Мембранный фильтрующий элемент для очистки агрессивных жидкостей


 


Владельцы патента RU 2519076:

открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" (RU)

Изобретение относится к мембранному фильтрующему элементу для очистки агрессивных жидкостей. Мембранный фильтрующий элемент состоит из полого пористого цилиндра 1 из керамического материала, днища 3 и крышки 4, установленных по торцам полого пористого цилиндра 1. На наружную поверхность полого пористого цилиндра 1 нанесена мембрана 5, которая выполнена из наноструктурного керамического материала в виде оксида алюминия (α-Аl2О3), сформированного в потоке частиц эрозионной алюминиевой плазмы в кислородной среде. Кроме того, фильтрующий элемент содержит перфорированную трубу 2, установленную внутри полого пористого цилиндра 1. Изобретение позволяет обеспечить эффективную очистку агрессивных жидкостей при заданном эксплуатационном ресурсе и позволяет подвергать фильтрующий элемент многократной регенерации. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к фильтрующим элементам, предназначенным для очистки агрессивных жидкостей.

Известен фильтрующий элемент, состоящий из органической пористой подложки с нанесенной на ее поверхность фильтрующей мембраной, выполненной из одного из металлов Ti, Zr, Hf, Cr, Al, Ni и нержавеющей стали, либо их оксинитридов, либо их нитридов, имеющей низкую адгезию к осадкам очищаемой среды [Патент на изобретение РФ №2148679 «Фильтрующий элемент и способ его изготовления», МКИ7 С23С 14/20, опубликован 10.05.2000 г.]. При этом диаметр пор органической пористой подложки больше диаметра пор фильтрующей мембраны, а толщина фильтрующей мембраны составляет 7-10 мкм.

Недостатком известного устройства является относительно низкая коррозионная стойкость его материалов в агрессивных жидкостях.

Известен фильтроэлемент, выполненный из порошкового металлического материала методом порошковой металлургии, например из титана или его сплавов [Свидетельство на полезную модель №27498 «Фильтр», опубликован 10.02.2003 г.].

Известный элемент тонкой очистки жидкостей выполнен из измельченной титановой стружки или отходов титана и его сплавов. Конструкция и материал фильтроэлемента позволяет проводить очистку различных жидкостей (пищевых, технических, агрессивных и др.), при температурах до 250°С и выше, однако, он не обеспечивают очистку среды в режиме ультрафильтрации, не может быть использован для удаления из очищаемой жидкости взвесей, растворенных примесей, а также в нем использован принцип объемной фильтрации.

Недостатками известного технического решения являются:

- относительно низкая коррозионная стойкость в агрессивных жидкостях;

- относительно быстрое забивание фильтроэлемента, существенно уменьшающее эксплуатационный ресурс и требующее применения интенсивных методов восстановления (регенерации) его работоспособности;

- ограниченное число регенераций фильтроэлемента.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является патронный фильтрующий элемент, содержащий внутреннюю перфорированную трубку, сформированный вокруг нее гофрированный материал, соединенные торцевыми деталями [Патент РФ на изобретение №2183493 «Патронный фильтрующий элемент и фильтрующий материал для его изготовления». Опубликован 20.06.2002]. В данном элементе фильтрующий материал выполнен в виде гофрированной пористой пленки из политетрафторэтилена с внутренней профилированной поверхностью в виде выступов, перфорированная трубка и торцевые детали выполнены из политетрафторэтилена, при этом перфорированная трубка и гофрированная пористая пленка соединены с обеих сторон с торцевыми деталями посредством сварки.

Недостатком известного устройства являются:

- относительно быстрое забивание фильтроэлемента, существенно уменьшающее эксплуатационный ресурс и требующее применения интенсивных методов восстановления (регенерации) его работоспособности;

- ограниченное число регенераций фильтроэлемента.

Предложенное техническое решение позволяет исключить указанные недостатки, а именно, уменьшить забивание фильтроэлемента и увеличить число его регенераций.

Для устранения указанных недостатков в мембранном фильтрующем элементе для очистки агрессивных жидкостей, состоящем из полого пористого цилиндра, днища и крышки, установленных по торцам полого пористого цилиндра, мембраны, нанесенной на наружную поверхность полого пористого цилиндра, предлагается:

- устройство дополнительно снабдить перфорированной трубой и установить ее внутри полого пористого цилиндра, изготовленного из керамического материала;

- мембрану выполнить из наноструктурного керамического материала в виде оксида алюминия (α-Al2O3), сформированного в потоке частиц эрозионной алюминиевой плазмы в кислородной среде.

В частных случаях выполнения устройства предлагается:

- в полом пористом цилиндре и мембране обеспечить открытые пористости равные соответственно 40-45 об.% и 9-11 об.%;

- в полом пористом цилиндре и мембране создать сквозные поры с размером 3-5 мкм и 0,05-0,1 мкм соответственно;

- в качестве керамического материала полого пористого цилиндра использовать спеченную смесь порошка оксида алюминия (α-Аl2О3) и нанопорошка аэрогеля гидрооксида алюминия (AlOOH) в соотношении 94 об.% и 6 об.% соответственно;

- в качестве материала перфорированной трубы, днища и крышки использовать коррозионностойкие хромоникелевые стали - Х18Н10Т; 12Х18Н10Т;

- полый пористый цилиндр и перфорированную трубу установить относительно друг друга коаксиально.

Технический результат состоит в увеличении эксплуатационного ресурса мембранного фильтрующего элемента, расширении его функциональных возможностей за счет увеличения температуры (до 600°С) очистки жидкостей.

Сущность изобретения поясняется на фигуре, на которой представлено продольное осевое сечение мембранного фильтрующего элемента для очистки агрессивных жидкостей. На фигуре приняты следующие обозначения: 1 - полый пористый цилиндр; 2 - перфорированная труба; 3 - днище; 4 - крышка; 5 - мембрана.

Мембранный фильтрующий элемент для очистки агрессивных жидкостей состоит из полого пористого цилиндра 1, днища 3 и крышки 4, установленных по торцам полого пористого цилиндра 1, мембраны 5, нанесенной на наружную поверхность полого пористого цилиндра 1, и перфорированной трубы 2, установленной внутри полого пористого цилиндра 1, изготовленного из керамического материала.

Мембрана 5 выполнена из наноструктурного керамического материала оксида алюминия (α-Аl2O3) и сформирована потоком частиц эрозионной алюминиевой плазмы в кислородной среде.

Получение материала мембраны из оксида алюминия осуществляется путем создания в рабочей камере давления реакционного газа (кислорода) равного 10-4-10-3 мм рт.ст. Образовавшееся плазмохимическое соединение Аl2О3 под действием электрического поля осаждается на пористую подложку, образуя пористую мембрану.

В частных случаях выполнения устройства имеет место следующее.

Полый пористый цилиндр 1 и мембрана 5 имеют открытые пористости равные соответственно 40-45 об % и 9-11 об.% и сквозные поры с размером 3-5 мкм и 0,05-0,1 мкм соответственно.

Механические свойства полого пористого цилиндра 1 сильно зависят от величины открытой пористости керамического материала. Чем меньше открытая пористость, тем больше прочность керамики и, следовательно, больше устойчивость ее к температурным и механическим нагрузкам. 40% открытая пористость полого пористого цилиндра 1 является пороговой, ниже которой значения недопустимы, т.к. скачкообразно на порядки уменьшается производительность очистки агрессивных жидкостей керамическим мембранным фильтрующим элементом. Верхнее значение открытой пористости в 45 об.% ограничено условием формирования мембраны 5 на поверхности полого пористого цилиндра 1. Чтобы получать мембрану 5 с открытой пористостью 11 об.%, требуется иметь полый пористый цилиндр 1 с открытой пористостью не больше 45 об.%. Формирование мембраны 5 на полом цилиндре с открытой пористостью больше 45 об.% сопровождается ее осыпанием с поверхности. При этом брак готовой продукции достигает 5-8%, что недопустимо для серийного производства таких мембранных керамических элементов. Мембрана 5 с открытой пористостью меньше 9 об.% не позволяет достигать эксплуатационный ресурс фильтроэлемента по очистке агрессивных жидкостей в силу того, что число регенераций уменьшается в 2-3 раза.

Отношение максимального размера сквозных пор полого пористого цилиндра 1 к минимальному размеру сквозных пор мембраны 5 (5/0,05) равное 100 является предельно разрешенным по условиям оптимального согласования двух пористых материалов. Отношение минимального размера сквозных пор полого пористого цилиндра 1 к максимальному размеру сквозных пор мембраны 5 (3/0,1) равное 30 является предельно разрешенным по условию тонкости очистки агрессивных жидкостей; отношение ниже 30 недопустимо.

В качестве керамического материала полого пористого цилиндра 1 используют спеченную смесь порошка оксида алюминия (α-Аl2О3) и нанопорошка аэрогеля гидрооксида алюминия (АlOOН),. представленные в смеси в соотношении 94 об.% и 6 об.%.

При соотношении спеченной смеси 6 об.% АlOOH + 94 об.% α-Аl2О3 достигается условие достижения максимальной механической прочности полого пористого цилиндра 1 из оксида алюминия. Гидрооксид алюминия является легирующей добавкой для повышения устойчивости оксида алюминия к температурным и механическим нагрузкам.

В качестве материала перфорированной трубы 2, днища 3 и крышки 4 используют коррозионностойкие хромоникелевые стали - нержавеющая аустенитная сталь Х18Н10Т, аустенитно-мартенситная жаропрочная нержавеющая сталь 12Х18Н10Т.

Полый пористый цилиндр 1 и перфорированная труба 2 установлены относительно друг друга соосно. Соосность обеспечивает равномерность механической нагрузки на полый пористый цилиндр 1 и беспрепятственный вывод отфильтрованной агрессивной жидкости в накопительную емкость.

Пример конкретного исполнения устройства

Мембранный фильтрующий элемент выполнен следующим образом. Полый пористый цилиндр 1 выполнен из спеченной смеси порошка оксида алюминия (α-Аl2О3) и нанопорошка аэрогеля гидрооксида алюминия (АlOOH), представленные в смеси в соотношении 94 об.% и 6 об.%.

Днище 3, крышка 4 и перфорированная труба 2 изготовлены из хромоникелевой стали Х18Н10Т.

Мембрана 5 выполнена из наноструктурного керамического материала - оксида алюминия (α-Аl2О3).

Полый пористый цилиндр 1 и мембрана 5 имеют открытые пористости равные соответственно 42,5±2,5 об % и 10±1 об.% и размеры сквозных пор соответственно равные 4±1 мкм и 0,075±0,025 мкм.

Мембранный фильтрующий элемент использован при очистке 40% соляной кислоты при температуре 25°С в течение 120 час. После эксплуатации мембранного фильтрующего элемента в указанных условиях на поверхности мембраны 5 не обнаружены очаги общей коррозии. За время эксплуатации мембранного фильтрующего элемента очищено 11,3 м3 40% соляной кислоты и проведено 12 регенераций. После каждой регенерации производительность мембранного фильтрующего элемента восстанавливалась до начальной.

Таким образом, заявленный мембранный фильтрующий элемент обеспечивает эффективную очистку агрессивных жидкостей при заданном эксплуатационном ресурсе, возможность многократной регенерации.

1. Мембранный фильтрующий элемент для очистки агрессивных жидкостей, состоящий из полого пористого цилиндра, днища и крышки, установленных по торцам полого пористого цилиндра, и мембраны, нанесенной на наружную поверхность полого пористого цилиндра, отличающийся тем, что устройство дополнительно снабжено перфорированной трубой, установленной внутри полого пористого цилиндра, изготовленного из керамического материала, мембрана выполнена из наноструктурного керамического материала в виде оксида алюминия (α-Аl2О3), сформированного в потоке частиц эрозионной алюминиевой плазмы в кислородной среде.

2. Мембранный фильтрующий элемент по п.1, отличающийся тем, что полый пористый цилиндр и мембрана имеют открытые пористости, равные соответственно 40-45 об.% и 9-11 об.%.

3. Мембранный фильтрующий элемент по п.1, отличающийся тем, что полый пористый цилиндр и мембрана имеют размер сквозных пор, соответственно равный 3-5 мкм и 0,05-0,1 мкм.

4. Мембранный фильтрующий элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве керамического материала полого пористого цилиндра используют спеченную смесь порошка оксида алюминия (α-Аl2О3) и нанопорошка аэрогеля гидрооксида алюминия (АlOOН), представленных в смеси в соотношении 94 об.% и 6 об.%.

5. Мембранный фильтрующий элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала перфорированной трубы, днища и крышки используют коррозионно-стойкие хромоникелевые стали - Х18Н10Т, 12Х18Н10Т.

6. Мембранный фильтрующий элемент по п.1, отличающийся тем, что полый пористый цилиндр и перфорированная труба установлены относительно друг друга коаксиально.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники и может быть использовано при создании многоспектральных и многоэлементных фотоприемников. Гибридная фоточувствительная схема содержит алмазный матричный фотоприемник (МФП), индиевые столбики и кремниевый мультиплексор с чувствительными площадками, расположенными на нем в шахматном порядке в виде прямоугольной матрицы и по числу равными числу индиевых столбиков.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для отопления и терморегулирования. Изобретение позволит снизить энергетические потери и повысить эффективность регулирования мощности нагрева.

Изобретение относится к области биотехнологии, конкретно к способу получения субстанции рекомбинантного эритропоэтина и ее нанокапсулированной форме, и может быть использовано в медицине.

Изобретение относится к полупроводниковой технике, а именно к фотоэлектрическим преобразователям (ФП) для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую энергию.

Изобретение относится к области низкоразмерной нанотехнологии и высокодисперсным материалам и может быть использовано при изготовлении детекторов электромагнитного излучения, преимущественно оптического, с наноструктрированным поглощающим (фоточувствительным) слоем.
Изобретение относится к медицине, а именно к нейрохирургии, и может быть использовано для стимулирования регенерации нерва путем имплантации кондуита. Стенка кондуита представлена материалом из неупорядоченно ориентированных микро- и нановолокон биорастворимого полимера поли(ε-капролактона), а содержимое представлено самособирающимся наноструктурированным гидрогелем на основе олигопептида ацетил-(Arg-Ala-Asp-Ala)4-CONH2(PuraMatrix™).

Изобретение предназначено для использования в мембранных нанотехнологиях для производства управляемых микро- и нанофлюидных фильтров, биосенсорных устройств, приборов медицинской диагностики.

Изобретение относится к наноструктурам с высокими термоэлектрическими свойствами. Предложена одномерная (1D) или двумерная (2D) наноструктура, являющаяся нанопроволокой из кремния, полученной методом безэлектролизного травления или выращенной методом VLS (пар-жидкость-кристалл).

Изобретение относится к области физической и коллоидной химии и может быть использовано при получении полимерных композиций. Тонкодисперсную органическую суспензию углеродных металлсодержащих наноструктур получают взаимодействием наноструктур и полиэтиленполиамина.

Изобретение относится к cпособу иммобилизации белковых молекул на поверхности магнитоуправляемых наночастиц железа, покрытых углеродной оболочкой. Способ включает взаимодействие порошка с растворенным в воде 4-карбоксибензолдиазоний тозилатом для формирования ковалентной связи органических функциональных групп с поверхностью порошка наночастиц железа, покрытых углеродной оболочкой.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к твердооксидным мембранным материалам, и может быть использовано, в частности, для получения кислорода или водорода.

Изобретение относится к способу получения пористых, пленочных материалов на основе карбоксиметилцеллюлозы и может быть использовано при производстве пленок, при получении искусственных почв или в медицине, например в качестве средства профилактики образования послеоперационных спаек при операциях на органах, или в качестве водопоглощающих материалов для удаления слезы в офтальмологии.

Настоящее изобретение относится к получению водородсодержащего газа и может быть использовано в промышленности при переработке отходящих продуктов процесса Фишера-Тропша в присутствии пористой мембранно-каталитической системы.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к твердооксидным композитным электролитам, и может быть использовано в средне- и высокотемпературных электрохимических устройствах.

Изобретение относится к химической, нефтехимической, газовой отраслям. Газоплотную керамику со структурой майенита предложено использовать в качестве молекулярного фильтра для селективного извлечения гелия из гелийсодержащих газовых смесей.

Изобретение относится к композиционным мембранным материалам для очистки жидкости, в частности питьевой воды. .

Изобретение относится к области производства катализаторов для химической и нефтехимической промышленности, которые могут быть использованы в процессах превращения спиртов с целью получения удобных и экологически чистых видов энергоносителей и перспективных химических продуктов.
Изобретение относится к композитным материалам из керамических полых волокон и может быть использовано при изготовлении керамических мембран для концентрирования кислорода из содержащих кислород текучих сред или для проведения реакций окисления при обеспечении потока кислорода в материале по меньшей мере 0,01 нсм3/(мин·см2) при 950°С и разнице парциального давления кислорода между двумя свободными газовыми фазами 0,2 бар.
Изобретение относится к технологии изготовления пористых фильтрующих материалов для фильтрации жидкостей, очистки газовых потоков и проведения других процессов разделения материалов.

Изобретение относится к технологии получения разделительных микропористых мембран, которые могут быть использованы для отделения таких молекул, как водород, азот, аммиак, вода, друг от друга и/или от малых органических молекул, таких как алканы, алканолы, простые эфиры и кетоны.

Изобретение относится к очистке воды с помощью мембранного модуля, мембранного блока, выполненного путем установки мембранных модулей одного на другой. Мембранный модуль содержит корпус и мембранные элементы, расположенные в указанном корпусе, причем площадь пропускного сечения проточного канала корпуса, через который вытекает очищаемая вода, меньше, чем площадь пропускного сечения проточного канала корпуса, через который очищаемая вода втекает, при этом каждый мембранный элемент представляет собой плоскую мембрану, и в корпусе расположен элемент для направления потока воды, предназначенный для уменьшения площади пропускного сечения проточного канала корпуса, через который вытекает очищаемая вода, причем указанный элемент для направления воды расположен таким образом, что его поверхность проходит параллельно поверхности мембраны.
Наверх