Мембранний апарат

1. Мембранний апарат, що містить фільтруючий пакет, затиснутий стяжними шпильками між верхньою і нижньою кришками з колекторами вводу рідини і виводу фільтрату та концентрату і складений з опорних кілець з отворами для рідини, фільтрату і концентрату, утворюючими у пакеті наскрізні колекторні канали вводу рідини і виводу фільтрату та концентрату, сполучені через отвори в кришках з відповідними їм їх колекторами, дископодібних мембранних касет з центральними отворами, затиснутих між опорними кільцями, виконаних кожна у вигляді двох мембран з зазором між ними, утворюючим кільцеподібний канал фільтрату, сполучений через наскрізні канали з колектором виводу фільтрату, заповнений дренажною сіткою і обладнаний кільцем, який герметизує його з боку центрального отвору, і розташованих з зазорами між собою, утворюючими попарно кільцеві напірні канали для рідини, які сполучені через наскрізні канали з колекторами вводу рідини і виводу концентрату і у кожному з яких міститься турбулізатор потоку рідини, який відрізняється тим, що кожний турбулізатор потоку рідини виконаний у U 2 60545 1 3 трі площа перерізу напірного каналу від входу до виходу з нього постійна, так як вишина та ширина нижньої камери у цьому напрямку є незмінними, що свідчить про недостатню ефективність розділення рідини віг, твердих забруднень. Це пояснюється тим, що швидкість рідини у такому каналі зменшується у напрямку її руху, а умови розділення рідини і самоочищення плоскої проникливої поверхні у цьому напрямку поступово погіршуються. Крім того, постійні параметри нижньої камери по довжині потребують більшої частки витрат рідини, що використовується для самоочищення проникливої поверхні і видалення забруднень з фільтру, що має місце і в інших відомих винаходах /Патент США № 4105547, В01 D13/00, 31/00. Изобретения в СССР и за рубежом, № 8, стр. 61, 1979; заявка ФРГ № 2553099, В01 D37/00. Изобретения за рубежом, № 14, стр. 68, 1976: заявка Франции № 2295777. Изобретения за рубежом, № 16, стр. 62, 1976/, в яких що до відомого фільтра прийняті додаткові заходи для покращення умов очищення та зниження втрат рідини, але для цього потрібне додаткове обладнання фільтру напірним насосом з застосуванням додаткових видів енергії, що стримує можливості використання фільтру. Відомі також фільтри, що утримують декілька згадуваних вище резервуарів для розділення рідини на фільтрат і концентрат, з'єднаних послідовно по концентрату /Заявка Японки № 56-28570, В01 D31/00. Изобретения в СССР и за рубежом, № 1, стр. 75, 1982; патент США, № 4290496, В01 D33/18. Изобретения в СССР и за рубежом, № 23, стр. 75,1981/. Але наявність ряду резервуарів збільшує габарити і вартість пристроїв. Більшої уваги заслуговують, так званні, касетні мембранні апарати, що утримують в пакеті декілька мембранних касет з прямокутними плоскопаралельними фільтруючими поверхнями, утворюючими разом з проміжними пластинами напірні канали для розділення рідини на фільтрат і концентрат, з'єднані між собою паралельно /www.membrane.msk.ru/boks, дополнение 3.8 Основные типы мембранных модулей, стр. 3, рис. 4; патент РФ №2073555, МПК6 В01 D63/08, опубл. 20.02.1997; авт. свид. СССР № 1775145 А1, В01 D63/16, бюл. № 42, 1992/. Очевидно, що наявність у відомих мембранних апаратах касет з прямокутними плоскопаралельними фільтруючими поверхнями свідчить про те, що в них мають місце напірні канали для розділення рідини на фільтрат і концентрат з постійними вишиною і шириною і властиві їм вище згадувані недоліки одноканального фільтру з резервуаром. Найбільш близьким за технічною сутністю до запропонованого є відомий мембранний апарат, що утримує фільтруючий пакет, затиснутий стяжними шпильками між верхньою і нижньою кришками з колекторами вводу рідини і виводу фільтрату та концентрату і складений з опорних кілець з отворами для рідини, фільтрату і концентрату, утворюючими у пакеті наскрізні колекторні канали вводу рідини і виводу фільтрату та концентрату, сполучені через отвори в кришках з відповідними 60545 4 їм їх колекторами, дископодібних мембранних касет з центральними отворами, затиснутий між опорними кільцями, виконаних кожна у вигляді двох мембран з зазором між ними, утворюючим кільцеподібний канал фільтрату, сполучений з наскрізними колекторними отворами виводу фільтрату, заповнений дренажною сіткою і прилаштований герметизуючим кільцем з боку центрального отвору, і розташованих з зазорами між собою, утворюючими попарно сполучені з наскрізними колекторними отворами вводу рідини і виводу концентрату кільцеві напірні канали рідини, у кожному з яких міститься турбулізатор потоку рідини /Патент РФ, № 2183133, МПК7 В01 D29/01, 63/08. Изобретения и полезные модели, № 16, 2002/. Відомо, що розділення рідини у напірних каналах мембранних апаратів здійснюється з поступовим підвищенням концентрації забруднень від входу до виходу з них, тому найвища ефективність очищення рідини може бути досягнута тільки у такому напірному каналі, що забезпечить поступове підвищення швидкості забрудненої рідини у цьому напрямку, тобто при умовах, коли площа перерізу такого каналу від входу до виходу буде поступово, а ще краще, лінійно зменшуватись. Відмітною ознакою кільцеподібного напірного каналу постійної вишини з центральним отвором, що має місце у відомому апараті, є те, що він має особисті властивості. А саме, перерізи такого каналу від периферії до центру мають вигляд бокової стінки циліндрів різного діаметру і однакової вишини, а їх площа у цьому напрямку, тобто протилежному радіальному, лінійно зменшується. Тому, якщо потік рідини сформувати у такому каналі з виведенням концентрату через центральний отвір, то можна отримати поступово збільшувану швидкість рідини уздовж нього і як наслідок - підвищення ефективності роботи апарату за рахунок покращення умов розділення рідини. Але ця особливість кільцевого напірного каналу у відомому апараті не використана, так як у ньому формування потоку рідини в кожному з напірних каналів здійснюється у діаметральному напрямку від отвору подання рідини до отвору виводу концентрату, розташованих в кільцях на діаметрально протилежних боках напірного каналу. При цьому, швидкість рідини у цьому напрямку як за вектором так і за значенням неодноразово змінюється. Це пов'язано з тим, що площа перерізу кожного напірного каналу у напрямку руху рідини до середини збільшується, а потім зменшується. Результатом такого руху рідини є недостатня ефективність очищення рідини. Якщо визнати повідомлення авторів, що покращення умов проведення розділення рідини у запропонованих ними напірному каналі і напрямку її подання досягається за рахунок наявності у кожному з них турбулізатора у вигляді лопаток ротору, то слід також відмітити, що обертання ротора може відбуватись за рахунок додаткових витрат енергії, а це або енергії очищуваної рідини, або електричної. І застосування такого ротора при очищенні значних потоків забрудненої рідини як з економічної, так і технічної точки зору буде проблематичним, що стримуватиме можливості застосування апарату, особливо 5 при значних діаметрах фільтруючого пакету. Не залишиться без погіршення і напрямок руху рідини у напірних каналах при обертанні лопаток ротора, неминучим є і підвищення опору апарату. Прийняття у прототипу турбулізатора у вигляді обертової лопатки є вимушеним засобом, так як напірний канал при наявності запропонованої конструкції опорних кілець має значну вишину, що для мембранного розподілення рідини є не прийнятним з точки зору втрат рідини. Для приближения рідини до поверхні мембран автори використали обертові лопатки. Тому це можна виправити, якщо, наприклад, зменшити вишину опорних кілець і нерухомого турбулізатора. З точки зору отримання раціонального гідравлічного режиму у відомому апараті виведення фільтрату з суміжного кільцеподібного каналу у напрямку перпендикулярному напрямку підведення рідини у напірному каналі, тим більш тільки у один бік від нього, не є доганним. Також достатньо погляду на поперечний переріз відомого апарату, що б виявити, що здійснення операцій підведення рідини, відведення фільтрату та концентрату одним отвором кожної з них вимагає значних габаритів апарату за діаметром з збільшенням його ваги, що стримує можливість його використання у випадку розділення значних потоків рідини. Технічним завданням винаходу є удосконалення мембранного апарату для розділення рідини на фільтрат і концентрат, у якому, завдяки конструктивним особливостям турбулізаторів потоку рідини, опорних кілець, каналу для відведення концентрату і кришок, досягається зниження втрат тиску рідини, підвищення продуктивності апарату, зменшення його габариту і ваги та розширення можливостей використання. Поставлена мета досягається тим, що у мембранному апараті, що утримує фільтруючий пакет, затиснутий стяжними шпильками між верхньою і нижньою кришками з колекторами вводу рідини і виводу фільтрату та концентрату, і складений з опорних кілець з виконаними по колу отворами для рідини, фільтрату і концентрату, утворюючими у пакеті наскрізні канали для вводу рідини і виводу фільтрату та концентрату, сполучені через отвори в кришках з відповідними їм їх колекторами, дископодібних мембранних касет з центральними отворами, затиснутих між опорними кільцями, виконаних кожна у вигляді двох мембран з зазором між ними, утворюючим кільцеподібний канал для фільтрату, сполучений через наскрізні канали з колектором виводу фільтрату, заповнений дренажною сіткою і обладнаний кільцем, який герметизує його з боку центрального отвору, і розташованих з зазорами між собою, утворюючими попарно кільцеві напірні канали для рідини, сполучені через наскрізні канали з колекторами вводу рідини і виводу концентрату і у кожному з яких міститься турбулізатор потоку рідини, згідно з винаходом, кожний турбулізатор потоку рідини виконаний у вигляді проміжної сітки з опорним кільцем на периферії і центральним отвором, діаметр якого відповідає діаметру центрального отвору мембранних касет, при цьому мембрани, дренажні і 60545 6 проміжні сітки мембранних касет та опірні кільця мають однаковий зовнішній діаметр, а всі опірні та герметизуючи кільця виконані у вигляді введеного в комірки сіток на їх вишину непроникливого матеріалу о рядом отворів для рідини і фільтрату, що чергують по колу і через один по замкнутій синусоїді охоплені введеним в комірки сіток матеріалом, а центральні отвори проміжних сіток сполучені з напірними каналами рідини і разом з центральними отворами мембранних касет утворюють наскрізний центральний канал для концентрату, сполучений через отвір у центрі кришки з патрубком виводу концентрату, до того ж турбулізатор потоку рідини може бути виконаний у вигляді двох проміжних сіток з проникною чи непроникною жорсткою листовою пластиною між ними, а нижня і верхня кришки виконані порожнистими з еліптичними, сферичними чи конічними зовнішніми стінками, порожнина однієї з яких сполучена через отвори в ній з наскрізними каналами вводу рідини, а іншої з наскрізними каналами виводу фільтрату. На фіг. 1 показаний один з варіантів запропонованого мембранного апарату, вертикальний переріз; на фіг. 2 - теж, поперечний переріз; на фіг. 3-5 - теж, вузли мембранного апарату. Апарат утримує мембранні касети 1 у вигляді дисків з центральним отвором і розташовані з обох їх плоских сторін проміжні сітки 2, що виконують функцію турбулізатора потоку рідини та мають вигляд плоского кільця. Мембранні касети 1 і проміжні сітки 2 однакового діаметра і з однаковим центральним отвором, складені співвісно і стягнуті у пакет. Зроблено це за посередництвом стяжних пристроїв, верхньої кришки 3 з вхідними отворами 4, колектором 5 рідини, утримуючим вхідний патрубок 6, і нижньої кришки 7 з вихідними отворами 8 і 9 та колектором 10 фільтрату, утримуючий вихідний патрубок 11 і патрубок 12 для виводу концентрату. Кожна проміжна сітка 2 охоплена опорним кільцем, утворюючи разом закритий зовні кільцеподібний напірний канал 13 для рідини. Кожна з мембранних касет 1 в свою чергу складається з двох напівпроникних мембран 14 з центральним отвором, між якими розташована дренажна сітка теж з центральним отвором, утворююча кільцеподібний напірний канал 15 для прийому і виведення фільтрату. Центральні отвори у мембранах і дренажній сітці однакового діаметра і утворюють разом центральний отвір в мембранній касеті 1, а кільцеподібний дренажний канал 15 являється закритим з боку периферії і центрального отвору для доступу в нього рідини і концентрату. Для цього комірки дренажної сітки уздовж зовнішнього діаметра і навколо центрального отвору заповнені на її вишину герметичним матеріалом, що разом з нею утворюють опірне кільце 16, а навколо їх центрального отвору - герметизуюче кільце 17, до яких монолітно приєднані мембрани 14. Опірні кільця 18 кожної проміжної сітки 2 теж виконані за посередництвом заповнення герметизуючим матеріалом комірок сітки з боку зовнішнього діаметра, при цьому з боку центрального отвору опірні чи герметизуючі кільця відсутні. У пакеті опірні кільця 16 і 18 мембранних касет 1 і проміжних сіток 2, відповідно, утворюють циліндричну 7 частку корпусу апарату, їх центральні отвори зливний колектор 19 для виведення концентрату з усіх напірних каналів 13. Крім того вони виконані з рівномірно розташованими по колу і по черзі отворами для рідини і фільтрату, котрі в обох з них через один і по замкнутій синусоїді оточені згадуваним вище монолітним матеріалом в комірках сіток. У пакеті одні з них, наприклад непарні, утворюють наскрізні колекторні отвори 20 для подання рідини через отвори 4 у кришці 3 з її колектора 5 у кільцеподібні напірні канали 13 рідини. Парні же отвори опорних кілець утворюють наскрізні колекторні отвори 21 для виведення фільтрату із дренажних кільцеподібних каналів 15 мембранних касет 1 через отвори 8 в кришці 7 у колектор 10. Тобто, кількість отворів у мембранних касетах 1 і в проміжних сітках 2 в двічі більша за кількість їх у одній з кришок або дорівнює сумі у двох кришках, при цьому отвори 4 у кришці 3 зміщені по колу на один шаг їх виконання відносно отворів 8 у кришці 7. До того ж, наскрізні отвори 20 в кожній проміжній сітці 2 охоплені матеріалом по колу не повністю і сполучаються з напірним кільцеподібним каналом 13, а у мембранних касетах 1 вони охоплені ним по колу повністю і відділенні від дренажного каналу 15. Наскрізні отвори 21 для фільтрату в проміжних сітках 2 охоплені матеріалом по колу повністю і відділенні від напірного каналу 13, а у мембранних касетах 1 вони охоплені ним частково і сполучаються з дренажним каналом 15 (фіг. 2). Між опорними кільцями 16 і 18 мембранних касет 1 і проміжних сіток 2, відповідно, нанесена при зборці герметизуюча замазка. У випадках потреб у жорсткості дискових мембранних касет 1 і/або проміжних сіток 2, наприклад, при значних їх діаметрах, кожна дренажна сітка мембранної касети 1 може бути виконана у вигляді двох дренажних сіток 22 (фіг. 4), а кожна проміжна сітка 2-у вигляді двох турбулізуючих сіток 23, при чому у обох випадках з жорсткою перфорованою або неперфорованою перегородкою 24 між ними (фіг. 5). Неперфорована пластина забезпечує незалежність роботи кожної мембрани 14 у мембранної касеті 1 і виключає вплив процесу розділення рідини, що здійснюється на одній із них, на хід такого ж процесу на сусідній мембрані, так як при цьому кожна мембрана має свій особистий напірний канал і її робота не залежить від негараздів сусіднього напірного каналу. Особливість кожного кільцеподібного напірного каналу 13 полягає у тому, що площа його поперечного перерізу у вигляді циліндру від входу до центрального виходу лінійно зменшується. Тому є очевидним, що площа поперечного перерізу кожного кільцеподібного дренажного каналу 15 у зворотному напрямку, тобто від центру до периферії, лінійно збільшується. І те і інше мають важливе значення у роботі мембранного апарату. Рідину через патрубок 6 подають у колектор 5 та через багаточисельні вхідні отвори 4, що виконані у кришці 3, вона потрапляє у наскрізні колекторні отвори 20, а з них - у багаточисельні напірні канали 13, в яких рухається паралельно мембранам 14 у напрямку від периферії до центрального отвору 19 пакету. При цьому частка рідини у ви 60545 8 гляді фільтрату проникає через мембрани 14 мембранних касет 1 і спочатку потрапляє у канали 15 фільтрату, де рухається теж паралельно мембранам 14, але вже у зворотному напрямку, залишає цей канал через багаточисельні колекторні отвори 21 пакету і отвори 8 кришки 7 та потрапляє у колектор 10 фільтрату і залишає апарат через вихідний патрубок 11. В той же час друга частка рідини, що визначається дроселем 25, у вигляді концентрату з напірних каналів 13 через центральний колекторний отвір 19 пакету і отвір 9 кришки 7 та патрубок 12 теж залишає апарат. Формування потоку рідини уздовж паралельних кільцеподібних мембран 14 мембранних касет 1 за посередництвом багаточисельних отворів 20 від периферії кожного кільцеподібного напірного каналу 13 до його центру з видаленням частки рідини через центральний колекторний отвір 19 в порівнянні з аналогами і прототипом забезпечує більш рівномірне її розподілення по поверхні мембран 14 мембранних касет 1. У результаті досягається зменшення кількості і площі застійних зон і покращення умов розділення. Крім того, прийняте формування потоку рідини у кожному напірному каналі 13 забезпечує поступове збільшення швидкості рідини в них за рахунок наявності поступово зменшуваної їх площі перерізу у цьому напрямку, що також забезпечує покращення умов розділення, так як, на відміну від інших відомих напірних каналів мембранних модулів, напрямок підвищення швидкості рідини співпадає з напрямком підвищення її концентрації. Наслідком покращення умов розділення рідини є підвищення продуктивності апарату. Видалення фільтрату з кожного дренажного каналу 15 через багаточисельні колекторні отвори 21 з попереднім його рухом у напрямку збільшення площі перерізу цього каналу, забезпечує зниження гідравлічного опору каналів 15 і втрат тиску рідини на його подолання. Виконання колекторів 6 і 10 у вигляді відбортованої сферичної, конусної чи еліптичної конструкції разом з кришками 3 і 7 дозволяє приймати значно меншу товщину стінок останніх, що забезпечує зниження ваги апарату і його вартості, особливо у апаратах значних габаритів і/або високого тиску. Виконання опорних кілець 16 і 18 мембранних касет 1 і проміжних сіток 2, відповідно, вишиною, що дуже незначно може перевищувати товщину дренажних і проміжних сіток, забезпечує отримання напірних каналів 13 малої вишини, що є одним з основних засобів підвищення продуктивності мембранного апарату. До того ж, наявність сіток з обох сторін мембран дає змогу без застережень проводити їх традиційну регенерацію після засмічення способом зворотної промивки фільтратом. Виконання дренажних і проміжних сіток у вигляду двох сіток о розташованими між ними жорсткими перегородками дозволяє розширити можливості виготовлення і використання мембранного апарату та підвищити надійність його роботи. Таким чином, запропоновані у корисної моделі відмітні ознаки разом з відомими забезпечують зниження гідравлічного опору, зменшення габари 9 60545 тів і ваги, розширення можливостей використання і підвищення продуктивності мембранного апарату Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 10 для розділення рідини на фільтрат і концентрат. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601