МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1999 года по МПК B01D63/06 

Изобретение относится к трубчатым мембранным аппаратам для очистки жидкостей, в частности очистки сточных вод промышленных предприятий, очистки природных вод в системах водоснабжения, очистки смазочно-охлаждающих жидкостей. Трубчатые мембранные аппараты включаются в технологические процессы регенерации отработанных масел и моющих растворов; применяются для концентрирования растворов ферментов, осветления соков и т.д.

Известен мембранный модуль [1], содержащий пакет трубчатых мембранных элементов с наружным фильтрующим слоем, закрепленных в трубных решетках, заключенных в корпус с патрубками подвода очищаемой жидкости, отвода очищенной жидкости и концентрата, причем мембранные элементы закреплены в трубной решетке накидными гайками или коническими втулками.

Указанный мембранный модуль имеет относительно высокую трудоемкость при изготовлении и сборке, так как для крепления трубок используются точеные детали - накидные гайки или конические втулки. Вместе с тем при обработке высокотемпературных сред жесткое соединение трубок с трубными решетками приводит к возникновению в конструкции высоких термических напряжений.

Известен аппарат [2], содержащий патрубки подачи жидкости, отвода концентрата и фильтрата, трубчатые мембранные элементы с наружным фильтрующим слоем, жестко укрепленные с одной стороны в трубной решетке, с другой стороны - в кольцевой чашке. Причем кольцевая чашка не закреплена и может перемещаться относительно корпуса. Со стороны чашки трубчатые мембранные элементы заглушены, со стороны трубной решетки они сообщаются с полостью вывода фильтрата.

В таком аппарате термические напряжения, возникающие при обработке высокотемпературных сред, устраняются за счет свободного перемещения кольцевой чашки относительно корпуса. В то же время на этапе импульсной промывки мембранных элементов обратным током очищенной жидкости основная нагрузка приходится на узел крепления мембранных элементов в трубной решетке. При этом кольцевая чашка поддерживается самими мембранными элементами и не может воспринять даже часть падающей нагрузки. Вставленные и закрепленные в гнездах решетки трубчатые мембранные элементы в условиях резкого колебания давления при промывке выдерживают ограниченное число циклов нагружения в ограниченном диапазоне давлений, следовательно срок службы аппарата сокращается. Кроме того, эффективность промывки увеличивается с увеличением давления и продолжительности. При высоких скоростях потока в межтрубном пространстве аппарата неизбежно возникновение колебаний, которые также оказывают разрушающее воздействие на узел крепления мембранных элементов к трубной решетке, сокращая срок его службы,
Целью настоящего изобретения является создание аппарата с пониженной металлоемкостью и трудоемкостью в изготовлении, работающего в широком диапазоне температурных режимов, допускающего проведение импульсной высокоскоростной промывки обратным током очищенной жидкости в течение всего срока службы без замены отдельных мембранных элементов, а также создание аппарата, противодействующего возникновению колебаний при высоких скоростях потока.

Поставленная цель достигается тем, что в мембранном аппарате, содержащем корпус с патрубками для подвода исходной жидкости, отвода очищенной жидкости и концентрата, трубные решетки с закрепленными в них трубчатыми мембранными элементами, согласно предложенному изобретению, один конец трубчатых мембранных элементов закрыт пробками из герметика и зажат опорной головкой с глухими отверстиями под каждый мембранный элемент. Другой конец мембранных элементов герметизирован с помощью двух трубных решеток, между которыми налит слой герметика и через слой герметика зажат перфорированным опорным диском с диаметром отверстий, равным внутреннему диаметру или меньшим внутреннего диаметра трубчатых мембранных элементов.

Предлагаемый мембранный аппарат изображен на чертеже.

Он состоит из корпуса 1 с патрубками подачи исходной жидкости 2, отвода концентрата 3 и очищенной жидкости 4, трубных решеток 5, 6 с мембранными элементами 7, перфорированного опорного диска 8 с диаметром отверстий, равным либо меньшим внутреннего диаметра мембранных элементов, опорной головки 9 с глухими отверстиями под каждый трубчатый элемент, отбойного щитка 10. Стержень II жестко соединяет трубную решетку 5 с опорной головкой 9. Существенным отличительным признаком предлагаемого устройства является упругая установка мембранных элементов в трубных решетках и опорной головке с использованием кислотощелочестойкого герметика. Каждый мембранный элемент с одной стороны закрыт пробками из герметика 12 и вставлен в соответствующее глухое отверстие опорной головки 9. С другой стороны мембранные элементы закреплены в неподвижных трубных решетках, соединенных между собой через слой герметика 13. Торец трубного пучка упирается в перфорированный опорный диск 8 также через слой герметика. Использование герметика в конструкции крепления мембранных элементов исключает протечки между полостью сбора очищенной воды и межтрубным пространством аппарата. В то же время герметик создает податливую упругую прослойку между трубным пучком и опорными элементами крепления. Это позволяет практически полностью компенсировать термические напряжения при работе аппарата с высокотемпературными средами, эффективно гасить напряжения в трубчатых элементах пучка, а также полностью устранить вибрации трубчатых мембранных элементов, либо уменьшить их частоту при работе с потоками высокой скорости. Все это позволяет успешно проводить высокоэффективную импульсную промывку мембранных элементов обратным током очищенной жидкости в данном аппарате.

Аппарат работает следующим образом. Исходная жидкость через патрубок 2 подается во внутреннюю полость цилиндрического корпуса 1. Двигаясь вдоль поверхности трубчатых мембранных элементов, исходная жидкость под напором 0.6-1.0 МПа фильтруется через боковую поверхность трубчатых мембранных элементов, очищается и через патрубок 4 выводится из аппарата. Неочищенная жидкость (концентрат) остается в полости цилиндрического корпуса и выводится из аппарата через патрубок 3. При гидравлической промывке мембранных элементов обратным током очищенной жидкости поток очищенной жидкости под напором 1.0-1.5 МПа через патрубок отвода очищенной воды 4 подается в аппарат. Далее, огибая отбойный щиток 10, поток очищенной жидкости проходит через опорный диск 8 во внутреннюю полость трубчатых мембранных элементов и проходит через трубчатые мембранные элементы, промывая и очищая их, затем смешивается с потоком исходной жидкости и выходит через патрубок 3. За счет того, что пучок трубчатых мембранных элементов жестко ограничен с двух сторон опорным диском и опорной головкой, рабочая нагрузка распределяется между двумя узлами крепления трубок. В то же время податливая упругая прослойка из герметика гасит энергию рабочего потока, что позволяет устранить напряжения в трубчатых элементах и практически полностью ликвидировать их колебания. Кроме того герметик гарантирует отсутствие протечек через соединения. Все выше перечисленные признаки предлагаемой конструкции мембранного аппарата делают его более надежным в эксплуатации, менее трудоемким и металлоемким в изготовлении по сравнению с существующими аналогами.

ПРИМЕР. Использованы трубчатые мембранные элементы из пористой керамики наружным диаметром 10 мм и длиной 800 мм с микропористым покрытием, обеспечивающим тонкость фильтрации на уровне 0.2-2.0 мкм. В изготовленном по приведенному выше описанию микрофильтрационном мембранном аппарате достигнут уровень давления 1 МПа при работе и 1.5 МПа при обратной промывке. Масса микрофильтрационного мембранного аппарата составила 5 кг, диаметр цилиндрического корпуса - 100 мм. Плотность упаковки трубчатых мембранных элементов составила 52 кв.м/куб.м.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент N 2050956, кл. В 01 D 63/06. Мембранный модуль. / Артемов Н.С. , Симаненков Э.И., Артемов В.Н., Кочетыгов С.М. - Опубл. 27.12.95.

2. Патент N 2102127, кл. В 01 D 63/06. Аппарат для фильтрации жидкости. /Терпугов Г.В., Мынин В.Н., Комягин Е.А. - Опубл. 20.01.98.

Изобретение относится к трубчатым мембранным аппаратам для очистки жидкости, в частности очистки сточных вод промышленных предприятий, природных вод в системах водоснабжения, очистки смазочно-охлаждающих жидкостей в процессах регенерации отработанных масел и моющих растворов и для концентрирования растворов ферментов, осветления соков и т.д. Мембранный аппарат содержит корпус с патрубками для подвода исходной жидкости, отвода очищенной жидкости и концентрата и трубные решетки с закрепленными в них трубчатыми мембранными элементами. Один конец трубчатых мембранных элементов закрыт пробками из герметика и зажат опорной головкой с глухими отверстиями под каждый мембранный элемент. Другой конец мембранных элементов герметизирован с помощью двух трубных решеток, между которыми налит слой герметика, и через слой герметика зажат перфорированным опорным диском с диаметром отверстий, равным внутреннему диаметру или меньшим внутреннего диаметра трубчатых мембранных элементов. Технический результат: уменьшение металлоемкости и трудоемкости в изготовлении, обеспечение широкого диапазона температурных режимов и возможности проведения импульсной высокоскоростной промывки обратным током очищенной жидкости в течение всего срока службы без замены отдельных мембранных элементов, создание аппарата, противодействующего возникновению колебаний при высоких скоростях потока. 1 ил.

Мембранный аппарат, состоящий из корпуса с патрубками для подвода исходной жидкости, отвода очищенной жидкости и концентрата, трубных решеток с закрепленными в них трубчатыми мембранными элементами, отличающийся тем, что один конец трубчатых мембранных элементов закрыт пробками из герметика и зажат опорной головкой с глухими отверстиями под каждый мембранный элемент, другой конец мембранных элементов герметизирован с помощью двух трубных решеток, между которыми налит слой герметика, и через слой герметика зажат перфорированным опорным диском с диаметром отверстий, равным внутреннему диаметру или меньшим внутреннего диаметра трубчатых мембранных элементов.