Баромембранный аппарат трубчатого типа с турбулизацией потока Российский патент 2023 года по МПК B01D63/06 

Изобретение относится к конструкциям мембранных аппаратов трубчатого типа и может быть использовано для осуществления процессов мембранных технологий: ультрафильтрации и микрофильтрации.

Аналогом данной конструкции является баромембранный аппарат трубчатого типа, известный из документа SU 1586756 A1 (кл. B01D 69/04 опубл. 23.08.1990), состоящий из цилиндрического корпуса с ответными фланцами, фланца для подачи исходного раствора, мембранных элементов, камеры в виде конуса на входе исходного раствора, камеры в виде конуса на выводе концентрата, фланца для отвода концентрата, штуцера для отвода пермеата, и турбулизирующих втулок, выполненных в виде полых цилиндров с элементами, имеющими оборот 180°.

Недостатками являются: наличие концентрационной поляризации и высокое гидродинамическое сопротивление на выходе мембранного канала за счет установки турбулизирующих элементов, что в свою очередь препятствует эффективному регулированию трансмембранного давления в системе, ресурсозатратные методы изготовления полых цилиндрических вставок с многозаходной внутренней винтовой нарезной эквидистантной канавкой, уменьшение эффективной площади мембранных элементов. Эти недостатки частично устранены в прототипе.

Прототипом данной конструкции является электробаромембранный аппарат трубчатого типа, конструкция которого приведена в патенте RU 2689615 C1 (кл. B01D 61/46, опубл. 28.05.2019). Прототип состоит из корпуса с торцевыми и ответными фланцами трубных решеток, монополярных электродов - анода и катода, прикатодных и прианодных мембран, сборников прианодного и прикатодного пермеата, клемм устройства для подвода электрического тока, штуцеров ввода исходного раствора и вывода ретентата, прианодного и прикатодного пермеата, прокладок, болтов, гаек и шайб, кольцевых прокладок, сетки-турбулизатора, трубок, причем торцевые фланцы выполнены в виде плоских круглых крышек, с внешней стороны которых в центре имеются сквозные отверстия с резьбой, в которую вкручены клеммы устройства для подвода электрического тока, касающиеся монополярных электродов - анода и катода, прижимные решетки уплотнены по краю окружности через уплотнительные прокладки по посадочной поверхности типа «шип-паз» с трубными решетками, между трубными решетками и прижимными решетками имеется зазор шириной 7 мм, образующий сборники прианодного и прикатодного пермеата, соединенные с каналами прианодного и прикатодного пермеата, расположенными в сечении аппарата под углами 3π/2 к горизонтальной оси и совпадающими отверстиями в штуцерах вывода прианодного и прикатодного пермеата, вкрученных на резьбе в прижимные решетки, цилиндрический корпус с ответными фланцами соединен через прокладку с трубной решеткой по посадочной.

Недостатками прототипа являются: высокое гидравлическое сопротивление на входе и выходе мембранных элементов, что способствует образованию концентрационной поляризации, снижению эффективности обратноосмотического разделения.

Технический результат выражается - уменьшением гидравлического сопротивления при вводе исходного раствора и выводе концентрата и снижением влияния концентрационной поляризации

На фиг. 1 показана часть вида и разреза баромембранного аппарата трубчатого типа; фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; 3 - вид сбоку; фиг. 4 - вид сверху; фиг. 5 - вид Б увеличенный на фиг. 1, фиг 6 – общий вид и вид в сечении В турбулизирующей втулки.

Баромембранный аппарат трубчатого типа состоит из цилиндрического корпуса 8 с ответными фланцами, в котором установлены с обеих сторон втулки 6, имеющие отверстия для установки фильтрующих мембранных элементов 9 с внутренним расположением мембраны уплотненные за счет резиновых колец 15, при этом каждый мембранный элемент 9 установлен в корпус с турбулизирующими втулками, выполненными в виде полых цилиндров с петлей по середине, имеющий оборот 180°, к корпусу 8 через большие прокладки 14 присоединяются камеры в виде конуса 5 и 10 для снижения гидравлического сопротивления при вводе исходного раствора и выводе концентрата соответственно, камеры в виде конуса соединены через малые прокладки 12 с фланцами 1 и 11 для ввода исходного раствора и вывода концентрата соответственно, плотное соединение цилиндрического корпуса, камер в виде конуса 5 и 10 для снижения гидравлического сопротивления, а так же штуцеров ввода и вывода происходит за счет болтов 4, шайб 3 и гаек 2, штуцера 16 для отвода пермеата.

Цилиндрический корпус 8 с ответными фланцами, камеры в виде конуса 5 и 10 для снижения гидравлического сопротивления, фланцы 1 и 11 для ввода и вывода раствора и штуцер 16 для отвода пермеата могут быть выполнены из нержавеющей стали. Резиновые кольца 13 и 15 могут быть выполнены в соответствие ГОСТ 9833-73. Прокладки 12 и 14 малая и большая соответственно могут быть выполнены из материала паронита. Втулка 6 для установки мембран может быть выполнена из материала капролон. Турбулизирующие втулки 7 могут быть выполнены из ПЭТГ (полиэтилентерефталат-гликоль). В качестве фильтрующих мембранных элементов можно применять трубки типа БТУ05/2.

Баромембранный аппарат работает следующим образом.

Исходный раствор под давлением, превышающим осмотическое давление растворенных в нем веществ, поступает в камеры в виде конуса для снижения гидравлического сопротивления 5 фиг. 1, 4, 5 через фланец 1 фиг. 1, 4 соединённые между собой через малую прокладку 12 фиг. 1, 4 и болтовое соединение 2, 3, 4 фиг. 1, 4. За счет того, что камера выполнена в виде конуса, раствор под давлением попадает в зону разряжения то есть снижения гидравлического сопротивления, за счет этого снижается нагрузка на втулку для установки фильтрующих элементов 6 фиг. 1, которая, в свою очередь устанавливается в корпус 8 фиг. 1, 4 через уплотнительное резиновое кольцо 15 фиг. 1, 2, 5, цилиндрический корпус 8 фиг. 1, 4 герметично соединяется с камерой в виде конуса 5 фиг. 1, 4, 5 через большую прокладку 14 фиг. 1, 5 и болтовое соединение 2, 3, 4 фиг. 1, 4, так же за счет камеры в виде конуса для снижения гидравлического сопротивления 5 фиг. 1, 4, 5, скорость потока исходного раствора снижается и поток равномерно направляется в фильтрующие элементы 9 фиг. 1, 5, которые плотно установлены во втулку 6 фиг. 1, через уплотнительные резиновые кольца 13 фиг. 1, 2, 4, в фильтрующие элементы 9 фиг. 1, 5, установлены турбулизирующие втулки 7 фиг. 1, 2, 5, 6, исходный раствор, проходя через турбулизирующие втулки 7 фиг. 1, 2, 5, 6,, закручивается от центра ядра потока к стенкам мембранного элемента 9 фиг. 1, 5 за счет чего удается снизить негативное влияние концентрационной поляризации на процесс мембранной очистки или концентрирования, затем раствор под действием трансмембранного давления разделяется на два потока, один из потоков которых пермеат отводящийся через штуцер 16 фиг. 1, 4, и концентрат который направляется далее в камеру в виде конуса 10 фиг. 1, 3, 4, для снижения гидравлического сопротивления и затем выводящийся через фланец 11 фиг. 1, 3, 4.

За счет компактного расположения фильтрующих элементов 9 во втулке 6 удается увеличить эффективную площадь мембран при том же размере аппарата.

Применение камер в виде конуса для снижения гидравлического сопротивления 5 и 10, позволяет регулировать трансмембранное давление вне системы аппарата, в результате чего увеличивается точность установки величины трансмембранного давления, что положительно сказывается на эффективность очистки или концентрирования растворов.

Негативное влияние концентрационной поляризации удается снизить за счет применения турбулизирующих втулок 7, а также за счет того, что аппарат работает в циркуляционном режиме, в которой на качество фильтрации или концентрирования оказывает влияние не только величина трансмембранного давления, но и скорость исходного раствора над поверхностью мембраны. Так же предполагается, что аппарат будет работать с современными трубчатыми фильтрующими элементами с внутренним расположением мембран.

Изобретение относится к конструкциям мембранных аппаратов трубчатого типа и может быть использовано для осуществления процессов ультрафильтрации и микрофильтрации. Баромембранный аппарат трубчатого типа состоит из цилиндрического корпуса с ответными фланцами, в котором установлены с обеих сторон втулки, которые на всей площади имеют отверстия для установки мембран и уплотнены за счет резиновых колец. Во втулку установлены через уплотнительные кольца фильтрующие мембранные элементы с внутренним расположением мембраны. Каждый мембранный элемент установлен в корпус с турбулизирующими втулками, выполненными в виде полых цилиндров с петлей посередине, имеющей оборот 180°. С корпусом через большие прокладки присоединены камеры в виде конуса для снижения гидравлического сопротивления при вводе исходного раствора и выводе концентрата соответственно, камеры в виде конуса соединены через малые прокладки с фланцами для ввода исходного раствора и вывода концентрата соответственно. Техническим результатом является снижение гидравлического сопротивления и негативного влияния концентрационной поляризации. 6 ил.

Баромембранный аппарат трубчатого типа, состоящий из цилиндрического корпуса с ответными фланцами, в котором установлены с обеих сторон втулки, которые на всей площади имеют отверстия для установки мембран и уплотнены за счет резиновых колец, во втулку установлены через уплотнительные кольца фильтрующие мембранные элементы с внутренним расположением мембраны, отличающийся тем, что каждый мембранный элемент установлен в корпус с турбулизирующими втулками, выполненными в виде полых цилиндров с петлей посередине, имеющей оборот 180°, с корпусом через большие прокладки присоединены камеры в виде конуса для снижения гидравлического сопротивления при вводе исходного раствора и выводе концентрата соответственно, камеры в виде конуса соединены через малые прокладки с фланцами для ввода исходного раствора и вывода концентрата соответственно.