Мембранный рулонный элемент Российский патент 2025 года по МПК B01D63/10 

Изобретение относится к области очистки, умягчения, опреснения и обессоливания природных и сточных вод методом обратного осмоса, а также к области разделения жидкостей с использованием спиральных рулонных мембранных элементов. Предлагаемый рулонный элемент состоит из листов сложенной вдвое мембраны, размещённого между ними дренажа и сложенного вдвое турбулизатора-разделителя, расположенного между мембранами, которые спирально намотаны на водоотводящую трубку.

Предлагаемый мембранный рулонный элемент включает:

• листы сложенной вдвое мембраны;

• турбулизатор-разделитель;

• дренажную ткань;

• перфорированную водоотводящую трубку.

Все элементы спирально намотаны на перфорированную водоотводящую трубку. Мембранный элемент установлен в корпусе и используется для обработки жидкостей.

Конструкция турбулизатора-разделителя

Ключевой особенностью предлагаемого изобретения является конструкция турбулизатора-разделителя, который выполнен в форме сложенной вдвое сетки из полимерного материала. Размер ячеек сетки составляет не менее 5-7 мм. Такая конструкция обеспечивает оптимальный баланс между турбулентностью потока и минимизацией застойных зон.

Известен мембранный рулонный элемент, установленный в корпусе и состоящий из соосно размещенной в нем перфорированной отводящей трубки, мембраны, спирально намотанной на трубку, турбулизатора-разделителя, выполненного в виде сетки из полимерных волокон, размещенного в пространстве между слоями мембран и контактирующего с ними, и дренажа (патент США №34117870 кл. 210-32, опубл. 1968). Недостатком известного устройства является невысокая надежность, обусловленная образованием застойных зон в местах контакта соединения волокон сетки турбулизатора-разделителя с мембраной, и необходимость предотвращения образования на мембране кристаллических осадков. Последнее приводит к зарастанию элемента малорастворимыми солями, снижению ресурса работы мембранного элемента.

Известен мембранный рулонный элемент, расположенный в корпусе и включающий листы сложенной вдвое мембраны,турбулизатора- разделителя в виде наклеены на поверхность мембраны шариков из упругого материала и дренажа, спирально намотанные на перфорированную трубку, отличающийся тем, что турбулизатора- разделитель образован путем наклеивания на поверхность мембраны шариков из упругого материала, обеспечивающих заданную равномерную высоту мембранного канала при скручивании пакетов (мембранный рулонный элемент, Патент на изобретение #2715525, дата регистрации 28.02.20). Недостатком известного устройства является сложность изготовления напорного канала, состоящая в необходимости точечного нанесения клея и приклеивания к мембранной поверхности Шариков из упругого материала, что удорожает производство.

Известен мембранный рулонный элемент, расположенный в корпусе и состоящий из соосно установленной в нем перфорированной отводящей трубки, последовательно расположенных турбулизатора-разделителя, мембраны и дренажа; турбулизатор-разделитель выполнен в виде сетки из полимерного материала, скрепленной в местах контакта с мембраной; при этом все элементы намотаны на отводящую трубку (а.с. № 1560279 кл. B 01 D 61/08 от 13.01.87, опубл. 30.04.90).

Недостатком известного устройства является сложность изготовления элемента, обусловленная необходимостью нанесения клеевых соединений разделителя-турбулизатора в местах его контакта с селективным слоем мембраны, деструкция которого неизбежна.

Известен рулонный элемент, состоящий из центральной трубки, прикрепленных к ней и спирально свернутых вокруг нее дренажного материала, между слоями которого расположенные сложенные вдвое мембраны, внутри которых размещены слои сетки турбулизатора-разделителя; при этом на поверхности турбулизатора-разделителя расположены под углом к их оси клеевые швы, образующие U-образный канал, а в месте выхода клеевых швов вокруг элемента разделительная манжета ( а.с.№161949 кл. B 01 D 63/12 от 05.12.88).

Недостатком известного устройства является невысокий ресурс работы мембранного элемента, обусловленный образованием застойных зон в местах контакта соединения волокон сетки турбулизатора-разделителя с мембраной, приводящих к зарастанию элемента малорастворимыми солями; сложность изготовления, обусловленная необходимостью нанесения клеевого шва, образующего U -образный канал, и невысокая надежность эксплуатации из-за деструкции клея в системе, работающей под давлением.

Известен мембранный рулонный элемент, наиболее близкий по назначению и технической сущности к заявляемому, состоящий из листов сложенной вдвое мембраны, размещенного между ними дренажа, и слоев турбулизаторов-разделителей, уложенными над каждым из листов мембраны, спирально намотанных на перфорированную водоотводящую трубку. Перед наматыванием элемента на три его свободные стороны наносят клеящее вещество, в качестве которого используют адгезив с высокой и низкой степенью текучести (заявка Японии № 2-21290 кл. B 01 D 63/10 от 19.10.82., опубл. 14.05.90.

Недостатком неизвестного устройства является невысокий ресурс работы мембранного элемента, обусловленный образованием застойных зон в местах контакта соединения волокон сетки турбулизатора-разделителя с мембраной, приводящих к зарастанию элемента малорастворимыми солями.

Техническим результатом заявляемого мембранного рулонного элемента является повышение ресурса его работы за счёт устранения главного недостатка - уменьшения сопротивления канала путем ликвидации очагов роста осадка, что предотвращает образование застойных зон в местах контакта мембраны с турбулизатором-разделителем. Это достигается использованием турбулизаторной сетки, сложенной вдвое, выполненной из полимерного материала с размером ячеек не менее 5-7 мм, что снижает риск зарастания мембраны малорастворимыми солями и исключает рост гидравлического сопротивления. Конструкция включает листы сложенной вдвое мембраны, дренажную ткань и турбулизатор-разделитель в виде сетки, которые спирально намотаны на перфорированную водоотводящую трубку. Заявленное решение позволяет увеличить эксплуатационный ресурс мембранного элемента и повысить эффективность очистки воды.

На чертежах представлены:

Фиг.1 - Мембранный рулонный элемент в развернутом виде.

Фиг.2 - Напорный канал с мембранного рулонного элемента.

Мембранный рулонный элемент 1 состоит из мембранных пакетов 2, спирально намотанных вокруг перфорированной водоотводящей трубки 3. Каждый пакет 2 состоит из сложенного вдвое листа мембраны 4 и листа дренажного материала 5, а также турбулизатора- разделителя 6, состоящего из двух листов сетки, уложенных специальным образом.

Наложение друг на друга волокон сетки производится таким образом, чтобы волокна обеих сеток были уложены параллельно, с целью не увеличивать толщину канала более, чем в 1,5 раза. Для этого следует выбирать сетку с размерами ячеек не менее 5-7 мм. Необходимым требованием является применение мембран с низким значением селективности по солям (не выше 60-70 %), что обеспечивает отсутствие условий для образования кристаллических отложений карбоната и сульфата кальция в местах контакта узлов сетки с поверхностью мембраны. В случае необходимости задержания ионов солей на 80% и более, рекомендуется использовать очистку в две ступени, где предлагаемое устройство используется на первой ступени очистки.

Рулонный элемент работает следующим образом. Исходную воду с концентрацией солей до 10000 мг/л подают в мембранный элемент через входной канал 9. Под действием рабочего давления чистая вода проходит через поры полупроницаемой мембраны 4 (композитной или ацетатцеллюлозной) в дренаж 5. Наличие двух сеток в канале увеличивает высоту канала, снижает гидравлическое сопротивление и осуществляет свободный проход воды через среднюю часть канала, которая не «экранируется» образующимся на мембране слоем осадка. Тем самым обеспечивается надежность работы мембранного элемента и повышается ресурс его работы. Исходная вода проходит вдоль образованного напорного канала и в виде концентрата отводится из мембранного элемента 1. Часть потока воды под давлением проходит через мембрану 4 и дренаж 5 и отводится через перфорированную водоотводящую трубку 3. Очищенная вода имеет концентрацию солей до 100 мг/л. Предложенный мембранный рулонный элемент по сравнению с известным обладает более высоким ресурсом работы на воде одинакового состава (Московского водопровода). Заявленный мембранный рулонный элемент работает без изменения показателей более 3000 часов, в то время как известный элемент через 300 часов работы уже снижает показатели.

Последнее обуславливается особенностью конструктивного выполнения турбулизатора-разделителя, представляющего собой две отдельные турбулизаторные сетки, сложенные вместе, что обеспечивает снижение гидравлического сопротивления канала и делает невозможным прирост гидравлического сопротивления при образовании отложений на поверхности мембраны. Во время работы аппарата регулярно проводятся гидравлические промывки со сбросом давления, состоящие в открывании регулирующего давление вентиля на выходе из аппарата, что вызывает увеличение скорости потока, отрыв и вынос частиц осадка из канала аппарата. В случае применения аппарата известной конструкции и образования в аппарате осадка взвешенных веществ, сопровождающееся приростом гидравлического сопротивления в канале, применение промывок со сбросом давления оказывается не эффективным: увеличение гидравлического сопротивления канала не дает возможности увеличить скорость транзитного потока в мембране при сбросе давления. В случае применения новой предлагаемой конструкции аппарата, проведение промывок со сбросом давления оказывается чрезвычайно эффективным. Предлагаемый мембранный аппарат по сравнению с аппаратом известной конструкции обладает значительно большим ресурсом работы при очистке воды одинакового состава (воде Московского водопровода, речной воды, стоков полигонов ТБО, сточной воды после биологической очистки).

Пример выполнения

Мембранный рулонный элемент включает следующие слои:

Мембрана: Листы мембраны сложены вдвое, чтобы создать внутренний и внешний каналы потока.

Турбулизатор-разделитель: Полимерная сетка, сложенная вдвое, размещена между слоями мембраны. Размер ячеек сетки составляет 6 мм (в пределах диапазона 5-7 мм).

Дренажная ткань: Устанавливается между мембраной и внутренним каналом, обеспечивая отвод жидкости к водоотводящей трубке.

Перфорированная водоотводящая трубка: Обеспечивает сбор очищенной воды и её отвод из корпуса.

Все элементы спирально намотаны таким образом, чтобы обеспечить равномерное распределение потока по всей поверхности мембраны.

Предлагаемый мембранный рулонный элемент с турбулизатором-разделителем из полимерной сетки с размером ячеек 5-7 мм улучшает эффективность очистки и надежность эксплуатации, что делает его перспективным решением для промышленного применения в системах обратного осмоса.

Изобретение относится к области опреснения и обессоливания природных и сточных вод методом обратного осмоса. Мембранный рулонный элемент, включающий листы сложенной вдвое мембраны, турбулизатор-разделитель и дренажную ткань, спирально намотанные на перфорированную водоотводящую трубку, отличающийся тем, турбулизатор-разделитель выполнен в форме сложенной вдвое сетки из полимерного материала с размером ячеек не менее 5-7 мм. Технический результат – повышение ресурса работы рулонного мембранного элемента. 2 ил.

Мембранный рулонный элемент, включающий листы сложенной вдвое мембраны, турбулизатор-разделитель и дренажную ткань, спирально намотанные на перфорированную водоотводящую трубку, отличающийся тем, турбулизатор-разделитель выполнен в форме сложенной вдвое сетки из полимерного материала с размером ячеек не менее 5-7 мм.