МЕМБРАННЫЙ ПОЛОВОЛОКОННЫЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к устройствам очистки, разделения, концентрирования, опреснения сточных вод и может быть использовано в гальваническом производстве, энергетике, пищевой, фармацевтической промышленности.
Известны устройства для реализации мембранных (микро- и ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос, диализ) процессов, в которых, в качестве мембран используют полые волокна, трубки, плоские ленты или рулоны, например «Мембранный аппарат с тороидальными турбулизаторами» (патент №2269373 от 05.07.2004 г.), в котором имеется трубчатая полупроницаемая мембрана, причем для повышения производительности мембранного аппарата за счет улучшения гидродинамического воздействия на разделяемый поток и улучшения степени очистки слоя высокой концентрации на мембране, внутри устройства имеются тороидальные турбулизаторы с лопатками между замкнутыми зубчатыми лентами. Недостатком такого устройства является сложность конструкции, наличие кривошипношатунного механизма с приводом, значительные энергозатраты.
Известно устройство, выполненное в виде половолоконного мембранного модуля (В.А.Колесников, Н.В.Меньшутина. Анализ, проектирование технологий и оборудования для очистки сточных вод. Москва, Де Ли принт. 2005. 226 с., Рис.2.33, стр.104-105), принятое за прототип. Внутри корпуса аппарата, снабженного патрубками для подачи исходного раствора, отвода пермеата и концентрата, установлен пучок полых волокон, который собран с помощью спирально навитой нити, обеспечивающей одновременно необходимый зазор между отдельными волокнами, что улучшает распределение разделяемого раствора в пучке. В аппарате такой конструкции разделяемую жидкость можно прокачивать как вдоль наружной поверхности полых волокон, так и по их каппилярным каналам.
Для повышения интенсивности перемешивания разделяемого раствора в аппарате смонтирована распределительная труба, в центральной части которой имеются отверстия для подачи разделяемого раствора внутрь пучка волокон.
Недостатки прототипа следующие: недостаточная интенсивность перемешивания очищаемого раствора создает высокую концентрацию загрязнителя на мембране, вследствие чего уменьшается производительность процесса, вплоть до полного прекращения за счет закупорки фильтрующих отверстий. Кроме того, недостаточная интенсивность перемешивания и жесткое крепление полых волокон не позволяет использовать их для обработки растворов, содержащих взвешенные частицы, и диапазон использования подобных устройств существенно сокращается.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель: повышение производительности процесса разделения и расширение диапазона использования устройства.
Технический результат достигается тем, что в мембранном половолоконном аппарате, содержащем цилиндрический корпус, переднее и заднее днища, пакет половолоконных нитей, патрубки подвода обрабатываемой жидкости и отвода очищенной жидкости и концентрата, центральную трубу с отверстиями, расположенную коаксиально корпусу, новым является то, что на входе центральной трубы установлено колебательное устройство, а пакет половолоконных нитей установлен в упругие кольца. Отверстия в центральной трубе расположены по всей ее длине и в шахматном порядке, выполнены наклонными в направлении движения жидкости с углом наклона, равным (30°÷90)°. В качестве колебательного устройства применен гидродинамический излучатель. Между половолоконными нитями установлена проницаемая для жидкости ограничительная перегородка. Патрубок подвода обрабатываемой жидкости выполнен тангенциальным.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1 - фиг.3, где:
фиг.1 - Мембранный половолоконный аппарат (продольное сечение);
фиг.2 - Мембранный половолоконный аппарат (поперечное сечение);
фиг.3 - Гидродинамический излучатель.
Здесь: 1 - патрубок отвода очищенной воды; 2 - заднее днище; 3 - корпус; 4 - патрубок отвода концентрата; 5 - патрубок подвода обрабатываемой жидкости; 6 - упругое кольцо; 7 - переднее днище; 8 - щелевое сопло; 9 - гидродинамический излучатель; 10 - перегородка; 11 - центральная труба; 12 - пакет половолоконных нитей; 13 - ограничительная перегородка.
Предложенный мембранный половолоконный аппарат представляет собой цилиндрический корпус 3, имеющий патрубок подвода обрабатываемой жидкости 5, выполненный тангенциальным к корпусу, и патрубок отвода концентрата 4. К корпусу 3 крепится переднее днище 7, в котором установлено щелевое сопло 8, и заднее днище 2 с патрубком отвода очищенной воды 1. Внутри корпуса 3 коаксиально расположена центральная труба 11, закрепленная в двух перегородках 10, которые закреплены с корпусом 3 через упругие кольца 6. Центральная труба 11 имеет отверстия Д, выполненные наклонными в направлении движения жидкости с углом наклона, равным (30°÷90)°, и для обеспечения более полного равномерного истечения жидкости расположенные в шахматном порядке.
Вокруг центральной трубы 11 расположен пакет половолоконных нитей 12, одни концы которых заделаны в переднюю перегородку 10 со стороны переднего днища 7, а другие концы пакета проходят через заднюю перегородку 10 со стороны заднего днища 2 в полость этого днища 2. В средней части пакета 12 имеется ограничительная перегородка 13, которая препятствует слипанию половолоконных нитей.
К центральной трубе 11 соосно щелевому соплу 8 закреплен гидродинамический излучатель 9.
Предложенное устройство работает следующим образом. Обрабатываемую жидкость подают в патрубок подвода 5, где за счет тангенциального подвода приобретает вращательное движение. Вследствие этого, под действием центробежных сил взвешенные вещества отбрасываются к стенкам корпуса 3 и отводятся через патрубок 4. В центральной части аппарата в пакете половолоконных нитей 12 происходит процесс мембранной фильтрации (микро-, ультра-, нанофильтрация или диализ в зависимости от размера пор) и очищенная жидкость, проходя вдоль полых нитей, удаляется через патрубок отвода очищенной воды 1. Для удаления слоя высокой концентрации, образующегося у стенок половолоконных нитей 12, и улучшения гидродинамического воздействия на обрабатываемую жидкость в центральной части аппарата коаксиально корпусу 3 расположена центральная труба 11, которая испытывает акустические колебания, генерируемые гидродинамическим излучателем 9. Эти колебания передаются на перегородки 10, которые колеблются в упругих кольцах 6, вследствие чего колеблется весь пакет половолоконных нитей 12. Жидкость, попадающая внутрь центральной трубы 11, истекает с большой скоростью через отверстия Д и удаляет с поверхности половолоконных нитей слой с высокой концентрацией загрязнителя, вследствие чего возрастает интенсивность процесса фильтрации через половолоконные нити. Взвешенные вещества и концентрат удаляют через патрубок 4.
Таким образом, организация центробежного разделения и акустических колебаний исключает заиливание пакета взвешенными веществами, что позволяет расширить диапазон использования аппарата и повысить его производительность.