Устройство для разделения и очистки жидкости и аппарат для фильтрации

 

Использование: изобретение относится к области очистки жидкостей, например, в сельскохозяйственном производстве, а так же очистки воды, сточных вод и т.д. Сущность изобретения: устройство снабжено системой трубопроводов, обеспечивающих возвратно-поступательное движение жидкости в устройстве и отдельном его элементе - аппарате. Аппарат с трубчатыми элементами, крышками, патрубками подачи жидкости от известного отличаются тем, что он снабжен трубой с отверстиями, корпусом переменного сечения, дренажами, твердыми частицами и гидравлической схемой, обеспечивающими возвратно-поступательное движение жидкости, ее интенсивное перемешивание, очистку поверхности фильтрующих элементов и отключение дефектного фильтрующего элемента. 2 с. и 4 з. п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к средствам очистки жидкостей, например, в сельскохозяйственном производстве, а также может использоваться для очистки сточных вод, разделения и концентрирования технологических растворов, очистки воды и т.д.

Известны установки, в которых для создания необходимых гидродинамических и концентрационных условий в установке используются схемы компоновки с последовательным, параллельным или последовательно-параллельным расположением аппаратов (элементов). Расчет таких систем сложен и тем не менее не обеспечивает одинаковых условий разделения в каждом аппарате или элементе установки /1/. Отметим, что во всех известных схемах разделяемый раствор от аппарата (элемента) к аппарату (элементу) и в установке в целом движется в одном определенном направлении.

Для очистки фильтрующей поверхности используются обратная промывка фильтратом или чистой жидкостью, очистка губчатыми шомполами (шарами). Однако такие схемы очистки уменьшают время работы и производительность установки, а применение губчатых шомполов (шаров) требует разборки установки и применимо только к трубчатым установкам с внутренним мембранным слоем и достаточно большим диаметром трубки /2/. Поэтому в практике чаще интенсификацию мембранных процессов осуществляют путем повышения линейной скорости над поверхностью мембраны, что приводит к увеличению энергетических затрат или конструктивным изменениям, чтобы обеспечить необходимую турбулентность разделяемой жидкости.

Известно устройство (аппарат), в котором турбулентное движение разделяемой жидкости осуществляется за счет конструктивных элементов / 3/. Аппарат имеет трубки, закрепленные с помощью сальниковых (резиновых) уплотнений и резьбовых соединений между трубными решетками, которые размещены в корпусе аппарата, снабженном крышками и коллектором для отвода фильтрата. Мембрана находится на наружной поверхности каждой трубки. Для подачи исходной жидкости и отвода концентрата в корпусе имеются штуцера. Для обеспечения турбулентности разделяемой жидкости в центре аппарата имеется ось с мешалкой.

Данное техническое решение наиболее близко к предлагаемому.

К недостаткам известного устройства можно отнести следующее: аппарат имеет большие расстояния между трубками, часть объема аппарата (75% в сечении) занята мешалкой, что дополнительно снижает плотность упаковки мембран, а следовательно, и производительность устройства. Использование мешалки обусловливает необходимость центровки и наличие сальниковых уплотнений, надежность которых может уменьшаться по мере роста рабочего давления. Кроме того, это значительно усложняет конструкцию аппарата, его изготовление и сборку установки. Данное устройство не позволяет определить мембрану, вышедшую из строя во время сборки или эксплуатации, поэтому в этом случае происходит полная разборка устройства или аппарата и замена всех мембран. Изобретение направлено на повышение эффективности применения устройства за счет повышения производительности, упрощения конструкции и повышения ее технологичности, очистки поверхности мембран и улучшения гидравлических характеристик, повышение ремонтопригодности и комплексности установки.

Поиск, проведенный по патентной и научной литературе, показал, что заявленное соответствует критерию "Новизна".

Поскольку заявленное выполнено из известных узлов, то оно соответствует критерию "Промышленная применимость".

А так как в результате использования данного технического решения имеется новый эффект, то заявленное соответствует критерию "Изобретательный уровень".

На фиг. 1 изображена схема устройства, на фиг. 2 4 устройство мембранного разделения, на фиг. 5 7 расположение дренажного элемента на центральной трубе устройства.

Решение поставленной задачи обеспечивается наличием насоса 1, системы аппаратов 2 (не менее одного), регулирующей 3 и запорной 4 арматуры, трубопроводов исходной жидкости 5, концентрата 6, фильтрата 7, обратной продувки или промывки 8, которая может обеспечить возврат концентрированного раствора к месту подачи в устройство исходного раствора и возвратно-поступательное движение жидкости как во всем устройстве, так и в его отдельных элементах, что показано на фиг. 1. Смена направления движения разделяемой жидкости зависит от ее физико-химических свойств и колеблется в пределах 0,5 120 мин.

В корпусе 9 аппарата 2 расположена центральная труба 10, внутренняя полость которой гидравлически сообщена с центральной полостью 11 корпуса 9 посредством выполненных в стенках трубы 10 сквозных отверстий или прорезей 12, с другой стороны посредством патрубка 13 центральная труба 10 соединена с трубопроводом исходной жидкости 5 или концентрата 6. Отверстия или прорези 12 выполнены переменного сечения, причем количество отверстий или прорезей 12 и их сечение уменьшаются по мере движения жидкости из верхней части аппарата в нижнюю. В верхней части аппарата 2 под крышкой 14 выполнена полость 15, которая имеет большее сечение чем центральная полость 11 и гидравлически сообщена с одной стороны посредством патрубка 16 с полостью трубопровода фильтрата 7, с другой стороны с полостями мембранных элементов 17. Под крышкой 16 в нижней части аппарата 2 выполнена нижняя полость 19, которая гидравлически сообщена с одной стороны посредством патрубка 20 с полостью трубопровода исходной жидкости 5 или концентрата 6, с другой стороны с центральной полостью 11 корпуса 9, которая имеет меньшее сечение, чем полость 19 нижней крышки 18 аппарата.

Между верхней 14 и нижней 18 крышками аппарата аксиально расположены мембранные элементы 17 с наружным фильтрующим слоем, нижний конец которых заглушен в кольцевой чашке 21, где одновременно с фильтрующими элементами закреплены и дренажные устройства 22 и 23. Кольцевая чашка 21 имеет бортики различной высоты, причем внутренний бортик 24 имеет большую высоту, чем наружный 25. Кольцевая чашка не закреплена и может перемещаться вдоль центральном трубы 10.

Верхний конец мембранных элементов 17, центральная труба 10 и дренажные устройства 22 и 23 герметично закреплены в трубной решетке 26, в которой с этой целью выполнены углубление 27, проточки 28, гнезда 29 и соосно с ними резьбовые отверстия 30, обеспечивающие отключение дефектного мембранного элемента 17 и гидравлическое сообщение с полостью 15.

В трубной решетке 26 и крышке 14 верхней части аппарата 2 имеются прорези или резьбовые гнезда 31, которые обеспечивают их извлечение из аппарата с помощью специального инструмента. Трубная решетка 26 можeт быть снабжена бобышкой 32 с резьбой, в этом случае верхняя крышка 14 имеет отверстие 33 и герметизирующие уплотнения 34, 35, а герметизация трубной решетки 26 осуществляется разжимным кольцом 26 и уплотнением 37.

Герметизация аппарата 2, крепление верхней 14 и нижней 18 крышек аппарата, трубной решетки 26 осуществляются разжимными кольцами 36, проволокой 38 или шарами 39 с резьбовыми заглушками 40, герметизирующими уплотнениями 34, 35, 37, 41 и 42, а мембранных элементов 17 герметизирующими уплотнениями 43 и 44.

В корпусе 9 между мембранными элементами 17 загружены твердые неорганические или полимерные частицы 45 в количестве 2 40% (объемных), размер которых меньше расстояния между мембранными элементами 17, а плотность близка или больше плотности разделяемой жидкости. Возвратно-поступательное движение жидкости обеспечивает движение твердых частиц 45 и контакт их с внешней поверхностью мембранных элементов 17, которая является фильтрующей поверхностью. Это позволяет интенсивно перемешивать разделяемую жидкость и очищать во время работы устройства поверхность мембранных элементов, что повышает производительность мембран и установки в целом в 1,5 3 раза. Для загрузки твердых частиц 45 трубная решетка 26 и нижняя крышка 14 снабжены резьбовыми отверстиями 46, 47 с заглушкой 48, 49. Отверстие 47 в нижней крышке 18 обеспечивает и опорожнение аппарата 2 от исходной жидкости. В аппарате 2 имеется система дренажных устройств (сеток, тканей и др.), которые обеспечивают постоянство нахождения твердых частиц 45 внутри корпуса 9 между мембранными элементами 17. Они выполнены или в виде внутреннего 22 и внешнего 23 цилиндров, ограничивающих мембранные элементы 17, или в виде внутреннего цилиндра 22 и кольцевого 50 дренажного устройства, расположенного в нижней полости 19 аппарата между патрубком 20 исходной жидкости и кольцевой чашкой 21, или в виде внутреннего 22 цилиндрического и патрубкового дренажного устройства 51 на входе или выходе патрубка 20 исходной жидкости в корпус или из корпуса 9 аппарата, причем внутреннее 22 цилиндрическое дренажное устройство крепится на центральной трубе 10 или в проточке 52 центральной трубы 10, или в кольцевой чашке 21.

Устройство мембранного разделения работает следующим образом.

Исходная жидкость с помощью насоса 1 поступает в аппарат 2, при этом возможны два варианта движения жидкости. При поступательном (условно) движении исходная жидкость по патрубку 20 поступает в полость 19, затем в центральную полость 11 корпуса 9 и движется между мембранными элементами 17. Часть жидкости под действием давления проходит внутрь мембранных элементов 17, поступает в полость 15, затем через патрубок 16 в трубопровод фильтрата 7. Другая часть исходной жидкости через отверстия или прорези 12 попадает в центральную трубу 10 и в виде концентрата через патрубок 13 поступает в следующий аппарат установки или в трубопровод концентрата 6. При возвратном движении жидкости в установке, которое обеспечивается переключением регулирующей 3 и запорной 4 арматуры, в аппарате поступление и прохождение разделяемой жидкости происходят в обратном описанному выше порядке, а движение фильтрата в том же.

При регенерации мембран отключается или снижается давление подачи исходной жидкости насосом 1, открывается запорная арматура 8, подается газ или промывная жидкость в трубопровод фильтрата 7, затем через патрубок 16 в верхнюю полость 15 аппарата и внутрь мембранных элементов 17. Под воздействием давления газ или промывная жидкость проходит через поры мембранных элементов и дополнительно, наряду с твердыми частицами 45, очищает внешнюю фильтрующую поверхность мембранных элементов.

Необходимо заметить, что возвратно-поступательное движение исходной жидкости, наличие твердых частиц, дренажей и отверстий или прорезей в центральной трубе в совокупности обеспечивают высокую эффективность работы аппаратов и установки в целом, как уже отмечалось, в 1,5 3 раза выше, чем у известных устройств. Сочетание трубной решетки с гнездами и отверстиями, центральной трубной решетки, наружного фильтрационного слоя мембранных элементов, кольцевой чашки с заглушенными концами элементов обеспечивает простоту сборки, эксплуатации и устранение дефектности мембранного элемента, что не позволяет сделать аналогичные конструкции аппаратов. Такая ремонтоспособность устройства делает его более дешевым и конкурентноспособным по сравнению с известными устройствами.

Список литературы 1. Брык М. Т. и др. Применение мембран для создания систем кругового водопользования. М. Химия, 1990, с. 26 28.

2. Green G. J. Desalination. v. 35, N 1 3, p. 129 147.

3. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. М. Химия, 1986, 272 с. 2

Формула изобретения

1. Устройство для разделения и очистки жидкости, включающее подающий трубопровод с насосом, который сообщен с аппаратом для фильтрации, связанным, кроме того, с трубопроводами отвода концентрата и фильтрата, и запорно-регулирующую арматуру, отличающееся тем, что выход насоса посредством двух линий трубопроводов с соответствующей запорно-регулирующей арматурой сообщен с патрубками подачи или отвода жидкости или соответственно концентрата, причем эти патрубки посредством соответствующих гидролиний с запорно-регулирующей аппаратурой связаны с трубопроводом отвода концентрата.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено по крайней мере одним дополнительным аппаратом для фильтрации, патрубки подачи или отвода жидкости или соответственно концентрата которого сообщены с разноименными патрубками аппарата для фильтрации.

3. Аппарат для фильтрации, включающий корпус, в котором установлены соосно расположенные трубчатые элементы с наружным фильтрующим слоем, укрепленные в трубной решетке, патрубки подачи жидкости и отвода концентрата, причем полости трубчатых элементов с наружным фильтрующим слоем сообщены с патрубком отвода фильтрата, отличающийся тем, что он снабжен трубой с отверстиями, установленной по оси корпуса, дренажными элементами и расположенными между последними инертными частицами и/или гранулами, объем которых не превышает 60% свободного внутреннего объема корпуса, при этом патрубки подачи жидкости и отвода концентрата являются патрубками подачи или отвода жидкости или соответственно концентрата и один из них сообщен с трубой с отверстиями, а другой с полостью корпуса, в которой расположена входная часть упомянутой трубы.

4. Аппарат по п.3, отличающийся тем, что в выходном отверстии в трубной решетке, расположенном соосно с гнездом для крепления трубчатого элемента с наружным фильтрующим слоем, выполнена резьба.

5. Аппарат по п.3, отличающийся тем, что внутренний диаметр центральной части корпуса меньше внутреннего диаметра полости корпуса, в которой расположена входная часть трубы с отверстиями.

6. Аппарат по п.3, отличающийся тем, что в трубной решетке и/или крышке корпуса и/или корпусе выполнены загрузочные отверстия с заглушками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.12.2007

Извещение опубликовано: 20.12.2007        БИ: 35/2007

NF4A Восстановление действия патента

Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.05.2011

Дата публикации: 20.05.2011

---