Аппарат для мембранной фильтрации

Техническое решение относится области фильтрации жидких сред растительного и животного происхождения и может быть использовано в пищевой, химической, биотехнологической и других отраслях промышленности.

Мембранный аппарат содержит корпус, выполненный в виде цилиндра. С одной стороны корпуса располагается патрубок для подачи жидкой среды, с другой - патрубок для отвода конечного продукта. На внешней стенке корпуса располагается патрубок для отвода фильтрата. Внутри корпуса располагается коаксиально полупроницаемая мембрана. В мембране располагается вставка. На боковой поверхности вставки расположены отверстия, равноудаленные друг от друга, для выхода исходного раствора в мембранный канал. Исходный раствор под давлением подается во внутренний канал вставки. Раствор выходит через отверстия по всей длине вставки, создавая направленный поток к внутренней поверхности мембраны. Под действием давления происходит процесс разделения на мембране. При этом на внутренней поверхности мембраны формируется слой осадка, который снижает производительность процесса. Направленный поток раствора увеличивает турбулизацию внутри мембранного канала, что способствует снижению толщины слоя осадка. Прошедший через мембрану фильтрат отводится через патрубок. Оставшаяся часть исходного раствора отводится через патрубок.

Технический результат позволит улучшить производительность процесса мембранной фильтрации жидких средств путем уменьшения толщины слоя осадка на мембране воздействием направленного потока среды.

Полезная модель относится к области фильтрации жидких сред растительного и животного происхождения и может быть использовано в пищевой, химической, биотехнологической и других отраслях промышленности.

Известен мембранный аппарат, включающий трубчатую керамическую мембрану с внутренним селективным слоем [1] (прототип). Аппарат состоит из мембраны, помещенный в корпус с патрубками для ввода исходной среды и отвода конечного продукта и фильтрата.

Недостатком является образование на поверхности мембраны слоя задерживаемых веществ, что значительно снижает производительность аппарата.

Известен мембранный аппарат с направленными потоками [2] (аналог), который содержит корпус с патрубками ввода исходной жидкости, вывода очищенной жидкости и жидкости с осадком. В корпусе расположен фильтро-держатель с закрепленными в нем фильтрующими элементами и распределительным перфорированным устройством. По периферии корпуса установлен профильный элемент, выполненный по отношению к фильтрующим элементам с образованием сужающегося зазора, в узкой части которого расположены отводящие каналы для отвода очищенной жидкости. Исходная жидкость подается в перфорированное распределительное устройство, откуда через отверстия в виде струй жидкости подается по касательной на поверхности фильтрующих элементов. Образующийся поток жидкости поступает в уменьшающийся зазор, образованный поверхностями профильного элемента и фильтрующего элемента. По ходу движения потока внутри уменьшающегося зазора происходит увеличение его скорости. Благодаря этому происходит очистка поверхности фильтрующего элемента от образующихся отложений.

Недостатком мембранного аппарата является возможность очистки внешней поверхности фильтрующего элемента.

Известен мембранный аппарат со струйными потоками [3] (аналог), который включает трубчатый мембранный модуль, выполненный в виде пористого тела с нанесенной на внутреннюю поверхность полупроницаемой мембраной, патрубки для ввода исходного раствора, вывода фильтрата и концентрата. Внутри трубчатого мембранного модуля коаксиально полупроницаемой мембране расположены струйные устройства, каждое из которых выполнено в виде цилиндра, к торцевым поверхностям которого присоединены с одной стороны диск с отверстиями для штанг, с другой - корпусная деталь и обойма с лепестковым клапаном. На боковой поверхности корпусной детали размещены форсунки, направленные таким образом, чтобы выходящие струи были направлены тангенциально полупроницаемой мембране. Благодаря струйным устройствам происходит снижение слоя высокой концентрации на всей длине полупроницаемой мембраны.

Недостатком является сложность конструкции струйных устройств и невозможность их применения в трубчатых мембранах с внутренним диаметром 0,004-0,006 м.

Технической задачей является повышение производительности аппарата путем удаления с поверхности мембраны слоя задерживаемых веществ гидродинамическими способами.

Задача решается путем установки в аппарате внутри мембраны вставки круглого или прямоугольного сечения, закупоренной с одной стороны, на боковой поверхности которой выполнены отверстия. Вставка может иметь одинаковое сечение по всей длине либо сужение на конце.

Мембранный аппарат (фиг. 1) содержит корпус 4, выполненный в виде цилиндра. С одной стороны корпуса располагается патрубок для подачи жидкой среды 1, с другой - патрубок для отвода конечного продукта 2. На внешней стенке корпуса располагается патрубок для отвода фильтрата 3. Внутри корпуса располагается коаксиально полупроницаемая мембрана 5. В мембране располагается вставка 6. На боковой поверхности вставки расположены отверстия 7, равноудаленные друг от друга, для выхода исходного раствора в мембранный канал. Каждое отверстие создает направленный поток и увеличивает турбулизацию внутри мембранного канала.

Мембранный аппарат работает следующим образом.

Исходный раствор под давлением подается через патрубок 1 во внутренний канал вставки 6. Раствор выходит через отверстия 7 по всей длине вставки, создавая направленный поток к внутренней поверхности мембраны 5. Под действием давления происходит процесс разделения на мембране. При этом на внутренней поверхности мембраны формируется слой осадка, который снижает производительность процесса. Направленный поток раствора увеличивает турбулизацию внутри мембранного канала, что способствует снижению толщины слоя осадка. Прошедший через мембрану фильтрат отводится через патрубок 3. Оставшаяся часть исходного раствора отводится через патрубок 2.

Технический результат - повышение производительности процесса мембранной фильтрации жидких сред путем уменьшения толщины слоя осадка на мембране воздействием направленного потока среды.

Источники литературы

1. Дытнерский, Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. В 2 ч. Ч. 2. Массообменные процессы и аппараты / Ю.И. Дытнерский. - Москва: Химия, 1995. - 368 с. (прототип)

2. Пат. 2331456 Российская Федерация. МПК⁷ B01D 27/08 (2006.01), B01D 63/06 (2006.01). Мембранный аппарат с направленными потоками / Ключников А.И., Шахов С.В., Потапов А.И., Марков А.А., Огурцов А.В., Колиух С.А.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия (ГОУ ВПО ВГТА) - 2007106333/15; заявл. 19.02.2007; опубл. 20.08.2008 (аналог)

3. Пат. 2252815 Российская Федерация. МПК⁷ B01D 63/06 Мембранный аппарат со струйными потоками / Кретов И.Т., Востриков С.В., Ключников А.И., Ключникова Д.В.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия - 2004113915/15; заявл. 05.05.20042007; опубл. 27.05.2005 (аналог)

Аппарат для мембранной фильтрации, включающий корпус, выполненный в виде цилиндра и имеющий патрубки для ввода исходного раствора и отвода конечного продукта и фильтрата, внутри которого располагается коаксиально полупроницаемая мембрана, отличающийся тем, что внутри мембраны установлена вставка, на боковой поверхности которой расположены отверстия, равноудаленные друг от друга.

РИСУНКИ