ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2063785
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ И ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ И АППАРАТ ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ
Имя изобретателя: Терпугов Г.В.; Мынин В.Н.
Имя патентообладателя: Терпугов Григорий Валентинович
Адрес для переписки:
Дата начала действия патента: 1995.02.10
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.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
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.
ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
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.
Версия для печати
Дата публикации 23.02.2007гг
вверх
|
