RU2142330C1

RU2142330C1 - Reversing membrane apparatus

Info

Publication number: RU2142330C1
Application number: RU98114473A
Authority: RU
Inventors: С.Т. Антипов; С.В. Шахов; Ю.А. Завьялов; А.Н. Рязанов; А.В. Колтаков
Original assignee: Воронежская государственная технологическая академия
Priority date: 1998-07-20
Filing date: 1998-07-20
Publication date: 1999-12-10

Abstract

FIELD: liquid food dehydration; chemistry, pharmacology, microbiology, and agriculture. SUBSTANCE: apparatus has porous tubular casing accommodating cleaner which is mounted for reciprocal motion. Semi-transparent membrane is placed on surface backing inside casing; conical unions are mounted on casing ends and connected to valves; they are joined together through pipe. End portions of cleaner follow configuration of inner surfaces of unions and its middle part has depression whose end surface is shaped as truncated cone; in its longitudinal section cleaner is mirror-image of arrow. EFFECT: reduced power requirement, improved capacity and reliability of apparatus. 1 dwg

Description

Изобретение относится к мембранной технологии обезвоживания жидких пищевых продуктов и может быть использовано в химической, фармацевтической, микробиологической, а также на предприятиях агропромышленного комплекса. The invention relates to a membrane technology for dehydration of liquid food products and can be used in chemical, pharmaceutical, microbiological, as well as in agricultural enterprises.

Известны мембранные элементы, в которых снижение концентрационной поляризации осуществляется с помощью цилиндрической гильзы с карманами и очистительными подвижными вкладышами (а. с. 1431795 В 01 D 13/00) турбулизирующей вставки в виде цепи или ленты из гибких элементов, шарнирно закрепленных одним концом на пористом каркасе (а.с. 1502042 В 01 D 13/00), соединенных между собой при помощи перемычек втулок, имеющих в продольном сечении крыловидный профиль (а.с. 1505563 В 01 D 13/00), вращающихся втулок с лопастями (а. с. 1367995 В 01 D 13/00), винтовых каналов турбулизатора (а.с. 521902 В 01 D 13/00 и а.с. 1430054 В 01 D 13/00), плоских элементов в виде пластин с отверстиями (а. с. 152041 В 01 D 13/00), очистительного элемента, выполненного в виде двух продольных половинок гиперболоида (а.с. 1465069 В 01 D 13/00). Membrane elements are known in which the concentration polarization is reduced using a cylindrical sleeve with pockets and cleaning movable inserts (a.s. 1431795 B 01 D 13/00) of a turbulent insert in the form of a chain or tape of flexible elements hinged at one end to a porous frame (and.with. 1502042 V 01 D 13/00), interconnected by means of bridges of the bushings having a wing-shaped profile in the longitudinal section (as.with. 1505563 B 01 D 13/00), rotating bushings with blades (a. p. 1367995 V 01 D 13/00), screw channels of the turbulator (a.s 521902 V 01 D 13/00 and AS 1430054 V 01 D 13/00), flat elements in the form of plates with holes (a. P. 152041 V 01 D 13/00), a cleaning element made in the form of two longitudinal halves of a hyperboloid (as.with. 1465069 B 01 D 13/00).

Недостатком известных способов является неравномерное по длине мембранного элемента снижение уровня концентрационной поляризации, что ведет к нестабильной его работе и, соответственно, низкой производительности. A disadvantage of the known methods is a decrease in the concentration polarization level that is uneven along the length of the membrane element, which leads to its unstable operation and, accordingly, low productivity.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является аппарат для обратного осмоса и ультрафильтрации (а.с. 528101 В 01 D 13/00), который с целью снижения влияния концентрационной поляризации снабжен двумя полыми штоками, установленными с возможностью возвратно-поступательного движения. The closest in technical essence and the achieved effect is an apparatus for reverse osmosis and ultrafiltration (AS 528101 B 01 D 13/00), which is equipped with two hollow rods installed with the possibility of reciprocating movement in order to reduce the effect of concentration polarization.

Недостатком известного аппарата является принудительное приведение в движение полых штоков, приводящее к нерациональному расходу энергии, затрачиваемой на процесс разделения растворов. A disadvantage of the known apparatus is the forced movement of hollow rods, leading to an irrational consumption of energy spent on the process of separation of solutions.

Технической задачей изобретения является снижение энергозатрат, увеличение производительности и надежности работы. An object of the invention is to reduce energy consumption, increase productivity and reliability.

Техническая задача изобретения достигается тем, что в реверсивном мембранном аппарате, содержащем трубчатый каркас, внутри которого расположен очистительный элемент, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения, трубчатый каркас выполнен пористым, и на его внутренней поверхности уложена на подложке полупроницаемая мембрана, при этом на концах каркаса установлены конусообразные штуцера, соединенные с клапанами и связанные между собой трубой, причем верхние части клапанов соединены с соответствующими им штуцерами, а очистительный элемент выполнен из эластичного материала, торцевые части которого повторяют конфигурацию внутренней поверхности штуцеров, причем средняя часть элемента имеет углубление и его торцевая поверхность выполнена в форме усеченного конуса. The technical task of the invention is achieved by the fact that in a reversible membrane apparatus containing a tubular frame, inside of which there is a cleaning element mounted with the possibility of reciprocating movement, the tubular frame is made porous, and a semi-permeable membrane is laid on its inner surface, while at the ends the frame has conical fittings connected to the valves and connected by a pipe, the upper parts of the valves being connected to their respective fittings, and the cleaning element is made of an elastic material, the end parts of which repeat the configuration of the inner surface of the fittings, the middle part of the element having a recess and its end surface made in the form of a truncated cone.

На основании исследований, проведенных по источникам патентной и научно-технической литературы, можно сделать вывод о том, что совокупность существенных признаков является новой и позволяет снизить энергозатраты, увеличить производительность и надежность работы. Based on studies conducted on the sources of patent and scientific and technical literature, we can conclude that the set of essential features is new and can reduce energy consumption, increase productivity and reliability.

Технических решений, свойства которых совпадали бы со свойствами заявляемого, не обнаружено. Technical solutions whose properties would coincide with the properties of the claimed, not found.

На чертеже изображен поперечный разрез реверсивного мембранного аппарата. The drawing shows a cross section of a reversible membrane apparatus.

Реверсивный мембранный аппарат содержит пористый трубчатый каркас 1, на внутренней поверхности которого расположена подложка 2. На подложке 2 размещена полупроницаемая мембрана 3. Внутри мембранного модуля расположен очистительный турбулизирующий элемент 4, выполненный из эластичного материала для предотвращения механического повреждения полупроницаемой мембраны. Для обеспечения герметизации и создания необходимого гидродинамического режима работы установки торцевые части элемента повторяют конфигурацию внутренней поверхности штуцеров, а с целью турбулизации примембранного слоя путем срыва его в центральные слои потока средняя часть элемента имеет углубление, торцевая поверхность которого выполнена в форме усеченного конуса, причем в продольном сечении элемент имеет вид зеркально-отображенной стрелы. The reversible membrane apparatus contains a porous tubular cage 1, on the inner surface of which there is a substrate 2. A semipermeable membrane 3 is placed on the substrate 2. A cleaning turbulizing element 4 made of an elastic material is located inside the membrane module to prevent mechanical damage to the semipermeable membrane. To ensure sealing and create the necessary hydrodynamic operating mode of the installation, the end parts of the element repeat the configuration of the inner surface of the fittings, and in order to turbulize the membrane layer by tearing it into the central layers of the flow, the middle part of the element has a recess, the end surface of which is made in the form of a truncated cone, and in longitudinal section of the element has the form of a mirror-reflected arrow.

На концах пористого трубчатого каркаса 1 установлены штуцера 10 и 9, соединенные с клапанами 7 и 8, которые связаны между собой трубой 11, заполненной жидкостью. Верхние части каждого клапана соединяются с соответствующим штуцером патрубками 5 и 6. Для подачи исходного раствора в мембранный модуль служит труба 12, а концентрат выводится через патрубки 13 и 14. At the ends of the porous tubular frame 1, fittings 10 and 9 are installed, connected to valves 7 and 8, which are interconnected by a pipe 11 filled with liquid. The upper parts of each valve are connected to the corresponding fitting by pipes 5 and 6. To supply the initial solution to the membrane module, pipe 12 is used, and the concentrate is discharged through pipes 13 and 14.

Мембранный аппарат работает следующим образом. Membrane apparatus operates as follows.

Исходный раствор по трубе 12 через клапан 7 (или 8) подается в мембранный аппарат 2. При этом клапан 8 находится в нижнем положении, а 7 - в верхнем. Под действием потока жидкости происходит движение турбулизирующего элемента 4, во время которого осуществляется турбулизация пограничного слоя и его срыв в середину потока. The initial solution through the pipe 12 through the valve 7 (or 8) is supplied to the membrane apparatus 2. In this case, the valve 8 is in the lower position, and 7 in the upper position. Under the action of the fluid flow, the movement of the turbulent element 4 occurs, during which the boundary layer is turbulized and its stall in the middle of the flow.

После того, как турбулизирующий элемент 4 достигнет крайнего правого положения, он мгновенно перекрывает штуцер 10 и патрубок 6, при этом скорость потока стремится к нулю, а давление в мембранном аппарате и, соответственно, над клапаном 7 резко возрастает. В результате перепада давлений над клапанами 7 и 8, клапан 7 переходит в крайнее нижнее положение, закрывая штуцер 9 и открывая патрубок 13, а клапан 8 - в крайнее верхнее положение, открывая штуцер 10 и закрывая штуцер 14. В результате перестановки клапанов поток меняет направление на противоположное. After the turbulizing element 4 reaches the extreme right position, it instantly closes the nozzle 10 and nozzle 6, while the flow rate tends to zero, and the pressure in the membrane apparatus and, accordingly, above the valve 7 increases sharply. As a result of the pressure drop over valves 7 and 8, valve 7 goes to its lowest position, closing the fitting 9 and opening the pipe 13, and valve 8 - to its highest position, opening the fitting 10 and closing the fitting 14. As a result of the permutation of the valves, the flow changes direction to the opposite.

Предлагаемый реверсивный мембранный аппарат по сравнению с прототипом позволяет:
- за счет использования системы трубопроводов и клапанов исключить из конструкции привод очистительного турбулизирующего элемента и обеспечить реверсирование потока раствора;
- в результате применения особой формы очистительного турбулизирующего элемента (в продольном сечении имеющего вид зеркально-отображенной стрелы) позволяет значительно снизить уровень концентрационной поляризации и, тем самым, повысить производительность установки.The proposed reversible membrane apparatus in comparison with the prototype allows you to:
- through the use of piping and valves, to exclude from the design the drive of the cleaning turbulizing element and to ensure the reversal of the solution flow;
- as a result of using a special form of a cleaning turbulizing element (in a longitudinal section having the appearance of a mirror-reflected boom), it can significantly reduce the concentration polarization level and, thereby, increase the productivity of the installation.

Claims

A reversible membrane mechanism containing a tubular frame, inside which there is a cleaning element mounted with the possibility of reciprocating movement, characterized in that the tubular frame is made porous and a semi-permeable membrane is laid on its inner surface, while conical fittings are installed on the ends of the frame, connected to the valves and connected by a pipe, and the cleaning element is made of an elastic material, the end parts of which repeat the configuration the inner surface of the fittings, the middle part of the element having a recess, the end surface of which is made in the form of a truncated cone, and in longitudinal section the element has the form of a mirror-shaped arrow.