СЕТКА ДЛЯ КОНЦЕНТРАТНОГО КАНАЛА МЕМБРАННЫХ РУЛОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
MESH FOR CONCENTRATE CHANNEL OF MEMBRANE ROLL ELEMENTS

Изобретение относится к области водоподготовки и водоочистки, а именно к оборудованию, используемому в мембранных рулонных элементах для обратного осмоса и нанофильтрации.
В настоящее время модули с обратноосмотическими (ОО) и нанофильтрационными (НФ) мембранами находят широкое применение в практике в связи с высокой эффективностью очистки и относительной простотой используемого оборудования как самостоятельно, так и в качестве элемента более сложных комплексных систем. Стандартные ОО и НФ модули представляют собой фильтродержатели с торцевыми крышками, штуцерами ввода обрабатываемой жидкости и вывода пермеата и концентрата. Внутри фильтродержателей установлены рулонные элементы, состоящие из мембранных конвертов, навитых по спирали на перфорированные трубки. Между мембранными конвертами помещена концентратная сетка [Пат. РФ №125881, 2011; Пантелеев А.А., Рябчиков Б.Е., Хоружий О.В., Громов С.Л., Сидоров А.Р. - Технологии мембранного разделения в промышленной водоподготовке - М., ДеЛи плюс, 2012, 430 стр. - Рис.3.49 стр.102].
Задачей, решаемой сеткой, является организация канала для течения обрабатываемой жидкости вдоль поверхности мембран в пространстве между мембранными конвертами рулонного (спиральнонамотанного) элемента. При этом она должна создавать минимальное гидравлическое сопротивление и минимизировать объем мертвых зон, возникающих при обтекании жидкой средой элементов конструкции сетки.
Наиболее близким к заявляемому решению является сетка, применяемая в обратноосмотических и нанофильтрационных рулонных элементах, которая состоит из индивидуальных ячеек или ячеистых структур, образованных сплетенными или сплавленными нитями (прутками) из полимерных материалов, обладающими постоянной толщиной на всем своем протяжении [Пантелеев А.А., Рябчиков Б.Е., Хоружий О.В., Громов С.Л., Сидоров А.Р. - Технологии мембранного разделения в промышленной водоподготовке - М., ДеЛи плюс, 2012, 430 стр. - Рис.3.46 стр.99].
Недостатком такой сетки является образование в направлении потока жидкой, среды «мертвых зон» как в угловых элементах конструкции ячеек сетки, так и за теми сторонами ячеек, которые располагаются под углом к направлению тока жидкости, что создает условия для образования отложений на поверхности мембран. При этом чем ближе значение угла, образуемого стороной ячейки и вектором потока жидкости, к 90°, тем больше размер «мертвой зоны».
Технической задачей, решаемой авторами, являлось разработка конструкции сетки, которая позволяла бы при обеспечении равномерности течения потока обрабатываемой жидкости минимизировать образование «мертвых зон».
Технический результат достигался созданием сетки, ячейки которой имели форму связанных между собой многоугольников, в вершинах которых размещены сферы, связанные между собой цилиндрическими перемычками (ребрами многоугольников), диаметр которых составлял 0,1-0,8 от диаметра применяемых сфер. Оптимально располагать перемычки, так чтобы их оси симметрии совпадали с осями симметрии сфер.
Как показали проведенные эксперименты, такая сетка толщиной от 0,5 до 1,5 мм сочетает механическую прочность с пониженным гидравлическим сопротивлением. Индивидуальная ячейка сетки, как правило, выполняется в форме треугольника, ромба, квадрата или шестиугольника, но может быть выполнена в форме и иных многоугольников. При этом ячейка в форме равностороннего треугольника обеспечивает максимальную жесткость конструкции сетки, ячейки в форме ромба или квадрата проще и дешевле остальных в изготовлении, а сетка с ячейкой в форме правильного шестигранника обладает минимальным гидравлическим сопротивлением, но наиболее трудоемка при изготовлении.
Схема размещения сетки в модуле приведена на фиг.1, где использованы следующие обозначения: 1 - нижняя мембрана верхнего мембранного конверта; 2 - верхняя мембрана нижнего мембранного конверта; 3 - сетка; 4 - сфера в вершинах индивидуальных ячеек сетки; 5 - цилиндрическая перемычка. На фиг.2 показан фрагмент сетки с выполнением индивидуальной ячейки в форме треугольника, на фиг.3 - в форме ромба; на фиг.4 - в форме квадрата; на фиг.5 - в форме шестиугольника.
Устройство работает следующим образом. Поток воды, проходя между мембранами 1 и 2 поступает вдоль сетки 3. При этом он огибает сферы 4, геометрическая форма которых близка к идеальной для случаев обтекания твердых тел с жидкостью, площадь контакта листовой мембраны с шаровой опорой минимальна (стремится к «точке»), что позволяет минимизировать гидравлическое сопротивление и объем «мертвых зон», образующихся в рулонных элементах. При этом соединительные перемычки 5 между шаровыми элементами 4 сетки не соприкасаются с поверхностью мембран, а потому не способствуют образованию застойных зон.
Результаты работы установки очистки москворецкой воды с различными сетками приведены в таблице 1. Толщина сеток, упомянутых в таблице 1, соответствует стандартной толщине концентратных сеток, применяемых в рулонных элементах (в миллидюймах: 24, 28 и 34 соответственно).
Таблица 1
Влияние параметров сетки на эксплуатационные характеристики мембранного модуля.
Тип сетки
Толщина сетки (диаметр сфер), мм
Отношение диаметра перемычек к диаметру сфер
Значение гидравлического сопротивления элемента, отнесенное к гидравлическому сопротивлению элемента со стандартной сеткой
Стандартная
0,61
1
Предлагаемая с ромбической ячейкой
0,61
0,8
0,77
Предлагаемая с квадратной ячейкой
0,61
0,8
0,77
Предлагаемая с треугольной ячейкой
0,61
0,8
0,82
Предлагаемая с шестиугольной ячейкой
0,61
0,8
0,67
Стандартная
0,71
1
Предлагаемая с ромбической ячейкой
0,71
0,1
0,75
Предлагаемая с квадратной ячейкой
0,71
0,1
0,75
Предлагаемая с треугольной ячейкой
0,71
0,1
0,81
Предлагаемая с шестиугольной ячейкой
0,71
0,1
0,66
Стандартная
0,86
1
Предлагаемая с ромбической ячейкой
0,86
0,5
0,73
Предлагаемая с квадратной ячейкой
0,86
0,5
0,73
Предлагаемая с шестиугольной ячейкой
0,86
0,5
0,65
Предлагаемая с шестиугольной ячейкой
0,5
0,1
0,67 (по сравнению со стандартной сеткой толщиной 0,61 мм)
Предлагаемая с шестиугольной ячейкой
1,5
0,8
0,65 (по сравнению со стандартной сеткой толщиной 0,86 мм)
Приведенные данные свидетельствуют, что в результате использования сетки нового типа гидравлическое сопротивление мембранных элементов снизилось на 30-35% при использовании шестигранной ячейки, на 23-27% при применении ромбических или квадратных ячеек и на 18-20% - для сетки с треугольными ячейками.