RU2179062C1 - Membrane apparatus for separating liquid mixtures - Google Patents
Membrane apparatus for separating liquid mixtures Download PDFInfo
- Publication number
- RU2179062C1 RU2179062C1 RU2000122717/12A RU2000122717A RU2179062C1 RU 2179062 C1 RU2179062 C1 RU 2179062C1 RU 2000122717/12 A RU2000122717/12 A RU 2000122717/12A RU 2000122717 A RU2000122717 A RU 2000122717A RU 2179062 C1 RU2179062 C1 RU 2179062C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- membrane
- layer
- elements
- separator
- central shaft
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для разделения жидких смесей с помощью полупроницаемых мембран и предназначено для осуществления процессов микрофильтрации, ультрафильтрации и обратного осмоса с целью очистки, концентрирования, фракционирования жидкостей, в том числе промышленных отходов в атомной энергетике, в микробиологической, пищевой, медицинской и других отраслях промышленности. The invention relates to a device for separating liquid mixtures using semipermeable membranes and is intended for microfiltration, ultrafiltration and reverse osmosis processes for the purification, concentration, fractionation of liquids, including industrial waste in nuclear energy, in microbiological, food, medical and other industries industry.
Специфические свойства жидкостей из перечисленных и других отраслей промышленности, а именно: наличие радиоактивных изотопов, способствующих радиолитическому разрушению конструкционных материалов из пластмассы, резины, стекла; наличие большого количества микроорганизмов, способствующих микробной деградации веществ органической природы; наличие кислот и щелочей, способствующих гидролитическому превращению большинства химических веществ любой природы, требует создания разделительной и очищающей техники из материалов, обладающих химической, микробной, тепловой и радиоактивной стойкостью. Такими материалами являются металлы и керамики. The specific properties of liquids from the listed and other industries, namely: the presence of radioactive isotopes that contribute to the radiolytic destruction of structural materials from plastic, rubber, glass; the presence of a large number of microorganisms that contribute to the microbial degradation of substances of an organic nature; the presence of acids and alkalis, contributing to the hydrolytic conversion of most chemicals of any nature, requires the creation of separation and cleaning equipment from materials with chemical, microbial, thermal and radioactive resistance. Such materials are metals and ceramics.
Конструирование аппаратуры из этих материалов налагает жесткие требования на механическую прочность, высокую удельную производительность и низкую материалоемкость оборудования, в том числе и на мембранную аппаратуру. The design of equipment from these materials imposes stringent requirements on mechanical strength, high specific productivity and low material consumption of equipment, including membrane equipment.
Некоторым из перечисленных требований соответствует известный мембранный аппарат, состоящий из пакета мембранных элементов, расположенного внутри корпуса, в котором интенсификация массообмена достигается вращением пакета (пат. США N 4025425, кл. 210/23, 1977). При этом достигается некоторое замедление хода засорения мембран, что особенно важно в процессах очистки, например, жидких радиоактивных отходов. Some of these requirements correspond to the known membrane apparatus, consisting of a package of membrane elements located inside the housing, in which the intensification of mass transfer is achieved by rotating the package (US Pat. US N 4025425, CL 210/23, 1977). In this case, a certain slowdown in the process of clogging of the membranes is achieved, which is especially important in the purification processes, for example, of liquid radioactive waste.
Недостатком этого аппарата является низкая производительность из-за постепенного нарастания загрязнений на поверхности мембран, а также высокие энергозатраты из-за необходимости обеспечивать высокие скорости вращения пакета. The disadvantage of this apparatus is its low productivity due to the gradual increase in contaminants on the surface of the membranes, as well as high energy costs due to the need to provide high speeds of rotation of the package.
Наиболее близким к предлагаемому является мембранный аппарат для разделения жидких смесей, содержащий набор вращающихся мембранных элементов, каждый из которых выполнен в виде двух полупроницаемых мембран и размещенного между ними дренажного слоя с отверстием в центре и с герметизирующим слоем на периферии, центральный полый вал с перфорированными стенками, на котором закреплен набор мембранных элементов, набор неподвижных сепараторных элементов, каждый из которых выполнен в виде внутреннего и периферийного колец, соединенных радиальными перемычками, причем каждый сепараторный элемент размещен между каждыми двумя смежными мембранными элементами, а в периферийных кольцах выполнены отверстия, при осевом совмещении которых в наборе сепараторных элементов образуются каналы для размещения стягивающих шпилек, цилиндрический корпус, выполненный в виде обечайки и днища, верхнюю крышку со штуцером ввода исходной смеси, узел уплотнения центрального полого вала, узел соединения центрального вала с электродвигателем, узел ввода концентрата и узел вывода пермеата - продуктов разделения исходной смеси (см. WO 98/09720, кл. B 01 D 63/08, 1998). Closest to the proposed is a membrane apparatus for separating liquid mixtures, containing a set of rotating membrane elements, each of which is made in the form of two semipermeable membranes and a drainage layer placed between them with a hole in the center and with a sealing layer on the periphery, a central hollow shaft with perforated walls on which a set of membrane elements is fixed, a set of stationary separator elements, each of which is made in the form of inner and peripheral rings connected by a bridges, each separator element is placed between each two adjacent membrane elements, and holes are made in the peripheral rings, with axial alignment of which channels are formed in the set of separator elements for accommodating the tie rods, a cylindrical body made in the form of a shell and a bottom, the upper cover with the input mixture of the input mixture, the sealing unit of the Central hollow shaft, the connection node of the Central shaft with the electric motor, the input node of the concentrate and the output node of the permeate - product s of the separation of the initial mixture (see WO 98/09720, class B 01 D 63/08, 1998).
В известном аппарате достигается более высокая производительность за счет замедления загрязнения мембран благодаря наличию сепараторных элементов, расположенных в плоских зазорах между мембранными элементами. Это достигается по той причине, что исходная загрязненная жидкость, находящаяся под рабочим давлением в корпусе аппарата и увлекаемая во вращение вращающимися на центральном валу мембранными элементами, постоянно тормозится радиальными перемычками сепараторных элементов, турбулизируется при этом, и турбулентные вихри постоянно смывают с поверхности мембран осевшие на них частички загрязнений. In the known apparatus, higher productivity is achieved by slowing down the contamination of the membranes due to the presence of separator elements located in the flat gaps between the membrane elements. This is achieved because the initial contaminated liquid, which is under the working pressure in the apparatus body and carried away by the membrane elements rotating on the central shaft and rotates on the central shaft, is constantly inhibited by the radial bridges of the separator elements, it is turbulized, and turbulent vortices constantly wash away from the membrane surface particles of pollution.
Известный аппарат обладает, тем не менее, рядом недостатков, которые затрудняют его применение в некоторых отраслях промышленности, и, прежде всего, в атомной промышленности. The known apparatus, however, has a number of disadvantages that impede its use in some industries, and, above all, in the nuclear industry.
Недостатки известного аппарата следующие:
недостижение максимально возможной производительности аппарата из-за низкой скорости вращения мембранных элементов, что, в свою очередь, обусловлено нежесткой конструкцией дренажного слоя мембранного элемента и его вибрацией при вращении;
недостижение максимально возможной производительности аппарата из-за недостаточности турбулентных вихрей, возникающих при торможении раскручиваемой жидкости перемычками сепараторного элементами, что обусловлено неоптимизированной формой их сечения;
недостаточная надежность аппарата из-за протечек в узлах уплотнения центрального полого вала и соединения центрального вала с электродвигателем;
недостаточная эффективность очистки жидкостей из-за отсутствия теплосъема в аппарате, когда обрабатываемая жидкость перегревается за счет диссипации энергии.The disadvantages of the known apparatus are as follows:
failure to achieve the maximum possible productivity of the apparatus due to the low speed of rotation of the membrane elements, which, in turn, is due to the non-rigid design of the drainage layer of the membrane element and its vibration during rotation;
the failure to achieve the maximum possible productivity of the apparatus due to the insufficiency of turbulent vortices arising during braking of the untwisted fluid by the bridges of the separator elements, which is due to the non-optimized shape of their cross section;
insufficient reliability of the apparatus due to leaks in the nodes of the central hollow shaft seal and the connection of the central shaft to the electric motor;
insufficient efficiency of cleaning liquids due to the lack of heat removal in the apparatus, when the treated liquid is overheated due to energy dissipation.
Задачей настоящего изобретения является создание такого мембранного аппарата для разделения жидких смесей, который при максимально возможной производительности и высоком качестве разделения обеспечит надежность работы при очистке высокотоксичных и сильнозагрязненных жидкостей, прежде всего растворов атомной промышленности, в том числе жидких радиоактивных отходов. The present invention is the creation of such a membrane apparatus for the separation of liquid mixtures, which at the highest possible performance and high quality separation will ensure reliable operation in the purification of highly toxic and highly contaminated liquids, especially solutions of the nuclear industry, including liquid radioactive waste.
Поставленная задача решается предложенным мембранным аппаратом для разделения жидких смесей, содержащим набор вращающихся круглых мембранных элементов, каждый из которых выполнен в виде двух полупроницаемых мембран и размещенного между ними дренажного слоя с отверстием в центре и с герметизирующим слоем на периферии, центральный полый вал с перфорированными стенками, на котором закреплен набор мембранных элементов, набор неподвижных сепараторных элементов, каждый из которых выполнен в виде внутреннего и периферийного колец, соединенных радиальными перемычками, причем каждый сепараторный элемент размещен между каждыми двумя смежными мембранными элементами, а в периферийных кольцах выполнены отверстия, при осевом совмещении которых в наборе сепараторных элементов образуются каналы для размещения стягивающих шпилек, цилиндрический корпус, выполненный в виде обечайки и днища, верхнюю крышку со штуцером ввода исходной смеси, узел уплотнения центрального полого вала, узел соединения центрального вала с электродвигателем, узел вывода концентрата и узел вывода пермеата, в котором каждый мембранный элемент снабжен жесткой недеформируемой основой, размещенной в дренажном слое, центральный полый вал снабжен верхней и нижней торцевыми пробками, причем верхняя торцевая пробка размещена под верхней крышкой, радиальные перемычки сепараторного элемента выполнены в поперечном сечении в виде равнобедренной трапеции, узел соединения центрального вала с электродвигателем выполнен в виде муфты и размещен соосно с центральным валом, а узел вывода пермеата размещен в узле уплотнения центрального полого вала над нижней торцевой пробкой. The problem is solved by the proposed membrane apparatus for separating liquid mixtures, containing a set of rotating circular membrane elements, each of which is made in the form of two semi-permeable membranes and a drainage layer placed between them with a hole in the center and with a sealing layer on the periphery, a central hollow shaft with perforated walls on which a set of membrane elements is fixed, a set of stationary separator elements, each of which is made in the form of an inner and peripheral ring, radial jumpers, each separator element is placed between each two adjacent membrane elements, and holes are made in the peripheral rings, with axial alignment of which channels are formed in the set of separator elements for accommodating the tie rods, a cylindrical body made in the form of a shell and bottom, the top cover with an input fitting for the initial mixture, a central hollow shaft seal assembly, a central shaft connection with an electric motor, a concentrate outlet assembly and a perme outlet assembly one in which each membrane element is equipped with a rigid non-deformable base located in the drainage layer, the central hollow shaft is provided with upper and lower end plugs, the upper end plug is placed under the top cover, the radial jumpers of the separator element are made in cross section in the form of an isosceles trapezoid, node the connection of the central shaft with the electric motor is made in the form of a coupling and placed coaxially with the central shaft, and the permeate outlet assembly is located in the sealing assembly of the central hollow shaft hell is the bottom end plug.
Задача изобретения решается также тем, что полупроницаемые мембраны выполнены в виде двухслойных пластин, в которых нижний слой выполнен из пористого металла, например пористой нержавеющей стали, в котором размер пор не менее 1,5 мкм, толщина металлического листа - не более 0,2 мкм, а верхний слой выполнен из пористой керамики, в качестве которой использованы оксиды, нитриды, карбиды, бориды металлов из группы Al, Ti, Zr, Mg или их смеси, и которая имеет поры не более 0,5 мкм, а толщину - не более 10 мкм. The objective of the invention is also solved by the fact that semipermeable membranes are made in the form of two-layer plates in which the lower layer is made of porous metal, for example porous stainless steel, in which the pore size is not less than 1.5 microns, the thickness of the metal sheet is not more than 0.2 microns and the upper layer is made of porous ceramics, which are used as oxides, nitrides, carbides, borides of metals from the group of Al, Ti, Zr, Mg or mixtures thereof, and which has pores of not more than 0.5 μm, and the thickness of not more 10 microns.
Предложенное конструктивное решение и перечисленные параметры обеспечивают достижение высокого технического результата, поставленного при формулировке задачи изобретения. The proposed constructive solution and the above parameters ensure the achievement of a high technical result, set in the formulation of the objectives of the invention.
Сущность изобретения иллюстрируется фиг. 1 - 4. На фиг. 1 представлен общий вид мембранного аппарата с присоединенным электродвигателем, на фиг. 2 - разрез мембранного аппарата, на фиг. 3 - поперечный разрез мембранного элемента, на фиг. 4 - общий вид сепараторного элемента. The invention is illustrated in FIG. 1 to 4. In FIG. 1 shows a general view of a membrane apparatus with an attached electric motor; FIG. 2 is a sectional view of the membrane apparatus; FIG. 3 is a cross-sectional view of the membrane element; FIG. 4 is a general view of a separator element.
Мембранный аппарат 1 с помощью муфты 2 соединен с электродвигателем 3 таким образом, что роторы мембранного аппарата и электродвигателя расположены по одной оси. Вся сборка размещена на раме 4 и закреплена на ней крепежными элементами 5 и 6. Рама снабжена регулируемыми опорами 7, что позволяет устанавливать аппарат самостоятельно независимо от других элементов комплекса. The membrane apparatus 1 by means of the coupling 2 is connected to the electric motor 3 in such a way that the rotors of the membrane apparatus and the electric motor are located on the same axis. The entire assembly is placed on the frame 4 and fixed on it with fasteners 5 and 6. The frame is equipped with adjustable supports 7, which allows you to install the device yourself independently of other elements of the complex.
Мембранный аппарат состоит из цилиндрического корпуса, выполненного в виде обечайки 8 и плоского днища 9. По оси корпуса размещен центральный вал 10, по оси которого выполнен внутренний канал 11. С двух концов канал 11 закрыт верхней 12 и нижней 13 торцевыми пробками. Как вариант, нижняя торцевая пробка 13 может быть выполнена непосредственно из материала вала. В верхней части вала, находящейся внутри корпуса, в его стенках выполнены перфорационные отверстия 14. Под днищем 9 размещен узел уплотнения центрального вала, состоящий из сальниковой коробки 15, сальникового уплотнения 16, 17 нажимной втулки 18 и двух центрирующих подшипников 19 и 20. На нижней торцевой пробке 13 крепится узел 2 соединения центрального вала с электродвигателем. The membrane apparatus consists of a cylindrical body made in the form of a
Сверху корпус закрыт верхней крышкой 21 таким образом, что верхняя торцевая пробка 12 размещена под крышкой и находится во внутреннем объеме аппарата. На верхней крышке закреплен штуцер 22 ввода исходной смеси. При необходимости аппарат может быть снабжен горловиной 23, предохранительным клапаном 24 и манометром 25, размещенными на крышке 21. Для термостатирования аппарат может быть снабжен рубашкой 26 со штуцерами 27 и 28 ввода и вывода хладоагента. The casing is closed from above by the
Внутри корпуса аппарата размещены наборы из мембранных 29 и сепараторных 30 элементов, причем таким образом, что между каждыми двумя мембранными элементами расположен один сепараторный элемент и наоборот. Inside the apparatus housing, sets of
Каждый мембранный элемент выполнен в виде сборки из жесткой недеформируемой основы 31, размещенной внутри дренажного слоя 32, и двух полупроницаемых мембран 33. По периферии круглого в плане мембранного элемента размещен герметизирующий слой 34, а в центре выполнено отверстие 35. Each membrane element is made in the form of an assembly of a rigid non-deformable base 31 located inside the
Каждый сепараторный элемент представляет собой внутреннее 36 и периферийное 37 кольца, соединенные радиальными перемычками 38. Во внутреннем кольце выполнено центральное отверстие 39, а в периферийном - отверстия 40. Предпочтительно радиальные перемычки 38 имеют поперечное сечение в виде равнобедренной трапеции. Each separator element is an inner 36 and a
Набор мембранных элементов размещен на центральном валу 10 с определенным зазором между каждой парой элементов. Величина зазора обеспечивается шайбами 41, а весь набор по центральной части уплотняется с помощью нажимной втулки 42 и уплотняющей гайки 43. A set of membrane elements is placed on the
В зазорах между мембранными элементами размещен набор сепараторных элементов 30. Отверстия 40 всех элементов совмещены таким образом, что они образуют канал для размещения стягивающих шпилек 44. Нижним концом шпильки 44 крепятся на внутренней поверхности днища 9, а сжатие набора сепараторных элементов осуществляется с помощью гаек 45. Зазор между сепараторными элементами обеспечивается проставочными втулками 46. In the gaps between the membrane elements, a set of
Узел ввода концентрата размещен в стенке сальниковой коробки 15 и выполнен в виде системы каналов 47, сообщающихся с внутренним объемом корпуса, и штуцера 48. The input node of the concentrate is placed in the wall of the
Узел вывода пермеата размещен в стенке нажимной втулки 18 и выполнен в виде системы кольцевого 49 и радиального 50 каналов втулки и радиального канала 51 центрального вала, сообщающегося с внутренним каналом 11 центрального вала. The permeate outlet assembly is located in the wall of the
Конструктивным отличием предложенного аппарата является также то, что полупроницаемые мембраны 33 выполнены в виде двухслойных пластин, в каждой из которых нижний слой выполнен из пористого металла, а верхний слой - из пористой керамики. Предпочтительно в качестве пористого металла использовать нержавеющую сталь, хотя возможно использование и других металлов, например титана. В процессе очистки нижний слой несет функции подложки, т.е. поддерживающей основы с точки зрения минимизации гидравлического сопротивления проникающему через мембрану потоку пермеата, толщина металлического слоя предпочтительно не превышает 0,2 мм, а размер пор в нем - не менее 1,5 мкм. The structural difference of the proposed apparatus is also that the
Предпочтительно в качестве пористой керамики использовать оксиды, нитриды, карбиды и бориды металлов из группы Al, Ti, Zr, Mg или их смеси, как обеспечивающие наиболее абразивно- и коррозионно-стойкие пористые покрытия. Размер пор верхнего слоя предпочтительно не более 0,5 мкм, а его толщина - не более 10 мкм, что обеспечивает высокое качество очистки жидких смесей и высокую производительность мембран. It is preferable to use metal oxides, nitrides, carbides and borides from the group of Al, Ti, Zr, Mg or mixtures thereof as porous ceramics, as they provide the most abrasive and corrosion-resistant porous coatings. The pore size of the upper layer is preferably not more than 0.5 μm, and its thickness is not more than 10 μm, which ensures high quality cleaning of liquid mixtures and high performance membranes.
Предложенный мембранный аппарат работает следующим образом. The proposed membrane apparatus operates as follows.
Исходная разделяемая жидкая смесь под рабочим давлением (до 10 ат) подается в аппарат через штуцер 22, где она полностью заполняет весь внутренний объем аппарата. С помощью электродвигателя 3 приводится во вращение центральный вал 10 и закрепленный на нем пакет мембранных элементов 29. При этом пакет сепараторных элементов 30 остается неподвижным. Под действием давления через полупроницаемые мембраны 33 проходит очищенная жидкость - пермеат, попадает в дренажный слой 32, движется к центральному отверстию 35 мембранного элемента. Далее через перфорационные отверстия 14 пермеат проникает во внутренний канал 11 центрального вала 10, движется по нему до радиального канала 51, перетекает в кольцевой канал 49 нижней втулки 18 и по радиальному каналу 50 выводится из аппарата. The initial separated liquid mixture under a working pressure (up to 10 atm) is supplied to the apparatus through the
Не прошедший через полупроницаемые мембраны 33 раствор - концентрат вытесняется из внутреннего объема аппарата новыми порциями подаваемой насосом исходной смеси, проходит через систему отводящих каналов 47 и через штуцер 48 выводится из аппарата. Для поддержания заданного рабочего давления, которое контролируется по манометру 25, на линии отвода концентрата после штуцера 48 установлен дросселирующий вентиль (на фиг. не показан). Not passed through the
Скорость вращения вала с пакетом мембранных элементов может быть от 200 до 2000 об/мин, преимущественно 800-1000 об/мин. При вращении пакета мембранных элементов линейная скорость каждой точки поверхности полупроницаемой мембраны значительно больше, чем линейная скорость протекающей через аппарат разделяемой смеси, поэтому не происходит осаждения, адсорбции и прилипания к поверхности мембран растворенных и суспендированных частиц загрязнений. Кроме того, центробежная сила отбрасывает крупные частицы загрязнений на периферию, предотвращая блокировку ими мембран. The speed of rotation of the shaft with a package of membrane elements can be from 200 to 2000 rpm, mainly 800-1000 rpm During rotation of the package of membrane elements, the linear velocity of each point on the surface of the semipermeable membrane is much greater than the linear velocity of the separable mixture flowing through the apparatus; therefore, no precipitation, adsorption, and adhesion to the membrane surface of dissolved and suspended particles of contaminants occur. In addition, centrifugal force throws large particles of contaminants to the periphery, preventing them from blocking the membranes.
Для устранения закручивания жидкости вместе с вращающимся пакетом мембранных элементов служат сепараторные элементы, конкретнее их радиальные перемычки 38. Форма сечения перемычек может быть любой, но предпочтительной согласно изобретению является форма равнобедренной трапеции, большое основание которой обращено в сторону набегающего потока жидкости. При такой форме и таком расположении перемычек происходит максимальное торможение потока жидкости от закручивания и, соответственно, максимальная турбулизация потока, что обеспечивает максимально возможную производительность аппарата. To eliminate the twisting of the liquid together with the rotating package of membrane elements, separator elements are used, more specifically, their
Достижение высокого качества разделения обеспечивается в предложенном аппарате за счет предотвращения загрязнения поверхности мембран при описанной выше турбулизации жидкости. В аппарате не существует застойных зон, где могут накапливаться загрязнения, за счет вращения мембранных элементов постоянно инициируются сдвиговые напряжения, приводящие к уводу приповерхностного слоя жидкости от мембраны. Все это обеспечивает постоянную при работе аппарата чистоту поверхности мембраны и высокое качество очистки. Achieving high quality separation is provided in the proposed apparatus by preventing contamination of the surface of the membranes with the above turbulization of the liquid. In the apparatus there are no stagnant zones where contaminants can accumulate, due to the rotation of the membrane elements shear stresses are constantly initiated, leading to the withdrawal of the surface liquid layer from the membrane. All this ensures a constant membrane surface cleanliness and high quality cleaning.
Надежность аппарата обеспечивается комплексом решений по центральному валу и узлу вывода пермеата. Размещение верхнего торца центрального вала 10 под крышкой 21 и снабжение его верхней торцевой заглушкой 12, перекрытие внутреннего канала 11 снизу нижней торцевой заглушкой 13 и организация вывода пермеата через систему каналов в стенке нажимной втулки 18 существенно снижает вероятность протечек разделяемой смеси из аппарата, что особенно важно при очистке таких токсичных жидкостей, как радиоактивные отходы. The reliability of the apparatus is ensured by a set of solutions for the central shaft and permeate output unit. Placing the upper end of the
Описанное выше упрощение конструкции аппарата по сравнению с прототипом возможно только в том случае, если узел соединения центрального вала с электродвигателем выполнен соосно с центральным валом. При этом вал не испытывает боковых нагрузок, не требуется наличия верхних центральных подшипников, уменьшаются габариты аппарата, упрощается его обслуживание, что ведет к повышению надежности работы. The simplification of the apparatus design described above in comparison with the prototype is possible only if the connection node of the central shaft with the electric motor is made coaxially with the central shaft. At the same time, the shaft does not experience lateral loads, it does not require the presence of upper central bearings, the dimensions of the apparatus are reduced, its maintenance is simplified, which leads to increased reliability.
Пример 1. Сгущение осадков солей жесткости (умягчение) в жидких радиоактивных отходах. Модельный раствор, имитирующий высокосолевые воды с жесткостью 20 ммоль/л при отношении Mg/Ca = 5, с общим солесодержанием 10 г/л, сначала подвергают реагентному умягчению содой и щелочью. Содержание твердой фазы в растворе составляет 1,40 г/л в пересчете на сухой остаток: Mg(OH)2 + CaCO3. Затем проводят сгущение осадка солей жесткости на предложенном мембранном аппарате, содержащем 5 мембранных элементов, с использованием двухслойной металлокерамической мембраны "Трумем" с толщиной металлического слоя 0,2 мм (размер пор 1,5 мкм) и с размером пор керамического слоя из нитрида титана от 0,09 до 0,40 мкм при толщине слоя 10 мкм. Исходную суспензию подают под давлением в корпус, через мембрану проходит осветленная жидкость и выводится из аппарата в виде пермеата. Скорость вращения набора мембранных элементов - 1500 об/мин. Достигнутая степень сгущения - 33. Осветленная жидкость абсолютно прозрачна, содержание солей жесткости в ней уменьшено в 350 раз. При этом удельная производительность мембран практически не зависит от концентрации суспензии и при давлении 3 ат составляет около 260 л/(м2•час). При повышении давления до 4 ат и температуры до 50oC удельная производительность росла до 420 л/(м2•час).Example 1. The thickening of precipitation of hardness salts (softening) in liquid radioactive waste. A model solution simulating high salt water with a hardness of 20 mmol / L with a Mg / Ca ratio of 5, with a total salt content of 10 g / L, is first subjected to reagent softening with soda and alkali. The solids content in the solution is 1.40 g / l, calculated on the dry residue: Mg (OH) 2 + CaCO 3 . Then, the precipitation of hardness salts is thickened on the proposed membrane apparatus containing 5 membrane elements using a two-layer Trum metal-ceramic membrane with a metal layer thickness of 0.2 mm (pore size 1.5 μm) and a pore size of a ceramic layer of titanium nitride from 0.09 to 0.40 μm with a layer thickness of 10 μm. The initial suspension is supplied under pressure to the housing, a clarified liquid passes through the membrane and is discharged from the apparatus in the form of permeate. The rotation speed of the set of membrane elements is 1500 rpm. The achieved degree of condensation is 33. The clarified liquid is absolutely transparent, the content of hardness salts in it is reduced by 350 times. In this case, the specific productivity of the membranes is practically independent of the concentration of the suspension and at a pressure of 3 atm is about 260 l / (m 2 • hour). With increasing pressure up to 4 atm and temperature up to 50 o C, specific productivity increased to 420 l / (m 2 • h).
Пример 2. Очистка льяльных вод, содержащих взвешенные вещества и нефтепродукты, проводилась на том же мембранном аппарате. Центробежным насосом льяльные воды с концентрацией взвешенных веществ 890 мг/л и нефтепродуктов 23 мг/л подают в аппарат и поддерживают давление в аппарате на уровне 2,2 ат. Скорость вращения мембранных элементов с керамическим слоем из смеси TiO2 и Al2O3 толщиной 10 мкм и размером пор 0,5 мкм обеспечивали равной 1000 об/мин. Концентрат возвращали обратно, а пермеат с содержанием взвешенных веществ 4,1 мг/л и нефтепродуктов менее 0,05 мг/л сбрасывали в промежуточную емкость. Концентрация загрязнений в пермеате соответствовала требованиям ПДК для сброса в водоемы рыбохозяйственного значения. Производительность аппарата в устоявшемся режиме составляла 250 л/час. При повышении давления в аппарате до 3,5 ат производительность увеличивалась до 400 л/час.Example 2. The purification of bilge water containing suspended solids and petroleum products was carried out on the same membrane apparatus. By means of a centrifugal pump, bilge water with a concentration of suspended solids of 890 mg / l and oil products of 23 mg / l is supplied to the apparatus and the pressure in the apparatus is maintained at 2.2 atm. The rotation speed of the membrane elements with a ceramic layer of a mixture of TiO 2 and Al 2 O 3 with a thickness of 10 μm and a pore size of 0.5 μm was provided at 1000 rpm. The concentrate was returned back, and permeate with a content of suspended solids of 4.1 mg / l and oil products less than 0.05 mg / l was discharged into an intermediate tank. The concentration of contaminants in the permeate met the requirements of the MPC for discharge into reservoirs of fishery importance. The performance of the apparatus in the established mode was 250 l / h. With an increase in pressure in the apparatus to 3.5 atm, productivity increased to 400 l / h.
Пример 3. Очистка малосолевых ЖРО от радиоактивных примесей редкоземельных и трансурановых элементов. Изотопы этих элементов находятся в ЖРО в гидролизованном состоянии и практически не задерживаются на молекулярных и ионообменных сорбентах. Их доля радиоактивности составляет до 60% общей активности некоторых типов ЖРО и поэтому очистка таких растворов представляет определенную трудность. Использование предложенного мембранного аппарата с двухслойной металлокерамической мембраной толщиной 0,2 мм с металлокерамическим слоем из смеси TiO2 и Al2O3 позволила решить эту задачу. Для имитации малосолевого щелочного ЖРО в дистиллированную воду добавляли гидроксид аммония (100 мг/л) и гидразин (5 мг/л) и вводили радионуклиды Ce-144, Eu-154, Eu-155, Am-243, Cs-137. Общая γ - активность составляла 141375 имп./мин на 5 мл пробы. Далее раствор выдерживали в течение 30 часов на водяной бане и затем при комнатной температуре в течение 14 суток. Полученный раствор имел pH 8,5. При очистке раствора использовались мембраны с размерами пор керамического слоя из нитрида титана 0,10 мкм. Очищенный раствор имел общую активность менее 14000 имп./мин. Полученные результаты показывают, что гидролизуемые радиоизотопы практически полностью задерживаются мембранами, а радиоизотопы, находящиеся в ионной форме, не задерживаются, что дает возможность практически полностью разделять радионуклиды с различными химическими свойствами. Можно предполагать, что различные типы ЖРО, содержащие радиоколлоиды, суспендированные и эмульгированные загрязнения, целесообразно подвергать мембранному разделению в предложенном аппарате.Example 3. Purification of low-salt LRW from radioactive impurities of rare-earth and transuranic elements. The isotopes of these elements are in the LRW in a hydrolyzed state and practically do not linger on molecular and ion-exchange sorbents. Their proportion of radioactivity is up to 60% of the total activity of some types of LRW, and therefore the purification of such solutions presents a certain difficulty. Using the proposed membrane apparatus with a two-layer metal-ceramic membrane 0.2 mm thick with a metal-ceramic layer of a mixture of TiO 2 and Al 2 O 3 made it possible to solve this problem. To simulate a low-salt alkaline LRW, ammonium hydroxide (100 mg / L) and hydrazine (5 mg / L) were added to distilled water and radionuclides Ce-144, Eu-154, Eu-155, Am-243, Cs-137 were introduced. The total γ activity was 141375 cpm / 5 ml of sample. Next, the solution was kept for 30 hours in a water bath and then at room temperature for 14 days. The resulting solution had a pH of 8.5. When cleaning the solution, membranes with pore sizes of the ceramic layer of titanium nitride 0.10 μm were used. The purified solution had a total activity of less than 14,000 cpm. The results obtained show that hydrolyzable radioisotopes are almost completely retained by membranes, and radioisotopes in ionic form are not retained, which makes it possible to almost completely separate radionuclides with different chemical properties. It can be assumed that various types of LRW containing radio colloids, suspended and emulsified contaminants, it is advisable to subjected to membrane separation in the proposed apparatus.
Использование мембранного аппарата с предложенными конструктивными особенностями обеспечивает широкий спектр возможностей применения, который не ограничивается только вышеприведенными примерами. Его можно использовать не только для сгущения суспензий, дезактивации и очистки растворов от разного рода загрязнений, но и для концентрирования в пищевой промышленности, для осветления и фильтрации на предприятиях по производству напитков, в нефтехимической отрасли для очистки нефтепродуктов и регенерации масел, в водоподготовке для получения не только питьевой, но и апирогенной воды. Поскольку используемые мембраны являются гидрофильными, предложенный аппарат может быть с успехом применен и для разделения водно-масляных эмульсий. The use of a membrane apparatus with the proposed design features provides a wide range of application possibilities, which is not limited to the above examples. It can be used not only for thickening suspensions, decontamination and cleaning solutions from various kinds of contaminants, but also for concentration in the food industry, for clarification and filtration at beverage enterprises, in the petrochemical industry for refining oil products and regenerating oils, and in water treatment for obtaining not only drinking, but also pyrogen-free water. Since the membranes used are hydrophilic, the proposed apparatus can be successfully used for the separation of water-oil emulsions.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000122717/12A RU2179062C1 (en) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | Membrane apparatus for separating liquid mixtures |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000122717/12A RU2179062C1 (en) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | Membrane apparatus for separating liquid mixtures |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2179062C1 true RU2179062C1 (en) | 2002-02-10 |
Family
ID=20239656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000122717/12A RU2179062C1 (en) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | Membrane apparatus for separating liquid mixtures |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2179062C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU178126U1 (en) * | 2017-12-22 | 2018-03-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) | Bioactive osmotic filter membrane for water treatment |
| RU184545U1 (en) * | 2015-07-03 | 2018-10-30 | Оутотек (Финлэнд) Ой | Filter element with conductive failure indicator |
| RU184549U1 (en) * | 2015-07-03 | 2018-10-30 | Оутотек (Финлэнд) Ой | FILTER ELEMENT WITH CONDUCTIVE DAMAGE INDICATOR |
| CN109224871A (en) * | 2018-10-12 | 2019-01-18 | 佛山科学技术学院 | A kind of filter device |
| CN113428939A (en) * | 2021-06-30 | 2021-09-24 | 张迎立 | Rotary running RO/NF membrane module |
-
2000
- 2000-08-31 RU RU2000122717/12A patent/RU2179062C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU184545U1 (en) * | 2015-07-03 | 2018-10-30 | Оутотек (Финлэнд) Ой | Filter element with conductive failure indicator |
| RU184549U1 (en) * | 2015-07-03 | 2018-10-30 | Оутотек (Финлэнд) Ой | FILTER ELEMENT WITH CONDUCTIVE DAMAGE INDICATOR |
| RU178126U1 (en) * | 2017-12-22 | 2018-03-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) | Bioactive osmotic filter membrane for water treatment |
| CN109224871A (en) * | 2018-10-12 | 2019-01-18 | 佛山科学技术学院 | A kind of filter device |
| CN113428939A (en) * | 2021-06-30 | 2021-09-24 | 张迎立 | Rotary running RO/NF membrane module |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3577460B2 (en) | Rotating disk type filtration device equipped with means for reducing axial force | |
| AU707090B2 (en) | Immersible rotary disc filtration device | |
| US4876013A (en) | Small volume rotary filter | |
| AU2003240937B2 (en) | Vortex enhanced filtration device and methods | |
| EP0165992B1 (en) | Filtration method and apparatus | |
| US4911847A (en) | Process for controlling the permeate composition in a rotary filtration device | |
| US6808634B1 (en) | Method and device for cross-flow filtration | |
| EP0531817B1 (en) | Porous filter for liquid purification, and liquid purifying filter assembly and liquid purification plant employing the same | |
| CN101417829A (en) | Closed type waste water treatment apparatus with ultrasonic vibrator | |
| RU2179062C1 (en) | Membrane apparatus for separating liquid mixtures | |
| EP2213363B1 (en) | Hollow fibre filtration device | |
| KR100828742B1 (en) | A Submerged Membrane Module and System Equipped With Rotating Disc Or Propeller | |
| CN111683741B (en) | Apparatus and method for generating bubbles in a liquid | |
| CN206828286U (en) | A kind of processing for mixing waste emulsified mixture, retracting device | |
| CN108383254A (en) | A kind of medium vibration-type continuous separation method and device | |
| CN106809973A (en) | A kind of inorganic hollow earthenware slab membrane cartridge drinking water apparatus | |
| RU2788624C2 (en) | Device and method for obtainment of gas bubbles in liquid | |
| CN214389629U (en) | Whirl self-cleaning filter equipment | |
| JPS61181503A (en) | Apparatus for filtering solution | |
| RU158111U1 (en) | MEMBRANE REACTOR FOR GAS-LIQUID REACTIONS | |
| RU2188700C1 (en) | Method of fluids purification and device for method embodiment | |
| KR20010026617A (en) | Continuous backpulsing rotary disc membrans | |
| JP2001293337A (en) | Cylindrical membrane element and cleaning method therefor | |
| Nakao | Current status of inorganic membrane in Japan | |
| CN107162256A (en) | A kind of handling process for trade effluent separation of solid and liquid |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050901 |