Мембранный модуль с плоскими металлокерамическими фильтрующими элементами

Полезная модель относится к технике очистки растворов методом ультрафильтрации и может быть использована в микробиологической, пищевой, химической и других отраслях промышленности. Полезная модель позволяет обеспечить эффективность микрофильтрации при использовании высокого давления. Технический результат состоит в повышении прочности плоских фильтрующих элементов при использовании высокого давления фильтруемых растворов. Мембранный модуль с плоскими фильтрующими элементами включает две опорные плиты, между которыми размещен пакет плоских фильтрующих элементов, каждый элементов состоит из двух герметизированных по периметру плоских полупроницаемых мембран и размещенного между ними дренажного слоя, плиты и элементы соединены полыми стяжками, полости которых сообщены с дренажными слоями элементов, мембраны фильтрующих элементов выполнены двухслойными, с внутренним слоем из пористой нержавеющей стали и наружным слоем из пленки оксидов пористой керамики, с размером пор керамического слоя от 0,03 до 1 мкм, на входе и выходе фильтруемого раствора установлены пластинчатые формирователи плоских струй фильтруемого раствора в зазоре между фильтровальными элементами. В частных случаях выполнения модуля между мембранами установлен дренажный слой, выполненный в виде сетки из нержавеющей стали, пластинчатые формирователи плоских струй выполнены в виде пакета пластин, толщина каждой пластины равна толщине фильтровальных элементов, а соседние пластины установлены с зазором между собой, величина которого равна зазору между соответствующими соседними фильтровальными элементами, пленка оксидов из пористой керамики выполнена из оксида титана, оксида алюминия или оксида циркония.

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

Известен мембранный фильтрующий модуль (см. заявку ФРГ 2945317, кл. С02F 1/44, 1981), содержащий пакет мембранных элементов, каждый из которых состоит из двух плоских полупроницаемых мембран и размещенного между ними дренажного слоя, герметизированных по периметру, разделительные пластины с продольными ребрами и опорными выступами в зоне фильтратотводящих каналов с размещенными на них уплотнительными прокладками из эластичного материала, нижнюю и верхнюю опорные плиты, соединенные по оси каналов стяжками.

Недостатком этого устройства является наличие застойных зон в зоне фильтратотводящих каналов мембранного элемента, создание в нем высокого гидравлического сопротивления, что снижает эффективность работы модуля.

Известен аппарат, состоящий из корпуса, фильтрующих элементов, выполненных в виде закрепленных на полом валу полупроницаемых мембран (А.С. 586919, В01В 13/00, БИ1 от 05.01:78).

К недостаткам аппарата, относится небольшая производительность процесса очистки жидкости, которая обусловлена низкой скоростью течения очищаемого раствора, невозможностью набора больших фильтрующих поверхностей в связи с особенностью конструкции, а также сложности ремонтных работ по замене фильтрующих элементов, особенно при работе с агрессивными, токсичными и радиоактивными растворами, что сужают функциональные возможности его применения.

Известен мембранный фильтрующий модуль (патент РФ 2033250, B01D 63/08) содержащий нижнюю и верхнюю опорные плиты, между которыми размещен пакет мембранных элементов, и пакет разделительных пластин. Плиты, элементы и пластины соединены между собой полыми стяжками, полости которых сообщены с каналами отвода фильтра. Каждый из мембранных элементов состоит из двух герметизированных по периметру плоских полупроницаемых мембран и размещенного между ними дренажного слоя, который сообщен с полостями стяжек. Разделительные пластины в зоне размещения полых стяжек выполнены с опорными выступами и закругленными продольными ребрами.

К недостаткам модуля относится существенные ограничения по возможности его применения для микрофильтрации растворов, требующей применения высокого давления и высокой скорости циркуляции фильтруемых растворов. Эти ограничения обусловлены конструкцией фильтрующего элемента, которая характеризуется наличием внутренней полости с расположенным в нем дренажным слоем, а также наличием разделительных пластин с ребрами. При повышении давления фильтруемого раствора фильтровальные элементы деформируются в поперечном направлении, что приводит к изменению толщины внутренней полости и дренажного слоя, снижает эффективность фильтрации и повышает вероятность нарушения целостности фильтрующего элемента. Наличие разделительных пластин с ребрами повышает гидравлическое сопротивление модуля, а также приводит к формированию локальных зон механического воздействия ребер на плоский фильтрующий элемент. Эти недостатки конструкции существенно ограничивает возможности применение модуля для проведения микрофильтрации при высоком давлении и высокой скорости циркуляции фильтруемых растворов.

Заявляемая полезная модель направлена на получение технического результата, который состоит в повышении прочности плоских фильтрующих элементов при использовании высокого давления фильтруемых растворов и в увеличении срока службы модулей при использовании высоких скоростей фильтруемого раствора. Этот технический результат позволяет обеспечить повышенные надежность и эффективность микрофильтрации при использовании высокого давления и высоких скоростей фильтруемой жидкости.

Указанный технический результат достигается с помощью предлагаемого мембранного модуля с плоскими фильтрующими элементами (включающий две опорные плиты, между которыми размещен пакет плоских фильтрующих элементов, каждый элементов состоит из двух герметизированных по периметру плоских полупроницаемых мембран и размещенного между ними дренажного слоя, плиты и элементы соединены полыми стяжками, полости которых сообщены с дренажными слоями элементов) в котором мембраны фильтрующий элементов выполнены двухслойными, с внутренним слоем из пористой нержавеющей стали и наружным слоем из пленки оксидов пористой керамики, с размером пор керамического слоя от 0,03 до 1 мкм, на входе и выходе фильтруемого раствора установлены пластинчатые формирователи плоских струи фильтруемого раствора в зазоре между фильтровальными элементами.

В частном случае выполнения модуля между мембранами установлен дренажный слой выполненный в виде сетки из нержавеющей стали.

В другом частном случае выполнения модуля пластинчатые формирователи плоских струй выполнены в виде пакета пластин, толщина каждой пластины равна толщине фильтровальных элементов, а соседние пластины установлены с зазором между собой, величина которого, равна зазору между соответствующими соседними фильтровальными элементами.

В другом частном случае выполнения модуля пленка оксидов из пористой керамики выполнена из оксида титана, оксида алюминия или оксида циркония.

Полезная модель поясняется на приведенных ниже рисунках.

На фиг.1 приведен внешний вид модуля в корпусе установки.

На фиг.2 приведен поперечный разрез модуля.

На фиг.3 приведен фрагмент модуля в месте образования внутренней полости сбора фильтрата.

На фиг.4 приведен фрагмент модуля в месте образования внутренних каналов для протока фильтруемого раствора.

Модуль для очистки растворов состоит; в средней части из фильтрущих элементов 1 надетых на штоки 2 с проставками из колец 3 и 4 и уплотнительными кольцами 5, на входе и выходе в модуль фильтруемого раствора из листов 6 и 7 образующих входной и выходной успокоитель потока, по краям фильтрующих элементов 1 и листов 6 и 7 установлены уплотняющие прокладки 8 и 9. Собранный таким образом пакет стягивается шпильками 10 с помощью верхней 11 и нижней 12 крышки. В нижней крышке 12 для уплотнения штоков 2 установлены уплотняющие кольца 13, а на выходных патрубках 14 верхней крышки для уплотнения их в корпусе 15 предусмотрены прокладки 16. На концах модуля для удаления паразитных протечек фильтруемого раствора между корпусом установки 15 и модулем предусмотрены уплотнительные кольца 17.

Фильтрующие элементы 1 выполнены, например, из двух мембран в виде двухслойных листов толщиной 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 с размещенным между ними дренажным материалом (сетка из нержавеющей стали) и соединенных герметично по периметру.

Входной и выходной формирователи потока фильтруемого раствора значительно улучшают характеристики потока фильтруемого раствора, что значительно увеличивает срок службы фильтрующих элементов модуля.

Модуль для очистки растворов металлокерамическим фильтрующим элементом работает следующим образом. Модуль устанавливается в корпус установки 15 с замкнутым циркуляционным контуром обеспечивающую давление не менее 3 атм и скорость потока исходного фильтруемого раствора в модуле около 5 м/сек и уплотняется в корпусе установки 15 с помощью прокладок 16 и 17. Поток фильтруемого раствора проходит через входной успокоитель модуля, собранный из листов 6 и прокладок 9, который срезает возмущения, создаваемые насосом и подводящими трубопроводами установки, формирует каналы прохода фильтруемого раствора, полностью соответствуют геометрии каналов между фильтрующими элементами 1. Выйдя из входного успокоителя поток фильтруемого раствора, попадает в зону фильтрации, сформированную из фильтрующих элементов 1 и прокладок 8, где происходит процесс фильтрации и отвод фильтрата через каналы образованные с помощью стягивающих штоков, колец 3, 4, 5 и 13 и прокладок 16 через патрубки 14. Не отфильтрованный исходный раствор попадает в выходной успокоитель, собранный из листов 7 и прокладок 9 и предназначенный для удаления зоны возмущения, связанной с резким расширением потока при выходе из модуля, от фильтрующих элементов 1 и проходя через него попадает в контур установки.

Модуль позволяет обеспечить высокую эффективность переработки агрессивных, радиоактивных и токсичных растворов. Конструкция модуля позволяет с минимальными доработками набирать необходимые площади фильтрующих поверхностей практически под любую необходимую производительность фильтрата, увеличивает сроки службы фильтрующих элементов за счет создания «комфортных» условий их работы. Конструкция модуля позволяет также продолжать безостановочную работу установок, использующих модули данной конструкции, при выходе из строя одного или нескольких из них, только перекрытием магистралей фильтрата, что также упрощает проведение ремонтных и профилактических работ.

1. Мембранный модуль с плоскими фильтрующими элементами, включающий две опорные плиты, между которыми размещен пакет плоских фильтрующих элементов, каждый из элементов состоит из двух герметизированных по периметру плоских полупроницаемых мембран и размещенного между ними дренажного слоя, плиты и элементы соединены полыми стяжками, полости которых сообщены с дренажными слоями элементов, отличающийся тем, что мембраны фильтрующих элементов выполнены двухслойными, с внутренним слоем из пористой нержавеющей стали и наружным слоем из пленки оксидов пористой керамики, с размером пор керамического слоя от 0,03 до 1 мкм, на входе и выходе фильтруемого раствора в зазоры между фильтрующими элементами установлены пластинчатые формирователи потока фильтруемого раствора.

2. Мембранный модуль по п.1, отличающийся тем, что между мембранами установлен дренажный слой, выполненный в виде сетки из нержавеющей стали.

3. Мембранный модуль по п.1, отличающийся тем, что пластинчатые формирователи выполнены в виде пакета пластин, толщина каждой пластины равна толщине фильтрующих элементов, а соседние пластины установлены с зазором между собой, величина которого равна зазору между соответствующими соседними фильтрующими элементами.

4. Мембранный модуль по п.1, отличающийся тем, что пленка оксидов из пористой керамики выполнена из оксида титана, оксида алюминия или оксида циркония.