Описание разработанного мембранного аппарата с погружным фильтрующим элементом, вращающимся под действием разделяемого потока

В мембранном аппарате с погружным фильтрующим элементом, вращающимся под действием разделяемого потока, содержащем корпус, состоящий из цилиндрической обечайки, конусообразного перфорированного днища, покрытого дренажным материалом, с нанесенной на него полупроницаемой мембраной, входных и выходных патрубков, полого фильтрующего элемента, покрытого дренажным материалом, с нанесенной на него полупроницаемой мембраной, установленного параллельно образующей конусообразного перфорированного днища корпуса с возможностью вращения и армированного упругого шланга, соединенного неподвижно с одной стороны с полым валом фильтрующего элемента, а с другой стороны с патрубками отвода фильтрата и подачи исходного раствора, новым является то, что на внутренней поверхности цилиндрической обечайки корпуса по периметру имеется направляющая, контактирующая с роликом, установленным на полом валу фильтрующего элемента, выполненного в виде спирали, полость которой последовательно соединена трубками коллектора с полостью армированного упругого шланга и патрубком отвода фильтрата, при этом фильтрующий элемент заключен в кожух, имеющий тангенциально расположенные отверстия. Технический результат заключается в том, что тангенциальный выход концентрата позволяет повысить производительность аппарата за счет омывания струями продукта поверхности мембраны и уменьшаются энергетические затраты в виду отсутствия механического привода.

Мембранный аппарат имеет корпус, состоящий из цилиндрической обечайки, конусообразного днища с перфорациями, покрытого дренажным материалом, с нанесенной на него полупроницаемой мембраной, входного, и выходных патрубков, полого фильтрующего элемента в виде спирали, покрытого дренажным материалом, с нанесенной на него полупроницаемой мембраной и установленного параллельно образующей конусообразного перфорированного днища корпуса.

Полость спирали фильтрующего элемента последовательно соединена трубками коллектора с центральной полостью армированного упругого шланга и патрубком отвода фильтрата, при этом фильтрующий элемент заключен в кожух, имеющий тангенциально расположенные отверстия.

Кроме этого, армированный упругий шланг соединен неподвижно с одной стороны с полым валом фильтрующего элемента, а с другой стороны с патрубками отвода фильтрата и подачи исходного раствора.

При этом полый вал соединен с периферийной полостью и имеет тангенциальное отверстие для подачи исходного раствора в межмембранный канал фильтрующего элемента.

Для обеспечения своевременного удаления фильтрата, прошедшего через полупроницаемую мембрану, расположенную на конусообразном перфорированном днище служит сборник с патрубком.

На внутренней поверхности цилиндрической обечайки корпуса по периметру имеется направляющая, контактирующая с роликом, установленным на полом валу фильтрующего элемента.

Корпус мембранного аппарата имеет съемную крышку, оборудованную предохранительным клапаном, манометром и запорной арматурой, состоящей из болта стяжного и маховичка.

Для обеспечения крепления в корпусе мембранного аппарата армированного упругого шланга и соединения его с патрубками подачи исходного раствора и удаления фильтрата имеется гайка фиксирующая и гайки прижимные.

С целью поддержания на необходимом уровне давления (например 0,3 – 0,5 МПа) в мембранном аппарате на патрубке установлен клапан (не показан).

Мембранный аппарат с погружным фильтрующим элементом, вращающимся под действием разделяемого потока, работает следующим образом.

Исходный раствор под давлением (например, 0,3-0,5 МПа), необходимым для разделения раствора поступает через патрубок 6 по периферийной полости армированного упругого шланга тангенциально в межмембранные каналы спирали фильтрующего элемента мембранного аппарата и разделяется с помощью полупроницаемой мембраны на фильтрат, удаляемый из полости спирали фильтрующего элемента мембранного аппарата через трубки коллектора, центральную полость армированного упругого шланга и патрубок, и на концентрат, тангенциально выходящий из отверстий кожуха фильтрующего элемента, который дополнительно фильтруется на полупроницаемой мембране, расположенной на конусообразном перфорированном днище, и выводится из мембранного аппарата за его пределы через патрубок. При этом разделенный на мембране и прошедший через нее фильтрат собирается в сборник и удаляется затем через патрубок.

В результате воздействия энергии потока разделяемого раствора на криволинейную спиралеобразную поверхность каналов фильтрующего элемента и взаимодействия его с продуктом, находящимся в корпусе аппарата, при тангенциальном выходе из отверстий кожуха происходит движение фильтрующего элемента по траектории, определяемой направляющей.

При этом происходит омывание струями продукта поверхности мембраны конусообразного перфорированного днища, что позволяет снизить уровень концентрационной поляризации раствора над мембраной, через которую осуществляется дополнительная фильтрация раствора и его окончательное концентрирование.

Сконцентрированный раствор продукта удаляется из аппарата через патрубок после срабатывания клапана (не показан) при превышении уровня рабочего давления (например 0,3 – 0,5 МПа).

Преимущества предлагаемого мембранного аппарата заключаются в следующем:

- размещение на внутренней поверхности цилиндрической обечайки корпуса по периметру направляющей, контактирующей с роликом, установленным на валу фильтрующего элемента, заключенного в кожух, имеющий тангенциально расположенные отверстия позволяет использовать кинетическую энергию потока для движения фильтрующего элемента, а так же снизить концентрационную поляризацию за счет омывания мембраны конусообразного перфорированного днища;

-выполнение фильтрующего элемента в виде спирали позволяет снизить гидравлическое сопротивление потока жидкости проходящего по его каналам