Устройство для очистки жидкости

Заявляемая полезная модель относится к устройствам для очистки жидкостей от примесей и других отходов с помощью мембранного процесса разделения и может быть использована в различных отраслях промышленности.
На уровне технических решений по разделению и очистке растворов известно изобретение (пат. №2228788 Российская Федерация МПК B01D 61/14, 61/18. Способ ультрафильтрации и устройство для его реализации. / Заявители: Кудрявцев В.А., Яцун С.Ф., Кудрявцева Л.Е., Кувардина Е.М., Чеховский И.Р., Сокол И.И.; Патентообладатель Курский технический университет, - №2002120179/12 заявл. 24.07.2002. Опубл. 20.05.2004), содержащее мембранный аппарат с фильтрующими элементами, линию подачи исходной жидкости с вибрирующим устройством, линию отвода концентрата и фильтрата с запорными органами и средство для промывки мембран фильтрующих элементов, выполненное в виде гидропневматического аккумулятора, присоединенного к линии отвода фильтрата трубопроводом с обратным клапаном и вибрационного прерывателя.
При снижении производительности мембран из-за накопления отложений предусмотрена обратноточная промывка. Линию отвода фильтрата перекрывают, давление фильтрата возрастает, воздух в гидроаккумуляторе сжимается фильтратом. После остановки рабочего насоса сжатый воздух через прерыватель воздействует на фильтрат, оставшийся на линии зоны мембранного аппарата, и выталкивает его порциями в обратном рабочему направлению.
Недостатком устройства является сложность конструкции, ограниченное количество остаточного фильтрата и толкающего его сжатого воздуха в мембранном аппарате, что не обеспечивает эффективности удаления отложений.
Известна, принятая в качестве прототипа, установка для разделения и очистки отработанных моторных масел (патент на полезную модель №191308 U1 Российская федерация, МПК В01 36/00, С10М 175/06, Установка для разделения и очистки отработанных моторных масел / Авторы: Маркелов А.В., Осадчий Ю.П., Постников А.В., Масленников В.А.; Патентообладатель ФГБОУ ВО "Ивановский политехнический университет" Заявка 2019114039 от 06.05.2019. Опубл. 01.08.2019. Бюл. №22), содержащая трубопроводы с запорной арматурой, резервуар для отработанного масла, подогреватель проточного типа, вакуумный испаритель воды, центробежную центрифугу, шестеренчатые насосы, промежуточный резервуар с магнитными пробками, мешалкой, нагревательным элементом и дозатором для коагулянта, ультрафильтрационный модуль, который жестко соединен с вибрационной платформой.
Конструкция такой установки не устраняет склонности к отложению загрязнений, но позволяет интенсифицировать процесс регенерации.
Основным недостатком прототипа является необходимость периодичности останавливать процесс очистки для удаления отложений, обладающих способностью к адгезии на фильтрующем материале, а повышенная энергоемкость ограничивает применение установки.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение активности мембранных устройств для очистки жидкостей и, как следствие, увеличение производительности самого устройства.
Указанный результат достигается тем, что в устройстве для очистки жидкостей, содержащем трубопроводы с запорной арматурой, резервуар с загрязненной жидкой средой, промежуточный резервуар с магнитными пробками, мешалкой, нагревательным элементом и дозатором для коагулянта, насосы, центробежную центрифугу, ультрафильтрационный модуль для очистки жидкости, в ультрафильтрационном модуле на основании, где закреплены мембранные трубчатые фильтры, установлен ультразвуковой генератор, а корпус для поступления и сбора очищенной жидкости выполнен как ресивер. В верхней части ресивера размещен клапан для перемещения воздушной атмосферной массы, а нижняя часть сообщается с резервуаром для хранения жидкости через отдельные трубопроводы, один из которых снабжен краном, другой насосом.
Требуемый технический результат достигается обратноточной промывкой фильтрующего материала мембранных трубок очищенной жидкостью, поступающей из ресивера за счет разности давлений между загрязненной и очищенной жидкостями, которая возникает, когда дополнительно прокаченная насосом часть очищенной жидкости из резервуара хранения создаст повышенное давление на внешнюю поверхность мембран, а это заставит аморфные загрязненные частицы выделится из пор фильтрующего материала в обратном направлении во внутреннее пространство мембранных трубок, что позволит очистить их рабочую поверхность.
Такое воздействие проводится периодически, а не постоянно, и восстанавливает рабочую производительность устройства без демонтажа ультрафильтрационного модуля, что значительно упрощает техническое обслуживание.
Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами, где
на фиг. 1 представлена блок-схема устройства;
на фиг. 2 - разрез ультрафильтрующего модуля и резервуара хранения очищенной жидкости.
Устройство для очистки жидкости состоит из резервуара 1 для исходной загрязненной жидкости, системы трубопроводов 2 с запорной арматурой и перекачивающих насосов 3. В промежуточном резервуаре 4 располагаются мешалка 5, дозатор 6 с коагулянтом. Для повышения эффективности слипания загрязненных частиц, жидкость в резервуаре 4 нагревается подогревателем 7. Полученный раствор перекачивается в центробежную центрифугу 8, которая при работе перемещает укрупненные взвеси в отстойник 9. Частично очищенный раствор перемещается в ультрафильтрационный модуль 10 (фиг. 1).
Сам модуль содержит ресивер 11, установлен на основании 12, на котором закреплены мембранные трубчатые фильтры 13 и ультразвуковой генератор 14. В верхней части ресивера 11 установлен клапан 15 для стравливания воздушной массы по мере заполнения очищенной жидкостью. Электромагнитный клапан 16 через трубопровод 17 обеспечивает перетекание очищенной жидкости в резервуар 18 для ее сохранения. В резервуаре 18 есть клапан 19, который обеспечивает запуск и выпуск воздушной массы, аналогично, как клапан 15.
Дополнительный объем очищенной жидкости необходимой для восстановления работоспособности фильтрующего материала мембранных трубчатых фильтров 13 поступает в ресивер 11 из резервуара 18 через трубопровод 20 насосом 21.
Устройство работает следующим образом.
Загрязненная жидкая среда посредством насоса 3 поступает из резервуара 1 и трубопровода 2 в промежуточный резервуар 4, где смешивается мешалкой 5 с коагулянтом, поступающим из дозатора 6. Для повышения эффективности смешивания полученная жидкая смесь нагревается подогревателем 7 в пределах 50-60°С, после чего перекачивается в центробежную центрифугу 8, где от действия вращающихся конических тарелок слипшиеся укрупненные примеси выделяются в отстойник 9.
В последующем, в зависимости от режима перемешивания насос 3 перекачивает раствор в ультрафильтрационный модуль 10, а именно в мембранные трубчатые фильтры 13. Внутри мембранных трубчатых фильтров 13 создается избыточное давление Pi, что заставит жидкость просачиваться через поры фильтрующего материала и перетекать во внутреннее пространство ресивера 11. По мере его заполнения клапан 15 выпускает воздух, а когда объем очищенной жидкости достигнет заданного уровня по сигналу от датчика уровня (не приведен на чертеже) электромагнитный кран 16 осуществит слив в резервуар 18 хранения очищенной жидкости. Объем слива ограничен, и значительная часть жидкости останется в ресивере 11. Клапан 15 работает в обратном режиме, а клапан 19 выпускает воздух из резервуара 18, где хранится очищенная жидкость.
В ходе процесса, поры мембранных трубчатых фильтров 13 будут постепенно закупориваться мелкими аморфными взвесями (адгезия), что приведет к возрастанию давления внутри трубок на определенную величину ΔР, а сам процесс значительно затрудняется (фиг 2).
2
Для очистки фильтрующего материала датчик контроля (на чертеже не показан) подаст сигнал для включения ультразвукового генератора 14, который будет создавать ультразвуковые колебания с последующей кавитацией и сигнал для включения насоса 21 для подачи дополнительной дозы очищенной жидкости из резервуара 18 через трубопровод 20 в ресивер 11. При этом клапан 15 будет отключен, чтобы очищенная жидкость в ресивере 11 получила повышенное давление Р по сравнению с давлением внутри мембранных трубчатых фильтров 13, что вызовет ее обратное переливание (фиг. 3).
В результате совместных физических воздействий аморфные частицы отслаиваются от фильтрующего материала, и будут перемещаться потоком загрязненной жидкости по обратному трубопроводу 22 в резервуар 1.
Проверочные испытания на различных режимах очистки выявили, что время обратноточной промывки фильтрующего материала составляет от 1-4% общего времени работы устройства.
Это кратковременное пульсирующее действие восстанавливает рабочую производительность устройства, позволяет повысить эффективность его использования, а расход электроэнергии от работы ультразвукового генератора будет значительно ниже, чем у вибрационной платформы прототипа.