мембранный аппарат с погружным фильтрующим элементом

Формула изобретения

Мембранный аппарат с погружным фильтрующим элементом, включающий корпус, состоящий из цилиндрической обечайки, двух усеченных конусов, один из которых выполнен из пористого тела, покрытого дренажным материалом с нанесенной на него полупроницаемой мембраной, устройство для подачи в аппарат сжатого воздуха, входные и выходные патрубки, привод, фильтрующий элемент, состоящий из пористых тел, выполненных в виде коаксиально расположенных цилиндров, покрытых дренажным материалом с нанесенной на него полупроницаемой мембраной и образующих между собой кольцевые каналы, причем в каналах, контактирующих с разделяемым раствором, и над поверхностью внешнего цилиндра установлены турбулизирующие устройства, отличающийся тем, что фильтрующий элемент установлен параллельно образующей конической части корпуса с возможностью вращения при помощи привода, размещенного выше уровня разделяемого раствора, и армированного упругого шланга, соединенного неподвижно с полым валом фильтрующего элемента и патрубком для отвода фильтрата.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области разделения растворов методами обратного осмоса и ультрафильтрации и может быть использовано в микробиологической, пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Известны аппараты для ультрафильтрации вязких жидкостей, в которых с целью интенсификации процесса разделения исходной смеси используют вращательное движение деталей, на которые крепятся фильтрующие элементы. Например, аппарат (А.С. 586919, B 01 D 13/00, БИ N 1 от 05.01.78), состоящий из корпуса, фильтрующих элементов, выполненных из дренажного материала, двух полупроницаемых мембран, размещенных на полом валу, а также перемешивающих устройств, выполненных в виде изогнутых пружинящих стержней с кольцом на одном конце, надетыми на полый вал.

К недостаткам аппарат относится наличие застойных зон, расслоение потока разделяемой жидкости при установившемся режиме работы, а также низкая герметизация узла ввода вращающегося полого вала в корпусе аппарата.

Технической задачей изобретения является повышение производительности аппарата за счет снижения уровня концентрационной поляризации, а также обеспечение полной герметизации при вращении фильтрующего элемента.

Техническая задача достигается тем, что в аппарате, включающем корпус, состоящий из цилиндрической обечайки, двух усеченных конусов, один из которых выполнен из пористого тела, покрытого дренажным материалом с нанесенной на него полупроницаемой мембраной, устройство для подачи в аппарат сжатого воздуха, входные и выходные патрубки, привод, фильтрующий элемент, состоящий из пористых тел, выполненных в виде коаксиально расположенных цилиндров, покрытых дренажным материалом с нанесенной на него полупроницаемой мембраной и образующих между собой кольцевые каналы, причем в каналах, контактирующих с разделяемым раствором, и над поверхностью внешнего цилиндра, установлены турбулизирующие устройства, фильтрующий элемент установлен параллельно образующей конической части корпуса с возможностью вращения при помощи привода, размещенного выше уровня разделяемого раствора, и армированного упругого шланга, соединенного неподвижно с полым валом фильтрующего элемента и патрубком для отвода фильтрата.

На основании исследований, приведенных по источникам патентной и научно-технической литературы, можно сделать вывод о том, что совокупность существенных признаков является новой и позволяет интенсифицировать процесс разделения растворов и обеспечить полную герметизацию при вращении фильтрующего элемента.

Технических решений, свойства которых совпадали бы со свойствами заявляемого, не обнаружено.

На фиг. 1 изображен разрез описываемого мембранного аппарата, на фиг. 2 - разрезы фильтрующего элемента и отдельных его узлов.

Мембранный аппарат состоит из корпуса 1, выполненного в виде цилиндрической обечайки, двух усеченных конусов, один из которых выполнен из пористого тела 2, покрытого дренажным материалом 3 с нанесенной на него полупроницаемой мембраной 4, устройства 5 для подачи в аппарат сжатого воздуха, патрубков для ввода разделяемого раствора 6, вывода концентрата 7 и фильтрата 8, привода 9, состоящего из системы подвижных и неподвижных зубчатых колес и мотор-редуктора (не показан), фильтрующего элемента, состоящего из пористых тел 2, выполненных в виде коаксиально расположенных цилиндров 10, 11, 12, 13, покрытых дренажным материалом 3 с нанесенной на него полупроницаемой мембраной 4 и образующих между собой кольцевые каналы. Выполнение корпуса конусообразным вызвано необходимостью накопления раствора с большим содержанием сухих веществ в нижней части аппарата. Над поверхностями полого вала 14, цилиндров 10, 11 и 12 в кольцевых каналах, контактирующих с разделяемым раствором, установлены турбулизирующие устройства 15 и 16, представляющие собой жесткие каркасы спиралевидной формы, прикрепленные своими концами к фланцам 17 и 18 таким образом, чтобы плотность прилегания каждого турбулизатора к мембранам цилиндров 10, 11 и 12 полностью исключала возможность ее механического разрушения. Цилиндры 10, 11, 12 и 13 соединяются между собой через прокладки 19 фланцами 17 и 18, которые крепятся стопорными кольцами, исключающими возможность их осевого перемещения, к полому валу 14, являющемуся несущим звеном в конструкции фильтрующего элемента. Для придания жесткости конструкции цилиндры 11 и 12 соединяются между собой шпильками 20, через прокладки 21, а цилиндр 10 - с полым валом 14, причем шпильки герметизируются колпачками 33.

В качестве дополнительных устройств, повышающих эффективность разделения за счет снижения уровня концентрационной поляризации, предназначены рамки 22, установленные над поверхностью внешнего цилиндра 13 и корпуса 1, состоящие из полых трубок 23 и профильных элементов 24, имеющих возможность свободно вращаться вокруг своей оси.

Устройства 15 и 16 позволяют образовать каналы протекания разделяемой жидкости, увеличивая, тем самым, скорость течения и турбулизацию потока, и направить его над мембранами цилиндров 10, 11 и 12 по спирали, значительно увеличивая путь прохождения разделяемой жидкости по фильтрующему элементу.

Для отвода фильтрата из полостей, образованных цилиндрами 10 и 11, 12 и 13, во фланце 18 предусмотрены трубки 25, крепящиеся к муфте 26 через прокладки 27. Отвод фильтрата через мембрану 4 конической части корпуса осуществляется при помощи рубашки 28 и патрубка 8.

Фильтрующий элемент расположен параллельно образующей конической части корпуса аппарата, с возможностью вращения при помощи системы подвижных и неподвижных зубчатых колес, приводимой во вращение посредством привода 9, установленного выше уровня разделяемого раствора, и армированного упругого шланга 29, выполненного из непроницаемого для жидкости материала, соединенного неподвижно с полым валом 14 фильтрующего элемента и патрубком 8 для вывода фильтрата.

Аппарат работает следующим образом.

Через патрубок 6 в аппарат подается разделяемый раствор до уровня контролируемого датчиком 30. При помощи устройства 5 сжатым, предварительно очищенным, воздухом в аппарате создается давление, превышающее осмотическое, контролируемое манометром 31. Посредством привода 9 приводится во вращение ведущее колесо, которое увлекает за собой шестерню, свободно вращающуюся на оси 32. Эта шестерня, обкатываясь по зубчатому венцовому колесу, осуществляет вращение фильтрующего элемента.

Разделяемый раствор, проходя через мембраны 4, отводится по дренажному материалу 3 к кольцевым каналам, образованным цилиндрами 10 и 11, 12 и 13, откуда через трубки 25 и отверстия в муфте 26 поступает в пространство полого вала 14, из которого отводится через патрубок 8. Одновременно с этим, разделяемый раствор, проникая через мембрану 4, отводится по дренажному материалу 3 конического корпуса в пространство рубашки 28, откуда удаляется через патрубок 8.

По мере снижения уровня разделяемого раствора, в аппарат периодически подается часть исходной жидкости, одновременно происходит увеличение давления до необходимой величины. Скапливающийся в нижней части корпуса концентрат, периодически отводится из аппарата через патрубок 7.

Данный аппарат:

- обеспечивает низкий уровень концентрационной поляризации за счет установки фильтрующего элемента с возможностью вращения, имеющего спиралевидные турбулизирующие устройства и рамки над поверхностями мембран;

- позволяет обеспечить свободное удаление фильтрата из вращающейся детали, благодаря применению упругого армированного шланга, неподвижно соединенного с выводными частями фильтрующего элемента, и тем самым, обеспечить полную герметизацию отвода фильтрата.