ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для очистки жидкостей в процессе ультрафильтрации на полупроницаемой мембране и может найти применение в химической, нефтехимической, фармацевтической, микробиологической, пищевой и других отраслях промышленности, а также при очистке сточных вод от молекул растворенных в них загрязняющих веществ.
Известен мембранный аппарат включает подвижный кожух со штуцерами для отвода продукта, корпус с кольцевыми щелями и полый шток с конусом, к которому крепиться подвижный вал с насаженными на него лопастями, делящий мембранный канал на четыре сектора, при этом в трех секторах находится сетка, крепящаяся к лопастям на некотором расстоянии от мембраны, а в четвертом секторе на валу по всей его длине установлены диски (патент №2530100 РФ, МПК B0/D 6/06, 2014 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится высокое гидравлическое сопротивление, снижающее перепад давления на мембране, что вызывает уменьшение производительности.
Известно описание конструкции мембранного аппарата с формулой изобретения, состоящей из двух пунктов:
1. Мембранный аппарат, содержащий корпус со штуцерами вывода продуктов разделения, с тангенциальным штуцером ввода исходного раствора, соосно корпусу установленный профилированный мембранный элемент с одним или несколькими каналами из жесткого пористого материала и обечайку, при этом в корпусе плотно вставлена винтовая пружина, или стенка корпуса снабжена по крайней мере одной винтовой направляющей, а на мембранный элемент, выполненный одноканальным стержнем, закрытым с одного конца дном, а с другого конца герметично охваченным непроницаемой обечайкой с фланцем и штуцером вывода пермеата, служащей разъемным узлом соосного герметичного присоединения к корпусу изнутри, плотно навита винтовая направляющая, или стенка мембранного элемента и корпуса выполнены винтогофрированными так, что в результате между стенками корпуса и мембранного элемента образуется кольцевой зазор с вращательно-нисходящей направленностью по стенке корпуса и вращательно-восходящей направленностью по стенке мембранного элемента, плавно переходящего внизу между стенкой корпуса и дном мембранного элемента в циклонную камеру отделения загрязнений в виде концентрата, причем винтовые направленности на корпусе и мембранном элементе противоположны: правая и левая или левая и правая.
2. Мембранный аппарат по п. 1, при этом корпус выполнен двумя различно-функциональными легко разборными и герметично соединенными частями, нижней (донной) служащей для провода жидкости в поле центробежных сил вывода концентрата и верхней (головной) части с тангенциальным штуцером, устанавливаемым непосредственно у торцевой стенки с соосным отверстием, служащей для предварительного осветления исходного раствора при помощи поля центробежных сил и герметичного присоединения мембранного элемента (Заявка на изобретение 2006113169/15 РФ от 20.04.2006, дата публикации заявки 10.11.2007, МПК B01D 63/06).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится высокое гидравлическое сопротивление, приводящее к снижению перепада давления на мембране, которое является движущей силой процесса очистки жидкого раствора от молекул загрязняющих веществ, что приводит к снижению производительность.
Известна центрифуга для разделения многокомпонентной жидкой среды, включающая корпус, установленный в нем вертикально на валу цилиндроконический ротор с основанием и крышкой, снабженный расположенной под ней верхней кольцевой камерой и средством отвода сгущенной твердой фракции, размещенным в основании, установленный по оси цилиндрический фильтр с камерой сбора и отвода фильтрата и неподвижную расположенную по оси ротора питающую трубу, при этом цилиндрический фильтр установлен неподвижно, выполнен из мембраны и снабжен устройством для предварительной фильтрации разделенной среды, при этом в роторе концентрично указанному фильтру с зазором расположена сплошная цилиндрическая обечайка с торцевыми фланцами, образующая секцию выделения легкой жировой фракции из разделяемой среды, сообщенную при помощи каналов с верхней кольцевой камерой, снабженной напорным диском для отвода этой фракции, причем снизу под секцией установлен неподвижно дополнительный фильтр в виде цилиндроконической камеры, стенки которой выполнены из мембран и образуют со стенкой ротора и цилиндрического фильтра зазоры для протока и отвода разделенных фракций, при этом устройство для предварительной фильтрации разделяемой среды состоит из неподвижной цилиндроконической мембранной обечайки, прикрепленной к торцу питающей трубы и образующей внутреннюю стенку камеры сбора и отвода фильтрата, и размещенного с кольцевым зазором аналогичного по форме обтекателя, нижний торец которого расположен в выходном отверстии питающей трубы, при этом обтекатель установлен с возможностью вращения для создания вихревого движения потока разделяемой среды в зазоре. (Изобретение 2155103 С1, МКП B04B 1/10, 27.08.2000).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится высокое гидравлическое сопротивление осадка, образующегося на фильтрующих поверхностях, что снижает производительность. Кроме того, отсутствие полупроницаемых мембран приводит к необходимости дополнительной очистки, то есть повторного отделения в полученном фильтрате молекул растворенных веществ от очищаемой жидкости, что также снижает общую производительность.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является центробежный насос, содержащий корпус с нагнетательным патрубком и кольцевой рабочей камерой, в которой установлена проволочная спираль. (Авт. св. СССР №806899, F04D 1/00, F04D 29/42, 1981 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невозможность одновременно с повышением давления в нагнетательном патрубке обеспечить очистку жидкости от молекул растворенных в ней веществ, что требует установки ультрафильтрационного аппарата с полупроницаемой мембраной, а это снижает рабочее давление при перекачивании жидкости от центробежного насоса к ультрафильтрационному аппарату и уменьшает производительность.
Техническим результатом предлагаемой конструкции является повышение производительности.
Поставленный технический результат достигается тем, что центробежный насос, содержащий корпус с нагнетательным патрубком и кольцевой рабочей камерой и установленное в корпусе рабочее колесо, при этом в рабочей камере установлена проволочная спираль, отличается тем, что на внутренней стенке рабочей камеры жестко закреплены кольца, в которых установлена перфорированная перегородка в виде полутора, на внутренней поверхности которой закреплена полупроницаемая мембрана, а проволочная спираль снабжена текстильной оболочкой, при этом в нагнетательном патрубке на выходе установлена разделительная перегородка.
Герметичное прикрепление к внутренней стенке колец позволяет разделить весь поток нагнетаемой жидкости на внешний и внутренний слои внутри рабочей камеры, а установка внутри колец перфорированной перегородки в виде полутора позволяет фильтроваться внутреннему потоку за счет центробежной силы из внутреннего потока во внешний, что позволяет увеличивает производительность при очистке перекачиваемой жидкости во внешнем потоке.
Закрепление полупроницаемой мембраны на внутренней поверхности перфорированной перегородки позволяет проводить на ней ультрафильтрацию, так как центробежные силы создают центробежное давление, под действием которого нагнетаемая жидкость разделяется на полупроницаемой мембране на пермеат, то есть очищенную от молекул растворенных в нагнетаемой жидкости веществ во внешнем потоке, и ретант, что приводит к росту производительности по очищенной жидкости - пермеату.
Снабжение проволочной спирали текстильной оболочкой обеспечивает мягкое прижатие полупроницаемой мембраны к внутренней поверхности перфорированной перегородки без разрывов поверхности мембраны, то есть увеличивает срок ее эксплуатации без остановок, ремонта и замены, что способствует увеличению производительности.
Установка на выходе нагнетательного патрубка разделительной перегородки предотвращает перемешивание внешнего потока жидкости, то есть пермеата с внутренним потоком, то есть с ретантом, что уменьшает необходимость повторной дополнительной очистки пермеата, что также увеличивает производительность по очищенной жидкости - пермеату.
Таким образом, все вышеназванные технические усовершенствования позволяют получать в центробежном насосе не просто нагнетаемую жидкость с повышенным давлением в нагнетательном патрубке, но и одновременно очищать ее с разделением на пермеат и ретант. Это приводит к высокой производительности по очищенной от молекул растворенных в нагнетаемой жидкости веществ.
На фиг. 1 представлена схема общего вида предлагаемой конструкции центробежного насоса в разрезе. На фиг. 2 - горизонтальный разрез по А-А. На фиг. 3 - увеличенный фрагмент разреза общего вида по виду 1 с изображением части корпуса кольцевой рабочей камеры, проволочной спирали в текстильной оболочке, кольцах, в котором закреплена перфорированная перегородка, на внутренней поверхности которой закреплена полупроницаемая мембрана. На фиг. 4 представлена проволочная спираль в текстильной оболочке.
Центробежный насос содержит корпус 1 с нагнетательным патрубком 2 и кольцевой рабочей камерой 3 и установленное в корпусе 1 рабочее колесо 4. В кольцевой рабочей камере 3 установлена проволочная спираль 5, снабженная текстильной оболочкой 6. На внутренней стенке кольцевой рабочей камеры 3 герметично прикреплены кольца 7 и 8, в которых установлена перфорированная перегородка 9 в виде полутора, на внутренней поверхности которой закреплена полупроницаемая мембрана 10, при этом витки проволочной спирали 5 своей текстильной оболочной 6 прижимают поверхность полупроницаемой мембраны 10 к внутренней поверхности перфорированной перегородки 9. В нагнетательном патрубке 2 на выходе установлена разделительная перегородка 11, разделяющая выходящий поток на внешний 12 и внутренний 13 слой.
Центробежный насос работает следующим образом.
При вращении рабочего колеса 4 поток жидкости поступает в рабочую камеру 3. При движении по кольцевой рабочей камере 3 в нагнетаемой жидкости, под действием центробежной силы создается избыточное центробежное давление над поверхностью полупроницаемой мембраны 10 под действием которого часть нагнетаемой жидкости фильтруется во внешний слой 12 с образованием пермеата, то есть фильтрата, очищенного от молекул растворенных в нагнетаемой жидкости веществ (углеводородов, жиров растительных масел и др.), а часть в виде ретанта, то есть концентрированного раствора нагнетаемой жидкости с молекулами вышеназванных веществ, остаются во внутреннем слое 13. Разделенные разделительной перегородкой 11 потоки пермеата и ретанта, не смешиваясь, выходят из нагнетательного патрубка 2 и собираются в отдельных емкостей (на фигурах не показанных). Текстильная оболочка 6 проволочной спирали 5 не только прижимает поверхность полупроницаемой мембраны 10 к внутренней поверхности перфорированной перегородки 9, но и закручивает слой 13 внутреннего потока нагнетаемой жидкости, создавая вихревое движение жидкости, который предотвращает концентрационную поляризации, то есть разрушает слой молекул, от которых очищается нагнетаемая жидкость в пермеате, на внутренней поверхности полупроницаемой мембраны 10, что способствует увеличению скорости ультрафильтрации и производительности по пермеату - внешнему потоку 12 нагнетаемой жидкости.
Таким образом, герметичное прикрепление к внутренней стенке рабочей камеры 3 колец 7 и 8, в которых установлена перфорированная перегородка 9 в виде полутора, на внутренней поверхности которой закреплена полупроницаемая мембрана 10, а также снабжение проволочной спирали 5 текстильной оболочкой 6 и установка в нагнетательном патрубке 2 разделительной перегородки 11 позволяет получать нагнетаемый внешний поток жидкости 12 в виде пермеата, то есть очищенной от молекул растворенных в ней веществ, интенсифицировать процесс ультрафильтрации на полупроницаемой мембране 10, предотвращать на поверхности этой мембраны концентрационную поляризацию в ретанте, то есть внутреннем потоке 13 нагнетаемой жидкости с увеличенной концентрацией молекул растворенного вещества, увеличить время работы без остановки полупроницаемой мембраны 10, а значит увеличить производительность по пермеату - выходящему внешнему потоку 12 очищаемой жидкости без ее смешения с внутренним потоком 13 - ретантом.