CN217490418U - 一种动态卧式双轴旋转圆盘陶瓷膜装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种动态卧式双轴旋转圆盘陶瓷膜装置，包括一卧式旋转圆盘陶瓷膜单元、一输料泵、一透析液储罐、二驱动电机和一控制单元。本实用新型采用双轴系统，膜片互相交错，交错的膜片能够有效减缓近圆心处的膜片污染，双轴旋向相同，可提高相对剪切线速度，在一定程度上减少转速也能够减缓污染不平衡的问题。本实用新型的旋转空心轴为卧式安装，驱动电机安装在减速器的上方，驱动电机与旋转膜单元处于不同空间平面，在拆卸，清洗的过程当中，膜单元滞留物不易污染驱动电机，在很大程度上能保障用电安全。

Description

一种动态卧式双轴旋转圆盘陶瓷膜装置

技术领域

本实用新型具体涉及一种动态卧式双轴旋转圆盘陶瓷膜装置。

背景技术

动态膜过滤技术其过程主要是依靠机械叶轮的转动或者成对交错的过滤膜片之间的相对转动来实现对过滤表面施加切向力，以达到限制或阻止在过滤面上形成滤饼。最早在上世纪60年代，捷克斯洛伐克有机化学研究所提出动态过滤方法，并做出了第一套设备。目前动态过滤装置主要有三种类型：(1)旋转转子，固定圆盘膜；(2)旋转圆盘陶瓷膜；(3)震动圆盘膜。这三种动态膜过滤系统适用于高粘度、高浓度的敏感性料液。其中旋转圆盘陶瓷膜系统能够将离心力和剪切力的结合，有效削弱了滤饼层的形成和有效降低了浓差极化，提高膜的过滤通量和抗污染性。

旋转圆盘陶瓷膜采用无机陶瓷膜材料制成，具有寿命长、可进行反冲洗、耐受药剂浓度高等优点。且与管式陶瓷膜相比，管式陶瓷膜在运行过程中以2-5m/s的流速(流速为泵送的流量提供)冲刷膜表面，而旋转圆盘陶瓷膜膜面剪切速率(剪切速率为电机旋转转速提供)达到相同速度或更高流速，其能耗仅为管式膜的三分之一，大大降低了能量消耗。

因其旋转圆盘陶瓷膜具有上述优势，国内外高校及企事业单位进行了大量的研究，主要研究旋转圆盘陶瓷膜膜片不同的孔径、性能、污染原理及圆盘膜的应用探索等内容。现有的旋转膜装置(如CN107213800A)存在许多问题，具体包括：

1、多为单轴式设计，圆盘陶瓷膜离圆心越远，剪切速率越高，反之，离圆心越近，剪切效率越低，膜面污染越严重，膜面不同半径处污染不均衡；

2、其中的圆盘型陶瓷膜片竖直朝上，与传动结构分为上下两层，设备一旦需要检修、冲洗或更换膜片，内部滞留液体会污染下方带有电机的传动设备，易造成漏电或发生用电安全事故；

3、上下两层结构过于复杂，安装过于紧凑，且各个部件存在交叉，在拆卸安装各个部件时存在一定难度，需预留一定的安装空间；

4、安装膜片需要拆卸外部筒体，在拆装的过程中容易碰损膜片；

5、无法观察内部运行状态，无法判断膜片运行状况。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种动态卧式双轴旋转圆盘陶瓷膜装置。

本实用新型的具体技术方案如下：

一种动态卧式双轴旋转圆盘陶瓷膜装置，包括一卧式旋转圆盘陶瓷膜单元、一输料泵、一透析液储罐、二驱动电机和一控制单元，

卧式旋转圆盘陶瓷膜单元，包括一膜单元腔体、二旋转空心轴、若干旋转圆盘陶瓷膜和二减速机，膜单元腔体的上部设有连通其内腔的一第一接口，下部设有连通其内腔的一第二接口；二旋转空心轴水平设置于膜单元腔体内，每一旋转空心轴上均平行密封套设若干旋转圆盘陶瓷膜，且旋转空心轴的内腔与若干旋转圆盘陶瓷膜的内部流道连通，相邻二旋转空心轴上的旋转圆盘陶瓷膜彼此交错平行，该二旋转空心轴的一端通过机械密封件贯穿膜单元腔体的水平方向的一端；二驱动电机设于二减速机上方，并通过二减速机分别驱动连接二旋转空心轴，使得该二旋转空心轴同向旋转；

透析液储罐，通过二旋转接头与二旋转空心轴的内腔连通，其底部具有一进料口，其顶部具有一出料口，该进料口连通上述二旋转接头；

输料泵通过一进料调节阀连通膜单元腔体的第二接口，该第二接口还连通一底部排放阀，膜单元腔体的第一接口设有一浓缩液出口调节阀，透析液储罐的出料口通过依次连通一透析阀和一透析出口调节阀，并通过一进气阀连通外部气源；

控制单元控制连接二驱动电机、进气阀和透析阀。

在本实用新型的一个优选实施方案中，同一旋转空心轴上的若干旋转圆盘陶瓷膜之间设有中间密封件，该旋转空心轴的另一端的设有外侧密封件，中间密封件和外侧密封件使若干旋转圆盘陶瓷膜平行密封套设于该旋转空心轴上。

在本实用新型的一个优选实施方案中，所述膜单元腔体，其水平方向的另一端可拆卸的盖设一压盖。

进一步优选的，所述压盖上设有一观察窗。

在本实用新型的一个优选实施方案中，所述第一接口和第二接口均与所述若干旋转圆盘陶瓷膜的膜片错开。

在本实用新型的一个优选实施方案中，所述输料泵为离心泵、隔膜泵或气动泵。

在本实用新型的一个优选实施方案中，所述透析阀为电磁阀、气动角座阀或电动阀。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型采用双轴系统，膜片互相交错，交错的膜片能够有效减缓近圆心处的膜片污染，双轴旋向相同，可提高相对剪切线速度，在一定程度上减少转速也能够减缓污染不平衡的问题。

2、本实用新型的旋转空心轴为卧式安装，驱动电机安装在减速器的上方，驱动电机与旋转膜单元处于不同空间平面，在拆卸，清洗的过程当中，膜单元滞留物不易污染驱动电机，在很大程度上能保障用电安全。

3、本实用新型的旋转圆盘陶瓷膜单元采用卧式安装，膜单元腔体的水平方向的另一端可拆卸的盖设一压盖，安装和拆卸便捷，且在对膜片安装和拆卸过程中无损坏风险。

4、本实用新型的压盖上设有一观察窗，可通过观察窗随时判断膜片运行状况。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式结合附图对本实用新型的技术方案进行进一步的说明和描述。

如图1所示，一种动态卧式双轴旋转圆盘陶瓷膜装置，其特征在于：包括一卧式旋转圆盘陶瓷膜单元1、一输料泵2、一透析液储罐3、二驱动电机4和一控制单元5，

卧式旋转圆盘陶瓷膜单元1，包括一膜单元腔体10、二旋转空心轴11、若干旋转圆盘陶瓷膜12和二减速机13。

膜单元腔体10，上部设有连通其内腔的一第一接口101，下部设有连通其内腔的一第二接口102，第一接口101和第二接口102均与若干旋转圆盘陶瓷膜12的膜片错开，防止流体冲击，损坏旋转圆盘陶瓷膜12的膜片。膜单元腔体10的水平方向的另一端可拆卸的盖设一压盖103，压盖103上设有一观察窗，可直接通过观察窗检查设备运行状况，不需要通过拆卸压盖103来判断设备运行状态。膜单元腔体10和压盖103之间的连接安装方式可为法兰安装或卡箍安装，可通过快速拆卸压盖103进行清洗膜单元腔体10或拆卸旋转圆盘陶瓷膜12。

二旋转空心轴11水平设置于膜单元腔体10内，每一旋转空心轴11上均平行密封套设若干旋转圆盘陶瓷膜12，同一旋转空心轴11上的若干旋转圆盘陶瓷膜12之间设有中间密封件111，该旋转空心轴11的另一端的设有外侧密封件112，且旋转空心轴11的内腔与若干旋转圆盘陶瓷膜12的内部流道连通，相邻二旋转空心轴11上的旋转圆盘陶瓷膜12彼此交错平行，该二旋转空心轴11的一端通过机械密封件113贯穿膜单元腔体10的水平方向的一端，该机械密封件113采用内装式单端面密封件，能确保在不小于6.0bar压力和500RPM的转速条件下不泄漏；二驱动电机4设于二减速机13上方，并通过二减速机13分别驱动连接二旋转空心轴11，使得该二旋转空心轴11同向旋转；

透析液储罐3，通过二旋转接头30与二旋转空心轴11的内腔连通，其底部具有一进料口31，其顶部具有一出料口32，该进料口31连通上述二旋转接头30；透析液从旋转接头30产出时会先在透析液储罐3下端进入储存，储满后溢出透析液储罐3，最终从出料口32流出。该透析液储罐3一般容积为单个过滤周期透析总量的1％-10％。

输料泵2通过一进料调节阀20连通膜单元腔体10的第二接口102，该第二接口102还连通一底部排放阀104，膜单元腔体10的第一接口101设有一浓缩液出口调节阀105，透析液储罐3的出料口32通过依次连通一透析阀33和一透析出口调节阀34，并通过一进气阀35连通外部气源。以上输料泵2可采用离心泵、隔膜泵或气动泵，输料泵2吸程范围在1-8m，其进料口31可通过外接软管将物料抽送至膜单元腔体10内，并可以通过调整进料调节阀20开度调节进料压力，不需要增设变频器或气源调节器来控制流量。该透析阀33可采用电磁阀，但也可采用气动角座阀或电动阀等。同时也可调节出料口32调节阀开度来调整透析压力和过滤通量。上述旋转接头30为360°旋转，可耐压10bar，转速低于1000RPM。在反洗过程中，经处理的压缩空气作为外部气源接入透析液储罐3的出料口32，反洗时，打开进气阀35，压缩空气会将过滤时储存在透析液储罐3中的透析液压入旋转空心轴11，并从旋转圆盘陶瓷膜12的膜片表面溢渗出，最后通过第一接口101排放。压缩空气的压力稳定在5-8bar，且反洗时间可控制在5-15s之间。在过滤过程中，可通过调整浓缩液出口调节阀105开度来控制膜单元腔体10入膜压力，同时也调整了错流流量。在过滤过程中，浓缩液出口调节阀105开度可以调节的很小，但不能完全关闭，因为在反洗过程中，该浓缩液出口调节阀105也是反洗时排放出口。若是完全关闭，膜单元腔体10内部憋压，会减弱反洗效果。在过滤和反洗时，底部排放阀104处于关闭状态。膜单元腔体10或旋转圆盘陶瓷膜12的膜片需要进行清洗前，需先打开底部排放阀104，排除内部滞留物料，减少清洗废水的产生。

膜单元腔体10可固定在二减速机13的安装法兰上，而卧式旋转圆盘陶瓷膜单元所有重量均由减速机13承重，两台减速机13并列安装，可通过底脚安装方式固定在支撑平台上。所述减速机13可采用输入轴与输出轴呈90°的蜗轮蜗杆减速器或可采用平行轴的斜齿轮减速机13，其中减速机13的输出轴为空心轴，减速机13的速比为2.0-5.0，驱动电机4采用四级电机，可通过控制单元5内的变频器控制驱动电机4转速及旋转方向，将减速机13输出转速控制在0-500RPM范围。

旋转空心轴11及安装在旋转空心轴11上的旋转圆盘陶瓷膜12等部件重量较轻，旋转空心轴11采用悬臂支承方式——只由减速机13支承，并贯穿减速机13输出的空心轴。同时为防止出现轴向窜动，可在紧贴减速机13输出轴出口处设有空心轴固定件。固定旋转空心轴11方式可采用以下几种方式：1、旋转空心轴11外螺纹，空心轴固定件为圆螺母形式；(2)旋转空心轴11为光轴，空心轴固定件为光轴固定环；(3)旋转空心轴11为光轴，空心轴固定件为胀紧套。

控制单元5控包括控制器、变频器及其他电气元件，用于控制实验测试装置的所有流程状态。控制器可采用可中文编程时间继电器，编程简单，性价比高，能够实现装置控制，可拓展性强，符合系统设计要求。或也可选择PLC、PCB等方式控制，但价格高，需专业人士设计和编程。控制单元5仅仅对进气阀35、透析阀33和驱动连接减速机13的驱动电机4进行控制。进气阀35和透析阀33可选用电磁阀或气动角座阀，若选用电磁阀，则控制单元5与进气阀35、透析阀33和减速机13全部采用电连接方式进行控制。若采用气动角座阀，则可过控制气路通断来控制进气阀35和透析阀33。其中可通过调节变频器频率控制减速机13的转速输出，同时控制单元5设有转速指示功能。控制单元5可进一步设有启动、停止两个指令按钮和调节变频器的频率的电位器，能够控制系统的工作状态、旋转转速及转向，同时可进一步设有指示灯，分别指示过滤状态、反洗状态。

本实用新型的工作过程如下：

过滤：过滤前手动关闭底部排放阀104，防止将料液从底部排放阀104出口泄漏，同时检查进料调节阀20、浓缩液出口调节阀105和透析出口调节阀34是否打开。装置启动时，减速机13开始缓慢旋转直至调节到设定转速，保持转速不变。同时打开透析阀33，启动输料泵2。

反洗：关闭透析阀33和输料泵2。打开进气阀35，外接气源会将透析液储罐12储存的液体压入旋转空心轴11，旋转圆盘陶瓷膜12膜片表面污染冲散，并由浓缩液上排单元排出。

按下启动按钮，则过滤和反洗循环运行。按下停止按钮则透析阀33、输料泵2、减速机13和进气阀35全部处于断电停止状态。

做完批次实验，若要对装置进行清洗，可将进料口抽吸的料液更换成清洗水，冲洗旋转圆盘陶瓷膜12、输料泵2、旋转空心轴11、透析液储罐12及相关联的阀门和管路，直至透析液出口和浓缩液出口与清洗水一致。而后拆卸膜单元腔体10压盖103，继续冲洗旋转圆盘陶瓷膜12，洗净膜单元腔体103滞留物料，而后拆卸旋转圆盘陶瓷膜12，对拆卸下来的旋转圆盘陶瓷膜12进行化学浸泡清洗。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，故不能依此限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖的范围内。

Claims (7)

1.一种动态卧式双轴旋转圆盘陶瓷膜装置，其特征在于：包括一卧式旋转圆盘陶瓷膜单元、一输料泵、一透析液储罐、二驱动电机和一控制单元，

卧式旋转圆盘陶瓷膜单元，包括一膜单元腔体、二旋转空心轴、若干旋转圆盘陶瓷膜和二减速机，膜单元腔体的上部设有连通其内腔的一第一接口，下部设有连通其内腔的一第二接口；二旋转空心轴水平设置于膜单元腔体内，每一旋转空心轴上均平行密封套设若干旋转圆盘陶瓷膜，且旋转空心轴的内腔与若干旋转圆盘陶瓷膜的内部流道连通，相邻二旋转空心轴上的旋转圆盘陶瓷膜彼此交错平行，该二旋转空心轴的一端通过机械密封件贯穿膜单元腔体的水平方向的一端；二驱动电机设于二减速机上方，并通过二减速机分别驱动连接二旋转空心轴，使得该二旋转空心轴同向旋转；

透析液储罐，通过二旋转接头与二旋转空心轴的内腔连通，其底部具有一进料口，其顶部具有一出料口，该进料口连通上述二旋转接头；

输料泵通过一进料调节阀连通膜单元腔体的第二接口，该第二接口还连通一底部排放阀，膜单元腔体的第一接口设有一浓缩液出口调节阀，透析液储罐的出料口通过依次连通一透析阀和一透析出口调节阀，并通过一进气阀连通外部气源；

控制单元控制连接二驱动电机、进气阀和透析阀。

2.如权利要求1所述的一种动态卧式双轴旋转圆盘陶瓷膜装置，其特征在于：同一旋转空心轴上的若干旋转圆盘陶瓷膜之间设有中间密封件，该旋转空心轴的另一端的设有外侧密封件，中间密封件和外侧密封件使若干旋转圆盘陶瓷膜平行密封套设于该旋转空心轴上。

3.如权利要求1所述的一种动态卧式双轴旋转圆盘陶瓷膜装置，其特征在于：所述膜单元腔体，其水平方向的另一端可拆卸的盖设一压盖。

4.如权利要求3所述的一种动态卧式双轴旋转圆盘陶瓷膜装置，其特征在于：所述压盖上设有一观察窗。

5.如权利要求1所述一种动态卧式双轴旋转圆盘陶瓷膜装置，其特征在于：所述第一接口和第二接口均与所述若干旋转圆盘陶瓷膜的膜片错开。

6.如权利要求1至5中任一权利要求所述一种动态卧式双轴旋转圆盘陶瓷膜装置，其特征在于：所述输料泵为离心泵、隔膜泵或气动泵。

7.如权利要求1至5中任一权利要求所述一种动态卧式双轴旋转圆盘陶瓷膜装置，其特征在于：所述透析阀为电磁阀、气动角座阀或电动阀。

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