Устройство для осуществления процессов мембранного разделения жидких сред

 

Изобретение относится к устройствам для осуществления мембранных процессов и может быть использовано в любой отрасли промышленности и сельского хозяйства, где производится разделение жидких сред. Цель изобретения - повышение эффективной работы аппарата за счет снижения концентрационной поляризации. Это достигается благодаря тому, что в мембранном аппарате, состоящем из корпуса, фланцев с патрубками подвода и отвода жидкости и трубчатых мембран с направляющими вставками на опорах, направляющие вставки выполнены в виде выпуклых лопаток различной длины с округлыми краями и отогнутых под углом 10°- 40°, причем лопатки укреплены на пластинах, повернутых вдоль радиальной оси. Под действием направляющих вставок часть жидкости в трубчатой мембране совершает вращательно-поступательные движения, активно смывая с внутренней поверхности мембран отложения и разрушая слой с концентрационной поляризацией. 1 с. и 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для осуществления мембранных процессов и может быть использовано в любой отрасли промышленности и сельского хозяйства, где производится разделение жидких сред.

Известно, что вынужденно появляющаяся при мембранной фильтрации концентрационная поляризация может быть понижена путем интенсивного омывания поверхности мембраны протекающим раствором, которая достигается введением в межмембранные каналы различного рола элементов.

Известен мембранный аппарат, состоящий из цилиндрического корпуса, фланцев с патрубками подвода и отвода жидкости и трубчатых мембран с направляющими вставками на опорах. При работе аппарата направляющие вставки придают потоку жидкости вращательное движение, которое способствует уменьшению влияния концентрационной поляризации 1.

Однако перемешиванию направляющими вставками подвергается весь поток жидкости, что приводит к резкому возрастанию гидравлического сопротивления, увеличению энергозатрат на перекачивание жидкости, уменьшению эффективности работы аппарата в целом.

Целью изобретения является повышение эффективности работы аппарата за счет снижения концентрационной поляризации.

Указанная цель достигается тем, что в мембранном аппарата направляющие вставки с опорами в виде лопаток различной длины, размещенных по периметру окружности вблизи поверхности мембран и отогнутых в сторону внутренней поверхности мембран под углом 10-40^o, причем лопатки закреплены на пластинах, соединенных с опорами, кроме того, лопатки имеют выпуклую форму с округлыми краями, повторяющими форму дуги окружности трубчатой мембраны, а пластины повернуты вдоль радиальной оси, при этом поры скреплены между собой.

Предложенная форма и расположение направляющих вставок позволяет часть потока жидкости, движущегося в трубчатой мембране, перемещать к внутренней поверхности мембраны, интенсивно омывать ее, срывать слой с концентрационной поляризацией, тем самым повышать эффективность аппарата.

По мнению авторов, предложенное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

По поводу обоснованности включения отличительных признаков в формулу авторы отмечают следующее.

Размещение направляющих вставок по периметру окружности вблизи поверхности мембран связано с тем, что такое расположение вставок позволяет использовать для уменьшения концентрационной поляризации только часть жидкостного потока, двигающегося внутри трубчатой мембраны.

Применение лопаток различной длины, отогнутых в сторону внутренней поверхности мембраны под углом 10-40^o, дает возможность регулировать длину трубки, на которой происходит снятие слоя с концентрационной поляризацией.

Так, при угле 10^o происходит наибольшее проникновение жидкости к внутренней поверхности (если угол брать менее 10^o, то эффект от снятия концентрационной поляризации будет незначителен).

При угле более 40^oC увеличиваются гидравлическое сопротивление аппарата, энергозатраты на перекачивание жидкости и аппарат начинает работать неэффективно.

Признак "лопатки имеют выпуклую форму с круглыми краями, повторяющими форму дуги окружности трубчатой мембраны" позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление аппарата, сохраняя при этом положительный эффект по уменьшению концентрационной поляризации.

Признак "пластины повернуты вдоль радиальной оси" приводит к возникновению дополнительного вращательного движения жидкости вблизи мембраны, что усиливает снятие концентрационной поляризации.

Признак "опоры скреплены между собой" позволяет проводить сборку аппарата значительно точнее, так как расположение направляющих вставок должно быть точно по оси трубы, перенос в ту или иную сторону может привести к тому, что часть внутренней поверхности мембраны не будет эффективно обрабатываться жидкостью, направляемой вставками.

На фиг. 1 показан мембранный аппарат; на фиг. 2 - узлы А фиг. 1; на фиг. 3 - вид сбоку направляющих вставок.

Мембранный аппарат состоит из цилиндрического корпуса 1 с прикрепленными к нему трубными досками 2. В трубных досках выполнены отверстия, в которые установлены трубчатые мембраны 3, изготовленные из пористого металла, например никеля. К трубным доскам 2 присоединены фланцы 4 с крышками 5. Крышки 5 имеют патрубки для подвода жидкости 6 и отвода жидкости 7. В корпусе 1 расположен патрубок 8 для отвода фильтра из аппарата. Между трубной доской 2 и фланцем 4 размещены прокладки 9, которые удерживают направляющие вставки 10 с помощью опор 11. Направляющие вставки 10 представляют собой пластинки 12, соединенные с лопатками 13. Пластины 12 повернуты вдоль радиальной оси для придания жидкости вращательного движения вблизи внутренней поверхности трубчатой мембраны 3. Лопатки 13 размещены по периметру окружности вблизи поверхности мембран 3 и отогнуты в сторону внутренней поверхности мембран под углом α = 10°-40°. Лопатки 13 имеют выпуклую форму с округлыми краями, повторяющими форму дуги окружности трубчатой мембраны 3. Кроме того, длина лопаток 13 различна.

Аппарат работает следующим образом.

Исходная жидкость под избыточным давлением попадает через патрубок 6 в мембранный аппарат и поступает в трубчатые мембраны 3. При поступлении в трубчатые мембраны 3 часть жидкостного потока, двигающегося вблизи внутренней поверхности мембран, испытывает воздействие пластин 12, повернутых вдоль радиальной оси, и приобретает вращательно-поступательное движение. Далее жидкость ударяется о лопатки 13 и отбрасывается к внутренней поверхности трубчатой мембраны 3. Тем самым происходит активное омывание внутренней поверхности мембраны частью потока жидкости, при этом осуществляется смыв отложений на мембранах и разрушения слоя с концентрационной поляризацией. Регулируя длину лопатки 13 и ее угол отгиба, производит обработку внутренней поверхности трубчатой мембраны на различную длину, при этом выпуклая форма лопатки 13 с округлыми краями позволяет омывать внутреннюю поверхность мембран с наибольшим напором.

Удаленные с поверхности мембраны 3 частицы и вещества центростроительными потоками переносятся в основное ядро потока, обеспечивая интенсивное обновление внутренней поверхности трубчатой мембраны.

Сконцентрированная жидкость выводится из аппарата через патрубок 7.

При прохождении потока жидкости, имеющего избыточное давление, через трубчатые мембраны 3, часть подаваемой жидкости продавливается через поры мембраны, попадает в межтрубное пространство, стекает вниз корпуса 1 аппарата и выводится через патрубок 8, в емкость для очищенной жидкости (на чертежах не показана).

При работе аппарата необходимо, чтобы направляющие вставки 10 были размещены строго по оси трубчатых мембран, так как незначительный перекос в ту или иную сторону может привести к тому, что часть внутренней поверхности мембран не будет эффективно омываться жидкостью, направляемой вставками. В связи с этим рекомендуется направляющие вставки скреплять между собой с помощью отдельных планок или изготавливать их из отдельного листа, в котором направляющие вставки могут быть выштампованы.

Изобретение позволяет повысить эффективность работы аппарата благодаря тому, что направляющие вставки - часть жидкостного потока, двигающегося по периферии трубчатой мембраны, устремляются к внутренней поверхности мембран, вследствие чего происходит активный смыв осадка и разрушение слоя с концентрационной поляризацией.

Формула изобретения

1. Мембранный аппарат, состоящий из цилиндрического корпуса, фланцев с патрубками для подвода и отвода жидкости и трубчатых мембран с направляющими вставками на опорах, отличающийся тем, что направляющая вставка выполнена в виде лопаток различной длины, размещенных по периметру окружности вблизи поверхности мембран и отогнутых в сторону внутренней поверхности мембран под углом 10 - 40^o, причем лопатки закреплены на пластинах, соединенных с опорами.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что лопатки имеют выпуклую форму с округлыми краями, повторяющими форму дуги окружности трубчатой мембраны, а пластины повернуты вдоль радиальной оси.

3. Аппарат по п. 1 или 2, отличающийся тем, что опоры скреплены между собой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3