Установка для розділення рідини на фільтрат і концентрат

1. Установка для розділення рідини на фільтрат і концентрат, що містить ряд мембранних модулів, об'єднаних в блок колекторами, з'єднаними з лінією рідини з циркуляційним насосом і чотириходовим краном, лінією фільтрату з ємністю і напірним насосом і лінією концентрату з дроселем на виході, і циркуляційним трубопроводом, з'єднаним 3 ний для застосованих у модулях відомого блока половолоконних мембран. Спосіб регенерації спосіб зворотної промивки фільтратом, що стримує використання такого блока і не забезпечує достатньої продуктивності станції. Крім того, передбачене гідравлічною схемою першого блока з'єднання виходу циркуляційного насоса через чотириходовий кран з виходом вхідного колектора модулів, а не з його входом або з лінією очищуваної води перед ним, є високо неефективним чи помилковим, так як передбачає подання частки концентрату в цей колектор проти руху в ньому очищуваної води і означає, що, в залежності від тиску циркуляційного насоса, циркуляція концентрату буде мати місце тільки у найближчих до місця його подання модулях або її не буде взагалі. Як правило, подання частки концентрату на циркуляцію на вихід напірного насоса, який передбачений схемою на вході води, повинно здійснюватись циркуляційним насосом з тиском більшим, ніж тиск напірного насоса, тоді в першому випадку щонайкраще один чи декілька модулів будуть працювати на очищення тільки концентрату, так як вода від напірного насоса до них взагалі не потрапить. Згадувана у корисній моделі циркуляція суміші води з часткою концентрату у двох напрямках є не рівноцінною, так як в одному з них циркуляційний насос здійснює тільки подачу частки концентрату на циркуляцію, яку здійснює напірний насос, а у другому напрямку - циркуляцію суміші здійснює циркуляційний насос. При цьому в першому з них має місце злив тільки частки концентрату, а у іншому - злив частки суміші концентрату і води, що не є рівноцінним, а циркуляція більшого в декілька разів потоку суміші в другому напрямку потребує наявності двоступеневого більш потужного і продуктивного циркуляційного насоса, що вимагає підвищення енерговитрат і збільшення установчої енергетичної потужності. Найбільш близькою за технічною суттю є установка для розділення рідини на фільтрат і концентрат, що містить ряд мембранних модулів, об'єднаних в блок колекторами, з'єднаними з лінією рідини з циркуляційним насосом і чотириходовим краном, з лінією фільтрату з ємністю і напірним насосом і з лінією концентрату з дроселем на виході і циркуляційним трубопроводом, з'єднаним вихідним кінцем з лінією рідини перед циркуляційним насосом [Патент РФ №2058272 МПК6 C02F 9/00. БИ №7, 2002, опубл. 10.03.2002]. Циркуляція частки концентрату в ході розділення рідини на фільтрат і концентрат з поверненням її на вхід циркуляційного насоса є менш ефективною, ніж, наприклад, циркуляція з її поверненням на вихід цього насоса, і пояснюються тим, що в першому випадку при постійній продуктивності насоса подання частки концентрату сприяє тільки підвищенню гідравлічного ККД установки за рахунок заміни частки рідини часткою концентрату, тобто без збільшення об'єму суміші, в той час, коли в другому випадку воно додає частку концентрату до постійної кількості рідини, збільшуючи при цьому кількість суміші і швидкість її у напірних каналах модулів блока, що є гарантом покращення 62030 4 умов розділення, збільшення міжрегенераційного періоду, підвищення продуктивності блока і розширення можливостей застосування корисної моделі. Запропонована регенерація модулів блока зворотною промивкою фільтратом при відсутності відсічного органа між циркуляційним насосом і чотириходовим краном є недостатньо ефективною, так як може здійснюватись лише з виходом відпрацьованого фільтрату одночасно через обидва патрубки корпусів модулів, розташовані на протилежних їх кінцях, що позбавляє гарантії достатнього очищення мембран в середній їх частці і приблизно у двічі знижує швидкість фільтрату у напірних каналах, що погіршує умови очищення поверхонь мембран. Відведення відпрацьованого фільтрату через два контури, в одному з яких є циркуляційний насос, а трубопроводи значно більшими за діаметром, в порівнянні з другим контуром, дає підстави вважати, що умови очищення мембран на протилежних кінцях не однакові, що потребує реверсу потоку фільтрату в напірних каналах. При наявності же згадуваного відсічного органа регенерацію мембран модулів можна було б проводити від одного патрубка до іншого, що при наявності згадуваного у корисній моделі реверсу і дворазового збільшені швидкості фільтрату у напірних каналах, вона могла би бути значно більш ефективною. Проведення зворотної промивки зі зливом відпрацьованого фільтрату у каналізацію, що має місце у корисній моделі, знижує ефективність роботи установки. Заслуговує уваги те, що запропонована гідравлічна схема дає можливість проводити регенерацію модулів у так званому прямому напрямку рідиною з його реверсом при закритому виході фільтрату, але наявність регулятора тиску у вигляді зворотного клапана на виході фільтрату з модулів ставить під сумнів таку можливість та знижує можливості застосування корисної моделі. Задачею корисної моделі є удосконалення установки розділення рідини на фільтрат і концентрат, у якій, завдяки її конструктивним особливостям, досягається підвищення продуктивності по фільтрату та розширення можливостей використання. Поставлена задача вирішується тим, що у установці для розділення рідини на фільтрат і концентрат, що містить ряд мембранних модулів, об'єднаних в блок колекторами, з'єднаними з лінією рідини з циркуляційним насосом і чотириходовим краном, лінією фільтрату з ємністю і напірним насосом і лінією концентрату з дроселем на виході і циркуляційним трубопроводом, з'єднаним вихідним кінцем з лінією рідини перед циркуляційним насосом, згідно з корисною моделлю, лінія концентрату обладнана додатковим циркуляційним трубопроводом, вихід якого сполучений з камерою зниженого тиску ежектора, установленого в лінії рідини після циркуляційного насоса, обладнаною додатково відсічним краном, розташованим перед чотириходовим краном, при цьому основний і додатковий циркуляційні трубопроводи обладнані дроселями, лінія фільтрату може бути сполучена з 5 камерою зниженого тиску ежектора лінії рідини трубопроводом з дроселем. На Фіг.1 показана гідравлічна схема запропонованої установки для розділення рідини на фільтрат і концентрат; на Фіг.2 - вузол схеми. Установка містить лінію 1 рідини з послідовно розташованими водозабірним насосом 2, відсічним краном 3, мікрофільтром 4, циркуляційним насосом 5, ежектором 6, відсічним краном 7 і чотириходовим краном 8 з пробкою 9, ряд мембранних модулів 10, об'єднаних колекторами 11, 12 і 13 в блок, з'єднаний з лінією 1 рідини, лінією 14 фільтрату з ємністю 15, насосом 16 зворотної промивки, відсічними кранами 17 і 18, і циркуляційним трубопроводом 19, сполученим через його дросель 20 з камерою зниженого тиску ежектора 6, лінією 21 концентрату з дроселем 22 на виході, основним циркуляційним трубопроводом 23 з дроселем 24, сполученим з входом циркуляційного насоса 5, і додатковим циркуляційним трубопроводом 25 з дроселем 26, сполученим з камерою зниженого тиску ежектора 6. Чотириходовий кран 8 має пробку 9 і чотири штуцери, один з яких з'єднаний з лінією 1 рідини, другий, а саме - протилежний, - з лінією 21 концентрату, а третій і четвертий - з колекторами 11 і 12 блока модулів 10. Напрямок потоку в модулях 10 визначається положенням пробки 9 крана 8, яка може обертатись на 90°. Лінія 1 рідини з ежектором 6 і кранами 7 і 8, колектори 11 і 12, модулі 10, лінія 21 концентрату і циркуляційний трубопровід 23 з дроселем 24 утворюють перший циркуляційний контур. Лінія 1 рідини з ежектором 6 і кранами 7 і 8, колектори 11 і 12, модулі 10, лінія 21 концентрату і циркуляційний трубопровід 25 з дроселем 26 утворюють другий циркуляційний контур. Лінія 1 рідини з ежектором 6 і кранами 7 і 8, колектори 11 і 13, модулі 10, лінія 14 фільтрату і циркуляційний трубопровід 19 з дроселем 20 утворюють третій циркуляційний контур. Лінія 1 рідини з насосами 2 і 5, мікрофільтром 4, ежектором 6 і кранами 3, 7 і 8, колектори 11 і 12, модулі 10, лінія 21 концентрату і циркуляційний трубопровід 27 з ємністю 28 і кранами 29 і 30 утворюють четвертий циркуляційний контур. Кожний циркуляційний контур має своє призначення, що полягає в залученні до розділення рідини частки її компонентів. Так, перший і другий циркуляційні контури залучають частку концентрату, третій і четвертий - відпрацьовану частку фільтрату і рідини, отримані під час регенерації модулів 10 блока. Відомо, що залучення частки компонентів рідини, отриманих при її розділенні, до їх повторного мембранного розділення разом з рідиною чи окремо підвищує ККД установки до 40-85%, а дослідження показують, що при цьому має важливе значення і в який спосіб воно виконано, одним з яких є їх рециркуляція. Так, циркуляцією частки концентрату з поданням її на вхід циркуляційного насоса 5 постійної продуктивності, що передбачено другим циркуляційним контуром, досягається лише економія рідини за рахунок заміни частки її до розділення часткою концентрату і на умови 62030 6 процесу розділення рідини в модулях при оптимальній її концентрації така циркуляція не впливає. Циркуляція же частки концентрату і/чи фільтрату з поданням її на вихід циркуляційного насоса 5 постійної продуктивності, що передбачено першим і третім циркуляційними контурами, додає до кількості рідини після насоса 5 ще частку циркулюючого компонента, збільшуючи кількість отриманої суміші, що підлягає розділенню у модулях 10 з незмінними внутрішніми параметрами. В результаті розділення суміші здійснюється з швидкостями значно більшими, чим у випадку циркуляції з поданням частки компонентів рідини на вхід циркуляційного насоса 5, що забезпечує покращення умов тангенціального розділення рідини і, як наслідок, збільшення міжрегенераційного періоду та підвищення продуктивності установки. Таке подання частки компонентів рідини можливе і, наприклад, за допомогою додаткового напірного насоса з тиском значно більшим за тиск циркуляційного насоса 5, що потребує додаткових витрат енергії, збільшує установчу потужність і є менш ефективним ніж подання компонентів рідини за посередництвом ежектора 6. Але, з досягнутого ККД при мембранному розділенні рідини очевидно, що 15-60% компонентів рідини зливається з установки, можливості же ежектора 6 з подання частки компонентів рідини складають не більш 25% від продуктивності циркуляційного насоса 5. Тому поряд з другим і третім циркуляційними контурами при необхідності застосовують перший і четвертий циркуляційні контури, що визначається конкретними умовами застосування установки, але у пересувних установках вони всі є доцільними. Запропонована корисною моделлю установка працює наступним чином. У випадку, коли умовами розділення передбачена циркуляція концентрату, частка якого не перевищує 25% від продуктивності насоса 5, і при цьому не виникає проблем з підвищенням концентрації суміші, дроселі 22 і 26 та крани 7, 8 і 17 відкриті, а всі інші дроселі і крани закриті. Кран 8 завжди постійно відкритий і знаходиться в будь-якому з двох положень, зображених на Фіг.1 і 2. При закритому крані 3 включають водозабірний насос 2 і, після досягнення його ротором постійних обертів, відкривають кран 3. Після цього включають в роботу циркуляційний насос 5. В результаті рідина під тиском по лінії 1 через ежектор 6, кран 7 і чотириходовий кран 8 надходить в колектор 11 (Фіг.1), а з нього в напірні канали модулів 10, де за рахунок тангенціальної фільтрації розділяється на фільтрат, що залишає модулі 10 і по колектору 13 і лінії 14 через відкритий кран 17 зливається в ємність 15, з якої при необхідності видається споживачеві, і концентрат, що по колектору 12 залишає модулі 10 і через кран 8 потрапляє в лінію 21, де розділяється на дві частки, одна з яких через дросель 22 зливається в каналізацію, а друга частка по циркуляційному трубопроводу 25 через відкритий дросель 26 під дією розрядження, утвореного у камері змішання ежектора 6, надходить в останній, де зустрічається з потоком рідини, змішується з нею і рухаються далі разом у вигляді суміші зна 7 чно більшої кількості, як сказано вище. Таким чином здійснюється циркуляція частки концентрату по другому циркуляційному контуру, згадуваному вище, що приводить до підвищення продуктивності установки за рахунок покращення умов розділення рідини у напірних каналах модулів 10 в результаті значного підвищення швидкості рідини в них. Відомо, що, внаслідок зниження швидкості рідини в напірних каналах уздовж мембран, засміченість їх поверхонь у напрямку руху рідини поступово збільшується. Тому, для запобігання повного засмічення деякої частки поверхонь мембран з боку виходу концентрату, через визначений дослідним шляхом період часу пробку 9 крана 8 обертають на 90° і вона займає стан, зображений на Фіг.2. В результаті потік суміші з лінії 1 через кран 8 направляється в колектор 12, звідкіля знову направляється в модулі 10, але на цей раз в протилежному напрямку, де на початку напірних каналів рухається з значно більшими швидкостями, ніж при засміченості мембран. При цьому поряд з фільтрацією має місце і тимчасове очищення поверхонь мембран на деякій частці їх довжини, що сприяє рівномірності засмічення поверхонь мембран і покращенню умов фільтрації. Реверс крана 8 найбільш ефективний при використанні коагуляторів та при багаторазовому його здійснюванні доти, доки за визначеними заздалегідь показниками виникає потреба у регенерації модулів 10. У випадках, коли навіть незначне зменшення концентрації рідини, що найбільш зустрічається у непередбачених випадках і особливо при використанні пересувних установок, забезпечує малоефективне розділення рідини, використовують третій циркуляційний контур при відключених першому і другому циркуляційних контурах, яким передбачається подання через ежектор 6 частки фільтрату, а сам процес розділення в подальшому не відрізняється від вище описаного. Для цього відкривають дросель 20 циркуляційного трубопроводу 19 при закритих дроселях 24 і 26 і фільтрат з лінії 14 потрапляє у ежектор 6, що покращує умови розділення рідини, підвищує ефективність роботи установки і розширює можливості її застосування. Не відрізняється сам процес розділення від вище описаного і у випадку, коли є можливість розділення рідини без зміни її концентрації, але є потреба у покращенні умов її розділенні у модулях 10. При цьому в ежектор 6 з лінії 14 і лінії 21 при відкритих дроселях 20 і 26, відповідно, подають фільтрат і концентрат такими частками, що забезпечують незмінність концентрації рідини, але збільшують в достатній мірі її швидкість у напірних каналах модулів 10 для покращення умов фільтрації. Перший же циркуляційний контур застосовують у випадках, коли умови розділення рідини передбачають циркуляцію частки концентрату, більшою 25% від продуктивності циркуляційного насоса 5. При цьому більш ефективним є його використання одночасно з другим циркуляційним контуром, що забезпечують подання на циркуляцію концентрату двома частками одночасно - одну через дросель 24, а другу через дросель 26. 62030 8 Але, відомо, що при мембранному розділенні рідини всі приймаючі заходи для виключення засміченості мембран тільки віддаляють потребу у їх регенерації, яка стає очевидною за визначеними заздалегідь дослідним шляхом ознакам в конкретних умовах, наприклад, відносно опору модульного блока, зниженню продуктивності та іншим. Корисною моделлю передбачено три способи регенерації модулів 10 блока, а саме - способом промивки рідиною у прямому напрямку з реверсом при закритому виході фільтрату, способом зворотної промивки фільтратом при повністю відкритій лінії концентрату і комбінованим, при якому перший спосіб здійснює попередню регенерацію. Особливість першого способу регенерації модулів 10 полягає в тому, що початок його здійснення не потребує зупинки роботи обладнання лінії 1 рідини, для чого достатньо відкрити кран 29 циркуляційного трубопроводу 27 і при необхідності дроселі 24 і 26 циркуляційних трубопроводів 23 і 25, відповідно, та закрити кран 17 лінії 14 фільтрату і дросель 22 лінії 21 концентрату. При цьому швидкість потоку у напірних каналах модулів 10 значно збільшиться на всій довжині, крім початку, і стане постійною, а відпрацьована рідина по одному з колекторів 11 чи 12, лінії 21 і циркуляційному трубопроводу 27 через відкритий кран 29 зливається в ємність 28 для подальшої при необхідності її участі у розділенні рідини в модулях 10 чи для інших цілей. Через деякий проміжок часу, визначений дослідним шляхом поворотом пробки 9 крана 8 на 90° (Фіг.2) змінюють напрямок потоку в напірних каналах модулів 10 на протилежний і на деякий час утримують кран 8 у такому положенні. Далі реверс крана 8 здійснюють за потребою до уявно повного очищення модулів 10 від засмічення. При досягненні достатньої регенерації модулів 10 без зупинки роботи обладнання лінії 1 рідини відкривають дросель 22 лінії концентрату і кран 17 лінії фільтрату, закривають кран 29 циркуляційного трубопроводу 27 і приводять в попередній чи у потрібний інший стан дроселі 24 і 26 циркуляційних трубопроводів 23 і 25, відповідно. В результаті установка працює на розділення рідини на фільтрат і концентрат за схемою, що описана вище. У випадках, коли регенерація модулів 10 першим способом є не ефективною, або потреба в ньому відсутня, передбачена регенерація другим, більш ефективним, способом, а саме - способом зворотної промивки фільтратом. Для чого, зупиняють роботу насоса 5, закривають крани 3 і 7 лінії 1 рідини, кран 17 лінії 14 фільтрату і дроселі 22, 24 і 26, відкривають крани 18 і 29 і запускають в роботу насос 16 зворотної промивки. В результаті фільтрат із ємності 15 при закритому дроселі 20 з підвищеним тиском і більшими в декілька разів витратами, ніж його отримання, по лінії 14 і колектору 13 потрапляє у напірні канали модулів 10 і, рухаючись в порах мембран у зворотному напрямку його отримання і каналах модулів з значно вищими швидкостями, здійснює очищення модулів 10 від забруднень. Для покращення регенерації модулів 10 зворотною промивкою передбачено виведення відпрацьованого фільтрату одночасно з 9 62030 обох протилежно розташованих патрубків корпусів модулів 10 і через кожний з них окремо в залежності від положення пробки 9 крана 8, зображених на Фіг.1 і 2, що дає можливість визначити найвищу ефективність зворотної промивки в різних умовах використання установки. Так, при відкритих крані 7 і, наприклад, дроселі 26 при будь-якому положенні пробки 9 крана 8, наприклад, зображеному на Фіг.1, відпрацьований фільтрат з модулів 10 по колектору 12, через кран 8, і по лінії 21 потрапляє у ємність 28 при відкритому крані 29 для подальшої при необхідності його участі у розділенні рідини в модулях 10. Одночасно, друга частка відпрацьованого фільтрату з модулів 10 по колектору 11 через кран 8, по лінії 1 через кран 7 і дросель 26 потрапляє у лінію 21, де зустрічається з першою часткою відпрацьованого фільтрату і разом зливаються у ємність 28 з тією ж метою. В зв'язку з тим, що тракти виведення відпрацьованого фільтрату можуть мати різний опір, для впевненості якості регенерації здійснюють реверс пробки 9 крана 8 і вона займає положення на Фіг.2, після чого в лінію 21 потрапляє частка відпрацьованого фільтрату з колектора 11, а в лінію 1 друга частка - з колектора 12, завдяки чому змінюється напрямок потоку фільтрату у напірних каналах модулів 10 і покращується регенерація модулів 10. Подальший рух відпрацьованого фільтрату, як і в першому випадку закінчується зливом його в ємність 28. Але у даному випадку швидкість фільтрату в напірних каналах менша у двічі, в порівнянні з виведенням відпрацьованого фільтрату через один патрубок, при однаковій швидкості його в порах мембран. Для підвищення швидкості відпрацьованого фільтрату не тільки в порах мембран модулів 10, а Комп’ютерна верстка А. Рябко 10 і у напірних каналах, запровадять зворотну промивку з виведенням відпрацьованого фільтрату через один з колекторів 11 чи 12. Для чого кран 7 закривають і фільтрат при положенні пробки 9 крана 8 на Фіг.1 подається в модулі як і раніш по колектору 13, а виводиться з них тільки через колектор 12, а при положенні пробки 9 крана 8 на Фіг.2 - тільки через колектор 11. В обох випадках відпрацьований фільтрат через кран 8 по лінії 21 при закритому дроселі 22 і відкритому крані 29 по циркуляційному трубопроводу 27 зливається в ємність 28. Суміш відпрацьованих фільтрату і рідини, що зливаються у ємність 28 у ході здійснення регенерації модулів 10, концентрація забруднень якої значно менша, ніж в очищуваній рідині, при необхідності залучається до процесу розділення рідини. Для чого, при роботі установки відкривають кран 30 і потрібною часткою по трубопроводу 27 подають на вхід насоса 2, що підвищує ефективність роботи установки. Наявність додаткових циркуляційних трубопроводів 19 і 25 з дроселями 20 і 26, відповідно, сполучених з камерою зниженого тиску ежектора 6, установленого в лінії 1 рідини після циркуляційного насоса 5, та відсічного крана 7 перед чотириходовим краном 8 дозволяє покращити умови регенерації модулів 10, збільшити міжрегенераційний період, знизити витрати рідини та розширити можливості використання корисної моделі. Таким чином запропоновані корисною моделлю відмітні ознаки разом з відомими забезпечують підвищення продуктивності по фільтрату і розширення можливостей використання установки 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