МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1999 года по МПК B01D61/08 

Изобретение относится к мембранным аппаратам для разделения жидких сред с помощью полупроницаемых мембран и может быть использовано в медицине, химической, пищевой, микробиологической отраслях промышленности, а также в технологических процессах обессоливания природных и сточных вод.

Известен мембранный аппарат [1] для разделения растворов, состоящий из цилиндрического корпуса с размещенными в нем мембранными элементами и плоских крышек с патрубками подвода раствора и вывода продуктов разделения. Крышки закреплены в корпусе с помощью стопорных пружинных колец в канавках на внутренней поверхности корпуса. Крышки герметизируются относительно корпуса посредством резиновых колец. Кольцевой зазор между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью мембранного элемента герметизируется с помощью уплотнений.

Конструкция описанного мембранного аппарата имеет ряд недостатков. Установка уплотнений между корпусом и мембранным элементом требует точной механической обработки всей внутренней поверхности корпуса. Герметичная установка крышек с помощью канавок в корпусе и стопорного кольца возможна только, если крышки имеют плоскую форму. Это влечет за собой неоправданное утяжеление конструкции и повышение ее материалоемкости. Так как аппарат работает при высоких избыточных давлениях, условия прочности требуют значительного увеличения толщины крышек плоской формы по сравнению со сферической или эллипсоидной. Кроме того, при установке крышек в корпусе резиновое кольцо заклинивает в канавке, что увеличивает трудоемкость процесса сборки.

Известен мембранный аппарат [2] для разделения растворов, содержащий неразъемный цилиндрический корпус с размешенными в нем мембранными элементами с фильтратоотводящими каналами и плоскими крышками с патрубками подвода разделяемого раствора и вывода продуктов разделения. Крышки закреплены в корпусе с помощью стопорных пружинных колец, установленных в канавках на внутренней поверхности корпуса. Мембранные элементы соединены между собой последовательно с помощью втулок. Втулки, снабженные резиновыми кольцами и уплотнениями, герметизируют поверхность стыка фильтратоотводящих каналов и герметично соединяют соседние мембранные элементы по внешней поверхности. На крышке с патрубком вывода концентрата выполнен кольцевой выступ, плотно охватывающий внешнюю поверхность последнего по ходу движения жидкости мембранного элемента. Герметичность этого стыка гарантируется посредством уплотнения.

В данном мембранном аппарате соединение мембранных элементов с помощью втулок и выполнение опорного кольцевого выступа на одной из крышек позволяет исключить из технологического процесса механическую обработку всей внутренней поверхности корпуса. Вместе с тем, указанный мембранный аппарат имеет относительно высокую трудоемкость при изготовлении и сборке большего количества последовательно соединенных мембранных элементов, когда неразборный цилиндрический корпус достигает значительных размеров. При этом заданный размер корпуса не позволяет гибко изменять количество последовательно соединенных мембранных элементов. Кроме того, герметичная установка крышек с помощью канавок в корпусе и стопорного кольца возможна только, если крышки имеют плоскую форму. Это влечет за собой неоправданное утяжеление конструкции и повышение ее материалоемкости. Помимо этого, поверхности корпуса и крышек в местах обоюдного контакта должны быть очень точно обработаны. Этот технологический процесс достаточно трудоемок и требует применения специального дорогостоящего оборудования.

Технической задачей настоящего изобретения является создание мембранного аппарата, имеющего более технологичную в изготовлении и удобную в эксплуатации конструкцию, с низкой материалоемкостью и повышенным удобством монтажа.

Указанный технический результат достигается тем, что в мембранном аппарате, содержащем цилиндрический корпус с размещенными в нем мембранными элементами с фильтратоотводящими каналами и соединительными втулками и крышки с патрубками для подвода исходной жидкости, отвода фильтрата и концентрата, согласно нашему изобретению цилиндрический корпус набран из отдельных обечаек, соединенных между собой с помощью бугелей через фланцы с уплотнительными кольцами из эластомера и имеющих внутри каждой обечайки мембранный элемент, с заднего торца которого установлено проставочное кольцо, а последний по ходу движения концентрата мембранный элемент зафиксирован упорным кольцом со стороны заднего торца, при этом боковая поверхность каждого мембранного элемента имеет эластичную манжету, опирающуюся на передний фланец обечайки. Причем втулки, соединяющие фильтратоотводящие каналы, выполнены цилиндрическими.

Кроме того, предлагаемый аппарат имеет тонкостенные крышки эллипсоидной формы, снабженные фланцами. С помощью бугелей фланцы крышек соединяются с ответными фланцами крайних обечаек через уплотняющие кольца из эластомера.

Предлагаемый мембранный аппарат изображен на чертеже.

Он состоит из цилиндрического корпуса, набранного из отдельных обечаек 1, крышек 2 с патрубками для подвода исходной жидкости 3, отвода пермеата 4 и концентрата 5, рулонных мембранных элементов 6. Фильтратоотводящие каналы 7 соседних мембранных элементов соединяются последовательно и герметично при помощи втулок 8. Обечайки корпуса крепятся между собой бугелями 9 через фланцы 10 с кольцами из эластомера 11. Каждый мембранный элемент имеет эластичную манжету 12, установленную на его боковой поверхности в специальной кольцевой канавке и обеспечивающую герметичность внутренней полости между обечайкой 1 и мембранным элементом 6 по внутренней поверхности переднего фланца 10. С заднего торца каждого мембранного элемента расположено проставочное кольцо 13, обеспечивающее соразмерность обечайки и соответствующего мембранного элемента. Последний по ходу движения концентрата мембранный элемент зафиксирован упорным кольцом 14 со стороны заднего торца.

Герметичность соединения крышек 2 с цилиндрическим корпусом обеспечивается фланцами 10 с кольцами из эластомера 11 и бугелями 9, а герметичность соединения крышек 2 с фильтратоотводящими каналами 7 обеспечивается соединительными втулками 8.

Аппарат работает следующим образом. Исходная жидкость подается под давлением через патрубок 3. Под действием рабочего давления мембранного процесса часть исходной жидкости (пермеат) проходит через разделительную мембрану в фильтратоотводящий канал 7. При этом концентрация веществ в оставшейся части жидкости увеличивается. По мере движения разделяемой жидкости через последовательно соединенные мембранные элементы 6 рабочее давление мембранного процесса падает, концентрация веществ в разделяемом потоке растет, количество образующегося пермеата уменьшается. Пермеат, заполняющий фильтратоотводящие каналы 7, выводится из аппарата через патрубки 4, а образующийся концентрат через патрубок 5. Эластичные манжеты 12, установленные на каждом мембранном элементе 6, создают застойные зоны в полости между внешней поверхностью мембранных элементов и корпусом аппарата. Благодаря этому изменяется гидравлика потока и устраняются зоны повышенной концентрации в указанной полости. Исходная жидкость и концентрат не смешиваются с фильтратом благодаря герметичному соединению фильтратоотводящих каналов 7 между собой и с патрубками вывода пермеата 4.

Предлагаемый мембранный аппарат отличается простотой изготовления, так как не имеет сложных деталей, требующих точной обработки. Одновременно модульная конструкция аппарата позволяет быстро изменять количество последовательно соединенных мембранных элементов в зависимости от исходных данных или условий эксплуатации. Кроме того, предлагаемая конструкция позволяет существенно облегчить сборку при большом количестве соединяемых мембранных элементов по сравнению со сборкой аппарата, имеющего неразборный цилиндрический корпус. В то же время конструкция аппарата не требует точной механической обработки всей внутренней поверхности корпуса, так как под установку уплотняющих манжет обрабатывается только поверхность фланцев. Вместе с тем, использование бугелей в узлах крепления крышек к корпусу позволяет значительно облегчить конструкцию самих крышек и понизить материалоемкость изделия.

По приведенному выше описанию был изготовлен аппарат, содержащий два обратноосмотических рулонных мембранных элемента типа 8040 с наружным диаметром 200 мм и длиной 1016 мм. Данный аппарат входил в состав комплекса по переработке минерализованных вод и предназначался для концентрирования солоноватых вод с получением пресной воды. Общее солесодержание исходной воды, поступавшей на вход мембранного аппарата, составляло 10 г/л, расход исходной воды 10 м³/ч. Аппарат был рассчитан на степень концентрирования, равную 1.4 и имел производительность по пермеату 3 м³/ч, по концентрату 7 м³/ч. При этом рабочее давление мембранного процесса достигало 1 МПа.

В процессе эксплуатации аппарата изменились условия на входе. Расход исходного раствора, поступавшего на разделение, увеличился и составил 15 м³/ч. В то же время требования к степени концентрирования не изменились, она должна была остаться на прежнем уровне 1.4. Аппарат, включающий два мембранных элемента, не обеспечивал требуемую степень концентрирования в изменившихся условиях. Поэтому непосредственно на месте эксплуатации в его конструкцию был включен еще один мембранный элемент с несущей обечайкой, присоединенный с помощью бугелей и втулок. При этом степень концентрирования осталась на уровне 1.4, рабочее давление мембранного процесса - 1 МПа, а расходы концентрата и пермеата составили 10.7 и 4.7 м³/час соответственно. Полученный аппарат, включавший три мембранных элемента, удовлетворял изменившимся условиям эксплуатации. Включение третьего мембранного элемента в состав уже существующего аппарата увеличило компактность аппарата, а также значительно сократило количество необходимых коммутирующих деталей по сравнению с вариантом последовательного присоединения отдельного аппарата с одним мембранным элементом.

Источники информации
1. Патент РФ N 1685493, кл. B 01 D 61/08. Мембранный аппарат. Н.С.Артемов - Опубл. 23.10.91.

2. Патент РФ N 1806835, кл. B 01 D 61/08. Мембранный аппарат. Н.С.Артемов, Э.И.Симаненков, В.Н.Артемов, В.П.Ильин - Опубл. 07.04.93.

Изобретение относится к мембранным аппаратам для разделения жидких сред с помощью полупроницаемых мембран. Мембранный аппарат содержит цилиндрический корпус с размещенными в нем мембранными элементами с фильтратоотводящими каналами и соединительными втулками и крышки с патрубками для подвода исходной жидкости, отвода фильтрата и концентрата. Цилиндрический корпус набран из отдельных обечаек, соединенных между собой с помощью бугелей через фланцы с уплотнительными кольцами из эластомера и имеющих внутри каждой обечайки мембранный элемент, с заднего торца которого установлено проставочное кольцо. Последний по ходу движения концентрата мембранный элемент зафиксирован упорным кольцом со стороны заднего торца. Боковая поверхность каждого мембранного элемента имеет эластичную манжету, опирающуюся на передний фланец обечайки. Втулки, соединяющие фильтратоотводящие каналы, выполнены цилиндрическими. Аппарат имеет тонкостенные крышки эллипсоидной формы, снабженные фланцами. С помощью бугелей фланцы крышек соединяются с ответными фланцами крайних обечаек через уплотняющие кольца из эластомера. Технический результат: обеспечение удобства в эксплуатации конструкции, обеспечение низкой материалоемкости и повышение удобства монтажа. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Мембранный аппарат, содержащий цилиндрический корпус с размещенными в нем мембранными элементами с фильтратоотводящими каналами и соединительными втулками и крышки с патрубками для подвода исходной жидкости, отвода фильтрата и концентрата, отличающийся тем, что цилиндрический корпус набран из отдельных обечаек, соединенных между собой с помощью бугелей через фланцы с уплотнительными кольцами из эластомера и имеющих внутри каждой обечайки мембранный элемент, с заднего торца которого установлено проставочное кольцо, а последний по ходу движения концентрата мембранный элемент зафиксирован упорным кольцом со стороны заднего торца, при этом боковая поверхность каждого мембранного элемента имеет эластичную манжету, опирающуюся на передний фланец обечайки, причем втулки, соединяющие фильтратоотводящие каналы, выполнены цилиндрическими. 2. Мембранный аппарат по п.1, отличающийся тем, что крышки выполнены тонкостенными и снабжены фланцами, соединенными с помощью бугелей через уплотнительные кольца из эластомера с фланцами крайних обечаек.