Баромембранный аппарат трубчатого типа с турбулизацией потока Российский патент 2024 года по МПК B01D63/06 B01D69/00 

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, 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, уменьшенная эффективная площадь мембранных элементов.

Прототипом данной конструкции является баромембранный аппарат трубчатого типа с турбулизацией потока, конструкция которого приведена в патенте RU 2800283 C2 (кл. B01D 63/06, опубл. 19.07.2023). Прототип состоит из цилиндрического корпуса с ответными фланцами, в котором установлены с обеих сторон втулки, имеющие отверстия для установки фильтрующих мембранных элементов с внутренним расположением мембраны, уплотненные за счет резиновых колец, при этом каждый мембранный элемент установлен в корпус с турбулизирующими втулками, выполненными в виде полых цилиндров с петлей по середине, имеющий оборот 180° к корпусу, через большие прокладки присоединяются 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, плотное соединение цилиндрического корпуса с штуцером для отвода пермеата, камер в виде конуса для снижения гидравлического сопротивления, а так же штуцеров ввода и вывода, происходит за счет болтов, шайб и гаек.

Недостатками прототипа являются: низкая производительность аппарата, высокая концентрационная поляризация, сниженная скорость потока при входе в мембранные элементы, малоэффективная турбулизация потока.

Технический результат выражается повышением производительности аппарата, снижением влияния концентрационной поляризации, увеличением скорости потока при входе в мембранные элементы, высокоэффективной турбулизацией потока за счет того, что аппарат состоит из цилиндрического корпуса с ответными фланцами, в котором установлены с обеих сторон втулки, имеющие отверстия для установки фильтрующих мембранных элементов с внутренним расположением мембраны, уплотненные за счет резиновых колец, через большие прокладки присоединяются 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, плотное соединение цилиндрического корпуса с штуцером для отвода пермеата, камер в виде конуса для снижения гидравлического сопротивления, а так же штуцеров ввода и вывода происходит за счет болтов, шайб и гаек, отличающийся тем, что в камерах в виде конуса для снижения гидравлического сопротивления при вводе исходного раствора и выводе концентрата установлены решетки с раззенкованными с обеих сторон отверстиями и цилиндрическими отверстиями соответственно, в каждом фильтрующем мембранном элементе по всей его длине расположена турбулизирующая винтовая перегородка с фиксаторами.

На фиг. 1 изображен баромембранный аппарат трубчатого типа, продольный разрез; фиг. 2 - вид сбоку; фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1; фиг. 4 - вид Б, увеличенный на фиг. 1; фиг. 5 - вид В, увеличенный на фиг. 1; фиг. 6 - 3D-фрагмент фильтрующего мембранного элемента (горизонтальный разрез) с турбулизирующей винтовой перегородкой.

Баромембранный аппарат трубчатого типа состоит из цилиндрического корпуса 1 с ответными фланцами, в котором установлены с обеих сторон втулки 2, имеющие отверстия для установки фильтрующих мембранных элементов 3 с внутренним расположением мембраны, уплотненные за счет резиновых колец 4 и 5, при этом в каждом фильтрующем мембранном элементе 3 по всей его длине расположена турбулизирующая винтовая перегородка 6 с фиксаторами, исключающими ее вращение, через большие прокладки 7 присоединяются камеры в виде конуса 8 и 9 для снижения гидравлического сопротивления при вводе исходного раствора и выводе концентрата с установленными решетками 10 и 11 с раззенкованными с обеих сторон отверстиями и цилиндрическими отверстиями соответственно, снижающими нагрузку на втулку 2 для установки фильтрующих мембранных элементов 3, камеры в виде конуса 8 и 9 для снижения гидравлического сопротивления соединены через малые прокладки 12 с фланцами штуцеров 13 и 14 для ввода исходного раствора и вывода концентрата соответственно, плотное соединение цилиндрического корпуса 1 с штуцером 15 для отвода пермеата, камер в виде конуса 8 и 9 для снижения гидравлического сопротивления, а так же фланцев штуцеров 13 и 14 ввода исходного раствора и вывода концентрата соответственно, происходит за счет болтов 16, шайб 17 и гаек 18.

Цилиндрический корпус 1 с ответными фланцами и штуцером 15 для отвода пермеата, камеры в виде конуса 8 и 9 для снижения гидравлического сопротивления, фланцы штуцеров 13 и 14 для ввода исходного раствора и вывода концентрата, решетки 10 и 11 могут быть выполнены из нержавеющей стали.

Резиновые кольца 4 и 5 могут быть выполнены в соответствие ГОСТ 9833-73.

Большая и малая прокладки 7 и 12 могут быть выполнены из материала паронита.

Втулка 2 для установки мембран может быть выполнена из материала капролон.

Турбулизирующая винтовая перегородка 6 с фиксаторами может быть выполнена из ПЭТГ (полиэтилентерефталат-гликоль).

В качестве фильтрующих мембранных элементов 3 можно применять трубки типа БТУ05/2.

Баромембранный аппарат работает следующим образом.

Исходный раствор под давлением, превышающим осмотическое давление растворенных в нем веществ, поступает в камеру 8 в виде конуса для снижения гидравлического сопротивления, фиг. 1, 2, 4, через фланец штуцера 12, фиг. 1, 2. За счет исполнения камеры 8 в виде конуса, раствор под давлением попадает в зону разряжения, то есть снижения гидравлического сопротивления, при этом скорость потока исходного раствора снижается и поток равномерно направляется в фильтрующие мембранные элементы 3, далее, проходя через решетку 10 с раззенкованными с обеих сторон отверстиями, позволяющими снизить эффект концентрационной поляризации, скорость потока на входе в фильтрующие мембранные элементы 3 возрастает, фиг. 1, 4. В каждом фильтрующем мембранном элементе 3 по всей его длине расположена турбулизирующая винтовая перегородка 6 с фиксаторами, исключающими ее вращение, фиг. 1, 3, 4, 5, 6 поток исходного раствора, проходя по обе стороны турбулизирующей винтовой перегородки 6 закручивается от центра ядра потока к стенкам мембранного элемента 3 по всей его длине, фиг. 1, 4, 5, 6 в результате чего также снижается негативное влияние концентрационной поляризации на процесс мембранной очистки или концентрирования. Затем раствор под действием трансмембранного давления разделяется на два потока, один из которых пермеат, отводится через штуцер 15, фиг. 1, и концентрат, направляемый далее, проходя через решетку 11 с цилиндрическими отверстиями, в камеру в виде конуса 9 для снижения гидравлического сопротивления, фиг. 1, 2, 5, и затем выводится через фланец штуцера 14, фиг. 1.

Повышение производительности аппарата, снижение влияния концентрационной поляризации, увеличение скорости потока при входе в мембранные элементы, высокоэффективная турбулизация потока, фиг. 1, 3, 4, 5, 6, достигается за счет того, что в камерах в виде конуса для снижения гидравлического сопротивления при вводе исходного раствора и выводе концентрата установлены решетки с раззенкованными с обеих сторон отверстиями и цилиндрическими отверстиями соответственно, в каждом фильтрующем мембранном элементе по всей его длине расположена турбулизирующая винтовая перегородка с фиксаторами.

Изобретение относится к конструкциям мембранных аппаратов трубчатого типа. Раскрыт баромембранный аппарат трубчатого типа с турбулизацией потока, состоящий из цилиндрического корпуса с ответными фланцами, в котором установлены с обеих сторон втулки, имеющие отверстия для установки фильтрующих мембранных элементов с внутренним расположением мембраны, уплотненные за счет резиновых колец, через большие прокладки присоединяются 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, плотное соединение цилиндрического корпуса с штуцером для отвода пермеата, камер в виде конуса для снижения гидравлического сопротивления, а также штуцеров ввода и вывода, происходит за счет болтов, шайб и гаек. При этом в камерах в виде конуса для снижения гидравлического сопротивления при вводе исходного раствора и выводе концентрата установлены решетки с раззенкованными с обеих сторон отверстиями и цилиндрическими отверстиями соответственно, в каждом фильтрующем мембранном элементе по всей его длине расположена турбулизирующая винтовая перегородка с фиксаторами. Изобретение обеспечивает повышение производительности аппарата, снижение влияния концентрационной поляризации, увеличение скорости потока при входе в мембранные элементы и высокоэффективную турбулизацию потока. 6 ил.

Баромембранный аппарат трубчатого типа с турбулизацией потока, состоящий из цилиндрического корпуса с ответными фланцами, в котором установлены с обеих сторон втулки, имеющие отверстия для установки фильтрующих мембранных элементов с внутренним расположением мембраны, уплотненные за счет резиновых колец, через большие прокладки присоединяются 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, плотное соединение цилиндрического корпуса с штуцером для отвода пермеата, камер в виде конуса для снижения гидравлического сопротивления, а также штуцеров ввода и вывода, происходит за счет болтов, шайб и гаек, отличающийся тем, что в камерах в виде конуса для снижения гидравлического сопротивления при вводе исходного раствора и выводе концентрата установлены решетки с раззенкованными с обеих сторон отверстиями и цилиндрическими отверстиями соответственно, в каждом фильтрующем мембранном элементе по всей его длине расположена турбулизирующая винтовая перегородка с фиксаторами.