Мембранный аппарат

(51) 01 63/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ выходному патрубку концентрата, при этом,согласно изобретению,аппарат расположен вертикально, его корпус имеет цилиндрическую форму с эллиптическими днищем и крышкой,мембранные элементы состоят из двух симметрично расположенных перфорированных прямоугольных пластин с продольным сечением синусоидальной формы, размещенными между ними распорными ребрами и закрепленных на поверхности пластин полупроницаемых мембран,причем под мембранным блоком размещено внутреннее коническое днище, нижняя часть которого сопряжена с патрубком слива сгущенного осадка в днище аппарата с образованием кольцевого зазора между нижней частью конического днища и патрубком слива сгущенного осадка, а на поверхности конического днища установлен вибратор, соединенный с генератором колебаний,при этом соседние мембранные элементы,состоящие из двух симметрично расположенных перфорированных прямоугольных пластин с продольным сечением синусоидальной формы,образуют каналы с периодически изменяющимся вдоль направления потока сечением. Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает повышение производительности и эффективности очистки жидкостей и/или концентрирования растворов, а также увеличение межремонтной наработки аппарата за счет снижения уровня концентрационной поляризации. Этот эффект,в свою очередь,обеспечивается крупномасштабными пульсациями давления,генерируемыми потоком жидкости при обтекании мембранных элементов с продольным сечением синусоидальной формы, а также турбулизацией жидкости в каналах между мембранными элементами. Кроме того, предлагаемый нами мембранный аппарат обеспечивает возможность работы при высоких давлениях за счет цилиндрической формы корпуса и эллиптической формы крышки и днища.(72) Азимов Абдугани Муталович Абиев Руфат Шовкет оглы Жантасов Курманбек Тажмаханбетович Шакиров Биржан Сардарович Сатаев Марат Исакович Зерхатбек Максат Маратович Саипов Абдилла Абибуллаевич(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения ЮжноКазахстанский государственный университет им. М. Ауэзова Министерства образования и науки Республики Казахстан(57) Изобретение относится к мембранным аппаратам для разделения жидких сред с помощью полупроницаемых мембран и может быть использовано в медицине, химической, пищевой,микробиологической отраслях промышленности, а также в технологических процессах обессоливания природных и промышленных вод. Задача изобретения повышение производительности и эффективности очистки жидкостей и/или концентрирования растворов,увеличение межремонтной наработки аппарата за счет снижения уровня концентрационной поляризации, что, в свою очередь, обеспечивается крупномасштабными пульсациями давления,генерируемыми потоком жидкости при обтекании мембранных элементов с продольным сечением синусоидальной формы. Указанная задача решается тем, что в мембранном аппарате, содержащем корпус с расположенными на его противоположных стенках патрубками ввода разделяемой смеси и вывода концентрата, крышку с патрубком вывода пермеата,мембранный блок, выполненный из параллельно расположенных прямоугольных мембранных элементов,между которыми образованы параллельные проточные каналы, ориентированные от входного патрубка разделяемой смеси к Изобретение относится к мембранным аппаратам для разделения жидких сред с помощью полупроницаемых мембран и может быть использовано в медицине, химической, пищевой,микробиологической отраслях промышленности, а также в технологических процессах обессоливания природных и промышленных вод. Известен мембранный аппарат, включающий корпус, фланцы, стянутые болтами, мембрану, на входе в аппарат перед мембраной, установлено стабилизирующее устройство,состоящее из пластин, корпус при этом выполнен разъемным(Инновационный патент РК 23955 А 4, бюл. 3,МПК 01 63/00). Недостатками являются затруднение стекание осадка и не предусмотрены меры снижения концентрационной поляризации. Известен аппарат для обратного осмоса и ультрафильтрации,включающий плоские фильтрующие модули круглой или прямоугольной формы, состоящие из дренажной основы и размещенных с обеих сторон мембран и промежуточных элементов, и переточные каналы, с целью надежности работы,герметичности крепления мембран и упрощения сборки аппарата,фильтрующий модуль снабжен узлом перетока,выполненным в виде двух цилиндрических втулок,скрепленных винтом, обращенных цилиндрической частью одна к другой, а конической частью - к мембранам, причем переточные каналы размешены в теле цилиндрических втулок (А.с. СССР 695018 А 1, бюл. 23. МКИ В 01 13/00, В 01 31/00). Недостатками являются высокая металломкость, громоздкий, не рассчитан на высокие давления необходимых для работы обратноосмотических установок и не предусмотрен отвод сгущнного осадка. Известен другой мембранный аппарат,содержащий корпус с боковыми патрубками вывода пермеата, крышку с патрубками ввода разделяемой смеси и вывода концентрата, мембранный элемент в виде пучка полых волокон, закрепленных в двух торцевых пробках, и распределительный элемент,расположенный со стороны патрубка ввода. Распределительный элемент расположен в торцевой пробке пучка полых волокон и выполнен заподлицо с ней в виде центрального сплошного тела (А.с. СССР 1768254 А 1, бюл. 38. МКИ В 01 63/02). Недостатками являются возрастание влияния концентрационной поляризации и малая производительность мембранного аппарата. Известен также мембранный аппарат,содержащий корпус с расположенными на его противоположных стенках патрубками ввода разделяемой смеси и вывода концентрата, крышку с патрубком вывода пермеата, мембранный блок,выполненный из параллельно расположенных прямоугольных мембранных элементов, между которыми образованы параллельные проточные каналы, ориентированные от входного патрубка разделяемой смеси к выходному патрубку концентрата. Мембранный блок, снабженный проницаемой жесткой оболочкой с плоскими 2 стенками, установленной на герметизирующей прокладке и образующей с цилиндрическими стенками корпуса со стороны входного и выходного патрубков входную и выходную камеры. Мембранные элементы выполнены из листовой мембраны,уложенной синусоидально,с размещенными в чередующемся порядке листами дренажа и полосками турбулизатора, и склеенной по боковым кромкам в виде карманов с листами дренажа внутри (А СССР 1790985 А 1, бюл. 4. 1993 г., МКИ 01 63/08). Недостатками являются низкая эффективность разделения жидкости,возрастание влияния концентрационной поляризации и малая производительность мембранного аппарата. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является мембранный аппарат,содержащий корпус с расположенными на его противоположных стенках патрубками ввода разделяемой смеси и вывода концентрата, крышку с патрубком вывода пермеата, мембранный блок,выполненный из параллельно расположенных прямоугольных мембранных элементов, между которыми образованы параллельные проточные каналы, ориентированные от входного патрубка разделяемой смеси к выходному патрубку концентрата, мембранные элементы состоят из ребристых пластин, пористых подложек и полупроницаемых мембран, причем ребра обеих поверхностей пластины выполнены в синусоидальной форме и расположены с обратным направлением волны (Предварительный патент РК 20891, 25.12.2008, бюл. 3, 16.03.2009, МПК 01 63/02). Конструкция описанного мембранного аппарата имеет ряд недостатков. Мембраны будут рваться,корпус не выдерживает высоких давлений, что не позволяет использовать его в установках обратного осмоса, и в аппарате не предусмотрены меры по отводу осадка. Задача изобретения - обеспечение возможности работы при высоких давлениях, повышение производительности и эффективности очистки жидкостей и/или концентрирования растворов,увеличение межремонтной наработки аппарата за счет снижения уровня концентрационной поляризации, что, в свою очередь, обеспечивается крупномасштабными пульсациями давления,генерируемыми потоком жидкости при обтекании мембранных элементов с продольным сечением синусоидальной формы. Указанная задача решается тем, что в мембранном аппарате, содержащем корпус с расположенными на его противоположных стенках патрубками ввода разделяемой смеси и вывода концентрата, крышку с патрубком вывода пермеата,мембранный блок, выполненный из параллельнорасположенных прямоугольных мембранных элементов,между которыми образованы параллельные проточные каналы, ориентированные от входного патрубка разделяемой смеси к выходному патрубку концентрата, при этом,согласно изобретению,аппарат расположен вертикально, его корпус имеет цилиндрическую форму с эллиптическими днищем и крышкой,мембранные элементы состоят из двух симметрично расположенных перфорированных прямоугольных пластин с продольным сечением синусоидальной формы, размещенными между ними распорными ребрами и закрепленных на поверхности пластин полупроницаемых мембран,причем под мембранным блоком размещено внутреннее коническое днище, нижняя часть которого сопряжена с патрубком слива сгущенного осадка в днище аппарата с образованием кольцевого зазора между нижней частью конического днища и патрубком слива сгущенного осадка, а на поверхности конического днища установлен вибратор, соединенный с генератором колебаний,при этом соседние мембранные элементы,состоящие из двух симметрично расположенных перфорированных прямоугольных пластин с продольным сечением синусоидальной формы,образуют каналы с периодически изменяющимся вдоль направления потока сечением. На фиг.1 - схематически изображен продольный разрез предлагаемого аппарата на фиг.2 представлен вид А на фиг.3 - представлен поперечный разрез Б-Б на фиг.4-продольный разрез В-В на фиг.5 - представлен вид Г. Мембранный аппарат содержит корпус 1,имеющий цилиндрическую форму с эллиптическими днищем 2, патрубок 3 для ввода разделяемой жидкости, патрубок 4 для вывода концентрата, патрубок 5 для вывода пермеата,патрубок 6 для рециркуляции очищаемой жидкости и крышку 7, мембранные элементы 8, состоящие из двух симметрично расположенных перфорированных прямоугольных пластин 9 с продольным сечением синусоидальной формы,размещенными между пластинами 9 распорными ребрами 10 и закрепленных на поверхности пластин полупроницаемых мембран причем под мембранным блоком размещено внутреннее коническое днище нижняя часть которого сопряжена с патрубком 4 слива сгущенного осадка,находящемся в днище 2 аппарата с образованием кольцевого зазора 13 между нижней частью конического днища 11 и патрубком слива 4 сгущенного осадка, а на поверхности конического днища 11 установлен вибратор 14, соединенный с генератором колебаний 15. Соседние мембранные элементы 8, состоящие из двух симметрично расположенных перфорированных прямоугольных пластин 9 с продольным сечением синусоидальной формы, образуют каналы 16 с периодически изменяющимся вдоль направления потока сечением. Мембранный аппарат работает следующим образом. Разделяемая смесь по патрубку 3,расположенному в корпусе 1,имеющем цилиндрическую форму, поступает в мембранный блок и направляется в пространство между мембранными элементами 8. Перемещаясь вдоль мембранных элементов 8, разделяемая смесь под давлением фильтруется через мембраны 11 перфорированные пластины 9, а затем выводится через патрубок 5. Накопленный сгущенный осадок(концентрат), поступая в коническое днище выводится из аппарата через патрубок 4. При прохождении разделяемой смеси между мембранными элементами 8 по каналам 16, в потоке очищаемой жидкости помимо турбулизации возникают пульсации давления, обусловленные периодически изменяющимся по направлению потока сечением каналов 16. За счет возникновения крупномасштабных пульсаций давления и турбулентных касательных напряжений в потоке обеспечивается снижение уровня концентрационной поляризации, что, в свою очередь, ведете увеличению производительности мембранного аппарата и эффективности очистки жидкостей и/или концентрирования растворов. При образовании на коническом днище 12 слоя сгущнного осадка срабатывает датчик толщины слоя, сигнал с которого поступает на контроллер (датчик и контроллер на рисунках 1-3 условно не показаны), а управляющий сигнал контроллера передается на вибратор 14, установленный на коническом днище 12. При включении вибратора 14 происходит встряхивание конического днища 12, связи как внутри слоя осадка (когезионные связи), так и силы его сцепления с коническим днищем 12(адгезионные связи) разрушаются, осадок с них быстро сползает и легко выводится наружу через патрубок 4. Это способствует увеличению продолжительности работы аппарата до замены мембраны, то есть приводит к увеличению межремонтной наработки аппарата. За счет плавной формы поверхности перфорированных пластин 9 исключается возможность разрыва мембран 11. Благодаря цилиндрической форме корпуса 1 и эллиптической форме днища 2 и крышки 7 аппарат способен выдерживать высокие давления. Этому же способствует выполнение зазора 13 между нижней частью конического днища 12 и патрубком слива 4 сгущенного осадка, так как давление в аппарате передается на днище 2, а не на коническое днище 12. Кроме того, установка в аппарате конического днища 12 с вибратором 14, соединенным с генератором колебаний 15, позволяет вовремя удалять накопившийся осадок из аппарата. Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает повышение производительности и эффективности очистки жидкостей и/или концентрирования растворов, а также увеличение межремонтной наработки аппарата за счет снижения уровня концентрационной поляризации. Этот эффект,в свою очередь,обеспечивается крупномасштабными пульсациями давления,генерируемыми потоком жидкости при обтекании мембранных элементов с продольным сечением синусоидальной формы, а также турбулизацией жидкости в каналах между мембранными элементами. Кроме того, предлагаемый нами мембранный аппарат обеспечивает возможность работы при высоких давлениях за счет цилиндрической формы корпуса и эллиптической формы крышки и днища. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Мембранный аппарат, содержащий корпус с расположенными на его противоположных стенках патрубками ввода разделяемой смеси и вывода концентрата, крышку с патрубком вывода пермеата,мембранный блок, выполненный из параллельно расположенных прямоугольных мембранных элементов,между которыми образованы параллельные проточные каналы, ориентированные от входного патрубка разделяемой смеси к выходному патрубку концентрата, отличающийся тем, что аппарат расположен вертикально, его корпус имеет цилиндрическую форму с эллиптическими днищем и крышкой, мембранные элементы состоят из двух симметрично расположенных перфорированных прямоугольных пластин с продольным сечением синусоидальной формы, размещенными между ними распорными ребрами и закрепленных на поверхности пластин полупроницаемых мембран,причем под мембранным блоком размещено внутреннее коническое днище, нижняя часть которого сопряжена с патрубком слива сгущенного осадка в днище аппарата с образованием кольцевого зазора между нижней частью конического днища и патрубком слива сгущенного осадка, а на поверхности конического днища установлен вибратор, соединенный с генератором колебаний,при этом соседние мембранные элементы,состоящие из двух симметрично расположенных перфорированных прямоугольных пластин с продольным сечением синусоидальной формы,образуют каналы с периодически изменяющимся вдоль направления потока сечением.