Аппарат для очистки растворов с погружным фильтрующим элементом

Полезная модель относится к технике очистки растворов методом ультрафильтрации и может быть использована в атомной, микробиологической, пищевой, химической и других отраслях промышленности. Технической задачей изобретения является сохранение высокой эффективности переработки жидкостей при существенном упрощении конструкции аппарата и расширении его функциональных возможностей при переработке агрессивных, радиоактивных и токсических растворов. Аппарат включает корпус в виде вертикальной цилиндрической обечайки с крышкой, на крышке с помощью стыковочного модуля установлен привод вращения трубчатого вала, внутренняя полость стыковочного модуля герметизирована и сообщена с полостью вала и патрубком выхода фильтрата. На валу внутри обечайки закреплены фильтрующий элемент и лопастное колесо осевого напорного насоса. Фильтрующий элемент выполнен из нескольких закрепленных на валу дисковых металло-керамических мембран, внутренние полости которых сообщены с полостью вала. Внутри обечайки закреплены два поперечных опорных перфорированных диска для установки подшипников центровки вала и для закрепления внутренней перфорированной обечайки. Внутренняя перфорированная обечайка предназначена для формирования потока исходного раствора и для крепления турбулизирующих раствор насадок, установленных между дисковыми металло-керамическими мембранами.

Полезная модель относится к технике очистки растворов методом ультрафильтрации и может быть использована в микробиологической, пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Аппараты с движущимися фильтрующими элементами применяются для интенсификации процесса ультрафильтрации жидкостей. Известен аппарат, состоящий из корпуса, вращающихся фильтрующих элементов, выполненных в виде закрепленных на полом валу полупроницаемых мембран, а также перемешивающего устройства, выполненного в виде изогнутых пружинящих стержней, надетых на полый вал (А.С. 586919, В01D 13/00, БИ N 1 от 05.01.78).

К недостаткам аппарата относится недостаточная производительность процесса очистки жидкости, которая обусловлена относительно низкой скоростью течения и недостаточной турбулизацией потока жидкости в зоне поверхности фильтрующих элементов.

Известен аппарат, включающий корпус в виде цилиндрической и конической обечаек, коническая обечайка выполнена полой, а ее внутренняя стенка выполнена из пористого тела, покрытого дренажным материалом с нанесенной на него полупроницаемой мембраной, размещенные на крышке корпуса привод вращения и устройство для подачи в аппарат сжатого воздуха, входные и выходные патрубки для исходной и очищенной жидкости (патент РФ 2148427, В01Д 63/16). На полом валу привода размещен фильтрующий элемент в виде двух коаксиально расположенных кольцевых полостей с пористыми стенками, покрытыми дренажным материалом с нанесенной на него полупроницаемой мембраной. Между кольцевых полостей сформированы кольцевые каналы, в которых установлены устройства для турбулизации потока очищаемой жидкости.

Недостатком аппарата является сложность конструкции, необходимость стационарного размещения и подключения к системам подачи и отвода жидкостей, а также подвода сжатого воздуха. Это затрудняет использование аппарата в условиях работы с агрессивными, радиоактивными и токсическими растворами и сужает функциональные возможности его применения при переработке таких жидких сред.

Технической задачей изобретения является сохранение высокой эффективности переработки жидкостей при существенном упрощении конструкции аппарата и расширении его функциональных возможностей при переработке агрессивных, радиоактивных и токсических растворов.

Указанная техническая задача решается предлагаемой полезной моделью, которая включает корпус аппарата в виде вертикальной цилиндрической обечайки с крышкой, на крышке с помощью стыковочного модуля установлен привод вращения трубчатого вала, внутренняя полость стыковочного модуля герметизирована и сообщена с полостью вала и патрубком выхода фильтрата. На валу внутри обечайки закреплены фильтрующий элемент и лопастное колесо осевого напорного насоса. Фильтрующий элемент выполнен из нескольких закрепленных на валу дисковых металло-керамических мембран, внутренние полости которых сообщены с полостью вала. Внутри обечайки закреплены два поперечных опорных перфорированных диска для установки подшипников центровки вала и для закрепления внутренней перфорированной обечайки. Внутренняя перфорированная обечайка предназначена для формирования потока исходного раствора и для крепления турбулизирующих раствор насадок, установленных между дисковыми металло-керамическими мембранами.

В аппарате предложенной конструкции необходимое для фильтрации исходного раствора давление обеспечивается за счет лопастного колеса напорного насоса, которое установлено на одном валу с фильтрующим элементом.

На фиг.1 приведен поперечный разрез аппарата.

На фиг.2 приведен фрагмент фильтрующего элемента с закрепленной на валу дисковой металло-керамической мембраной и турбулизирующей насадкой.

На фиг.3 приведен фрагмент стыковочного модуля

Аппарат для очистки жидкостей состоит из корпуса, образованного вертикальной цилиндрической обечайкой (1) и крышкой (2). На крышке (2) с помощью стыковочного модуля (3) установлен привод (4) вращения трубчатого вала (5). Внутренняя полость (6) стыковочного модуля (3) герметизирована уплотнениями (7) и сообщена с помощью отверстий (20) с полостью (8) вала (5) и патрубком (9) выхода фильтрата. На валу (5) внутри обечайки (1) закреплены фильтрующий элемент (10) и лопастное колесо (11) осевого напорного насоса. Внутри обечайки (1) закреплены два поперечных опорных перфорированных диска (12) и (13). Верхний диск (12) предназначен для установки подшипника (14) центровки вала (5) и для крепления внутренней перфорированной обечайки (15). Нижний перфорированный диск (13) предназначен для установки подшипника (16) центровки вала (5) и нижней части обечайки (1) в зоне размещения лопастного колеса (11) осевого напорного насоса. Фильтрующий элемент (10) выполнен из нескольких закрепленных на валу (5) дисковых металло-керамических мембран (17), внутренние полости (18) которых сообщены с полостью (8) вала (5) через отверстия (21).

Между мембранами (17) размещены турбулизирующие исходный раствор насадки (19), которые закреплены на внутренней перфорированной обечайке (15). В верхней части обечайки (1) выполнены отверстия (22) для обеспечения циркуляции потока исходного раствора. Мембраны (17) выполнены, например, в виде двухслойных листов толщиной около 0,2 мм с внутренним слоем из пористого материала (пористой нержавеющей стали) и наружным слоем из пленки толщиной 10 мкм из пористой керамики на основе оксидов, выбранных из ряда: оксид титана, оксид алюминия оксид циркония, с размером пор керамического слоя от 0,03 до 1 мкм, диоксида титана ТiO₂ с размерами пор от 0,03 до 1 мкм.

Аппарат для очистки исходных растворов с погружным фильтрующим элементом

работает следующим образом. Аппарат на определенную часть его высоты погружают в исходный раствор, находящийся в закрытой или открытой емкости, и включают привод (4). Напорное лопастное колесо (11) создает в нижней части аппарата избыточное давление исходного раствора (23), которая через проемы в нижнем диске (13) поступает в рабочую зону, где установлены вращающиеся металло-керамические мембраны (17) фильтрующего элемента (10). Циркуляционная часть потока исходного раствора перетекает из рабочей части аппарата в верхнюю через отверстия в верхнем перфорированным диске (12), а затем через отверстия (22) в обечайке (1) возвращается в емкость (не показана) с исходным раствором. Определенная часть исходного раствора фильтруется через металло-керамические мембраны (17), поступает через отверстия (21) в полость (8) вала (5) и через отверстия (20) в полость (6) стыковочного модуля (3) и в патрубок (9) выхода фильтрата.

По мере снижения уровня исходного, раствора в емкости проводят либо пополнение объема исходного раствора в емкости либо осуществляют перемещение аппарата вниз либо переносят аппарат в другую емкость.

Аппарат позволяет обеспечить высокую эффективность переработки жидкостей при существенном упрощении конструкции аппарата и расширении его функциональных возможностей при переработке агрессивных, радиоактивных и токсических растворов. Конструкция аппарата позволяет обеспечить герметизацию вращающегося полого вала в корпусе аппарата, исключить применение дополнительных систем избыточного давления, обеспечить простоту практического применения для закрытых и открытых емкостей с исходными растворами фильтруемым раствором, упростить обеспечение герметичности аппарата.

1. Аппарат для очистки растворов с погружным фильтрующим элементом, включающий корпус в виде вертикальной цилиндрической обечайки с крышкой, на крышке с помощью стыковочного модуля установлен привод вращения трубчатого вала, внутренняя полость стыковочного модуля герметизирована и сообщена с полостью вала и патрубком выхода фильтрата, на валу внутри обечайки закреплены фильтрующий элемент и лопастное колесо осевого напорного насоса, внутри обечайки закреплены два поперечных опорных перфорированных диска для установки подшипников центровки вала и для закрепления внутренней перфорированной обечайки, фильтрующий элемент выполнен из нескольких закрепленных на валу дисковых металлокерамических мембран, внутренние полости которых сообщены с полостью вала, между мембранами размещены турбулизирующие жидкость насадки, которые закреплены на внутренней перфорированной обечайке.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что мембраны выполнены в виде двухслойных листов с внутренним слоем из пористого материала, например пористой нержавеющей стали, и наружным слоем из пленки толщиной 10 мкм из пористой керамики на основе оксидов, выбранных из ряда: оксид титана, оксид алюминия оксид циркония, с размером пор керамического слоя от 0,03 до 1 мкм, диоксида титана ТiO₂ с размерами пор от 0,03 до 1 мкм.

3. Аппарат по п.2, отличающийся тем, что толщина металлокерамической мембраны не превышает 0,2 мм, при соотношении толщины нержавеющей подложки к толщине селективного керамического слоя от 10 до 30.