Мембранный аппарат
Предложенное техническое решение относится к фильтрованию и очистке жидкостей с использованием полупроницаемых мембран, в частности к аппаратам мембраной технологии, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для осуществления процессов ультрафильтрации и микрофильтрации. Мембранный аппарат, содержащит несущие фланцы со штуцерами и отверстиями для ввода исходной смеси и вывода концентрата и фильтрата, пакет мембранных элементов, каждый из которых имеет каркасную пластину с углублениями на одной плоскости для образования прохода исходного раствора и с дренажным устройством на другой плоскости, выполненного в виде сплошных каналов, содержащую отверстия для ввода исходной смеси и вывода концентрата и фильтрата, с выводами к дренажному устройству и углублениям для прохода раствора и полупроницаемую мембрану, расположенную на дренажном устройстве, с отверстиями соосно отверстиям пластины. Согласно предложенному, боковые поверхности смежных каналов дренажного устройства соединяются друг с другом под углом, а выводы отверстий для ввода исходной смеси и вывода концентрата и фильтрата выполнены в виде каналов, расположенных в теле каркасной пластины. Техническим результатом является упрощение конструкции мембранного аппарата при высокой производительности по фильтрату.
Полезная модель относится к фильтрованию и очистке жидкостей с использованием полупроницаемых мембран, в частности к устройствам мембраной технологии, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для осуществления процессов ультрафильтрации и микрофильтрации.
Из уровня техники известны мембранные аппараты (или мембранные фильтры), представляющие собой плоскокамерные конструкции с пакетом полупроницаемых мембран. Фильтрационная очистка жидкости в таких устройствах осуществляется в "тангенциальном потоке", когда очищаемая жидкость профильтровывается по одной поверхности мембран, а очищенная жидкость отводится по противоположной стороне.
Например, известна конструкция мембранного аппарата, содержащего последовательно установленные и герметично скрепленные между собой узлы подвода и распыления загрязненной воды и отвода шлама, молекулярно-фильтрующей мембраны, опорно-предохранительной сетки и сбора и отвода фильтрата, образующие подводящую и отводящую камеры. При этом в подводящей камере на стенке узла для подвода и распыления загрязненной воды и отвода шлама выполнен набор вертикальных канавок, верхняя часть которых подсоединена к каналу подвода загрязненной воды, а нижняя часть - к каналу отвода шлама. Свидетельство на полезную модель РФ 22064, класс B 01 D 61/02 от 10.03.2002.
Недостатками известного мембранного аппарата являются сложность конструкции, относительно невысокий ресурс работы, обусловленный снижением производительности по фильтрату из-за низкой скорости тангенциального потока фильтруемой смеси в камере, обусловленной
наличием сетчатых пластин, которые быстро загрязняются и препятствуют свободному проходу потока.
Также известен мембранный аппарат, содержащий несущие стенки со штуцерами и отверстиями для ввода исходной смеси и вывода концентрата и фильтрата, пакет мембранных элементов, каждый из которых имеет каркасную пластину с углублениями на одной плоскости для образования камеры прохода исходного раствора и с дренажным устройством на другой плоскости, выполненного в виде сплошных каналов, содержащую отверстия для ввода исходной смеси и вывода концентрата и фильтрата, с выводами к дренажному устройству и углублениям для прохода раствора, полупроницаемую мембрану, расположенную на дренажном устройстве, с отверстиями соосно отверстиям пластины. При этом на обеих плоскостях каркасных пластин выполнены коллекторные узлы герметизации в виде охватывающих отверстия выступов и контурные узлы герметизации, выполненые в виде выступов и смыкаются с коллекторными узлами в виде перемычек между охватывающими отверстия выступами. Авторское свидетельство №1775145, класс B 01 D 63/16 от 15.11.1992, принятый в качестве наиболее близкого аналога.
Недостатком этого мембранного аппарата является сложность в изготовлении каркасной пластины, что увеличивает себестоимость мембранного аппарата и выполнение сплошных каналов дренажного устройства прямоугольными увеличивает площадь соприкосновения с мембранной платиной, что снижает эффективность использования мембраны и снижает скорость потока фильтруемой смеси.
Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является создание мембранного аппарата, не содержащего вышеуказанных недостатков.
При решении данной задачи достигается технический результат, заключающийся в упрощении конструкции мембранного аппарата при высокой производительности по фильтрату.
Данный технический результат достигается мембранным аппаратом, содержащим несущие стенки с отверстиями для ввода исходной жидкости и вывода концентрата и фильтрата, каркасные пластины с углублениями на одной плоскости для образования прохода исходной жидкости и с дренажным устройством на другой плоскости, выполненным в виде сплошных вертикальных каналов, и с отверстиями для ввода исходной смеси и вывода концентрата и фильтрата, которые сообщаются с дренажным устройством и углублениями для прохода жидкости при помощи дополнительных каналов, и содержащий полупроницаемые мембраны, расположенные на дренажном устройстве каждое, с отверстиями, которые соосны отверстиям пластины. Согласно заявленной полезной модели, боковые поверхности смежных каналов дренажного устройства наклонены друг к другу под углом, а дополнительные каналы отверстий для ввода исходной смеси и вывода концентрата и фильтрата расположены в теле каркасной пластины. Предпочтительно, что бы дно каждого из сплошных каналов дренажного устройства было выполнено скругленным.
Выполнение смежных боковых поверхностей сплошных каналов дренажного устройства наклонных под углом уменьшает поверхность соприкосновения дренажной пластины и мембраны, что позволяет максимально использовать поверхность мембраны и соответственно увеличивает скорость прохождения разделяемого потока.
Кроме того, предлагаемые дренажные устройства имеют практически нулевой коэффициент трения жидкости относительно поверхности каналов, что приводит к повышению тангенциальной скорости и, следовательно, повышает производительность и ресурс работы.
Указанная взаимосвязь отличительных признаков и подобное выполнение устройства в аналогичных технических решениях не обнаружены, что свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критерию "новизна".
Простота конструкции и технологичность изготовления элементов и устройства, а также очевидная работоспособность предлагаемого фильтра свидетельствуют о соответствии изобретения критерию "промышленно применимо".
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема мембранного аппарата; на фиг.2 - каркасная платина; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2.
Мембранный аппарат (фиг.1) состоит из несущих стенок 1 с коллекторами 2 подвода фильтруемой смеси и отвода концентрата и фильтрата, и пакетов мембранных элементов, состоящего из каркасных пластин 3 с углублениями 4 на одной стороне и дренажным устройством 5 на другом и полупроницаемых мембран 6, расположенных на дренажных устройствах 5. Все мембранные элементы могут быть изолированы герметизирующими прокладками (на фиг.не показаны), выполненными в виде рамок или покрытий определенной толщины, нанесенных по периметру на каркасные пластины.
Все мембранные элементы центрируются при помощи штырей (на фиг.не показаны) и стягиваются в пакет мембранных элементов.
Передняя несущая стенка 1 и каркасные пластины 3 имеют отверстия 7 (фиг.2) для ввода исходной смеси и 8 вывода концентрата и 9 фильтрата. От отверстий 7 в пластинах выполнены выводы 10 к дренажному устройству 5 и каналы 11, 12 для сообщения с отверстиями для вывода концентрата и фильтрата, выполненные в виде каналов в самой пластине. Каналы 10, 11, 12 могут быть выполнены как открытые - в виде углублений, так и глухие каналы.
Каналы 10, 11 сообщаются с дренажным устройством 5, а каналы 12 с углублениями 4 при помощи общих каналов (на фиг.не показан), проходящих поперечно движению потока.
Мембранный аппарат может содержать проницаемый коллектор, расположенный между дренажным устройством и мембраной и
выполненный из металлической сетки, проницаемой в продольном и поперечном направлениях. Металлическая сетка одновременно выполняет функции турбулизатора потока.
Дренажный элемент 5 (фиг.3) имеет распределительные сплошные каналы 13, боковые поверхности которых наклонены друг к другу под углом. При этом днища каналов 13, предпочтительно выполнены скругленными, а угол наклона боковых поверхностей выполнен <90°.
Мембранный фильтр работает следующим образом.
Жидкость, предназначенная для фильтрации, насосом подается под давлением во входное отверстие (коллектор 2) передней стенки 1, затем через отверстие 7 для ввода исходной смеси. Через канал 10 смесь попадает на дренажное устройство, где благодаря каналам 13 поток равномерно распределяется по всей поверхности мембраны и частично проходит через нее. Смесь (концентрат), которая не прошла очистку по каналам 13 дренажного устройства попадает через каналы 12 в отверстия отвода концентрата и выводится из аппарата. Жидкость, прошедшая очистку через мембрану проходит по каналу 11 и через отверстие отвода фильтрата выводится из аппарата.
Таким образом, предлагаемый мембранный фильтр конструкцией позволяет повысить ресурс работы и производительности.
1. Мембранный аппарат, содержащий несущие стенки с отверстиями для ввода исходной жидкости и вывода концентрата и фильтрата, каркасные пластины с углублениями на одной плоскости для образования прохода исходной жидкости и дренажным устройством на другой плоскости, выполненным в виде сплошных вертикальных каналов, и с отверстиями для ввода исходной жидкости, вывода концентрата и фильтрата, которые сообщаются с дренажным устройством и углублениями для прохода жидкости при помощи дополнительных каналов, и содержащий полупроницаемые мембраны, расположенные на дренажном устройстве каждое, с отверстиями, которые соосны отверстиям пластины, отличающийся тем, что боковые поверхности смежных каналов дренажного устройства наклонены друг к другу под углом, а дополнительные каналы отверстий для ввода исходной смеси, вывода концентрата и фильтрата расположены в теле каркасной пластины.
2. Мембранный аппарат по п.1, отличающийся тем, что дно каждого из сплошных каналов дренажного устройства выполнено скругленным.
