Мембранный половолоконный аппарат

Полезная модель относится к устройствам очистки, разделения, концентрирования, опреснения сточных вод и может быть использована в гальваническом производстве, энергетике, пищевой, фармацевтической промышленности. Мембранный половолоконный аппарат содержит цилиндрический корпус 3, переднее 7 и заднее 2 днища, пакет половолоконных нитей 12, между которыми установлена проницаемая для жидкости ограничительная перегородка 13, патрубок подвода обрабатываемой жидкости 5, выполненный тангенциальным, и патрубки отвода очищенной жидкости 1 и концентрата 4, центральную трубу 11 с отверстиями Д, расположенную коаксиально корпусу 3. На входе центральной трубы 11 установлено колебательное устройство 9 в виде гидродинамического излучателя, а пакет половолоконных нитей 12 установлен в упругие кольца 6. Отверстия Д в центральной трубе 11 расположены по всей ее длине и в шахматном порядке, выполнены наклонными в направлении движения жидкости с углом наклона, равным (30°÷90)°. Предложенная конструкция позволяет повысить производительность процесса фильтрации за счет колебаний пакета половолоконных нитей, турбулизации жидкости истекающими струями из отверстий трубы и центробежного разделения и расширить диапазон использования устройства. 6 з.п. ф-лы, 3 илл.

Полезная модель относится к устройствам очистки, разделения, концентрирования, опреснения сточных вод и может быть использовано в гальваническом производстве, энергетике, пищевой, фармацевтической промышленности.

Известны устройства для реализации мембранных (микро- и ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос, диализ) процессов, в которых, в качестве мембран используют полые волокна, трубки, плоские ленты или рулоны, например «Мембранный аппарат с тороидальными турбулизаторами» (патент 2269373 от 05.07.2004 г.), в котором имеется трубчатая полупроницаемая мембрана, причем для повышения производительности мембранного аппарата за счет улучшения гидродинамического воздействия на разделяемый поток и улучшения степени очистки слоя высокой концентрации на мембране, внутри устройства имеются тороидальные турбулизаторы с лопатками между замкнутыми зубчатыми лентами. Недостатком такого устройства является сложность конструкции, наличие кривошипношатунного механизма с приводом, значительные энергозатраты.

Известно устройство, выполненное в виде половолоконного мембранного модуля (В.А.Колесников, Н.В.Меньшутина. Анализ, проектирование технологий и оборудования для очистки сточных вод. Москва, Де Ли принт. 2005. 226 с., Рис.2.33, стр.104-105), принятое за прототип. Внутри корпуса аппарата, снабженного патрубками для подачи исходного раствора, отвода пермеата и концентрата, установлен пучок полых волокон, который собран с помощью спирально навитой нити, обеспечивающей одновременно необходимый зазор между отдельными волокнами, что улучшает распределение разделяемого раствора в пучке. В аппарате такой конструкции разделяемую жидкость можно прокачивать как вдоль наружной поверхности полых волокон, так и по их каппилярным каналам.

Для повышения интенсивности перемешивания разделяемого раствора в аппарате смонтирована распределительная труба, в центральной части которой имеются отверстия для подачи разделяемого раствора внутрь пучка волокон.

Недостатки прототипа следующие: недостаточная интенсивность перемешивания очищаемого раствора создает высокую концентрацию загрязнителя на мембране, вследствие чего уменьшается производительность процесса, вплоть до полного прекращения за счет закупорки фильтрующих отверстий. Кроме того, недостаточная интенсивность перемешивания и жесткое крепление полых волокон не позволяет использовать их для обработки растворов, содержащих взвешенные частицы, и диапазон использования подобных устройств существенно сокращается.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель: повышение производительности процесса разделения и расширение диапазона использования устройства.

Технический результат достигается тем, что в мембранном половолоконном аппарате, содержащем цилиндрический корпус, переднее и заднее днища, пакет половолоконных нитей, патрубки подвода обрабатываемой жидкости и отвода очищенной жидкости и концентрата, центральную трубу с отверстиями, расположенную коаксиально корпусу, новым является то, что на входе центральной трубы установлено колебательное устройство, а пакет половолоконных нитей установлен в упругие кольца. Отверстия в центральной трубе расположены по всей ее длине и в шахматном порядке, выполнены наклонными в направлении движения жидкости с углом наклона, равным (30°÷90)°. В качестве колебательного устройства применен гидродинамический излучатель. Между половолоконными нитями установлена проницаемая для жидкости ограничительная перегородка. Патрубок подвода обрабатываемой жидкости выполнен тангенциальным.

Сущность полезной модели поясняется на фиг.1 - фиг.3, где:

фиг.1 - Мембранный половолоконный аппарат (продольное сечение);

фиг.2 - Мембранный половолоконный аппарат (поперечное сечение);

фиг.3 - Гидродинамический излучатель.

Здесь: 1 - патрубок отвода очищенной воды; 2 - заднее днище; 3 - корпус; 4 - патрубок отвода концентрата; 5 - патрубок подвода обрабатываемой жидкости; 6 - упругое кольцо; 7 - переднее днище; 8 - щелевое сопло; 9 - гидродинамический излучатель; 10 - перегородка; 11 - центральная труба; 12 - пакет половолоконных нитей; 13 - ограничительная перегородка.

Предложенный мембранный половолоконный аппарат представляет собой цилиндрический корпус 3, имеющий патрубок подвода обрабатываемой жидкости 5, выполненный тангенциальным к корпусу, и патрубок отвода концентрата 4. К корпусу 3 крепится переднее днище 7, в котором установлено щелевое сопло 8, и заднее днище 2 с патрубком отвода очищенной воды 1. Внутри корпуса 3 коаксиально расположена центральная труба 11, закрепленная в двух перегородках 10, которые закреплены с корпусом 3 через упругие кольца 6. Центральная труба 11 имеет отверстия Д, выполненные наклонными в направлении движения жидкости с углом наклона, равным (30°÷90)°, и для обеспечения более полного равномерного истечения жидкости расположенные в шахматном порядке.

Вокруг центральной трубы 11 расположен пакет половолоконных нитей 12, одни концы которых заделаны в переднюю перегородку 10 со стороны переднего днища 7, а другие концы пакета проходят через заднюю перегородку 10 со стороны заднего днища 2 в полость этого днища 2. В средней части пакета 12 имеется ограничительная перегородка 13, которая препятствует слипанию половолоконных нитей.

К центральной трубе 11 соосно щелевому соплу 8 закреплен гидродинамический излучатель 9.

Предложенное устройство работает следующим образом. Обрабатываемую жидкость подают в патрубок подвода 5, где за счет тангенциального подвода приобретает вращательное движение. Вследствие этого, под действием центробежных сил взвешенные вещества отбрасываются к стенкам корпуса 3 и отводятся через патрубок 4. В центральной части аппарата в пакете половолоконных нитей 12 происходит процесс мембранной фильтрации (микро-, ультра-, нанофильтрация или диализ в зависимости от размера пор) и очищенная жидкость, проходя вдоль полых нитей, удаляется через патрубок отвода очищенной воды 1. Для удаления слоя высокой концентрации, образующегося у стенок половолоконных нитей 12, и улучшения гидродинамического воздействия на обрабатываемую жидкость в центральной части аппарата коаксиально корпусу 3 расположена центральная труба 11, которая испытывает акустические колебания, генерируемые гидродинамическим излучателем 9. Эти колебания передаются на перегородки 10, которые колеблются в упругих кольцах 6, вследствие чего колеблется весь пакет половолоконных нитей 12. Жидкость, попадающая внутрь центральной трубы 11, истекает с большой скоростью через отверстия Д и удаляет с поверхности половолоконных нитей слой с высокой концентрацией загрязнителя, вследствие чего возрастает интенсивность процесса фильтрации через половолоконные нити. Взвешенные вещества и концентрат удаляют через патрубок 4.

Таким образом, организация центробежного разделения и акустических колебаний исключает заиливание пакета взвешенными веществами, что позволяет расширить диапазон использования аппарата и повысить его производительность.

1. Мембранный половолоконный аппарат, содержащий цилиндрический корпус, переднее и заднее днища, пакет половолоконных нитей, патрубки подвода обрабатываемой жидкости и отвода очищенной жидкости и концентрата, центральную трубу с отверстиями, расположенную коаксиально корпусу, отличающийся тем, что на входе центральной трубы установлено колебательное устройство, а пакет половолоконных нитей установлен в упругие кольца.

2. Мембранный половолоконный аппарат по п.1, отличающийся тем, что отверстия в центральной трубе расположены по всей ее длине.

3. Мембранный половолоконный аппарат по п.1, отличающийся тем, что отверстия в центральной трубе расположены в шахматном порядке.

4. Мембранный половолоконный аппарат по п.1, отличающийся тем, что отверстия в центральной трубе выполнены наклонными в направлении движения жидкости с углом наклона 30÷90°.

5. Мембранный половолоконный аппарат по п.1, отличающийся тем, что в качестве колебательного устройства применен гидродинамический излучатель.

6. Мембранный половолоконный аппарат по п.1, отличающийся тем, что между половолоконными нитями установлена проницаемая для жидкости ограничительная перегородка.

7. Мембранный половолоконный аппарат по п.1, отличающийся тем, что патрубок подвода обрабатываемой жидкости выполнен тангенциальным.