Аппарат для мембранного концентрирования

Авторы патента:

Торгулькин Владимир Владимирович (RU)

B01D63/06 - трубчатые мембранные элементы

Владельцы патента RU 2702585:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кемеровский государственный университет" (КемГУ) (RU)

Изобретение относится к области концентрирования растворов методом ультрафильтрации, обратного осмоса и может быть использовано в пищевой, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности. Аппарат для мембранного концентрирования, включающий кожух для отвода продукта, корпус с кольцевыми щелями, в полости которого установлен полый шток, имеющий переднюю часть в виде конуса, отличающийся тем, что внутри корпуса установлена подвижная втулка, передний край которой образует рассекатель потока, а внутренняя поверхность втулки образует конически сужающийся канал с поверхностью конуса, имеющий форму конфузора, кожух для отвода продукта выполнен двухсекционным. Технический результат - увеличение производительности устройства. 1 ил.

Известна конструкция мембранного аппарата [1], в которой к концу трубчатой мембраны крепится устройство, представляющее собой корпус с двумя кольцевыми щелями, с внешней стороны которого присоединен кожух. Внутри корпуса находится полый шток переменной конфигурации, имеющий переднюю часть в виде конуса, за торцевой поверхностью которого выполнена цилиндрическая проточка меньшего диаметра и резьба. Полость проточки соединяется со штуцером для отвода продукта с помощью канала в корпусе. Отвод слоя концентрата с большим содержанием растворенных веществ осуществляется за счет разности давлений в кольцевых щелях и кожухе.

Недостатком этой конструкции является невысокое количество отводимого слоя.

Известна конструкция мембранного аппарата [2], которая включает подвижный кожух с патрубком для отвода продукта, корпус с кольцевыми щелями, в полости которого находится подвижный полый шток. Корпус и шток выполнены конически сходящимися с целью повышения производительности аппарата за счет ускорения процесса отвода концентрата.

Недостатком той конструкции является то, что в виде концентрата отводится часть диффузионного слоя. Остальная часть диффузионного слоя проходит через полость штока и отводится из аппарата вместе с обедненной частью потока.

Технической задачей изобретения является увеличение производительности устройства.

Задача решается тем, что в аппарате для мембранного концентрирования, включающем кожух для отвода продукта, корпус с кольцевыми щелями, в полости которого находится полый шток, имеющий переднюю часть в виде конуса, устанавливается подвижная втулка. Передний край втулки образует рассекатель потока, отделяя наиболее концентрированную его часть и направляя ее в первое отверстие. Внутренняя поверхность втулки образует конически сужающийся канал с поверхностью конуса, имеющий форму конфузора. Такая форма канала облегчает отвод слоя с чуть меньшей концентрацией во второе отверстие за счет увеличения его скорости. Втулка выполнена подвижной с целью регулирования количества отводимого диффузионного слоя. Кожух выполнен двухсекционным для отвода концентрата с повышенным и пониженным содержанием растворенных веществ.

На фиг. 1 представлена предлагаемая конструкция.

Конструкция состоит из корпуса устройства для отвода диффузионного слоя 1, полого штока 2, мембраны 3, подвижной втулки 4, кожуха 5. Корпус аппарата, в котором находится мембрана и штуцеры для отвода фильтрата, на фиг. 1 не показан.

Устройство работает следующим образом. Основная часть исходного раствора под давлением подается во внутренний канал мембраны 3, за счет создания движущей силы в канале аппарата происходит мембранная фильтрация, при этом на внутренней поверхности мембраны образуется слой с повышенным содержанием растворенных веществ (явление концентрационной поляризации). Поток и верхняя часть образовавшегося слоя устремляются в корпус 1, где происходит их разделение: наиболее концентрированная часть диффузионного слоя за счет рассечения потока передним краем втулки 4 отводится в первое кольцевое сечение, менее концентрированная часть диффузионного слоя отводится во второе кольцевое сечение, причем с большей скоростью за счет конически сужающегося канала, образованного поверхностями втулки и конуса. Весь диффузионный слой попадает в кожух 5. Перемещением втулки 4 внутри корпуса 1 между кольцевыми отверстиями за счет резьбы обеспечивается регулирование отводимого диффузионного слоя. Обедненный поток отводится через внутреннее отверстие в полом штоке 2.

Таким образом, установка втулки с передним краем в виде рассекателя, а также образования конически сужающегося канала между внутренней поверхностью втулки и внешней поверхностью конуса позволяют достичь максимального количества отводимого диффузионного слоя, что в целом приводит к интенсификации процесса концентрирования и, соответственно, повышению производительности устройства.

Литература

1. Пат. 2181619 Российская Федерация, МПК B01D 63/06. Аппарат для мембранного концентрирования / Лобасенко Б.А., Сафонов А.А., Лобасенко Р.Б., Черданцева А.А.; заявитель и патентообладатель Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. - №2000127005/12; заявл. 27.10.2000; опубл. 27.04.02, Бюл. №12.

2. Пат. 2505346 Российская Федерация, МПК B01D 63/06. Аппарат для мембранного концентрирования / Лобасенко Б.А., Тимофеев А.Е., Семенов А.Г.; заявитель и патентообладатель Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. - №2011144272/05; заявл. 01.11.2011; опубл. 27.01.14, Бюл. №3.

Аппарат для мембранного концентрирования, включающий кожух для отвода продукта, корпус с кольцевыми щелями, в полости которого установлен полый шток, имеющий переднюю часть в виде конуса, отличающийся тем, что внутри корпуса установлена подвижная втулка, передний край которой образует рассекатель потока, а внутренняя поверхность втулки образует конически сужающийся канал с поверхностью конуса, имеющий форму конфузора, кожух для отвода продукта выполнен двухсекционным.

Изобретение может быть использовано в мембранной технологии: электроультрафильтрации, электронанофильтрации, электромикрофильтрации и электроосмофильтрации. Разделяемый раствор под давлением, превышающим осмотическое давление растворенных в нем веществ, через штуцер ввода исходного раствора 5 поступает в камеру разделения 28, которая образована между прианодными и прикатодными мембранами 18, 24, прижимными решетками 8 и 9, цилиндрической обечайкой 15 и центральной трубкой 22.

Элемент для тангенциальной сепарации, содержащий встроенные препятствия для потока, и способ его изготовления // 2693159

Изобретение относится к фильтрационным мембранам. Представлен монолитный сепарационный элемент для тангенциальной сепарации обрабатываемой текучей среды на фильтрат и ретентат, при этом указанный сепарационный элемент содержит прямолинейную жесткую пористую основу трехмерной структуры, внутри которой выполнен по меньшей мере один канал для протекания потока обрабатываемой текучей среды с целью сбора фильтрата на наружной поверхности основы, при этом наружная поверхность основы имеет постоянный профиль, так что все внешние образующие линии, параллельные центральной оси основы, являются параллельными между собой прямыми линиями, отличающийся тем, что монолитная жесткая пористая основа содержит препятствия, начинающиеся от внутренней стенки канала или каналов, для циркуляции обрабатываемой текучей среды, которые характеризуются идентичностью материала и пористой текстуры с основой, а также непрерывностью материала и пористой текстуры с основой, при этом препятствия, появляясь между первым и вторым положениями вдоль продольной оси канала, создают резкое сужение или схождение в направлении течения обрабатываемой текучей среды в указанном канале, затрудняя или возмущая поток текучей среды, причем указанное резкое сужение имеет радиальную стенку, расположенную перпендикулярно к продольной оси, а указанное схождение имеет стенку, наклоненную относительно продольной оси под углом α, строго превышающим 0° и меньшим 90°.

Новые геометрические формы многоканальных трубчатых элементов, предназначенных для тангенциальной сепарации, содержащих встроенные усилители турбулентности, и способ их изготовления // 2692723

Изобретение относится к фильтрационным мембранам. Сепарационный элемент для тангенциальной сепарации обрабатываемой текучей среды на фильтрат и ретентат, при этом указанный сепарационный элемент содержит монолитную жесткую пористую основу прямолинейной структуры, в которой выполнены несколько каналов для протекания обрабатываемой текучей среды между входом и выходом для ретентата с целью сбора фильтрата от наружной поверхности основы, при этом монолитная жесткая пористая основа ограничивает препятствия, простирающиеся от внутренних стенок указанных каналов, для потока обрабатываемой текучей среды, которые характеризуются идентичностью материала и пористой текстуры с основой, а также непрерывностью материала и пористой текстуры с основой, при этом указанные препятствия создают вариации проходного сечения канала, когда варьирует по меньшей мере один из следующих критериев: площадь прямого сечения, форма прямого сечения, размеры прямого сечения канала.

Фильтрующие элементы, а также фильтрующее устройство, имеющее по меньшей мере один фильтрующий элемент // 2680483

Изобретение касается фильтрующих элементов (1) из материала, проницаемого для пермеата, имеющих некоторое количество продольных каналов (3) с поперечным сечением, которое представляет собой сегмент вращательно-симметричной или зеркально-симметричной поверхности (4).

Мембранный аппарат с турбулизатором двойного действия // 2680459

Изобретение относится к области разделения, концентрирования и опреснения различных растворов методами обратного осмоса и ультрафильтрации. Мембранный аппарат включает трубчатый мембранный модуль, выполненный в виде пористого тела с нанесенной на его внутреннюю поверхность полупроницаемой мембраной, патрубки для ввода исходного раствора, вывода фильтрата и концентрата, турбулизатор, новым является то, что турбулизатор установлен с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оси трубчатого мембранного модуля при помощи ходового вала, размещенного с возможностью вращения в резьбовой втулке корпуса турбулизатора и направляющих, неподвижно закрепленных на внутренней поверхности пористого тела, при этом турбулизатор выполнен в виде двойного усеченного конуса, направленного меньшими основаниями навстречу потоку исходного раствора, первый усеченный конус выполнен сплошным и содержит сужающиеся конические отверстия, размещенные по окружности, оси вращения сужающихся конических отверстий параллельны оси трубчатого мембранного модуля, причем диаметр отверстий снижается по пути движения через них потока исходного раствора, второй усеченный конус турбулизатора выполнен полым и содержит на наружной поверхности вблизи большего основания вильчатые направляющие, равноудаленные друг от друга по окружности, вблизи большего основания первого усеченного конуса имеются выступы, отогнутые назад по ходу движения турбулизатора для предотвращения проворачивания детали при вращении ходового вала, диаметры образующих первого d1 и D1 и второго d2 и D2 усеченных конусов, их длина l1 и l2, диаметры большего dотв.1 и меньшего dотв.2 отверстий первого усеченного конуса, углы входа α1 и выхода α2 вильчатых направляющих второго усеченного конуса выбираются с возможностью, чтобы поток исходного раствора, проходящий через сужающиеся конические отверстия первого усеченного конуса и вильчатые направляющие второго усеченного конуса, испытывал бы наибольшее завихрение в полостях, образованных большим основанием первого усеченного конуса, внешней образующей второго усеченного конуса и поверхностью полупроницаемой мембраны, а также вильчатыми направляющими второго усеченного конуса, его полостью и поверхностью полупроницаемой мембраны.

Мембранный аппарат с надувными рукавами // 2680061

Изобретение относится к области разделения и концентрирования различных растворов методами микро- и ультрафильтрации и может быть использовано в пищевой, фармацевтической, микробиологической промышленности.

Фильтрующий элемент // 2678016

Фильтрующий элемент относится к фильтрационному оборудованию. Фильтрующий элемент, содержащий пористую трубчатую подложку, спеченную из полимерных частиц, и фильтрующую мембрану, на торцах пористой трубчатой подложки установлены крышка с отверстием и днище, отличающийся тем, что на поверхности полимерных частиц выполнено покрытие, на внешней поверхности пористой трубчатой подложки нанесена подстилающая плазмохимическая мембрана из частиц нитрида алюминия, на поверхности подстилающей плазмохимической мембраны расположена фильтрующая мембрана из плазменных частиц титана, а в качестве полимерных частиц используют сверхвысокомолекулярный полиэтилен с молекулярной массой 1⋅106 - 8⋅106 г/моль.

Способ изготовления фильтрующих мембран при помощи аддитивной технологии и полученные мембраны // 2663768

Изобретение относится к технической области фильтрующих элементов. Способ изготовления мембраны для тангенциальной фильтрации текучей среды, при этом указанная мембрана содержит: подложку, имеющую трехмерную структуру и образованную монолитным керамическим пористым телом, в котором выполнены пути для циркуляции фильтруемой текучей среды и разделительный фильтрующий слой, нанесенный на стенку циркуляционных путей, в котором трехмерную структуру подложки получают посредством аддитивной технологии, согласно которой трехмерную структуру подложки рассекают на участки при помощи программы компьютерного проектирования, при этом указанные участки создают поочередно в форме элементарных пластов, расположенных друг над другом и последовательно связанных между собой, при помощи повторения следующих двух этапов, на которых: а) наносят однородный сплошной слой порошка постоянной толщины, предназначенного для формирования керамического пористого тела на площади, превышающей рисунок сечения указанного формируемого пористого тела на уровне пласта; b) в соответствии с рисунком, определенным для каждого пласта, локально уплотняют часть нанесенного материала для создания элементарного пласта, при этом указанные два этапа повторяют для того, чтобы при каждом повторении одновременно связывать сформированный таким образом элементарный пласт с предыдущим пластом, постепенно наращивая требуемую трехмерную форму.

Способ изготовления фильтрующих мембран при помощи аддитивной технологии и полученные мембраны // 2663768

Трубчатая мембрана со спиральным гребнем и устройство и способ для ее получения // 2663035

Изобретение относится к трубчатым мембранам. Трубчатая мембрана, содержащая: трубчатую подложку, изготовленную из одной или более гибких лент пористого подложечного материала, спирально намотанных в виде трубки с перекрывающими друг друга краями ленты, которые скреплены друг с другом, и полупроницаемый мембранный слой, изготовленный из мембранообразующего материала на внутренней стенке трубчатой подложки, при этом на указанной внутренней стенке трубчатой подложки имеется по меньшей мере один выступающий внутрь спиральный гребень, который покрыт мембранным слоем или образует часть этого слоя.