Баромембранный аппарат трубчатого типа с турбулизацией потока Российский патент 2025 года по МПК B01D69/06 

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, 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 посередине, 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 штуцеров 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 фланцев штуцеров ввода и вывода происходит за счет болтов, шайб и гаек.

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

Технический результат выражается повышением производительности аппарата, снижением влияния концентрационной поляризации, высокоэффективной турбулизацией потока при входе в мембранные элементы 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, 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 штуцеров 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 фланцев штуцеров ввода и вывода происходит за счет болтов, шайб и гаек, отличается тем, что штуцеры ввода исходного раствора и вывода концентрата расположены перпендикулярно оси аппарата, смещены в сторону и развернуты друг относительно друга, в камере в виде конуса для снижения гидравлического сопротивления для ввода исходного раствора на внутренней поверхности выполнена винтовая канавка прямоугольной формы на всю ее длину.

На фиг. 1 изображен баромембранный аппарат трубчатого типа, продольный разрез; фиг. 2 - вид сверху; фиг. 3 - вид сбоку; фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 1; фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 1; фиг. 6 - вид Б увеличенный на фиг. 1.

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 каждый мембранный элемент 3 установлен в корпус с турбулизирующими втулками 6, выполненными в виде полых цилиндров с петлей посередине, имеющий оборот 180°, к корпусу 1 через большие прокладки 7 присоединяются камеры в виде конуса 8 и 9 для снижения гидравлического сопротивления при вводе исходного раствора и выводе концентрата соответственно, в камере в виде конуса 8 для снижения гидравлического сопротивления для ввода исходного раствора на внутренней поверхности выполнена винтовая канавка прямоугольной формы на всю ее длину, камеры в виде конуса 8 и 9 для снижения гидравлического сопротивления соединены через малые прокладки 10 с фланцами штуцеров 11 и 12 для ввода исходного раствора и вывода концентрата соответственно, расположенные перпендикулярно оси аппарата, смещенные в сторону и развернутые друг относительно друга, плотное соединение цилиндрического корпуса 1 с штуцером 13 для отвода пермеата, камер в виде конуса 8 и 9 для снижения гидравлического сопротивления, а также фланцев штуцеров 11 и 12 ввода исходного раствора и вывода концентрата соответственно происходит за счет болтов 14, шайб 15 и гаек 16.

Цилиндрический корпус 1 с ответными фланцами и штуцером 13 для отвода пермеата, камеры в виде конуса 8 и 9 для снижения гидравлического сопротивления, фланцы штуцеров 11 и 12 для ввода исходного раствора и вывода концентрата 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 10 могут быть выполнены из материала паронита.

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

Турбулизирующие втулки 6 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 камеру в виде конуса 8 для снижения гидравлического сопротивления через фланец штуцера 11, соединённые между собой посредством малой прокладки 10 и болтового соединения 14, 15, 16, фиг. 1, 2, 3. Расположенный перпендикулярно оси аппарата и смещенный в сторону фланец штуцера 11 позволяет при вводе разделяемого раствора закрутить поток. За счет того, что камера 8 выполнена в виде конуса, раствор попадает в зону разряжения при этом снижается нагрузка на втулку 2 для установки фильтрующих элементов, фиг. 1, которая установлена в корпус 1 через уплотнительное резиновое кольцо 4, фиг. 1, 6, цилиндрический корпус 1 герметично соединяется с камерой в виде конуса 8 через большую прокладку 7, фиг. 1, 2, 4 и болтовое соединение 14, 15, 16, фиг. 1, 2, 3, также за счет исполнения камеры 8 в виде конуса, на внутренней поверхности которой выполнена винтовая канавка прямоугольной формы на всю ее длину, фиг. 1, 5, скорость потока исходного раствора снижается и поток, вращаясь, направляется в фильтрующие элементы 3, фиг. 1, 4, которые плотно установлены во втулку 2 через уплотнительные резиновые кольца 5, фиг. 1, 6, в фильтрующие элементы 3 установлены турбулизирующие втулки 6, фиг. 1, 4, 6, исходный раствор, проходя через турбулизирующие втулки 6, дополнительно закручивается от центра ядра потока к стенкам мембранного элемента 3, фиг. 1, 6, 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, пермеат отводится через штуцер 13, фиг. 1, а концентрат направляется далее в камеру в виде конуса 9 для снижения гидравлического сопротивления и затем выводится через фланец штуцера 12, расположенный перпендикулярно оси аппарата, смещенный в сторону и развернутый относительно фланца штуцера 11, фиг. 1, 2.

Повышение производительности аппарата, снижение влияния концентрационной поляризации, высокоэффективная турбулизация потока при входе в мембранные элементы достигается за счет того, что штуцеры ввода исходного раствора и вывода концентрата расположены перпендикулярно оси аппарата, смещены в сторону и развернуты друг относительно друга, в камере в виде конуса для снижения гидравлического сопротивления для ввода исходного раствора на внутренней поверхности выполнена винтовая канавка прямоугольной формы на всю ее длину.

Изобретение относится к конструкциям мембранных аппаратов трубчатого типа. Баромембранный аппарат трубчатого типа с турбулизацией потока 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 штуцеров 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 фланцев штуцеров ввода и вывода происходит за счет болтов, шайб и гаек, при этом штуцеры ввода исходного раствора и вывода концентрата расположены перпендикулярно оси аппарата, смещены в сторону и развернуты друг относительно друга, в камере в виде конуса для снижения гидравлического сопротивления для ввода исходного раствора на внутренней поверхности выполнена винтовая канавка прямоугольной формы на всю ее длину. Технический результат - повышение производительности аппарата, снижение влияния концентрационной поляризации, высокоэффективная турбулизация потока при входе в мембранные элементы. 6 ил.

Баромембранный аппарат трубчатого типа с турбулизацией потока 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 посередине, имеющий оборот 180° к корпусу, через прокладки присоединяются камеры в виде конуса для снижения гидравлического сопротивления при вводе исходного раствора и выводе концентрата соответственно, камеры в виде конуса соединены через прокладки с фланцами штуцеров 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 фланцев штуцеров ввода и вывода происходит за счет болтов, шайб и гаек, отличающийся тем, что штуцеры ввода исходного раствора и вывода концентрата расположены перпендикулярно оси аппарата, смещены в сторону и развернуты друг относительно друга, в камере в виде конуса для снижения гидравлического сопротивления для ввода исходного раствора на внутренней поверхности выполнена винтовая канавка прямоугольной формы на всю ее длину.