СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ ПОЛУПРОНИЦАЕМЫХ СТЕНОК ГРАФИТОВЫХ ТРУБОК ГИПЕРФИЛЬТРАЦИОННЫХ УСТАНОВОК Российский патент 2012 года по МПК G01N15/00 

Процесс разделения растворов фильтрованием через мембраны с порами примерно <10Å (ангстрем) называется обратным осмосом или гиперфильтрацией. Гиперфильтрация - это непрерывный процесс молекулярного разделения растворов путем их фильтрования под давлением через полупроницаемые мембраны, задерживающие полностью или частично молекулы либо ионы растворенного вещества. При приложении давления выше осмотического осуществляется перенос растворителя в обратном направлении (от раствора к чистому растворителю через мембрану) и обеспечивается достаточная селективность очистки. Необходимое давление, превышающее осмотическое давление растворенного вещества в растворе, составляет 0,1-1 МПа при концентрации солей 2-5 г/л и 5-10 МПа при концентрации 20-30 г/л [1, 2].

При очистке сточных или природных вод, содержащих концентрацию солей от 5 до 20 г/л, используются полые графитовые трубки (рис.1). При этом величина избыточного давления составляет 2,5 МПа. С течением времени проницаемость указанных трубок существенно уменьшается из-за засорения примесями пор стенок фильтрационной трубки.

На рис.1 представлена схема очистки сточных и природных вод, где 1 - сточная или природная вода; 2 - пакет графитовых трубок; 3 - очищенная вода.

Предлагается для регенерации (для восстановления проницаемости стенки фильтра) графитовых трубок использовать давление 0,5 МПа, на которое налагается импульсное давление, создаваемое ультразвуковым преобразователем мощностью 4 кВт (то есть работающего в импульсном режиме, рис.2).

На рис.2 представлена схема регенерации, где 1 - «очищающий» раствор; 2 - пакет графитовых трубок; 3 - «грязный» раствор; 4 - ультразвуковой преобразователь, (например, магнитострикционный); А - герметичный сосуд с жидкостью, находящейся под давлением, в который вмонтированы графитовые трубки 2.

1. Прототип (аналог).

Краткое описание аналога. Для регенерации полых графитовых трубок используется высокое давление, свыше 10 МПа, которое налагается на «очищающий» раствор. Направление регенерирующего потока противоположно направлению течения в технологической схеме очистки сточных или природных вод (рис.1).

2. Недостатки и достоинства прототипа.

Недостатки:

1. Требуется дополнительный герметичный сосуд для регенерации фильтра при нагнетании «очищающего» раствора под давлением через внутреннюю поверхность графитовой трубки - со стороны, противоположной направлению потока 3 (рис.1).

2. Требуется высокое давление для регенерации фильтра.

Достоинство - относительная простота оборудования.

3. Предлагаемый способ отличается от прототипа:

1. В предлагаемом способе не используется дополнительный герметичный сосуд для нагнетания под давлением «очищающего» раствора - для регенерации фильтра.

2. Величина избыточного давления, используемого для регенерации фильтра с помощью ультразвука, значительно меньше значения давления, используемого в прототипе (~ на 2 порядка).

3. При использовании импульсного давления ультразвука существенно (чрезвычайно) сокращается скорость регенерации фильтра (~ до 10 секунд).

4. Простота и эффективность технологической схемы регенерации фильтра с помощью ультразвука по сравнению с прототипом.

4. Результаты экспериментов, подтверждающие правомерность положений предлагаемого способа.

В работах [3-5] экспериментально показаны:

1. Способность граничного слоя поровых каналов графитовых трубок выдерживать давление напора 2,5 МПа понижается при действии ультразвука до 0,5 МПа, т.е. в 5 раз.

2. В задаче разрушения с помощью ультразвука облитерационного слоя в капилляре проведен опыт на установке, состоящей из герметичного сосуда вместимостью 3 л. Внутрь этого сосуда вмонтирован ультразвуковой преобразователь мощностью 50 Вт, излучающий колебания с частотой 22 кГц.

Из сосуда через латунный капилляр диаметром 225 мкм, длиной 5 мм по каплям вытекала вода с примесями, моделирующая пропиточный состав. Излучатель ультразвука не соприкасается с капилляром и располагался на расстоянии 10 см от входного отверстия капилляра. График изменения расхода жидкости S_nL(t) приведен на рис.3, из которого видно, что воздействие ультразвука увеличивает исходное количество расхода жидкости в 23 раза.

На рис.3 показана временная зависимость расхода «пропиточной» жидкости при разрушении облитерации капилляра с помощью ультразвука, где а - включение; в - отключение ультразвукового преобразователя.

Преимущества заявленного изобретения:

1. Предлагаемый способ позволяет существенно (чрезвычайно) сократить время регенерации фильтра (~ до 10 секунд).

2. Необходимое значение давления напора для регенерации фильтра при действии импульсного давления, создаваемого ультразвуковым преобразователем, понижается на 2 порядка по сравнению с прототипом.

Источники информации

1. Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Воронов Ю.В. Очистка производственных сточных вод. - М.: Стройиздат, 1979. - С.148.

2. Береза А.Н., Коробов Ю.М. Водоснабжение на ж.-д. транспорте. - М.: Транспорт, 1991. - С.266-267.

3. Ванников В.Ц. Исследование проницаемости фильтров для очистки сточных вод // Экология промышленного производства. - 2006. - №1. - С.39-40.

4. Ванчиков В.Ц. Гидродинамические свойства и методы управления вязким подслоем технических систем. Канд. дис. Улан-Удэ: Восточ. - Сибир. гос. технол. ун-т, 2001. 130 с.

5. Ванчиков В.Ц. Управление слоем трения в технологических процессах. - Иркутск: ИрГУПС, 2006. 167 с.

Изобретение относится к области технологии восстановления проницаемости стенок полупроницаемого фильтра (регенерации). Способ восстановления проницаемости пор полупроницаемых стенок графитовых трубок гиперфильтрационных установок, реализующий свойство неподвижного граничного слоя вязкой несжимаемой жидкости на полупроницаемых стенках поровых каналов графитовых трубок, позволяет удерживать протекание. При этом протекание происходит при избыточном давлении, равном 2,5 МПа. Причем при действии импульсного давления, создаваемого ультразвуковым преобразователем, работающим в импульсном режиме мощностью 4 кВт, необходимое значение избыточного давления понижается в 5 раз до 0,5 МПа.

Техническим результатом изобретения является сокращение времени регенерации полупроницаемого фильтра, а также снижение значения избыточного давления, необходимого для регенерации полупроницаемого фильтра, с помощью ультразвука. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ восстановления проницаемости пор полупроницаемых стенок графитовых трубок гиперфильтрационных установок, реализующий свойство неподвижного граничного слоя вязкой несжимаемой жидкости на полупроницаемых стенках поровых каналов графитовых трубок удерживать протекание; и которое происходит при избыточном давлении, равном 2,5 МПа, отличающийся тем, что при действии импульсного давления, создаваемого ультразвуковым преобразователем, работающим в импульсном режиме мощностью 4 кВт, необходимое значение избыточного давления понижается в 5 раз до 0,5 МПа, что обеспечивает регенерацию проницаемости стенок полупроницаемого фильтра.

2. Способ восстановления проницаемости пор полупроницаемых стенок графитовых трубок гиперфильтрационных установок по п.1, отличающийся тем, что позволяет существенно сократить время регенерации фильтра ~ до 10 с.