Результат интеллектуальной деятельности: МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ

Изобретение относится к области разделения, концентрирования и опреснения различных растворов методами обратного осмоса и ультрафильтрации и может быть использовано в пищевой, фармацевтической, микробиологической промышленности, а также на предприятиях агропромышленного комплекса.

Известен мембранный аппарат с неустановившейся гидродинамикой [патент 2506990, Российская Федерация, МПК⁶ B01D 63/00. Мембранный аппарат с неустановившейся гидродинамикой [Текст] / Ключников А.И., Шевцов А.А., Мажулина И.В., заявитель и патентообладатель Воронеж. гос. университет инж. техн. - 2012127526/05; заявл. 03.07.12; опубл. 10.01.14], содержащий каркас, внутри которого расположен очистительный элемент, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения.

Недостатком известного аппарата является невысокая производительность, высокие энергозатраты.

Технической задачей изобретения является повышение производительности мембранного аппарата за счет улучшения гидродинамического воздействия на разделяемый поток вследствие снижения слоя высокой концентрации, образующегося на мембране, и его уноса и снижение энергопотребления за счет отсутствия электродвигателя для обеспечения возвратно-поступательного движения.

Техническая задача изобретения достигается тем, что в мембранном аппарате, включающем корпус, выполненный из непроницаемого материала, с патрубками для ввода исходного раствора, вывода фильтрата и концентрата, с расположенным внутри него трубчатым мембранным модулем, с нанесенной на него полупроницаемой мембраной, закрепленным с обеих сторон фланцами, турбулизатор с возможностью совершения возвратно-поступательного движения, новым является то, что мембранный модуль выполнен в виде неподвижного полого конуса, внутри которого расположен турбулизатор в виде конусообразного вала с винтовыми спиралями, состоящий из трех участков: первый участок выполнен в виде ступицы, установленной в подшипник с возможностью осевого перемещения в подводящем патрубке исходного раствора, на конце которого смонтирован пропеллер с лопастями, вращающимися под действием входного потока жидкости, и передачей крутящего момента турбулизатору; второй участок турбулизатора, находящийся в мембранном модуле, выполнен в виде конусообразного вала с винтовыми спиралями, вращение которого обеспечивает перенос исходного раствора вдоль мембранного модуля, при этом турбулизатор совершает возвратно-поступательное движение путем принудительного изменения давления исходного раствора в подводящем патрубке исходного раствора; третий участок турбулизатора выполнен в виде цилиндра и установлен в подшипнике, закрепленном в кожухе, с возможностью ограничения возвратно-поступательного движения от действия пружины, установленной в стакане со стороны отвода концентрата.

Технический результат изобретения заключается в повышении производительности мембранного аппарата за счет улучшения гидродинамического воздействия на разделяемый поток вследствие снижения слоя высокой концентрации, образующегося на мембране, и его уноса и снижение энергопотребления за счет отсутствия электродвигателя для обеспечения возвратно-поступательного движения

На фиг. 1 представлен разрез описываемого мембранного аппарата; на фиг. 2 - вид сбоку; на фиг. 3 - выносной вид.

Мембранный аппарат (фиг. 1) представляет собой корпус 1, выполненный из непроницаемого материала, с патрубками для ввода исходного раствора 8, вывода фильтрата 5 и концентрата 4, с расположенным внутри него трубчатым мембранным модулем 2 конусной формы с нанесенной на его внутреннюю поверхность полупроницаемой мембраной 12.

Турбулизатор 6 выполнен в виде конусообразного вала с винтовыми спиралями и состоит из трех участков: первый участок выполнен в виде ступицы, установленной в подшипник 7 с возможностью осевого перемещения в подводящем патрубке исходного раствора 8, на конце которого смонтирован пропеллер 14 с лопастями, вращающимися под действием входного потока жидкости, и передачей крутящего момента турболизатору 6.

Второй участок турбулизатора 6, находящийся в мембранном модуле, выполнен в виде конусообразного вала с винтовыми спиралями, вращение которого обеспечивает перенос исходного раствора вдоль мембранного модуля 2, при этом турбулизатор 6 совершает возвратно-поступательное движение путем принудительного изменения давления исходного раствора в подводящем патрубке исходной жидкости 8.

Третий участок турбулизатора 6 выполнен в виде цилиндра и установлен в подшипнике 17, который закреплен в кожухе 13, с возможностью ограничения возвратно-поступательного движения от действия пружины сжатия 3, установленной в стакане 10 со стороны отвода концентрата.

Для обеспечения вращения турбулизатора 6 поток жидкости приводит в движение лопасти пропеллера 14, установленного для передачи крутящего момента валу турбулизатора 6 в подводящем патрубке исходного раствора 8.

Мембранный модуль 2 коаксиально расположен в корпусе 1, выполненном из непроницаемого материала. Неподвижный мембранный модуль 2 и корпус 1 герметично соединены между собой при помощи фланца 15 и глухого фланца 16. На торцевой части корпуса 1 с одной стороны установлен подводящий патрубок исходного раствора 8, с другой - патрубок вывода фильтрата 5. Корпус 1 снабжен патрубком вывода концентрата 4 из пространства, образованного наружной поверхностью неподвижного мембранного модуля 2 и внутренней поверхностью корпуса 1. Фланец 15 выполнен с отверстием для размещения прокладки 11.

Мембранный аппарат работает следующим образом.

Исходный раствор подается с помощью подводящего патрубка исходного раствора 8 в мембранный модуль 2, где пропеллер 14, закрепленный на первом участке турбулизатора 6, приводит его в постоянное вращение за счет раскручивания лопастей пропеллера 14 путем непрерывной подачи исходного раствора. Вместе с этим, турбулизатор 6 совершает возвратно-поступательное движение вдоль мембранного модуля 2 за счет винтовых спиралей на поверхности турбулизатора 6, а также установленной с обратной стороны турбулизатора 6 пружины сжатия 3.

Перенос исходной жидкости вдоль мембранного модуля 2 осуществляется витками турбулизатора 6, при этом фильтрат, прошедший через полупроницаемую мембрану 12, нанесенную на неподвижный мембранный модуль 2, поступает в полость, образованную внешней стенкой мембранного модуля 2 и внутренней поверхностью корпуса 1, откуда он отводится при помощи патрубка вывода фильтрата 5.

При снижении производительности аппарата в ходе процесса разделения, из-за снижения проницаемости полупроницаемой мембраны 12 новый поток исходного раствора подают с увеличенным давлением, из-за чего пружина сжатия 3, установленная в стакане 10 со стороны отвода концентрата, который закреплен в кожухе 13, приводит турбулизатор 6 в возвратно-поступательное движение. При этом происходит удаление с поверхности полупроницаемой мембраны 12 предыдущего слоя концентрата и восстановление селективности и проницаемости полупроницаемой мембраны 12, при этом витки вращающегося турбулизатора 6 удаляют концентрат через патрубок вывода концентрата 4.

После этого все процессы повторяются аналогично описанным выше.

Предложенный мембранный аппарат позволяет обеспечить:

- низкий уровень концентрационной поляризации на поверхности полупроницаемой мембраны за счет постоянного изменения во времени гидродинамического режима в мембранном канале трубчатого мембранного модуля;

- многозадачный режим работы мембранного аппарата для разделения, концентрирования и опреснения различных растворов методами обратного осмоса и ультрафильтрации, например, при вращении турбулизатора, при возвратно-поступательном перемещении турбулизатора, при одновременном вращении и возвратно-поступательном перемещении турбулизатора;

- широкий диапазон производительности мембранного аппарата за счет различных вариаций турбулизатора, перенастраиваемой жесткости пружин;

- абсолютную сохранность мембран по причине отсутствия непосредственного контакта турбулизатора с их поверхностью.