МНОГОКАНАЛЬНЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2004 года по МПК B01D69/10 B01D29/11 B01D39/20 

Изобретение относится к области создания фильтрующих керамических мембранных элементов с каналами для движения исходной среды, которые предназначены для разделения, концентрирования и очистки жидких и газообразных сред.

Наиболее близкими к предлагаемому изобретению являются многоканальные керамические фильтрующие элементы из описаний патентов DE 41 34 223 C1, FR 2 720 953-A1, FR 2 720 954-A1. Эти керамические элементы трубчатого типа имеют форму цилиндра и пронизаны идущими вдоль элемента параллельно друг другу внутренними каналами. На поверхность этих каналов нанесен пористый мембранный разделительный слой. По цилиндрическим каналам со скоростью 2-6 м/с движется исходная среда, которая подлежит разделению. Недостатками описанных керамических фильтрующих мембранных элементов трубчатого типа, является: высокая трудоемкость изготовления, обусловленная необходимостью формования большого количества внутренних каналов и нанесения на поверхность этих каналов мембранного слоя; недостаточная удельная поверхность разделяющего слоя, что применительно к процессу мембранного разделения снижает компактность аппаратов, и следовательно повышает их металлоемкость и энергоемкость в процессе эксплуатации; невозможность визуального и оптического контроля за нанесенным на поверхность внутренних каналов мембранным слоем.

Целью настоящего изобретения является: снижение трудоемкости изготовления многоканального керамического фильтрующего элемента трубчатого типа с каналами для движения исходного раствора, снижения трудоемкости нанесения и контроля пористого мембранного слоя, увеличение удельной поверхности разделения керамического мембранного элемента, а также упрощение регенерации (очистки каналов мембранного элемента), увеличение эффективности указанной регенерации и производительности процесса разделения.

Указанная цель достигается тем, что на наружной цилиндрической поверхности керамического элемента отформованы винтовые каналы, по которым протекает исходная разделяемая среда со скоростью 2-6 м/с. На поверхность указанных каналов нанесен мембранный слой.

Данные винтовые каналы в поперечном сечении представляют собой паз, ширина которого по средней линии в 4 раза меньше глубины. Угол наклона винтовой линии каналов должен быть менее 45°, так как от угла наклона винтовой линии зависит увеличение поверхности разделения. Данные о зависимости увеличения поверхности разделения от угла наклона винтовой линии приведены в таблице.

На фиг.1 схематично изображен предлагаемый многоканальный керамический элемент без ограничительной цилиндрической обечайки, на фиг.2 - с ограничительной обечайкой.

Многоканальный керамический фильтрующий элемент 1 с винтовыми каналами 2 вставляется в ограничивающую его по наружной поверхности цилиндрическую обечайку 3, которая обеспечивает ограничение площади сечения винтовых каналов и формирует направленное движение разделяемой среды с требуемой скоростью вдоль поверхности указанных каналов. Внутреннее отверстие 4 многоканального элемента служит для отвода потока, проходящего через мембрану.

Таким образом, формование винтовых каналов пазообразного типа на наружной поверхности цилиндрических керамических элементов с углом наклона винтовой линии α позволяет в 1,26-2,6 раза увеличить удельную поверхность разделительного (фильтрующего) слоя. Это в свою очередь позволяет увеличить компактность, уменьшить размеры, снизить металлоемкость аппаратов и установок для проточного фильтрования выполненных с применением указанных выше многоканальных керамических элементов.

Винтовой характер линии каналов обеспечивает дополнительную турбулизацию и завихрение потоков при движении в них исходной среды, что обеспечивает снижение концентрации исходной среды вблизи поверхности мембранного слоя канала и позволяет увеличить производительность процесса разделения.

Также расположение винтовых каналов на наружной поверхности керамического элемента значительно снижает трудоемкость его изготовления, а нанесение мембранного слоя на поверхность таких каналов позволяет облегчить формирование и контроль за нанесением мембранного слоя. Расположение винтовых каналов на наружной поверхности керамического элемента при снятой цилиндрической обечайке упрощает проведение регенерации мембранного слоя и увеличивает ее эффективность.

Многоканальный керамический фильтрующий элемент предназначен для разделения, концентрирования и очистки жидких и газообразных сред. Фильтрующий элемент выполнен в форме цилиндра с каналами на наружной поверхности. На поверхность каналов нанесен тонкий пористый мембранный слой. Каналы с мембранным слоем отформованы в виде винтовой линии пазообразного типа. Фильтрующий элемент вставлен в ограничивающую его обечайку. Внутреннее отверстие служит для отвода потока, проходящего через мембрану. Технический результат выражается в снижении трудоемкости изготовления многоканального керамического фильтрующего элемента, снижении трудоемкости нанесения и контроля целостности пористого мембранного слоя, увеличении удельной поверхности разделения и производительности процесса разделения, упрощение регенерации фильтрующего элемента и повышение ее эффективности. 1 з.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Многоканальный керамический фильтрующий элемент, представляющий собой цилиндр с каналами, на поверхность которых нанесен тонкий пористый мембранный слой, отличающийся тем, что каналы с мембранным слоем для протекания разделяемой среды отформованы на наружной поверхности цилиндрического элемента по винтовой линии пазообразного типа с углом наклона 20-45°.2. Многоканальный керамический элемент по п.1, отличающийся тем, что керамический элемент вставлен в ограничивающую его по наружной поверхности цилиндрическую обечайку.