МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ С ВРАЩАЮЩИМИСЯ ПОТОКАМИ
MEMBRANE APPARATUS WITH ROTATING FLOWS

Изобретение относится к области разделения суспензий промышленного, сельскохозяйственного и бытового назначения и может быть использовано в различных отраслях промышленности.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является мембранный аппарат с направленными потоками [патент RU №2331456, опубл. в Бюл. №23], содержащий корпус с патрубками ввода исходной жидкости, вывода очищенной жидкости и жидкости с осадком, состоящий из цилиндрической обечайки с эллиптическим верхом и днищем, фильтродержателя с закрепленными в нем фильтрующими элементами и распределительным перфорированным устройством, установленым в центральной части фильтродержателя, причем по периферии обечайки установлены профильные элементы, выполненные по отношению к фильтрующему элементу с образованием сужающегося зазора, в узкой части которого расположен отводящий канал сферической формы.
Недостатком мембранного аппарата с направленными потоками является стационарный режим процесса омывания фильтрующих элементов, что не обеспечивает гидродинамического обновления поверхности омывания, и приводит к снижению производительности аппарата с течением времени процесса разделения.
Технической задачей изобретения является повышение производительности мембранного аппарата и увеличение ресурса его работы за счет более эффективной регенерации мембран путем гидродинамического воздействия струй жидкости.
Поставленная техническая задача изобретения достигается тем, что в мембранном аппарате с вращающимися потоками, содержащем корпус с патрубками ввода исходной жидкости, вывода очищенной жидкости и жидкости с осадком, состоящий из цилиндрической обечайки с эллиптическим верхом и днищем, по периферии которой установлены вертикальные профильные элементы, фильтродержателя с закрепленными в нем фильтрующими элементами, распределительного устройства, вертикально размещенного в центральной части фильтродержателя, зажимной плиты и опор в виде ножек, новым является то, что распределительное устройство установлено с возможностью вращения на опорных нижнем и верхнем шарнирах и выполнено в виде турбины цилиндрической формы, к боковой поверхности которой по касательной приварены сопла, диаметр входных и выходных отверстий которых выбирают таким образом, чтобы выходящие из сопла потоки жидкости обеспечивали свободное вращение турбины со скоростью, обеспечивающей удаление отложений с поверхности фильтрующих элементов, при этом в распределительном устройстве коаксиально расположен патрубок ввода исходной жидкости, и между распределительным устройством и патрубком ввода исходной жидкости размещено лабиринтное уплотнение, причем верхний опорный шарнир распределительного устройства контактирует посредством шарика с подпружиненным штоком, а нижний опорный шарнир, расположенный в крестообразной пластине, опирается на шарик, установленный в крестообразном подпятнике, при этом профильные элементы, повторяют профиль фильтрующего элемента таким образом, чтобы образующийся между профильными и фильтрующими элементами проточный канал обеспечивал свободную циркуляцию разделяемого потока.
Технический результат заключается в повышении производительности мембранного аппарата и увеличении ресурса его работы за счет более эффективной регенерации мембран путем гидродинамического воздействия струй жидкости.
На фиг.1 представлен общий вид предлагаемого аппарата, на фиг.2 - поперечный разрез по А-А, на фиг.3, 4 - выносные элементы Б, В, на фиг.5 - схема работы аппарата.
Мембранный аппарат с вращающимися потоками (фиг.1-4) содержит корпус с патрубками ввода исходной жидкости 1, вывода очищенной жидкости 2 и жидкости с осадком 3, состоящий из цилиндрической обечайки 4 с эллиптическим верхом 5 и днищем 6, фланцем 7 и опорами в виде ножек 8. Мембранный аппарат снабжен фильтродержателем 9 с закрепленными в нем фильтрующими элементами 10. В центральной части фильтродержателя 9 установлено распределительное устройство 11 с возможностью вращения на опорных нижнем 12 и верхнем 13 шарнирах, и выполненное в виде турбины цилиндрической формы, к боковой поверхности которой по касательной приварены сопла 14, диаметр входных и выходных отверстий которых выбирают таким образом, чтобы выходящие из сопла потоки жидкости обеспечивали свободное вращение турбины со скоростью, обеспечивающей удаление отложений с поверхности фильтрующих элементов 10, при этом в распределительном устройстве 11 коаксиально расположен патрубок ввода исходной жидкости 1. Герметичность соединения распределительного устройства 11 с патрубком ввода исходной жидкости 1 обеспечивается лабиринтным уплотнением 15. Верхний опорный шарнир 13 посредством шарика 16 контактирует с подпружиненным штоком 17, обеспечивающим вертикальное положение распределительного устройства 11, а нижний опорный шарнир 12, расположенный в крестообразной пластине 18, опирается на шарик 19, установленный в крестообразном подпятнике 20. В верхней части аппарата размещена зажимная плита 21. По периферии обечайки 4 установлены профильные элементы 22, повторяющие профиль фильтрующих элементов 10, таким образом, чтобы образующийся между профильными и фильтрующими элементами проточный канал обеспечивал свободную циркуляцию разделяемого потока.
Мембранный аппарат с вращающимися потоками работает следующим образом.
Исходная жидкость через патрубок 1 подается на распределительное устройство 11, откуда в виде струй жидкости через сопла 14 подается на поверхности фильтрующих элементов 10. Под действием струйных потоков жидкости возникает реактивная сила, приводящая к вращению распределительного устройства 11 вокруг своей оси. Таким образом, на выходе из сопел 14 распределительного устройства 11 возникают вращающиеся потоки жидкости (фиг.5), воздействующие на поверхности фильтрующих элементов 10 и приводящие к смыванию отложений (зона I).
Часть потока жидкости проходит между фильтрующими элементами 10 и попадает в кольцевые зазоры, в которых окончательно происходит промывание поверхности фильтрующего элемента 10. Отложения, образующиеся в процессе взаимодействия потоков жидкости и фильтрующих элементов 10, оседают в нижней части аппарата, откуда могут удаляться периодически или непрерывно при помощи патрубка 3. Жидкость, прошедшая через фильтрующий материал, попадает во внутреннюю полость фильтрующего элемента 10, откуда поступает в днище 6 и затем отводится из фильтродержателя 9 при помощи патрубка 2 (зона II).
Предложенный мембранный аппарат с вращающимися потоками позволяет:
- увеличить ресурс работы фильтрующего элемента за счет более эффективной регенерации мембраны путем гидродинамического воздействия струй жидкости;
- увеличить производительность аппарата за счет снижения уровня концентрационной поляризации;
- расширить диапазон использования фильтра как для грубой фильтрации, так и для мембранных способов очистки.