Плоские мембранные элементы были предложены первыми, поскольку конструкторы естественным образом пошли по пути повторения фильтров, и прежде всего фильтр-прессов. На рисунке 5.2. представлена простейшая конструкция такого мембранного аппарата.
Рис. 5.2. Мембранный аппарат типа фильтр-пресс:
1, 2 – фланцы; 3 – опорная пластина с дренажем; 4 – турбулизатор;
5 – уплотнительная рамка; 6 – мембрана; 7 – дренаж
Исходный раствор последовательно омывает плоские мембранные элементы, сложенные в стопку и проложенные периферийными уплотнительными рамками 5. Отверстия и каналы для перетока раствора из камеры в камеру выполнены в этих рамках, поэтому аппарат относится к бескорпусному типу. Внутреннее давление удерживается самими рамками, которые очень сильно сжимаются в общей сборке между фланцами 1 и 2 с помощью многочисленных шпилек.
Наличие двух фланцев и большого числа стягивающих шпилек является основным недостатком аппаратов такого типа. Фланцы приходится изготавливать очень толстыми и тяжелыми, а шпилек нужно очень много.
Лучше выглядит аппарат с круглыми мембранными элементами, что обеспечивает более равномерное уплотнение (рис. 5.3). Перетоки из камеры в камеру обеспечиваются отверстиями на рабочем поле мембранного элемента. Края отверстий герметизируются специальным клеем.
Рис.5.3. Мембранный аппарат типа фильтр-пресс с круглыми мембранными элементами:
1 – дренаж; 2 – предохранительное кольцо; 3 – гладкая подложка; 4 – мембрана
Следующим шагом был аппарат с плоскими мембранными элементами, выполненными в виде колец (рис. 5.4). Исходный раствор последовательно омывает все мембранные элементы и промежуточные проставки, двигаясь по радиусам сначала от центра, затем к центру. Сжатие фланцев осуществляется одной центральной шпилькой. От каждого мембранного элемента пермеат отводится по прозрачной трубке в наружный коллектор.
Рис. 5.4. Мембранный аппарат с плоскими кольцеобразными мембранными
элементами
Основной недостаток мембранных аппаратов этого типа – тяжелые фланцы и довольно сложная система перетоков – практически полностью вытолкнул их с рынка мембранной техники. Интерес к ним периодически возвращается, когда появляются какие-либо уникальные решения, которые трудно реализовать в других конструкциях. Одно из них – мембранные аппараты для очистки крови на трековых мембранах. Как известно, трековые мембраны изготавливаются исключительно плоскими, и они абсолютно совместимы с кровью. На рисунке 5.5 представлен принцип действия такого аппарата.
Рис.5.5. Схема организации мембранного аппарата для очистки крови
методом плазмафереза
В одном аппарате содержится до 2 м2 мембраны, т.е. до 100 мембранных элементов. Ввод и вывод крови осуществляют через открытые торцы межмембранных камер (камер крови), а вывод прошедшей через мембраны плазмы – через открытые боковые стороны камер пермеата.
Вторым таким решением является использование вращающихся турбулизаторов для снятия влияния КП. Это определяет плоскую форму мембранных элементов (рис.5.6). Центральный вал, через который передается вращение на дисковые турбулизаторы, служит также коллектором для сбора и вывода концентрата. Исходный раствор подается в корпус аппарата и по радиальным каналам в кольцевых прокладках попадает в межмембранные камеры. Пермеат выходит по периферии мембранных элементов, собирается в каналах вокруг стягивающих шпилек и выводится через штуцер на нижнем фланце.
Плотность упаковки мембран в аппаратах этого типа – до 150 м2/м3, только в плазмафильтрах – до 400 м2/м3.