МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ С ПОГРУЖНЫМ ФИЛЬТРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ, ВРАЩАЮЩИМСЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ РАЗДЕЛЯЕМОГО ПОТОКА Российский патент 2004 года по МПК B01D63/16 B01D63/10 

Предлагаемое изобретение относится к области разделения растворов методами ультрафильтрации и обратного осмоса и может быть использовано в микробиологической, пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Известен аппарат для разделения растворов (Патент РФ 1793951, В 01 D 63/16, БИ 5, 1993 г. ), включающий корпус, фильтрующий элемент, патрубки ввода исходного раствора и вывода концентрата и фильтрата, причем фильтрующий элемент установлен с возможностью вращения навстречу подачи исходного раствора и выполнен в виде двух ленточных спиралей, образующих замкнутую полость.

Недостатками известного мембранного аппарата является использование механической энергии для привода фильтрующего элемента.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является мембранный аппарат с погружным фильтрующим элементом (Патент РФ 2148427, В 01 D 13/00, БИ 13, 2000 г.), содержащий корпус, состоящий из цилиндрической обечайки, двух усеченных конусов, один из которых выполнен из пористого тела, покрытого дренажным материалом, с нанесенной на него полупроницаемой мембраной, устройства для подачи в аппарат сжатого воздуха, входных и выходных патрубков, привода, фильтрующего элемента, состоящего из пористых тел, выполненных в виде коаксиально расположенных цилиндров, покрытых дренажным материалом, с нанесенной на него полупроницаемой мембраной и образующих между собой кольцевые каналы, причем в каналах, контактирующих с разделяемым раствором, и над поверхностью внешнего цилиндра установлены турбулизирующие устройства, фильтрующий элемент установлен параллельно образующей конической части корпуса с возможностью вращения при помощи привода, размещенного выше уровня разделяемого раствора, и армированного упругого шланга, соединенного неподвижно с полым валом фильтрующего элемента и патрубком отвода фильтрата.

Недостатками мембранного аппарата являются использование сжатого воздуха для создания движущей силы процесса, механической энергии для привода фильтрующего элемента и сложность его конструкции.

Техническая задача изобретения - повышение производительности аппарата за счет снижения уровня концентрационной поляризации и использование для создания движущей силы процесса кинетической энергии разделяемого потока с целью экономии энергии.

Поставленная задача достигается тем, что в мембранном аппарате с погружным фильтрующим элементом, вращающимся под действием разделяемого потока, содержащем корпус, состоящем из цилиндрической обечайки, конусообразного перфорированного днища, покрытого дренажным материалом, с нанесенной на него полупроницаемой мембраной, входных и выходных патрубков, полого фильтрующего элемента, покрытого дренажным материалом, с нанесенной на него полупроницаемой мембраной, установленного параллельно образующей конусообразного перфорированного днища корпуса с возможностью вращения и армированного упругого шланга, соединенного неподвижно с одной стороны с полым валом фильтрующего элемента, а с другой стороны с патрубками отвода фильтрата и подачи исходного раствора, новым является то, что на внутренней поверхности цилиндрической обечайки корпуса по периметру имеется направляющая, контактирующая с роликом, установленным на полом валу фильтрующего элемента, выполненного в виде спирали, полость которой последовательно соединена трубками коллектора с полостью армированного упругого шланга и патрубком отвода фильтрата, при этом фильтрующий элемент заключен в кожух, имеющий тангенциально расположенные отверстия.

Технический результат заключается в том, что тангенциальный выход концентрата позволяет повысить производительность аппарата за счет омывания струями продукта поверхности мембраны и уменьшаются энергетические затраты ввиду отсутствия механического привода.

На фиг.1 представлен общий вид мембранного аппарата с погружным фильтрующим элементом, вращающимся под действием разделяемого потока, II - увеличенный выносной фрагмент перфорированного днища, покрытого дренажным материалом, с нанесенной на него полупроницаемой мембраной, на фиг.2 - разрез фильтрующего элемента по А-А, III - увеличенный выносной фрагмент полого фильтрующего элемента в виде спирали, покрытого дренажным материалом, с нанесенной на него полупроницаемой мембраной, на фиг.3 - увеличенный выносной фрагмент I узла крепления корпуса мембранного аппарата с армированным упругим шлангом и соединение его с патрубками подачи исходного раствора и удаления фильтрата, а на фиг.4 - схема работы фильтрующего элемента.

Мембранный аппарат (фиг. 1) имеет корпус, состоящий из цилиндрической обечайки 1, конусообразного днища 2 с перфорациями 3, покрытого дренажным материалом 4, с нанесенной на него полупроницаемой мембраной 5, входного 6, и выходных патрубков 7, 8 и 9, полого фильтрующего элемента 10 (фиг.2) в виде спирали, покрытого дренажным материалом 11, с нанесенной на него полупроницаемой мембраной 12 и установленного параллельно образующей конусообразного перфорированного днища 2 корпуса.

Полость спирали фильтрующего элемента 10 последовательно соединена трубками коллектора 13 с центральной полостью 14 армированного упругого шланга 15 и патрубком отвода фильтрата 9, при этом фильтрующий элемент 10 заключен в кожух 16, имеющий тангенциально расположенные отверстия 17.

Кроме этого, армированный упругий шланг 15 соединен неподвижно с одной стороны с полым валом 18 фильтрующего элемента 10, а с другой стороны - с патрубками отвода фильтрата 9 и подачи исходного раствора 6.

При этом полый вал 18 соединен с периферийной полостью 19 и имеет тангенциальное отверстие 20 для подачи исходного раствора в межмембранный канал фильтрующего элемента 10.

Для обеспечения своевременного удаления фильтрата, прошедшего через полупроницаемую мембрану 5, расположенную на конусообразном перфорированном днище 2, служит сборник 21 с патрубком 8.

На внутренней поверхности цилиндрической обечайки 1 корпуса по периметру имеется направляющая 22, контактирующая с роликом 23, установленным на полом валу 18 фильтрующего элемента 10.

Корпус мембранного аппарата имеет съемную крышку 24, оборудованную предохранительным клапаном 25, манометром 26 и запорной арматурой, состоящей из болта стяжного 27 и маховичка 28.

Для обеспечения крепления в корпусе мембранного аппарата армированного упругого шланга 15 и соединения его с патрубками подачи исходного раствора 6 и удаления фильтрата 9 имеется гайка фиксирующая 29 и гайки прижимные 30, 31 (фиг.3).

С целью поддержания на необходимом уровне давления (например, 0,3-0,5 МПа) в мембранном аппарате на патрубке 7 установлен клапан (не показан).

Мембранный аппарат с погружным фильтрующим элементом, вращающимся под действием разделяемого потока, работает следующим образом.

Исходный раствор под давлением (например, 0,3-0,5 МПа), необходимым для разделения раствора, поступает через патрубок 6 по периферийной полости 19 армированного упругого шланга 15 тангенциально в межмембранные каналы спирали фильтрующего элемента 10 мембранного аппарата и разделяется с помощью полупроницаемой мембраны 12 (фиг.2) на фильтрат, удаляемый из полости спирали фильтрующего элемента 10 мембранного аппарата через трубки коллектора 13, центральную полость 14 армированного упругого шланга 15 и патрубок 9, и на концентрат, тангенциально выходящий из отверстий 17 кожуха 16 фильтрующего элемента 10, который дополнительно фильтруется на полупроницаемой мембране 5, расположенной на конусообразном перфорированном днище 3, и выводится из мембранного аппарата за его пределы через патрубок 7. При этом разделенный на мембране 12 и прошедший через нее фильтрат собирается в сборник 21 и удаляется затем через патрубок 8.

В результате воздействия энергии потока разделяемого раствора на криволинейную спиралеобразную поверхность каналов фильтрующего элемента 10 и взаимодействия его с продуктом, находящимся в корпусе аппарата, при тангенциальном выходе из отверстий 17 кожуха 16 происходит движение фильтрующего элемента по траектории, определяемой направляющей 22 (фиг.4).

При этом происходит омывание струями продукта поверхности мембраны 5 конусообразного перфорированного днища 2, что позволяет снизить уровень концентрационной поляризации раствора над мембраной 5, через которую осуществляется дополнительная фильтрация раствора и его окончательное концентрирование.

Сконцентрированный раствор продукта удаляется из аппарата через патрубок 7 после срабатывания клапана (не показан) при превышении уровня рабочего давления (например, 0,3-0,5 МПа).

Преимущества предлагаемого мембранного аппарата заключаются в следующем:
- размещение на внутренней поверхности цилиндрической обечайки корпуса по периметру направляющей, контактирующей с роликом, установленным на валу фильтрующего элемента, заключенного в кожух, имеющий тангенциально расположенные отверстия, позволяет использовать кинетическую энергию потока для движения фильтрующего элемента, а также снизить концентрационную поляризацию за счет омывания мембраны конусообразного перфорированного днища;
- выполнение фильтрующего элемента в виде спирали позволяет снизить гидравлическое сопротивление потока жидкости, проходящего по его каналам.

Мембранный аппарат относится к разделению растворов методами ультрафильтрации и обратного осмоса. Корпус мембранного аппарата состоит из цилиндрической обечайки, конусообразного перфорированного днища, покрытого дренажным материалом, с нанесенной на него полупроницаемой мембраной, входных и выходных патрубков. Полый фильтрующий элемент, покрытый дренажным материалом с нанесенной на него полупроницаемой мембраной, установлен параллельно образующей конусообразного перфорированного днища корпуса с возможностью вращения. Армированный упругий шланг соединен неподвижно с одной стороны с полым валом фильтрующего элемента, а с другой стороны с патрубками отвода фильтрата и подачи исходного раствора. На внутренней поверхности цилиндрической обечайки корпуса по периметру имеется направляющая, контактирующая с роликом, установленным на полом валу фильтрующего элемента. Фильтрующий элемент выполнен в виде спирали и заключен в кожух, имеющий тангенциально расположенные отверстия. Полость спирали последовательно соединена трубками коллектора с полостью армированного упругого шланга и патрубком отвода фильтрата. Техническим результатом является повышение производительности аппарата. 4 ил.

Мембранный аппарат с погружным фильтрующим элементом, вращающимся под действием разделяемого потока, содержащий корпус, состоящий из цилиндрической обечайки, конусообразного перфорированного днища, покрытого дренажным материалом, с нанесенной на него полупроницаемой мембраной, входных и выходных патрубков, полого фильтрующего элемента, покрытого дренажным материалом, с нанесенной на него полупроницаемой мембраной, установленного параллельно образующей конусообразного перфорированного днища корпуса с возможностью вращения, и армированного упругого шланга, соединенного неподвижно с одной стороны с полым валом фильтрующего элемента, а с другой стороны с патрубками отвода фильтрата и подачи исходного раствора, отличающийся тем, что на внутренней поверхности цилиндрической обечайки корпуса по периметру имеется направляющая, контактирующая с роликом, установленным на полом валу фильтрующего элемента, выполненного в виде спирали, полость которой последовательно соединена трубками коллектора с полостью армированного упругого шланга и патрубком отвода фильтрата, при этом фильтрующий элемент заключен в кожух, имеющий тангенциально расположенные отверстия.