RU2412749C2 - Мембранный аппарат - Google Patents
Мембранный аппарат Download PDFInfo
- Publication number
- RU2412749C2 RU2412749C2 RU2009117803/05A RU2009117803A RU2412749C2 RU 2412749 C2 RU2412749 C2 RU 2412749C2 RU 2009117803/05 A RU2009117803/05 A RU 2009117803/05A RU 2009117803 A RU2009117803 A RU 2009117803A RU 2412749 C2 RU2412749 C2 RU 2412749C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- grained
- coarse
- ceramic
- fine
- membrane
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 66
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 18
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 4
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 claims description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 2
- 239000000499 gel Substances 0.000 claims description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 claims 3
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 claims 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 abstract 1
- 238000005374 membrane filtration Methods 0.000 abstract 1
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 7
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 6
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011001 backwashing Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000009172 bursting Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 210000003746 feather Anatomy 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000011085 pressure filtration Methods 0.000 description 1
- 230000035485 pulse pressure Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Filtering Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к трубчатым мембранным аппаратам для очистки жидкостей, в частности очистки пульп и стоков гальванических производств, природных вод в системах водоснабжения. Мембранный аппарат содержит мембранный модуль, выполненный из мембранных фильтрующих элементов, состоящих из двух коаксиально расположенных цилиндров, внутренний цилиндр выполнен из монофракционного крупнозернистого спеченного каркаса с керамической нанокристаллической связкой, керамическая мембрана выполнена из монофракционного мелкозернистого спеченного каркаса с керамической нанокристаллической связкой, причем мелкозернистый каркас выполнен из материала с КТР, не превышающим КТР материала крупнозернистого каркаса, и соединен с крупнозернистым каркасом диффузионным слоем в точечных контактах спекания мелкозернистых и крупнозернистых монофракций. Каркасы выполнены из высокоплотных монофракций на керамической связке с размером зерна от 100 до 500 нм при соотношении проницаемого порового объема крупнозернистого каркаса к проницаемому поровому объему мелкозернистого каркаса в пределах от 1:1 до 1:2. Изобретение позволяет повысить ресурс работоспособности и КПД мембранного аппарата. 10 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к трубчатым мембранным аппаратам для очистки жидкостей, в частности очистки пульп и стоков гальванических производств, природных вод в системах водоснабжения.
Известны аппараты с мембранным модулем, содержащие пакет трубчатых керамических мембранных элементов с наружным фильтрующим слоем, закрепленных в трубных решетках, заключенных в корпус с патрубками подвода очищаемой жидкости, отвода очищенной жидкости и концентрата, причем мембранные элементы жестко закреплены в трубчатой решетке (RU 2102127 C1, 20.01.98; RU 2050956 C1, 27.12.95; RU 99107319, опубл. 01.27.2001; RU 2088318 C1; 08.27.1997; RU 2171708, 10.08.2001).
Вставленные и закрепленные в гнездах решетки трубчатые керамические мембранные элементы в условиях резкого колебания давления при регенерации выдерживают ограниченное число циклов нагружения, что сокращает срок службы мембранного аппарата.
Кроме того, конструктивные особенности керамических материалов, формирующих мембранный керамический элемент, не обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление при необходимых объемных потоках очищаемой жидкости, что приводит к увеличению исходного давления фильтрации, регенерации и снижению ресурса работоспособности мембранного аппарата.
Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является мембранный аппарат, состоящий из корпуса с патрубками для подвода исходной жидкости, отвода очищенной жидкости и концентрата, трубных решеток с закрепленными в них трубчатыми керамическими мембранными элементами, один конец которых закрыт пробками из герметика и зажат опорной головкой с глухими отверстиями под каждый мембранный элемент, другой конец мембранных элементов герметизирован с помощью двух трубных решеток, между которыми налит слой герметика, и через слой герметика зажат перфорированным опорным диском с диаметром отверстий, равным внутреннему диаметру или меньше внутреннего диаметра трубчатых мембранных элементов (RU 2141866 C1, 27.11.1999).
Работоспособность мембранного аппарата с трубчатыми мембранными элементами под воздействием знакопеременных термических и механических нагрузок не может быть в полной степени реализована без учета объемных изменений в градиентной пористой структуре мембранного фильтрующего элемента под воздействием нестационарных механических термонагрузок, гидродинамического потока на прочностные характеристики материала, конфигурации пор и поровой поверхности, которые могут привести к турбулентности потока жидкости с нарушением закона Дарси, приводящего к уменьшению проницаемости пористой системы и увеличению начального давления процесса фильтрации и регенерации. Влияние этих факторов нельзя исключить путем локализации линейных изменений в узлах заделки мембранного фильтрующего элемента.
Целью изобретения является повышение ресурса работоспособности и КПД мембранного аппарата.
Цель достигается тем, что в отличие от известного технического решения трубчатый мембранный элемент содержит внутренний цилиндр, выполненный из керамического монофракционного крупнозернистого спеченного каркаса с керамической нанокристаллической связкой, керамическая мембрана выполнена из монофракционного мелкозернистого спеченного каркаса с керамической нанокристаллической связкой, причем мелкозернистый каркас выполнен из материала с коэффициентом термического расширения (КТР), не превышающим КТР материала крупнозернистого каркаса, и соединен с крупнозернистым каркасом диффузионным слоем в точечных контактах спекания мелкозернистых и крупнозернистых монофракций.
Для реализации конструкции крупнозернистого и мелкозернистого каркасов могут быть использованы монофракционные порошки из керамических материалов с плотностью, близкой к теоретической.
Крупнозернистый каркас может быть выполнен из монофракций размером не менее 100 мкм.
Мелкозернистый каркас может быть выполнен из монофракций не более 20-25 мкм.
Керамическая нанокристаллическая связка может быть получена из коллоидов, гелей, растворимых солей предшественников материалов связки с величиной частиц от 100 до 500 нм.
Каркасы фильтрующего мембранного элемента могут быть выполнены из коррозионно-стойкой, оксидной, кремнийсодержащей или безкислородной керамики и их смесей.
Соотношение проницаемого перового объема крупнозернистого каркаса к паровому объему мелкозернистого каркаса может быть в пределах от 1:1 до 1:1,2.
Сущность технического решения заключается в создании фильтрующего мембранного элемента каркасного типа с поверхностью порового пространства, обеспечивающего снижение гидродинамического воздействия градиентной пористой структуры на поток очищаемой жидкости, приводящей к повышению производительности мембранного аппарата и получению предварительно напряженной конструкции с усилиями на сжатие в фильтрующей мембране, противодействующих энергии разрывных напряжений при знакопеременных динамических или тепловых нагрузках.
На фиг.1 представлена схема мембранного аппарата, на фиг.2 - продольное сечение стенки мембранного фильтрующего аппарата.
Мембранный аппарат содержит корпус (1), патрубок (2) для подвода очищаемой жидкости, патрубок (3) отвода очищенной жидкости, патрубок (4) отвода концентрата, трубную решетку (5), герметик (6), опорную головку (7), пробку из герметика (8), трубчатые мембранные элементы (9), внутренний цилиндр мембранного элемента (10), керамическую мембрану (11), монофракционный крупнозернистый каркас (12), монофракционный мелкозернистый каркас (13), нанокристаллическую связку (14), диффузионный слой (15).
Мембранный аппарат работает следующим образом. Очищаемая жидкость через патрубок 2 подается во внутренюю полость цилиндрического корпуса 1 и поступает к поверхности трубчатого мембранного элемента 9. Через фильтрующую поверхность мембраны и объем монофракционного мелозернистого каркаса 13 происходит очистка поступающей жидкости. На фильтрующей поверхности мембраны оседают частицы размером, превышающим эквивалентный диаметр пор, формируемых монофракционным мелкозернистым каркасом 13, которые смываются потоком очищаемой жидкости. Частицы меньшего размера задерживаются в объеме мембраны, а очищенная жидкость через поровое пространство монофракционного крузнозернистого каркаса поступает во внутренний объем мембранного фильтрующего элемента и удаляется через патрубок 3.
Через запрограмированный промежуток времени, определенный из условий концентрации твердых частиц в очищаемой жидкости, грязеемкости пустотелого объема монофракционного мелкозернистого каркаса и прочностных характеристик мембранного аппарата, внутренние полости монофракционного мелкозернистого каркаса мембраны регенерируются гидравлической промывкой обратным током очищенной жидкости через патрубок 3, крупнозернистый каркас 12 с удалением концентрата очищаемой жидкостью через патрубок 4.
Как показали эксперименты, при скоростях потока до 7 м/мин и объемных расходах очищаемой среды до 420 м3/м2·час предложенная конструкция обеспечивает ламинарный поток жидкости в широком диапазоне монофракций, формирующих каркас за счет организации пористой поверхности, моделирующих область гидравлически гладких труб, а гидравлическое сопротивление на пору возникает вследствие изменения скорости потока по величине и направлению и зависит в основном от геометрических размеров и форм местных сопротивлений.
Эффективность и равномерность регенерации существенно зависят от величины и равномерности давления, создаваемого во внутренних полостях монофракционного каркаса. Экспериментально установлено, что максимальная эффективность и равномерная регенерация мембранных фильтрующих элементов предложенной конструкции обеспечивается импульсным давлением, в 1,2-1,5 раза превышающим давление фильтрации, в течение 1-2,5 с. При этом полностью восстанавливается производительность мембранного аппарата.
Энергию разрывных напряжений, возникающих в процессе регенерации, особенно в крупнозернистом каркасе, приводящую к образованию и развитию трещин, эффективно гасят напряжения сжатия, сформированные при температурах (1000-1500°С) получения фильтрующего мембранного элемента за счет разности КТР материала крупнозернистого каркаса и мелкозернистого материала мембраны, что увеличивает работоспособность мембранного аппарата при знакопеременных нагрузках.
Пример.
Опытные испытания мембранного аппарата были проведены с использованием мембранного модуля из 20 мембранных фильтрующих элементов, сформированных внутренним цилиндром из электрокорунда фракции 200-250 мкм на связке, полученной из гидрозоля алюминия с величиной частиц 400 нм и фильтрующей мембраной из карбида кремния с монофракцией 10-15 мкм на связке, полученной из золя диоксида кремния, с величиной частиц 150 нм. Толщина стенки внутреннего цилиндра составляла 5 мм, мембраны - 500 мкм. Мембранный аппарат обеспечивал степень очистки 99,9%, при тонкости фильтрации 0,2-2 мкм, производительность по воде 7000 л/м2 час·атм при увеличении межремонтного ресурса в 2-3 раза по сравнению с аналоговыми конструктивными решениями.
Полученные результаты характеризуют высокую надежность, воспроизводимость и эффективность предлагаемого мембранного аппарата по сравнению с существующими аналогами и позволяют прогнозировать широкое его использование с различными каркасными модификациями мембранного фильтрующего элемента в конкретных отраслях промышленности.
Claims (11)
1. Мембранный аппарат, состоящий из корпуса с патрубками для подвода исходной очищаемой жидкости, отвода очищенной жидкости и концентрата, трубной решетки с закрепленными в ней трубчатыми керамическими мембранными элементами, изготовленными в виде двух коаксиально расположенных цилиндров, причем внутренний цилиндр, выполняющий роль подложки, выполнен из крупнопористой керамики, на внешней поверхности которого расположена мелкопористая керамическая мембрана, отличающийся тем, что трубчатый мембранный элемент содержит внутренний цилиндр из керамического крупнозернистого спеченного каркаса с керамической нанокристаллической связкой, керамическая мембрана выполнена из монофракционного мелкозернистого спеченного каркаса с керамической нанокристаллической связкой, причем мелкозернистый каркас выполнен из материала КТР не превышающим КТР материала крупнозернистого каркаса и соединен с крупнозернистым каркасом диффузионным слоем в точечных контактах спекания мелкозернистых и крупнозернистых монофракций.
2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что крупнозернистый и мелкозернистый каркас выполнен с использованием монофракционных порошков из керамических материалов с плотностью, близкой к теоретической.
3. Аппарат по любому из пп.1,2, отличающийся тем, что крупнозернистый каркас выполнен из монофракций размером не мене 100 мкм.
4. Аппарат по любому из пп.1,2, отличающийся тем, что мелкозернистый каркас выполнен из монофракций размером не более 20-25 мкм.
5. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что нанокристаллическая связка получена из коллоидов, гелей, растворимых солей предшественников материалов связки с величиной частиц от 100 до 500 нм.
6. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что крупнозернистый каркас фильтрующего мембранного элемента выполнен из коррозионностойкой оксидной керамики.
7. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что крупнозернистый каркас фильтрующего мембранного элемента выполнен из кремнийсодержащей оксидной керамики.
8. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что крупнозернистый каркас фильтрующего мембранного элемента выполнен из бескислородной керамики.
9. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что мелкозернистый каркас фильтрующего мембранного элемента выполнен из кремнийсодержащей оксидной керамики.
10. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что мелкозернистый каркас фильтрующего мембранного элемента выполнен из кремнийсодержащей, бескислородной керамики.
11. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что соотношение проницаемого перового объема крупнозернистого каркаса к проницаемому перовому объему мелкозернистого каркаса находится в пределах 1:1 до 1,2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009117803/05A RU2412749C2 (ru) | 2009-05-14 | 2009-05-14 | Мембранный аппарат |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009117803/05A RU2412749C2 (ru) | 2009-05-14 | 2009-05-14 | Мембранный аппарат |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009117803A RU2009117803A (ru) | 2010-11-20 |
| RU2412749C2 true RU2412749C2 (ru) | 2011-02-27 |
Family
ID=44058045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009117803/05A RU2412749C2 (ru) | 2009-05-14 | 2009-05-14 | Мембранный аппарат |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2412749C2 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2102127C1 (ru) * | 1995-11-10 | 1998-01-20 | Терпугов Григорий Валентинович | Аппарат для фильтрации жидкости |
| RU2141866C1 (ru) * | 1998-10-01 | 1999-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский центр им.М.В.Келдыша" | Мембранный аппарат |
| RU99107319A (ru) * | 1999-04-12 | 2001-01-27 | Лев Абрамович Воложинский | Фильтровальная установка для очистки жидкости |
| JP2008296165A (ja) * | 2007-06-01 | 2008-12-11 | Kuraray Kiko Kk | 膜分離装置 |
| WO2009054448A1 (ja) * | 2007-10-24 | 2009-04-30 | Sumitomo Electric Fine Polymer, Inc. | 濾過用分離膜エレメント及び濾過用膜モジュール |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2168350C2 (ru) * | 1999-04-12 | 2001-06-10 | Воложинский Лев Абрамович | Фильтровальная установка для очистки жидкости |
-
2009
- 2009-05-14 RU RU2009117803/05A patent/RU2412749C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2102127C1 (ru) * | 1995-11-10 | 1998-01-20 | Терпугов Григорий Валентинович | Аппарат для фильтрации жидкости |
| RU2141866C1 (ru) * | 1998-10-01 | 1999-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский центр им.М.В.Келдыша" | Мембранный аппарат |
| RU99107319A (ru) * | 1999-04-12 | 2001-01-27 | Лев Абрамович Воложинский | Фильтровальная установка для очистки жидкости |
| JP2008296165A (ja) * | 2007-06-01 | 2008-12-11 | Kuraray Kiko Kk | 膜分離装置 |
| WO2009054448A1 (ja) * | 2007-10-24 | 2009-04-30 | Sumitomo Electric Fine Polymer, Inc. | 濾過用分離膜エレメント及び濾過用膜モジュール |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009117803A (ru) | 2010-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4088576A (en) | Method of manufacture of tubular inertial filter | |
| EP2274066B1 (en) | A ceramic dead-end filter, a filter system and method of filtering | |
| CA1325389C (en) | Sintered coating for porous metallic filter surfaces | |
| CN102172477B (zh) | 一种组合式蜂窝陶瓷膜过滤元件 | |
| CN204734994U (zh) | 多层过滤分离清洗的污水过滤装置 | |
| JP2010156206A (ja) | 排ガス浄化フィルタ | |
| Gao et al. | High-flux whisker layer ceramic membrane prepared by gel spin-coating method for low-pressure oil/water emulsion filtration | |
| RU2412749C2 (ru) | Мембранный аппарат | |
| CN100473443C (zh) | 陶瓷过滤器 | |
| JP6579281B2 (ja) | 吸着部材及びその製造方法 | |
| CN104147850A (zh) | 一种硅藻泥多孔复合陶瓷滤芯 | |
| CN209204793U (zh) | 一种以特种陶瓷为介质的高效除藻装置 | |
| CN110803733B (zh) | 一种预涂层膜分离技术及成套装置 | |
| CN201906564U (zh) | 一种外压式无循环固液分离动态膜装置 | |
| CN100563781C (zh) | 陶瓷过滤器 | |
| CN204588866U (zh) | 用于废水处理的复合型过滤器 | |
| CN204699468U (zh) | 一种高效纤维束过滤器 | |
| CN201353445Y (zh) | 蜘蛛网式布水装置 | |
| CN205035124U (zh) | 陶瓷膜过滤设备 | |
| CN205627669U (zh) | 一种抗污染高通量复合膜及其膜组件 | |
| CN203634964U (zh) | 一种陶瓷过滤盘及陶瓷过滤单元 | |
| CN210448287U (zh) | 一种分层微孔陶瓷过滤管 | |
| CN203090553U (zh) | 一种等孔径多层过滤器 | |
| CN102000512A (zh) | 一种外压式无循环固液分离动态膜装置 | |
| CN206289017U (zh) | 刚玉多孔陶瓷微滤膜管用于净水系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140515 |