дистанцирующими элементами 9). В точке А второй отрезок 3b также заканчивается. В точке А первый отрезок 3а и второй отрезок 3b соединены друг с другом. Вторая поворотная пленка 4b, расположенная радиально глубже относительно центрального тела 1, заканчивается в направлении по окружности, например, приблизительно за 10 см до конца непоказанных дистанцирующих элементов 9 или проточных решеток, которые сами заканчиваются, например, приблизительно за 10-20 см до конца первого и второго отрезков 3а, 3b, т.е. укорочены, так что на конце проточного канала 8b жидкость поворачивает (точка С). До точки А жидкость протекает в проточном канале 8b против часовой стрелки, а после поворота в точке С жидкость протекает в проточном канале 8d обратно по часовой стрелке в направлении центрального тела 1, где на конце проточного канала 8d устремляется в область вытекания 12d и затем в отводящую трубу 7b.

[0051] Как указано выше, первая поворотная пленка 4а далее намотана вокруг центрального тела 1. Первая поворотная пленка 4а настолько намотана вокруг центрального тела 1, что она намотана за пределы второго отрезка 3b. Вследствие этого первая поворотная пленка 4а контактирует сама с собой в точке В и ограничивает в точке В проточный канал 8а. Протекающая в проточном канале 8а жидкость также поворачивает здесь, а именно, как показано стрелкой, от направления протекания против часовой стрелки к направлению протекания по часовой стрелке. Таким образом, первая поворотная пленка 4а образует радиально наружное герметичное окончание мембранного модуля 1. Чтобы гарантировать уплотнение выходящей наружу стороны модуля, поворотная пленка 4а может быть многократно, например от 2 до 5 раз, намотана вокруг мембранного модуля 10а, 10b. Чтобы достичь надежного уплотнения оболочки мембранного модуля 10а, 10b, вокруг мембранного модуля 10а, 10b может быть дополнительно натянута термоусадочная трубка. Термоусадочная трубка может быть большего диаметра, чем витой мембранный модуль 10а, 10b, и может быть намотана на плоский алюминиевый профиль.

[0052] Как указано выше, проточный канал 8а ограничен поворотной пленкой 4а и вследствие этого поворачивает в точке В, чтобы жидкость могла протекать в проточном канале 8с обратно в направлении области вытекания 12с и далее в отводящую трубу 7b. Как видно на фигуре 4, после поворота в точке А жидкость протекает против направления втекания. За счет спиралеобразной намотки и поворота жидкости в проточных каналах от 8a-8d в мембранном модуле 10 выполняется принцип противотока. Это означает, что, как видно на фигуре 4, направление потока в канале 8с противоположно направлению потока в проточном канале 8b, и оба потока отделены друг от друга только вторым отрезком 3b мембранной пленки. Поскольку второй отрезок 3b принадлежит мембранной пленке, а она полупроницаема, то в соответствии с разностью концентраций может происходить диализ из одного проточного канала через второй отрезок 3b мембранной пленки в соответствующий другой проточный канал.

[0053] Направление протекания в проточном канале 8d противоположно направлению втекания проточного канала 8а, и проточные каналы 8а и 8d отделены друг от друга первым отрезком 3а мембранной пленки. Относительно направления вытекания проточного канала 8d по сравнению с направлением втекания проточного канала 8а устанавливается противоток, так что в соответствии с разностью концентраций через первый отрезок 3а мембранной пленки осуществляется диализ.

[0054] Для защиты от воздействия кислоты или щелочи дистанцирующие элементы 9 могут быть выполнены в виде полимерной решетки или полимерной сетки. Эти полимерные решетки или полимерные сетки обеспечивают возможность протекания на уровне решетки или сетки. Если, однако, дистанцирующие элементы изготовлены из металлического материала, их целесообразно покрыть или обтянуть материалом, устойчивым к кислотам и/или щелочам, например полипропиленом (ПП), полиэтиленом (ПЭ), поливинилхлоридом (ПВХ), полифениленэфиром (ПФЭ), полифениленоксидом (ПФО) или полифениленсульфидом (ПФС), чтобы защитить их от воздействия жидкости.

[0055] На фигуре 5 показано схематическое изображение конца мотка, т.е. отрезок, включающий точки А, В и С, показанные на фигуре 4. Моток ограничен поворотной пленкой 4а, которая также ограничивает проточный канал 8а и 8с. Дистанцирующие элементы 9 или проточные решетки в проточном канале 8а и 8с в области точки В укорочены на одинаковую длину, как и мембранные пленки 3а, 3b, так что на длине в 10-20 см между проточными решетками 9 и мембранными пленками 3а, 3b возникает непосредственный контакт. Этот контакт реализуется посредством намотки мембранных пленок 3а, 3b. Концы мембранных пленок 3а, 3b укорочены на одинаковую длину и, как указано выше, отрезаны в проточном канале 8b, 8d так, что они длиннее второй поворотной пленки 4b и проточной решетки 9. Для уплотнения проточного канала 8b, 8d концы мембранных пленок 3а, 3b смотаны вместе, вследствие чего возникает уплотнение. Чтобы улучшить уплотняющее действие, мембранные пленки 3а, 3b, как показано на фигуре 5, многократно совместно намотаны на первый плоский профиль 14. Первый плоский профиль 14 может представлять собой, например, алюминиевый профиль с шириной примерно от 0,2 мм до 2 мм и высотой примерно от 1 мм до 5 мм. Для защиты от воздействия жидкости алюминиевый профиль 14 покрыт, например, полипропиленовой термоусадочной трубкой. Это уплотнение может быть зажато между еще одним плоским профилем и зажимным профилем 12 из ПВХ, вследствие чего возникает особенно хорошее уплотнение и герметичное окончание проточного канала 8b, 8d. Радиально наружное герметичное окончание мембранного модуля 10а, 10b достигают, как уже упомянуто, посредством обмотки первой поворотной пленкой 4а и дополнительной термоусадочной трубкой.

[0056] Торцевые стороны мембранного модуля 10а, 10b залиты, например, эпоксидной смолой, вследствие чего мембранный модуль 10а, 10b уплотнен со всех стороны, и защищены прежде не защищенные концы встроенных алюминиевых профилей 1, 14. Таким образом, витая структура витого мембранного модуля 10а, 10b получается зафиксирована.

[0057] На торцевой стороне мембранного модуля 10а, 10b в области подводящих труб 7а и отводящих труб 7b расположены отверстия. В показанном варианте осуществления, соответственно, на торцевой стороне расположены четыре отверстия. Отверстия обеспечивают возможность втекания в подводящие или отводящие трубы 7а, 7b или вытекания из них.

[0058] Таким образом, соответствующие изобретению мембранные модули 10а, 10b могут быть заменены простым образом, завинчены в отверстия самозакрывающихся соединений, например, из ПП. Такое соединение известно и поставляется, например, компанией Colder с уплотнением в виде кольца круглого сечения.

[0059] Витой мембранный модуль согласно одному возможному варианту осуществления представленного способа имеет диаметр примерно 20 см. При этом намотанная мембранная пленка может иметь площадь поверхность примерно от 5 до 6 м² и в состоянии регенерировать от 10 до 15 л кислоты или щелочи в час. При этом при кислотном диализе обратно получают примерно 95% кислоты и задерживают более 99% соли. Ожидаемый срок службы мембранных пленок 3а, 3b составляет, например, 2 года, вследствие чего посредством мембранного модуля 10а, 10b приблизительно за 5000 производственных часов в год можно обратно получить более 100 м³ кислоты.

Реферат

Изобретение относится к мембранному модулю для диффузионного диализа или доннановского диализа и соответствующему способу диффузионного диализа. Мембранный модуль для диффузионного диализа жидкостей, содержащий два проточных канала, образованные посредством намотки первого отрезка мембранной пленки и второго отрезка мембранной пленки на центральное тело, причем моток первого отрезка удерживается посредством дистанцирующего элемента на расстоянии от мотка второго отрезка, вследствие чего в результате намотки образованы два отделенных друг от друга проточных канала, каждый из которых ограничен мембранной пленкой, причем мембранный модуль содержит два отрезка мембранной пленки и две поворотные пленки, которые первым отрезком и вторым отрезком поочередно размещены на центральном теле и намотаны вокруг него, вследствие чего образованы четыре проточных канала, причем каждые два проточных канала соединены на конце мотка, вследствие чего два проточных канала образуют область втекания, а два других проточных канала образуют область вытекания на центральном теле, причем предусмотрена возможность размещения на центральном теле соответствующих подводящих труб и отводящих труб, а также предусмотрена возможность поворота протекающей через мембранный модуль соответствующей жидкости на конце мотка. Технический результат – повышение эффективности диффузионного диализа. 2 н. и 31 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула