Мембранный модуль (варианты) и мембранное устройство (варианты)

Мембранный модуль (варианты) и мембранное устройство (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к мембранной технике для микро- и ультрафильтрации, в частности к устройствам для осуществления процессов мембранного разделения жидких и/или газообразных сред и/или массообменных процессов в медицинской, фармацевтической, химической, биотехнологической и других отраслях промышленности.

Вариант мембранного устройства для разделения крови (плазмофильтр мембранный) предназначен для разделения крови на плазму и эритроцитную массу при проведении процедуры плазмафереза в донорских целях для получения плазмы и аутоплазмы в учреждениях службы крови, а также в лечебных целях для детоксикации, иммуно- и реокоррекции в практическом здравоохранении на отделениях токсикологии, трансфузиологии, кардиологии, нефрологии, эндокринологии, аллергологии, пульмонологии, онкологии, дерматологии, наркологии, неврологии и др.; в акушерстве и гинекологии, педиатрии, реанимации, хирургии; в условиях клиник, больниц, в службе скорой помощи, в военно-полевой медицине и в условиях медицины катастроф.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известно массообменное устройство, содержащее набор опорных элементов, расположенные между ними полупроницаемые мембраны и приспособления для стяжки опорных элементов, причем опорные элементы и мембраны имеют соосные отверстия для ввода и вывода жидкости, а опорные элементы выполнены с выемками вокруг отверстий [1]. Герметизацию камер разделяемой среды и пермеата в данном устройстве осуществляют путем стяжки опорных элементов и механического прижатия мембранного материала к герметизирующим элементам.

Недостатками данного устройства являются невозможность его массового производства вследствие низкой технологичности его изготовления, обусловленной сложностью изготовления опорных элементов и необходимостью тщательной центровки отверстий подвода и отвода разделяемой среды и отвода пермеата в мембранах и опорных элементах, а также невозможность использования трековых (ядерных) мембран, так как они при герметизации путем механического сжатия повреждаются (лопаются).

Известно массообменное устройство, содержащее набор полупроницаемых гофрированных пластин, зажатых между двумя опорными элементами [2]. Конструкция данного устройства позволяет исключить располагаемые обычно между мембранами сепарационные элементы, однако она отличается сложностью изготовления полупроницаемых пластин, что ограничивает массовость производства из-за низкой технологичности изготовления.

Известно мембранное устройство, содержащее прямоугольный корпус с коллекторами подвода и отвода разделяемой среды и отвода пермеата, и мембранный модуль, выполненный в виде блока, образованного сложенной складками мембраны и расположенными между складками сепарационными элементами [3]. Торцовые кромки модуля герметизированы заливкой пластиком по всей высоте герметиком. Конструкция данного устройства позволяет организовать только штучное производство, что свидетельствует о его низкой технологичности. Кроме этого для обеспечения проточности разделяемой среды между складками мембранного материала установлены дополнительные каналообразующие элементы, что приводит к образованию неравномерного распределения потоков и образованию застойных зон, что снижает производительность работы устройства.

Известен мембранный аппарат [4], состоящий из корпуса со штуцерами ввода разделяемой среды и вывода продуктов мембранного элемента, выполненного в виде герметизированного по трем сторонам сложенного гармошкой пакета из двух плоских полупроницаемых мембран и размещенного между ними дренажа, а также обоймы из отвержденного герметика, в которой закреплена негерметизированная сторона пакета, причем аппарат снабжен непроницаемой перегородкой, расположенной между корпусом и мембранным элементом, а также непроницаемым чехлом, расположенным вокруг незакрепленной части мембранного элемента и герметично сочлененным с непроницаемой перегородкой.

Данный мембранный аппарат позволяет несколько улучшить гидродинамические характеристики потока разделяемой смеси за счет предотвращения смешивания исходной разделяемой смеси и концентрата, однако он недостаточно эффективен в эксплуатации и характеризуется обусловленной сложностью конструкции, низкой технологичностью изготовления мембранного аппарата.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническом результату (прототипом) является мембранный аппарат для проведения процессов массообмена и/или разделения жидких сред [5], содержащий корпус с патрубками подвода и отвода сред, размещенный в нем мембранный модуль, выполненный из набора плоских полупроницаемых мембран и средств герметизации, образующих две группы чередующихся камер для обмена сред или разделяемой среды и пермеата, открытых в направлении подвода и отвода сред, набора сепарационно-дренажных прокладок, размещенных в камерах, и элементы герметизации модуля в корпусе, причем средства герметизации импрегнированны в сетчатые сепараторы и выполнены в виде планок из материала, содержащего термопласт, расположенных вдоль направления движения сред и неразъемно соединенных с мембранами с образованием в местах контакта с ними опорных элементов в виде колонн, при этом элементы герметизации модуля в корпусе выполнены в виде выступов на внутренней поверхности корпуса и герметично соединены с опорными элементами. В этом аппарате мембранный модуль снабжен дополнительными планками, расположенными внутри камер по направлению движения сред, и дополнительными выступами на внутренней поверхности корпуса, дополнительные планки выполнены из материала, содержащего термопласт, неразъемно соединены с мембранами с образованием в местах контакта с ними дополнительных опорных элементов в виде колонн, а дополнительные выступы герметично соединены с дополнительными опорными элементами, причем в качестве мембран используют трековые (ядерные) мембраны.

От традиционных мембран, получаемых методами химической технологии, трековые (ядерные) мембраны отличаются высокой однородностью геометрических размеров и правильностью форм пор, высокой селективностью по отношению к выделяемому компоненту, очень низкой адсорбцией компонентов разделяемых сред поверхностью мембраны, биологической инертностью, полной совместимостью с большинством разделяемых сред (компонентами крови) и низким травмирующим действием на разделяемые компоненты (форменные элементы крови). Главные преимущества трековых мембран - малая толщина и высокая однородность пор по размерам, что определяет низкое сопротивление течению филируемой среды, высокую селективность фильтрации, удерживание отделяемых частиц на поверхности мембраны и легкость регенерации, а также прозрачность, малый собственный вес и низкая адсорбция растворенных веществ.

Основные недостатки трековых (ядерных) мембран, ограничивающие до последнего времени их широкое практическое использование в мембранной технике - низкая прочность и склонность к растрескиванию, высокая электризуемость, что доказывает низкую технологичность.

Однако наряду с высокими функциональными показателями трековые мембраны отличаются малой толщиной (до 10 мкм), низкой механической прочностью (трековые мембраны обычно не выдерживают герметизацию прижатием к контурам герметизации и лопаются вследствие малой толщины), высокой электризуемостью и низкой адгезивностью по отношению к традиционным клеям.

Сложностью использования трековых мембран, наиболее эффективных по сравнению с другими типами мембран, является также то, что они при герметизации путем механического сжатия повреждаются (трескаются).

Кроме этого наличие в аппарате по прототипу проложенных между трековыми мембранами сепарационных элементов в виде сеток приводит к чрезвычайно неравномерному распределению истоков по мембране и образованию застойных зон, что в свою очередь существенно снижает производительность разделения и массобмена.

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ

Целью изобретения и достигаемым при его использовании техническим результатом является повышение технологичности изготовления и эффективности функционирования мембранных модулей и мембранных аппаратов, обеспечение возможности ускоренной замены отработанных мембранных модулей и использования в качестве мембранного материала практически любых мембран, в том числе и наиболее предпочтительных трековых (ядерных) мембран.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Поставленная цель и требуемый технический результат достигаются тем, что в мембранном модуле для разделения сред или массообмена, содержащем набор пористых мембран, рельефных элементов и средств герметизации, образующих чередующиеся камеры разделяемой среды и пермеата, согласно изобретению рельефные элементы выполнены в виде расположенных внутри камер разделяемой среды и пермеата и прикрепленных к поверхности мембран нитей и контуров герметизации с образованием в камерах разделяемой среды и пермеата продольно и поперечно ориентированных каналов для разделяемой среда и пермеата, открытых в направлении подвода и отвода разделяемой среды и пермеата.

При этом мембраны, нити и контуры герметизации со стороны подвода и отвода разделяемой среды соединены друг с другом с образованием клиновидных кромок, направленных сужениями в стороны подвода и отвода разделяемой среды с возможностью повышения герметичности камер и снижения гидродинамического сопротивления при подводе и отводе разделяемой среды.

При этом мембраны, нити и контуры герметизации в местах их соприкосновения соединены между собой посредством клея, клея-расплава, термосварки, сварки токами высокой частоты, сварки ультразвуком или посредством вплавления материала нитей и контуров герметизации в поры мембраны с образованием упрочняющего каркаса.

Кроме этого прикрепленные к поверхностям мембран нити и контуры герметизации расположены в камерах разделяемой среды и пермеата преимущественно параллельно друг другу равномерно или неравномерно удаленно друг от друга и выполнены преимущественно монолитными с преимущественной толщиной от 10 до 1000 мкм круглого, овального или многоугольного сечения с малой площадью контакта с поверхностью мембраны.

При этом мембранный модуль в качестве мембран содержит трековые мембраны из полимерной пленки с преимущественной толщиной от 5 до 20 микрон с калиброванными порами диаметром от 0,05 до 1,0 микрона, с плотностью пор от 1×10⁵ до 3×10⁹ на 1 см² или содержит сетчатые микрофильтрационные мембраны, например, из полисульфона, полиэфирсульфона, полиимидов, полиэфиримидов, полиакрилонитрила или сложных эфиров целлюлозы.

При этом прикрепленные к поверхностям мембран нити и контуры герметизации выполнены из полимерного термопластичного материала, например из полимерного материала на основе полиэтилентерефталата, полиамида, севилена или литьевого фторопласта, а прикрепленные к поверхности мембраны контуры герметизации выполнены монолитными или композитными, квадратного, прямоугольного или трапециевидного сечения.

Толщина прикрепленных к поверхностям мембран контуров герметизации выполнена соразмерной толщине прикрепленных к мембранам и расположенных в камерах разделяемой среды и пермеата нитей преимущественно от 10 до 1000 мкм, а мембраны, нити и контуры герметизации изготовлены из полимерного материала с рабочим диапазоном температур от -65°С до +150°С, с водопоглощением при 25°С в течение 7 суток не более 0,5% и с возможностью стерилизации в автоклавах или радиационным способом, например из полимерного материала на основе полиэтилентерефталата или полипропилена.

Кроме этого контуры герметизации могут быть выполнены в виде полос из нескольких расположенных рядом или вплотную друг к другу нитей или в виде полос из термопластичного материала, из термопластичного материала с расположенными внутри нитями или из клея расплава, а сам мембранный модуль выполнен квадратного или прямоугольного сечения преимущественно в форме плоского параллепипеда.

Поставленная цель и требуемый технический результат достигаются тем, что в мембранном модуле для разделения сред или массообмена, содержащем набор наружных стенок, пористых мембран, рельефных элементов и средств герметизации, образующих чередующиеся камеры разделяемой среды и пермеата, согласно изобретению рельефные элементы выполнены в виде расположенных внутри камер разделяемой среды и пермеата и прикрепленных к поверхности мембран нитей и контуров герметизации с образованием в камерах разделяемой среды и пермеата продольно и поперечно ориентированных каналов для разделяемой среда и пермеата, открытых в направлении подвода и отвода разделяемой среды и пермеата, причем мембраны, нити и контуры герметизации со стороны подвода и отвода разделяемой среды в нем соединены друг с другом с образованием клиновидных кромок, направленных сужениями в стороны подвода и отвода разделяемой среды с возможностью повышения герметичности камер и снижения гидродинамического сопротивления при подводе и отводе разделяемой среды.

В данном варианте конструктивного исполнения мембранного модуля:

наружные стенки, мембраны, нити и контуры герметизации в местах их соприкосновения соединены между собой посредством клея, клея-расплава, термосварки, сварки токами высокой частоты, сварки ультразвуком или посредством вплавления материала нитей и контуров герметизации в поры мембраны с образованием упрочняющего каркаса;

прикрепленные к поверхностям мембран нити и контуры герметизации расположены в камерах разделяемой среды и пермеата преимущественно параллельно друг другу;

прикрепленные к поверхностям мембран нити выполнены преимущественно монолитными с преимущественной толщиной от 10 до 1000 мкм круглого, овального или многоугольного сечения с малой площадью контакта с поверхностью мембраны;

прикрепленные к поверхности мембраны нити расположены в камерах разделяемой среды и пермеата равномерно или неравномерно удаленно друг от друга;

в качестве мембран содержатся трековые мембраны из полимерной пленки с преимущественной толщиной от 5 до 20 микрон с калиброванными порами диаметром от 0,05 до 1,0 микрона, с плотностью пор от 1×10⁵ до 3×10⁹ на 1 см² или в качестве мембран содержатся сетчатые микрофильтрационные мембраны, например, из полисульфона, полиэфирсульфона, полиимидов, полиэфиримидов, полиакрилонитрила или сложных эфиров целлюлозы;

прикрепленные к поверхностям мембран нити и контуры герметизации выполнены из полимерного термопластичного материала, например из полимерного материала на основе полиэтилентерефталата, полиамида, севилена или литьевого фторопласта, прикрепленные к поверхности мембраны контуры герметизации выполнены монолитными или композитными, квадратного, прямоугольного или трапециевидного сечения, а толщина прикрепленных к поверхностям мембран контуров герметизации выполнена соразмерной толщине прикрепленных к мембранам нитей преимущественно от 10 до 1000 мкм;

мембраны, нити и контуры герметизации изготовлены из полимерного материала с рабочим диапазоном температур от -65°С до +150°С, с водопоглощением при 25°С в течение 7 суток не более 0,5% и с возможностью стерилизации в автоклавах или радиационным способом, например из полимерного материала на основе полиэтилентерефталата или полипропилена;

контуры герметизации выполнены в виде полос из нескольких расположенных рядом или вплотную друг к другу нитей или в виде полос из термопластичного материала, из термопластичного материала с расположенными внутри нитями или из клея расплава;

мембранный модуль выполнен преимущественно квадратного или прямоугольного сечения преимущественно в форме плоского параллепипеда.

Поставленная цель и требуемый технический результат достигаются также тем, что в мембранном устройстве для разделения сред, содержащем корпус, коллектор разделяемой среды с патрубком подвода разделяемой среды, коллектор пермеата с патрубком отвода пермеата и размещенный в корпусе мембранный модуль из набора пористых мембран с рельефными элементами и средствами герметизации, образующих чередующиеся камеры разделяемой среды и пермеата, согласно изобретению рельефные элементы выполнены в виде прикрепленных к поверхности мембран нитей и контуров герметизации с образованием в камерах разделяемой среды и пермеата продольно и поперечно ориентированных каналов для разделяемой среды и пермеата, открытых в коллекторы разделяемой среды и пермеата со сторон подвода и отвода разделяемой среды и пермеата.

При этом данный вариант мембранного устройства содержит мембранный модуль, конструктивно выполненный по одному из вышеописанных вариантов, и содержит средства герметизации мембранного модуля в корпусе.

При этом мембранное устройство и его элементы, включая коллектор разделяемой среды с патрубком разделяемой среды, коллектор пермеата с патрубком пермеата и размещенный в корпусе мембранный модуль из набора пористых мембран с рельефными элементами и средствами герметизации изготовлены из полимерного материала с рабочим диапазоном температур от -65°С до +150°С, с возможностью стерилизации в автоклавах или радиационным способом и с водопоглощением при 25°С в течение 7 суток не более 0,5%, например из полимерного материала на основе полиэтилентерефталата или полипропилена.

Поставленная цель и требуемый технический результат достигаются также тем, что в мембранном устройстве для разделения сред, содержащем корпус, коллектор подвода разделяемой среды с патрубком подвода разделяемой среды, коллектор отвода разделяемой среды с патрубком отвода разделяемой среды, коллектор пермеата с патрубком отвода пермеата и размещенный в корпусе мембранный модуль или мембранный элемент из набора пористых мембран с рельефными элементами и средствами герметизации, образующих чередующиеся камеры разделяемой среды и пермеата, согласно изобретению рельефные элементы в мембранном модуле выполнены в виде прикрепленных к поверхности мембран нитей и контуров герметизации с образованием в камерах разделяемой среды и пермеата продольно и поперечно ориентированных каналов для разделяемой среда и пермеата, открытых в коллекторы разделяемой среды и пермеата со сторон подвода и отвода разделяемой среды и пермеата.

При этом данный вариант мембранного устройства содержит мембранный модуль, конструктивно выполненный по одному из вышеописанных вариантов, и содержит средства герметизации мембранного модуля в корпусе, а в самом аппарате корпус, коллектор разделяемой среды с патрубком разделяемой среды, коллектор пермеата с патрубком пермеата и размещенный в корпусе мембранный модуль из набора пористых мембран с рельефными элементами и средствами герметизации изготовлены из полимерного материала с рабочим диапазоном температур от -65°С до +150°С, с возможностью стерилизации в автоклавах или радиационным способом и с водопоглощением при 25°С в течение 7 суток не более 0,5%, например из полимерного материала на основе полиэтилентерефталата или полипропилена.

Поставленная цель и требуемый технический результат достигаются также тем, что в мембранном устройстве для разделения сред, содержащем корпус, коллектор подвода среды с массообмениваемым компонентом с патрубком подвода среды с обмениваемым компонентом, коллектор отвода среды с обмениваемым компонентом с патрубком отвода среды с обмениваемым компонентом, коллектор подвода пермеата с патрубком отвода пермеата коллектор отвода пермеата с патрубком отвода пермеата и размещенный в корпусе мембранный модуль или мембранный элемент из набора пористых мембран с рельефными элементами и средствами герметизации, образующими чередующиеся камеры среды с обмениваемым компонентом и пермеата, согласно изобретению рельефные элементы в мембранном модуле выполнены в виде прикрепленных к поверхности мембран нитей и контуров герметизации с образованием в камерах среды с обмениваемым компонентом и пермеата продольно и поперечно ориентированных каналов для среды с обмениваемым компонентом и пермеата, открытых в коллекторы среды с обмениваемым компонентом и пермеата со сторон подвода и отвода среды с обмениваемым компонентом и пермеата.

При этом данный вариант мембранного устройства содержит мембранный модуль, конструктивно выполненный по одному из вышеописанных вариантов, и содержит средства герметизации мембранного модуля в корпусе, а в самом мембранном аппарате корпус, коллекторы, патрубки и размещенный в корпусе мембранный модуль из набора пористых мембран с рельефными элементами и средствами герметизации изготовлены из полимерного материала с рабочим диапазоном температур от -65°С до +150°С, с возможностью стерилизации в автоклавах или радиационным способом и с водопоглощением при 25°С в течение 7 суток не более 0,5%, например из полимерного материала на основе полиэтилентерефталата или полипропилена.

Поставленная цель и требуемый технический результат достигаются также тем, что в мембранном устройстве для разделения крови (в плазмофильтре), содержащем корпус, коллектор подвода крови с патрубком подвода крови, коллектор отвода крови с патрубком отвода крови, коллектор плазмы с патрубком отвода плазмы и размещенный в корпусе мембранный модуль из набора пористых мембран с рельефными элементами и средствами герметизации, образующими чередующиеся камеры крови и плазмы, согласно изобретению рельефные элементы в мембранном модуле выполнены в виде прикрепленных к поверхности мембран нитей и контуров герметизации с образованием в камерах крови и плазмы продольно и поперечно ориентированных каналов для крови и плазмы, открытых в коллекторы крови и плазмы со сторон подвода и отвода крови и отвода плазмы.

При этом в мембранном модуле плазмофильтра мембраны, нити и средства герметизации со стороны подвода и отвода разделяемой среды соединены друг с другом с образованием клиновидных кромок, направленных сужениями в стороны подвода и отвода разделяемой среды с возможностью повышения герметичности камер и снижения гидродинамического сопротивления при подводе и отводе разделяемой среды.

При этом в мембранном устройстве для разделения крови корпус, коллектор крови с патрубком крови, коллектор плазмы с патрубком плазмы и размещенный в корпусе мембранный модуль из набора пористых мембран с рельефными элементами и средствами герметизации изготовлены из полимерного материала с рабочим диапазоном температур от -65°С до +150°С, с возможностью стерилизации в автоклавах или радиационным способом и с водопоглощением при 25°С в течение 7 суток не более 0,5%, например из полимерного материала на основе полиэтилентерефталата или полипропилена, а в качестве мембран преимущественно содержит трековые мембраны из полимерной пленки с преимущественной толщиной от 5 до 20 микрон с калиброванными порами диаметром от 0,05 до 1,0 микрона, с плотностью пор от 1×10⁵ до 3×10⁹ на 1 см².

При этом данный вариант мембранного устройства для разделения крови содержит мембранный модуль, конструктивно выполненный по одному из вышеописанных вариантов, содержит средства герметизации мембранного модуля в корпусе и выполнен преимущественно в форме плоского параллепипеда.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1, 2, 3 показаны варианты конструктивного исполнения исходных мембранных элементов, используемого при изготовлении заявляемых мембранных модулей и аппаратов, состоящие из пористой мембраны 1 с прикрепленными к ее поверхности рельефными элементами в виде продольно или поперечно расположенных нитей 2 и контуров герметизации 3, выполненных монолитными (фиг.1), композитными (фиг.2), где внутри контура герметизации расположены нити, или образованного набором рядом расположенных нитей 4 (фиг.3);

на фиг.4 и 5 показана схема изготовления заготовки мембранного модуля путем наложения и соединения двух мембранных элементов, состоящих из пористой мембраны 1 с прикрепленными к ее поверхности рельефными элементами в виде продольно или поперечно расположенных нитей 2 и контуров герметизации 3 и/или рядом расположенных нитей 4;

на фиг.6, 7 показаны конструкции заготовок мембранных модулей, изготовленных путем наложения и соединения двух мембранных элементов, состоящих из пористой мембраны 1 с прикрепленными к ее поверхности рельефными элементами в виде продольно или поперечно расположенных нитей 2 и контуров герметизации 3 и/или рядом расположенных нитей 4, с получением со сторон подвода и отвода разделяемой среды клинообразного герметичного и упрочняющего конструкцию соединения 10, направленного сужением (острыми ребрами соединения) 11 в стороны подвода и отвода разделяемой среды с образованием открытых в направлении движения разделяемой среды каналов;

на фиг.7 и 8 показана схема изготовления мембранных модулей из описанных выше заготовок с соединением их между собой и прикреплением к полученному блоку заготовок нижней стенки 5 и верхней стенки 6 с получением одного из вариантов заявляемого мембранного модуля с наружными стенками;

на фиг.9 изображен вариант конструкции мембранного модулей из описанных выше заготовок с соединением их между собой без наружных стенок, предназначенный для установки в корпус мембранного аппарата с наружными стенками;

на фиг.10 изображен вариант конструктивного исполнения мембранного аппарата для «тупиковой» фильтрации, содержащего корпус из боковых элементов 14, коллектор разделяемой среды 8 с патрубком подвода разделяемой среды 7, коллектор пермеата 13 с патрубком отвода пермеата 12 и размещенный в корпусе мембранный модуль из набора пористых мембран 1 с рельефными элементами в виде нитей 2 и средствами герметизации, образующих чередующиеся камеры разделяемой среды и камеры пермеата 9;

на фиг.11 изображен вариант конструктивного исполнения мембранного апапарата для «проточной» фильтрации (разделения крови, плазмофильтрации), содержащего корпусные элементы 14, коллектор подвода разделяемой среды 8 с патрубком подвода разделяемой среды 7, коллектор отвода разделяемой среды 17 с патрубком отвода разделяемой среды 18, коллектор пермеата 13 с патрубком отвода пермеата 12 и размещенный в корпусе мембранный модуль из набора пористых мембран 1 с рельефными элементами в виде нитей 2 и средствами герметизации, образующих чередующиеся камеры разделяемой среды и камеры пермеата 9, с образованием в камерах разделяемой среды и пермеата 9 продольно и поперечно ориентированных каналов для разделяемой среды и пермеата, открытых в коллекторы разделяемой среды 8, 17 и коллектор пермеата 13 со сторон подвода и отвода разделяемой среды и пермеата;

на фиг.12 изображен вариант конструктивного исполнения «массообменного» мембранного аппарата, содержащего корпус с корпусными элементами 14, коллектор подвода среды с массообмениваемым компонентом 8 с патрубком подвода среды с обмениваемым компонентом 7, коллектор отвода среды с обмениваемым компонентом 17 с патрубком отвода среды с обмениваемым компонентом 18, коллектор подвода пермеата с патрубком подвода пермеата 16, коллектор отвода пермеата 13 с патрубком отвода пермеата 12 и размещенный в корпусе мембранный модуль из набора пористых мембран 1 с рельефными элементами в виде нитей 2 и средствами герметизации, образующими чередующиеся камеры среды с обмениваемым компонентом и камеры пермеата 9, в которых рельефные элементы в виде прикрепленных к поверхности мембран нитей и контуров герметизации с образованием в камерах среды с обмениваемым компонентом и камер пермеата продольно и поперечно ориентированных каналов для среды с обмениваемым компонентом и пермеата, открытых в коллекторы среды с обмениваемым компонентом и пермеата со сторон подвода и отвода среды с обмениваемым компонентом и пермеата.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Характерной особенностью данного изобретения является образование распределительно-сепарационной системы в камерах мембранных модулей посредством рельефных элементов в виде расположенных внутри камер разделяемой среды и пермеата и прикрепленных к поверхности мембран нитей и контуров герметизации с образованием в камерах разделяемой среды и пермеата продольно и поперечно ориентированных каналов для разделяемой среды и пермеата, открытых в направлении подвода и отвода разделяемой среды и пермеата.

Выполнение распределительно-сепарационной системы мембранных модулей и мембранных аппаратов в виде прикрепленных к поверхности мембран рельефных элементов в виде преимущественно параллельных нитей позволяет повысить эффективность разделения и массообмена за счет исключения застойных зон при движении разделяемых и массообменных сред.

Преимущественное применение профильных трековых мембран позволяет, по сравнению с другими используемыми в настоящее время мембранами, например обычными плоскими трековыми мембранами с сетчатыми сепараторами или мембранами на основе производных целлюлозы, существенно повысить эффективность разделения (отделения плазмы) и существенно уменьшить травмирование компонентов разделяемых сред (форменных элементов крови).

Использование в камерах разделяемых сред (маассобменных сред) и пермеата продольно и поперечно ориентированных нитей позволяет создать открытые в направлении движения сред каналы и равномерно распределить зоны соприкосновения мембран с сепарационными рельефными элементами по всей поверхности мембран, что существенно повышает сопротивляемость мембран действию трансмембранного давления и дает возможность повысить эффективность функционирования за счет возможности увеличения перепада давления в камерах, а также уменьшения толщины мембран без опасения механического повреждения мембран под действием трансмембранного давления.

При этом прикрепленные к поверхности мембран нити предотвращают образование складок из мембранного материала в процессе изготовления и эксплуатации мембранного модуля, которые могут возникать в случае свободного расположения мембран и которые иногда полностью закупоривают проходное сечение щелевых камер.

Кроме этого использование прикрепленных к пористой мембране нитей обеспечивает надежное соединение мембраны к зонам герметизации за счет нагрева под нагрузкой, при этом часть клея дополнительно вдавливается в поры мембран и это обеспечивает одновременно простую по технологической реализации, но надежную герметизацию камер и обеспечивает жесткость всей конструкции.

Наиболее предпочтительно использование заявляемых мембранных модулей и мембранных аппаратов на основе трековых мембран, особенно для разделения крови на плазму и эритроцитную массу, например при проведении процедуры плазмафереза в донорских целях для получения плазмы и аутоплазмы в учреждениях службы крови, а также и лечебных целях, для детоксикации, иммуно- и реокоррекции в практическом здравоохранении на отделениях токсикологии, трансфузиологии, кардиологии, нефрологии, эндокринологии, аллергологии, пульмонологии, онкологии, дерматологии, наркологии, неврологии и др.; в акушерстве и гинекологии, педиатрии, реанимации, хирургии; в условиях клиник, больниц, в службе скорой помощи и военно-полевой медицине, в ургентных случаях и в условиях медицины катастроф.

Используемая в модулях и аппаратах по изобретению рельефная пористая трековая мембрана с распределительной системой в виде ориентированных в направлении движения сред нитей для тангенциально фильтруемых к поверхности потоков по сравнению с обычной трековой мембраной имеет следующие преимущества:

высокую прочность и стойкость к растрескиванию, низкую электризуемость, что определяет ее повышенную технологичность;

практическое сохранение пористости и всех преимуществ исходной трековой мембраны.

Трековые (ядерные) мембраны, на основе полиэтилентерефталатной пленки (лавсана), в частности, характеризуются:

толщиной пленки от 5 до 12 мкм, при ширине до 320 мм; диаметром пор от 0,05 до 2,0 мкм; плотностью пор от 10 (в пятой степени) до 3×10⁹ (в девятой степени) на см²;

рабочим диапазоном температур от -65 до плюс +155°С, что допускает стерилизацию фильтров в автоклавах без каких-либо необратимых процессов;

негигроскопичностью, водопоглощением при 25°С в течение 7 суток - 0,5%;

пассивностью в биологическом отношении, отсутствием компонентов, которые могут мигрировать в фильтрат (следовательно, не требуется выщелачивания перед использованием);

возможностью регенерации путем отмыва фильтров тангенциальным потоком фильтрата или пульсирующим обратным потоком;

стойкостью при низких температурах, особенно характерных для криогенной техники;

устойчивостью к большинству кислот, органических растворителей, разбавленным растворам щелочей;

гладкой поверхностью, в отличие от рыхлой поверхности традиционных сетчатых мембранных фильтров типа «Millipore», «Владинор» и др., что способствует их возможному использованию в аналитических целях, в частности, при исследовании отфильтрованных продуктов методами оптической или электронной микроскопии;

малым собственным весом и весьма незначительной абсорбцией влаги, что позволяет использовать их для гравиметрического анализа;

малой зольностью, что существенно при количественном элементном анализе с помощью нейтронной активации и оптической спектроскопии;

высоким пропусканием светового потока, достаточным для микроскопических исследований;

полным отсутствием радиоактивности в материале фильтров (при облучении лавсана используется энергия ионов, при которых не протекают ядерные реакции);

полным задержанием частиц, превосходящих размеры пор, а следовательно, возможностью определения размеров задержанных частиц;

возможностью классификации частиц по размерам в процессе последовательной фильтрации через фильтры с различным (последовательно уменьшающимся) диаметром пор.

В качестве одного из примеров промышленной реализации изобретения были изготовлены и испытаны устройства для разделения крови в виде плазмофильтров мембранных, предназначенных для разделения крови на плазму и эритроцитную массу при проведении процедур плазмафереза в донорских целях для получения плазмы и аутоплазмы в учреждениях службы крови, а также в лечебных целях для детоксикации, иммуно- и реокоррекции в практическом здравоохранении на отделениях токсикологии, трансфузиологии, кардиологии, нефрологии, эндокринологии, аллергологии, пульмонологии, онкологии, дерматологии, наркологии, неврологии и др.; в акушерстве и гинекологии, педиатрии, реанимации, хирургии; в условиях клиник, больниц, в службе скорой помощи, в военно-полевой медицине, в ургентных случаях и в условиях медицины катастроф.

Технические характеристики плазмофильтра мембранного ПФМ-500

Таблица 1
Габаритные размеры, мм, не более	90×90×25
Масса, кг, не более	0,05
Объем начального заполнения, мл, не более	20
Номинальный поток крови, мл/мин	50
Давление крови на входе в плазмофильтр, мм рт.ст., не более	90
Выход плазмы от входного потока крови, %, не менее	30

Основным конструктивным элементом плазмофильтров на основе изобретения является мембранный модуль, представляющий собой многокамерное устройство с чередующимися плоскими щелевыми камерами крови и плазмы, разделенными трековой мембраной, в кровяных и плазменных камерах которых находятся рельефные элементы в виде нитей, служащие для формирования каналов для потоков жидкости в них. Мембранные модули могут заключаться между двумя полимерными пластинами, к которым по периметру привариваются коллекторы для подвода крови и отвода эритроцитной массы и плазмы. В таблице 1 показаны данные плазмофильтра мембранного ПФМ-500.

Главным функциональным элементом плазмофильтров по изобретению является рельефная трековая мембрана. Поры в мембране образуются при облуче