RU2148427C1

RU2148427C1 - Membrane apparatus with immersible filtering element

Info

Publication number: RU2148427C1
Application number: RU98119005A
Authority: RU
Inventors: И.Т. Кретов; С.Т. Антипов; С.В. Шахов; А.И. Ключников; И.В. Черемушкина; А.Н. Рязанов
Original assignee: Воронежская государственная технологическая академия
Priority date: 1998-10-20
Filing date: 1998-10-20
Publication date: 2000-05-10

Abstract

FIELD: separation of solutions by methods of reverse osmosis and ultrafiltration. SUBSTANCE: apparatus has body consisting of cylindrical shell and two truncated cones, inlet and outlet branch pipes, drive and filtering element positioned in parallel with generating line of tapered part of body. It may be rotated by means of drive arranged above level of solution to be separated and with the aid of reinforced flexible hose fixed to hollow shaft of filtering element and to filtrate outlet branch pipe. EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области разделения растворов методами обратного осмоса и ультрафильтрации и может быть использовано в микробиологической, пищевой, химической и других отраслях промышленности. The invention relates to the field of separation of solutions by reverse osmosis and ultrafiltration and can be used in microbiological, food, chemical and other industries.

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. Known apparatuses for ultrafiltration of viscous liquids, in which, in order to intensify the process of separation of the initial mixture, use the rotational movement of parts on which filter elements are attached. For example, an apparatus (A.S. 586919, B 01 D 13/00, BI N 1 from 01/05/78), consisting of a housing, filter elements made of drainage material, two semi-permeable membranes placed on a hollow shaft, as well as mixing devices made in the form of curved spring rods with a ring at one end, worn on a hollow shaft.

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. The disadvantages of the apparatus include the presence of stagnant zones, stratification of the flow of the shared fluid at steady state operation, as well as low sealing of the input unit of the rotating hollow shaft in the apparatus body.

Технической задачей изобретения является повышение производительности аппарата за счет снижения уровня концентрационной поляризации, а также обеспечение полной герметизации при вращении фильтрующего элемента. An object of the invention is to increase the productivity of the apparatus by reducing the level of concentration polarization, as well as ensuring complete sealing during rotation of the filter element.

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. The technical problem is achieved in that in the apparatus, comprising a housing consisting of a cylindrical shell, two truncated cones, one of which is made of a porous body coated with a drainage material coated with a semipermeable membrane, a device for supplying compressed air to the apparatus, input and output nozzles, drive, filter element consisting of porous bodies made in the form of coaxially arranged cylinders, coated with a drainage material with a semi-permeable membrane deposited on it and forming an inter there are circular channels, and in the channels in contact with the solution to be separated, and above the surface of the external cylinder, turbulizing devices are installed, the filter element is mounted parallel to the generatric conical part of the housing with the possibility of rotation by means of a drive located above the level of the solution to be separated, and a reinforced elastic hose, connected motionlessly with the hollow shaft of the filter element and a pipe for draining the filtrate.

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. Based on the studies cited from the sources of patent and scientific and technical literature, it can be concluded that the set of essential features is new and allows to intensify the process of separation of solutions and to ensure complete sealing during rotation of the filter element.

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 фиг. 1 изображен разрез описываемого мембранного аппарата, на фиг. 2 - разрезы фильтрующего элемента и отдельных его узлов. In FIG. 1 shows a section of the described membrane apparatus, FIG. 2 - sections of the filter element and its individual nodes.

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. The membrane apparatus consists of a housing 1, made in the form of a cylindrical shell, two truncated cones, one of which is made of a porous body 2, coated with a drainage material 3 with a semipermeable membrane 4 deposited on it, a device 5 for supplying compressed air to the apparatus, nozzles for input a shared solution 6, the output of the concentrate 7 and the filtrate 8, the drive 9, consisting of a system of movable and stationary gears and a gear motor (not shown), a filter element consisting of porous bodies 2, made in the form of coaxes axially arranged cylinders 10, 11, 12, 13, covered with drainage material 3 with a semi-permeable membrane 4 deposited on it and forming annular channels between them. The execution of the body cone-shaped due to the need for the accumulation of a solution with a high solids content in the lower part of the apparatus. Above the surfaces of the hollow shaft 14, cylinders 10, 11 and 12 in the annular channels in contact with the solution to be separated, turbulizing devices 15 and 16 are installed, which are rigid spiral-shaped frames attached at their ends to the flanges 17 and 18 so that the contact density of each turbulizer to the membranes of cylinders 10, 11 and 12 completely eliminated the possibility of its mechanical destruction. The cylinders 10, 11, 12 and 13 are interconnected via gaskets 19 with flanges 17 and 18, which are fastened with retaining rings, which exclude the possibility of their axial movement, to the hollow shaft 14, which is the bearing link in the design of the filter element. To give structural rigidity, the cylinders 11 and 12 are connected to each other by pins 20, through the gaskets 21, and the cylinder 10 is connected to the hollow shaft 14, and the pins are sealed with caps 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. As additional devices that increase the separation efficiency by reducing the concentration of polarization, frames 22 are installed above the surface of the outer cylinder 13 and the housing 1, consisting of hollow tubes 23 and profile elements 24, which are able to freely rotate around its axis.

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. Devices 15 and 16 make it possible to form channels for the flow of the shared fluid, thereby increasing the flow velocity and turbulence of the flow, and direct it over the membranes of the cylinders 10, 11 and 12 in a spiral, significantly increasing the path of the shared fluid along the filter element.

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. To drain the filtrate from the cavities formed by the cylinders 10 and 11, 12 and 13, tubes 25 are provided in the flange 18, which are fastened to the coupling 26 through gaskets 27. The filtrate is discharged through the membrane 4 of the conical part of the body using a jacket 28 and a pipe 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. The filter element is located parallel to the generatrix of the conical part of the apparatus body, with the possibility of rotation by means of a system of movable and fixed gears, driven by a drive 9 mounted above the level of the solution to be divided, and a reinforced elastic hose 29 made of liquid-impermeable material connected motionless with a hollow shaft 14 of the filter element and a pipe 8 for outputting the filtrate.

Аппарат работает следующим образом. The device operates as follows.

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. Through the nozzle 6, a separable solution is supplied to the apparatus to the level controlled by the sensor 30. Using the device 5, compressed, previously cleaned, air in the apparatus creates a pressure exceeding the osmotic pressure controlled by the pressure gauge 31. By means of the actuator 9, the drive wheel is rotated, which carries the gear along freely rotating on axis 32. This gear, rolling around the ring gear, rotates the filter element.

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. The separated solution, passing through the membrane 4, is discharged through the drainage material 3 to the annular channels formed by the cylinders 10 and 11, 12 and 13, from where it passes through the tubes 25 and holes in the coupling 26 into the space of the hollow shaft 14, from which it is discharged through the pipe 8. At the same time, the solution to be separated, penetrating through the membrane 4, is discharged through the drainage material 3 of the conical body into the space of the jacket 28, from where it is removed through the pipe 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. As the level of the solution to be separated decreases, part of the initial liquid is periodically supplied to the apparatus, while the pressure increases to the required value. The concentrate accumulating in the lower part of the housing is periodically discharged from the apparatus through the pipe 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.This unit:
- provides a low level of concentration polarization due to the installation of a filter element with the possibility of rotation, having spiral turbulizing devices and frames above the surfaces of the membranes;
- allows you to ensure free removal of the filtrate from the rotating part, through the use of an elastic reinforced hose fixedly connected to the output parts of the filter element, and thereby ensure complete sealing of the filtrate outlet.

Claims

A membrane apparatus with a submersible filter element, comprising a housing consisting of a cylindrical shell, two truncated cones, one of which is made of a porous body coated with a drainage material coated with a semipermeable membrane, a device for supplying compressed air to the apparatus, inlet and outlet nozzles, drive, a filter element consisting of porous bodies made in the form of coaxially arranged cylinders, coated with a drainage material with a semipermeable membrane deposited on it and forming m annular channels are between each other, and in the channels in contact with the solution to be separated, and above the surface of the external cylinder, turbulizing devices are installed, characterized in that the filter element is mounted parallel to the generatrix of the conical part of the housing with the possibility of rotation by means of a drive located above the level of the solution to be separated and reinforced an elastic hose fixedly connected to the hollow shaft of the filter element and a nozzle for draining the filtrate.