МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ С СОПЛОВЫМ ТУРБУЛИЗАТОРОМ Российский патент 2024 года по МПК B01D63/06 

Изобретение относится к области разделения, концентрирования и опреснения различных растворов методами обратного осмоса и ультрафильтрации и может быть использовано в пищевой, фармацевтической, микробиологической промышленности, а также на предприятиях агропромышленного комплекса.

Известен мембранный аппарат с нестационарной гидродинамикой (Пат. №2174432 Российская Федерация, МПК7 В01D 63/06. Мембранный аппарат с нестационарной гидродинамикой [Текст] Кретов И.Т., Шахов С.В., Ключников А.И., Ряжских В.И.; заявитель Воронеж, гос. тех-нол. акад. - 2000130308/12; заявл. 04.12.00; опубл. 10.10.01. Бюл. №28. - 5 с: ил.), содержащий трубчатые мембранные модули, патрубки для ввода исходного раствора, вывода фильтрата и концентрата и непроницаемый рукав, расположенный коаксиально мембранной поверхности.

Недостатком известного аппарата является неэффективность работы мембран в ламинарном режиме, низкая степень очистки мембранной поверхности при установившемся режиме вследствие обтекания округлой поверхности, образуемой непроницаемым рукавом и шаровыми элементами, движущимися внутри него.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является мембранный аппарат с турбулизатором двойного действия (Пат. №2680459, Российская Федерация, МПК B01D 63/06 (2006.01) [Текст] Ключников А.И., Шахов С.В., Ключникова Д.В., Корышева Н.Н., Самохин С.А., заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ФГБОУ ВО «ВГУИТ») - 2018111226; заявл. 29.03.2018; опубл. 21.02.2019. Бюл. №6. - 11 с.: ил.), содержащий трубчатый мембранный модуль, штуцеры ввода исходного раствора, вывода концентрата и фильтрата, турбулизатор, имеющий возможность возвратно-поступательного движения вдоль оси трубчатого мембранного модуля.

Недостатком известного аппарата является возможность механического повреждения полупроницаемой мембраны в результате многократного воздействия турбулизатора двойного действия на ее поверхность при его перемещении.

Технической задачей изобретения является увеличение производительности мембранного аппарата за счет улучшения гидродинамического воздействия на разделяемый поток вследствие снижения уровня концентрационной поляризации на поверхности мембраны.

Техническая задача достигается тем, что в мембранном аппарате с сопловым турбулизатором, включающем трубчатый мембранный модуль, выполненный в виде пористого тела с нанесенной на его внутреннюю поверхность полупроницаемой мембраной, штуцеры для ввода исходного раствора, вывода пермеата и концентрата, турбулизатор, размещенный с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оси трубчатого мембранного модуля при помощи приводного вала, размещенного с возможностью вращения в резьбовой втулке корпуса турбулизатора и направляющих, неподвижно закрепленных в торцевых крышках, новым является то, что турбулизатор выполнен в виде цилиндроконической детали, размещенной конической частью по ходу движения потока исходного раствора, меньшее основание усеченного конуса содержит распорные пластины, удерживающие резьбовую втулку и цилиндроконический корпус соплового турбулизатора в горизонтальном положении, внутри цилиндроконического корпуса соплового турбулизатора с возможностью вращения размещен сопловой элемент, выполненный в виде соосно расположенной трубки с открытой торцевой частью с одной стороны и вваренными изогнутыми трубками с другой стороны, на каждой изогнутой трубке неподвижно закреплена лопасть, образующая в совокупности с другими лопастями лопастное колесо для вращения соплового элемента под действием потока исходного раствора, проходящего через сопловой турбулизатор, трубка соплового элемента соосно удерживается за счет стержней, содержащих тела качения, находящихся в кольцевых желобах, размещенных на внутренней поверхности цилиндроконического корпуса соплового турбулизатора, на наружной поверхности цилиндрической части цилиндроконического корпуса размещены втулки для прохода через них направляющих, предотвращающих вращение соплового турбулизатора во время его возвратно-поступательного перемещения вдоль оси трубчатого мембранного модуля.

На фиг. 1 схематически изображена схема предлагаемого мембранного аппарата с сопловым турбулизатором; на фиг. 2 - разрез мембранного модуля с сопловым турбулизатором; на фиг. 3 - схема гидродинамического процесса при движении соплового турбулизатора вдоль оси мембранного модуля.

Мембранный аппарат с сопловым турбулизатором содержит трубчатый мембранный модуль (фиг. 1), выполненный в виде двух коаксиально расположенных цилиндров 1 и 2. Цилиндр 1 выполнен из пористого материала, на внутреннюю поверхность которого нанесена полупроницаемая мембрана 3, а цилиндр 2 - из непроницаемого для жидкости материала. Цилиндр 1 снабжен штуцерами ввода исходного раствора 4, вывода концентрата 5, размещенными в торцевых крышках 6 и 7 соответственно. Цилиндр 2 снабжен штуцером 8 вывода фильтрата.

Внутри пористого цилиндра 1 соосно расположен сопловой турбулизатор 9, имеющий возможность возвратно-поступательного движения вдоль оси трубчатого мембранного модуля при помощи приводного вала 10, вращающегося в резьбовой втулке 11 корпуса соплового турбулизатора 9 и направляющих 12, неподвижно закрепленных в торцевых крышках 6 и 7.

Приводной вал 10 вращается с помощью герметичных подшипниковых узлов 13 и 14, установленных на торцевых крышках 6 и 7 соответственно, при помощи реверсивного электродвигателя 15 с переменной частотой вращения.

Сопловой турбулизатор 9 (фиг. 2) выполнен в виде цилиндроконической детали, размещенной конической частью по ходу движения потока исходного раствора. Меньшее основание усеченного конуса содержит распорные пластины 16, удерживающие резьбовую втулку 11 и цилиндрокониче-ский корпус соплового турбулизатора 9 в горизонтальном положении.

Внутри цилиндроконического корпуса соплового турбулизатора 9 с возможностью вращения размещен сопловой элемент 17, выполненный в виде соосно расположенной трубки с открытой торцевой частью с одной стороны и вваренными изогнутыми трубками 18 с другой стороны.

На каждой изогнутой трубке 18 неподвижно закреплена лопасть 19, образующая в совокупности с другими лопастями лопастное колесо для вращения соплового элемента 17 под действием потока исходного раствора, проходящего через сопловой турбулизатор 9.

Трубка 18 соплового элемента 17 соосно удерживается за счет стержней 20, содержащих тела качения 21, находящихся в кольцевых желобах, размещенных на внутренней поверхности цилиндроконического корпуса соплового турбулизатора 9. На наружной поверхности цилиндрической части цилиндроконического корпуса размещены втулки 22 для прохода через них направляющих 12, предотвращающих вращение соплового турбулизатора 9 во время его возвратно-поступательного перемещения вдоль оси трубчатого мембранного модуля.

Мембранный аппарат с сопловым турбулизатором работает следующим образом.

Перед пуском мембранного аппарата убеждаются в том, что сопловой турбулизатор 9 занимает крайнее левое положение, после чего через штуцер 4 во внутрь пористого цилиндра 1 подают исходный раствор под давлением, превышающим осмотическое для данной жидкости. Прошедший через полупроницаемую мембрану 3 пористого цилиндра 1 пермеат, направляется в кольцевое пространство, образованное наружной поверхностью пористого цилиндра 1 и внутренней поверхностью непроницаемого цилиндра 2. Откуда он отводится при помощи штуцера 8.

После снижения рабочих характеристик полупроницаемой мембраны 3 вследствие концентрационной поляризации (например, селективности и проницаемости) подают напряжение на обмотки реверсивного электродвигателя 15 с переменной частотой вращения, который приводит во вращение приводной вал 10. За счет передачи «винт-гайка» при вращении приводного вала 10 осуществляется движение соплового турубулизатора 9 вдоль оси трубчатого мембранного модуля при помощи направляющих 12.

Одновременно с осевым перемещением соплового турбулизатора 9 поток исходного раствора, проходящий через его цилиндроконический корпус, воздействует на лопастное колесо, приводя во вращение сопловой элемент 17.

На выходе из меньшего основания 23 конической части соплового турбулизатора 9 (фиг 3) поток исходного раствора претерпевает гидродинамические изменения в отношении скорости и давления: кинетическая энергия разделяемого потока уменьшается вследствие падения скорости, а потенциальная энергия увеличивается. В результате этого внутри цилиндроконического корпуса соплового элемента 17 создается зона пониженного давления, приводящая к подсасыванию части исходного раствора через изогнутые трубки 18, расположенные в непосредственной близости от поверхности полупроницаемой мембраны 3. Это способствует разрушению слоя отложений на поверхности полупроницаемой мембраны 3 и удалению их вместе с концентратом из трубчатого мембранного модуля через штуцер 5 (на фиг. 3 условно не показан). Вращение под действием потока исходного раствора соплового элемента 17 с одновременным продвижением соплового турбулизатора 9 вдоль оси трубчатого мембранного модуля усиливает эффективность очистки всей поверхности полупроницаемой мембраны 3 за счет снижения уровня концентрационной поляризации.

После достижения сопловым турбулизатором 9 крайнего правого положения направление вращения приводного вала 10 изменяют на противоположное с целью возврата соплового турбулизатора 9 в исходное состояние -крайнее левое положение. После чего процессы повторяют аналогично описанным выше.

Данный аппарат позволяет обеспечить:

- многозадачный режим работы и, как следствие, различный уровень интенсификации за счет вариаций скорости перемещения соплового турбулизатора вдоль поверхности полупроницаемой мембраны с одновременным вращением соплового элемента под действием потока исходного раствора;

- исключение возможности повреждения поверхности полупроницаемой мембраны движущимся сопловым турбулизатором за счет его соосного удерживания при помощи приводного вала, вращающегося в резьбовой втулке цилиндроконического корпуса и направляющих;

- эффективную очистку поверхности полупроницаемой мембраны от образующихся отложений за счет вращающегося под действием потока исходного расхода лопастного колеса соплового элемента при одновременном осевом перемещении соплового турбулизатора вдоль оси трубчатого мембранного модуля.

Изобретение относится к области разделения, концентрирования и опреснения растворов. Мембранный аппарат выполнен с сопловым турбулизатором в виде цилиндроконической детали, размещенной конической частью по ходу движения потока исходного раствора, меньшее основание усеченного конуса содержит распорные пластины, удерживающие резьбовую втулку и цилиндроконический корпус в горизонтальном положении, внутри корпуса с возможностью вращения размещен сопловой элемент в виде соосно расположенной трубки с открытой торцевой частью с одной стороны и вваренными изогнутыми трубками с другой, на каждой изогнутой трубке неподвижно закреплена лопасть, образующая в совокупности с другими лопастями лопастное колесо для вращения соплового элемента под действием потока исходного раствора, проходящего через турбулизатор, трубка соплового элемента соосно удерживается за счет стержней, содержащих тела качения, находящихся в кольцевых желобах, размещенных на внутренней поверхности корпуса, на наружной поверхности цилиндрической части размещены втулки для прохода через них направляющих, предотвращающих вращение турбулизатора во время его возвратно-поступательного перемещения вдоль оси трубчатого мембранного модуля. Изобретение обеспечивает увеличение производительности мембранного аппарата. 3 ил., 1 пр.

Мембранный аппарат с сопловым турбулизатором, включающий трубчатый мембранный модуль, выполненный в виде пористого тела с нанесенной на его внутреннюю поверхность полупроницаемой мембраной, штуцеры для ввода исходного раствора, вывода пермеата и концентрата, турбулизатор, размещенный с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оси трубчатого мембранного модуля при помощи приводного вала, размещенного с возможностью вращения в резьбовой втулке корпуса турбулизатора и направляющих, неподвижно закрепленных в торцевых крышках, отличающийся тем, что турбулизатор выполнен в виде цилиндроконической детали, размещенной конической частью по ходу движения потока исходного раствора, меньшее основание усеченного конуса содержит распорные пластины, удерживающие резьбовую втулку и цилиндроконический корпус соплового турбулизатора в горизонтальном положении, внутри цилиндроконического корпуса соплового турбулизатора с возможностью вращения размещен сопловой элемент, выполненный в виде соосно расположенной трубки с открытой торцевой частью с одной стороны и вваренными изогнутыми трубками с другой стороны, на каждой изогнутой трубке неподвижно закреплена лопасть, образующая в совокупности с другими лопастями лопастное колесо для вращения соплового элемента под действием потока исходного раствора, проходящего через сопловой турбулизатор, трубка соплового элемента соосно удерживается за счет стержней, содержащих тела качения, находящихся в кольцевых желобах, размещенных на внутренней поверхности цилиндроконического корпуса соплового турбулизатора, на наружной поверхности цилиндрической части цилиндроконического корпуса размещены втулки для прохода через них направляющих, предотвращающих вращение соплового турбулизатора во время его возвратно-поступательного перемещения вдоль оси трубчатого мембранного модуля.