Установка для формирования трубчатых мембранных элементов

 

Техническое решение относится к производству трубчатых мембранных фильтрующих элементов, применяемых в процессах микро- и ультрафильтрации. Установка для формования трубчатых мембранных элементов содержит смонтированные на раме емкости подпитки и промывки, механизмы подачи трубок, проводки трубок и механизм нанесения формовочного раствора. Последний выполнен в виде совмещенной с мерной емкостью фильеры. Фильера установлена своим основанием на трехточечной шариковой опоре с возможностью самоустановки и взаимодействия в крайних положениях с упругими элементами, размещенными снаружи подвижной шариковой опоры. Упругие элементы выполнены в виде пружин кручения, закрепленных в трех точках с образованием равностороннего треугольника, расположенного и взаимодействующего с основанием фильеры по касательной. Фильера снабжена кольцевой конусной проточкой с углом 15-30^o, выполненной на внутреннем рабочем диаметре со стороны проводки трубок. Технический результат выражается в повышении качества трубчатых мембранных элементов. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к мембранной технике, а именно к производству трубчатых мембранных фильтрующих элементов, применяемых в процессах микро- и ультрафильтрации, и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известны способы и устройства для изготовления трубчатых фильтрующих элементов, заключающиеся в том, что на трубчатый перфорированный каркас укладывают методом намотки всевозможные материалы - синтетические волокна, ровницу или гофрированные нити из полипропилена (А.с. 971434, М.кл. В 01 D 39/16, 07.11.82).

Общими недостатками указанных фильтрующих элементов являются сложность изготовления и низкое качество очистки из-за трудности получения заданной плотности укладки нити.

Известны также способ и установка для нанесения раствора на трубчатую поверхность шаблона, где нанесение проводят смачиванием внутренних или наружных поверхностей формовочным раствором, при этом избыток раствора стекает с поверхности (Ю.И.Дытнерский. Обратный осмос и ультрафильтрация. - М.: Химия, 1978 г., с.127).

Метод простой, однако его можно применять только для низковязких растворов, слой получается разнотолщинным с наплывами. К тому же толщину слоя невозможно отрегулировать в процессе работы, что затрудняет промышленное использование данного метода.

Наиболее близким техническим решением по сущности и достигаемому результату является устройство, при котором формовочный раствор наносят относительным перемещением кольцевой фильеры и трубчатого элемента. (Ю.И. Дытнерский. Обратный осмос и ультрафильтрация. - М.: Химия, 1978 г., с.127 и 128, рис. III-18).

Данная конструкция позволяет получить более равномерное нанесение раствора по сравнению с описанным выше способом. Однако жесткая неподвижная фильера и обычный кольцевой зазор не гарантируют равнотолщинность слоя нанесенного раствора и не обеспечивают выравнивание его по всей длине и диаметру трубки, что приводит к снижению качества трубчатых мембранных элементов.

Целью предлагаемого изобретения является повышение качества получаемых фильтрующих трубчатых мембранных элементов.

Указанная цель достигается тем, что в установке для формования трубчатых мембранных элементов, содержащей смонтированные на раме емкости подпитки и промывки, механизмы подачи трубок, проводки трубок и механизм нанесения формовочного раствора, последний выполнен в виде совмещенной с мерной емкостью фильеры, установленной своим основанием на трехточечной шариковой опоре с возможностью самоустановки и взаимодействующей в крайних положениях с упругими элементами, размещенными снаружи подвижной шариковой опоры.

Упругие элементы выполнены в виде пружин кручения закрепленных в трех точках с образованием равностороннего треугольника, стороны которого расположены и взаимодействуют с основанием фильеры по касательной.

Кроме того, фильера снабжена кольцевой конусной проточкой, выполненной на внутреннем рабочем диаметре со стороны проводки трубок и под углом 15-30^o к оси проводки трубок.

Выполнение механизма нанесения формовочного раствора в виде совмещенной с мерной емкостью фильеры, установленной своим основанием на трехточечной шариковой опоре с возможностью самоустановки и взаимодействующей в крайних положениях с упругими элементами, позволяет получить чувствительную плавающую систему с самоустанавливающейся фильерой, чутко следящую и быстро реагирующую на напряжения и усилия в клиновом зазоре при проводке трубки через фильеру.

Наличие снаружи подвижной шариковой опоры упругих элементов в виде пружин кручения, закрепленных в трех точках с образованием равностороннего треугольника, стороны которого расположены и взаимодействуют с основанием фильеры по касательной, позволяет обеспечить работоспособность плавающей системы с самоустанавливающейся фильерой. Упругие элементы контактируют при смещении фильеры с оси проводки с ее корпусом и плавно возвращают ее в исходное оптимальное положение, где самоустановка фильеры осуществляется за счет работы клинового зазора между ее кольцевой конусной проточкой и поверхностью трубки.

Выполнение на внутреннем рабочем диаметре фильеры со стороны проводки трубок кольцевой конусной проточки с углом 15-30^o к оси проводки трубок позволяет наносить раствор на трубки в клиновом зазоре, который обеспечивает равномерное формование раствора и выравнивание его вдоль трубки. Кроме того, кольцевая конусная проточка обеспечивает самоустановку фильеры за счет жидкостного клина раствора между трубкой и фильерой. Причем при нормальной работе самоустановка фильеры осуществляется за счет клинового зазора, а в экстремальных случаях за счет взаимодействия основания фильеры с упругими элементами. После стабилизации работы снова начинает "работать" клиновой зазор. Таким образом, обеспечивается постоянный и одинаковый зазор по диаметру между фильерой и трубкой, гарантирующий получение качественного трубного мембранного элемента.

Опытным путем установлено, что выполнение кольцевой конусной проточки с углом 15-30^o наиболее оптимально, т.к. угол менее 15^o "работает" как обычный цилиндрический кольцевой зазор - наносит слой, но не обеспечивает самоустановку фильеры; углы, близкие к 45^o, обеспечивают простой обмен раствора в клиновом зазоре, а при угле более 45^o раствор не затягивается в клиновой зазор, а наоборот выдавливается из него на периферию, также не обеспечивая самоустановку фильеры.

Выполнение фильеры совмещенной с мерной емкостью позволяет иметь определенный объем формовочного раствора, достаточный и необходимый для минимального запаса и в тоже время имеющий массу, не влияющую на взаимодействие между жидкостным клином, фильерой и упругими элементами.

Конструкция установки для формования трубчатых мембранных элементов иллюстрируется чертежами, где: на фиг.1- общий вид установки; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 (механизм нанесения формовочного раствора); на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - выноска В на фиг.2 (а - кольцевая конусная проточка с углом <15; б - то же с углом от 15-30^o; в - то же с углом 45^o; г - то же с углом 60^o).

Установка для формования трубчатых мембранных элементов состоит из рамы 1, смонтированных на ней емкостей подпитки 2 и промывки 3, механизма подачи 4 трубок 5, механизма проводки 6 трубок через фильеру и механизма 7 для нанесения формовочного раствора. Механизм 7 для нанесения формовочного раствора представляет собой фильеру 8, совмещенную с мерной емкостью 9 формовочного раствора и опирающуюся своим основанием 10 на трехточечную шариковую опору 11 с возможностью самоустановки. Снаружи основания 10 фильеры 8 на основании шариковой опоры 12 установлены штифты 13 для закрепления упругих элементов 14. На внутреннем рабочем диаметре фильеры 8 со стороны проводки трубок 5 выполнена под углом в 15-30^o кольцевая конусная проточка 16, а непосредственно перед фильерой установлена направляющая втулка 17.

Работает установка для формования трубчатых мембранных элементов следующим образом. Трубки 5 (например, открытопористые трубки из АБС-пластика) набираются в кассеты и подаются механизмом подачи 4 к механизму проводки трубок 6. После совмещения осей трубки 5 и направляющей втулки 17 ролики механизма проводки 6 подают трубку 5 в мерную емкость 9 и далее во внутренний рабочий диаметр фильеры 8. Благодаря кольцевой конусной проточке 16 между фильерой 8 и трубкой 5 образуется жидкостный клин из формуемого раствора, вследствие чего происходит равномерное нанесение и выравнивание раствора на поверхности трубки. При малейшем колебании трубки 5 и фильеры 8 относительно друг друга изменяется величина зазора между ними, и за счет возникающих при этом разностях усилий и напряжений в диаметрально противоположных точках клинового зазора фильера старается переместиться, выравнивая зазор и напряжения, в сторону наибольших напряжений (в сторону меньшого зазора). При оптимальной работе жидкостный клин в кольцевой конусной проточке 16 поддерживает одинаковый по диаметру зазор, и вся система находится в равновесии. Если же из-за каких-либо причин система выходит из равновесия, фильера 8 смещается в сторону от оси проводки и своим основанием 10 взаимодействует с упругими элементами 14, которые плавно помогают вернуться фильере 8 в оптимальное положение, где система снова будет работать за счет клинового зазора. Перед фильерой 8 трубка ориентируется направляющей втулкой 17. По мере уноса формовочного раствора из мерной емкости 9 ведется пополнение его из емкости подпитки.

Таким образом, предлагаемая конструкция установки для формования трубчатых мембранных элементов позволяет обеспечить качество выпускаемых трубчатых фильтрующих мембранных элементов, что в свою очередь приведет к повышению эффективности процесса фильтрации.

Формула изобретения

1. Установка для формования трубчатых мембранных элементов, содержащая смонтированные на раме емкости подпитки и промывки, механизмы подачи трубок, проводки трубок и механизм нанесения формовочного раствора, отличающаяся тем, что механизм нанесения формовочного раствора выполнен в виде совмещенной с мерной емкостью фильеры, установленной своим основанием на трехточечной шариковой опоре с возможностью самоустановки и взаимодействующей в крайних положениях с упругими элементами, размещенными снаружи подвижной шариковой опоры.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что упругие элементы выполнены в виде пружин кручения, закрепленных в трех точках с образованием равностороннего треугольника.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что стороны равностороннего треугольника, образованные упругими элементами, расположены и взаимодействуют с основанием фильеры по касательной.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что фильера снабжена кольцевой конусной проточкой, выполненной на внутреннем рабочем диаметре со стороны проводки трубки.

5. Установка по пп.1 и 4, отличающаяся тем, что кольцевая конусная проточка выполнена с углом 15-30° к оси проводки трубки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4