CZ161398A3

CZ161398A3 - Systém pro membránovou filtraci v příčném proudění

Info

Publication number: CZ161398A3
Application number: CZ981613A
Authority: CZ
Inventors: Eduard Hartmann
Original assignee: Bucher-Guyer Ag
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1997-09-18
Publication date: 1999-02-17
Also published as: AU713484B2; JP2000501337A; HUP9902277A2; EP0881940A1; AU4109897A; CA2238375A1; PL184628B1; WO1998013130A1; US6083390A; HUP9902277A3; PL327069A1

Description

(57) Anotace:

Systém zahrnuje membránové moduly /1 až8/, z nichž každý má jednu nebo svazek několika membránových trubic, jejich stěny mají funkci dělících membrán, a pouzdro modulu ve tvaru trubky k pojmutí membránových trubic. Každý membránový modul /1 až 8/ má po jedné spojovací přírubě /20, 21/ k přívodu a odvodu retentátu, jakož čtyři další spojovací příruby /22 až 25/, umístěné na stranách, pro odvod permeátu. Tyto spojovací příruby /22 až 25/ drží samonosně membránové moduly /1 až 8/ v jejich sestavě.

(13) Druh dokumentu: A3 (51) Int. Cl.⁶:

B 01 D 63/06

B 01 D 63/04

• ·

,.?Κ ΊίΊΖ -18 • · • ·

01-681-98-Ho

Systém pro membránovou filtraci v příčném proudění

Oblast techniky

Vynález se týká systému pro membránovou filtraci v příčném proudění s určitým počtem membránových modulů, ze kterých každý zahrnuje svazek několika membránových trubic, jejichž stěny mají funkci dělící membrány, jakož zahrnuje pouzdro modulu ve tvaru trubky k pojmutí membránových trubic, k přivádění média jako retentátu, které je třeba filtrovat a k odvádění filtrátu jako permeátu, přičemž každý membránový modul má po jedné spojovací přírubě k přívodu a odvodu retentátu, jakož alespoň jeden další spojovací otvor k odvodu permeátu.

Dosavadní stav techniky

Membránové moduly takového typu jsou známy jako součásti filtračních zařízení s příčným prouděním. Filtarce s příčným prouděním je tlaková filtrace. Produkt, který chceme filtrovat, přitom proudí s předem určenou rychlostí příčně ke směru průchodu a podél povrchu filtru nebo filtrační membrány. Příčné proudění zabraňuje dalekosáhle usazování pevných látek na povrchu filtrů, umožňuje tím tedy dlouhotrvající provozní dobu bez ucpání filtru.

Takové membránové moduly jsou často v provedení jako takzvané trubicové nebo kapilární moduly, ve kterých je soustředěno jedna nebo několik kapilárních trubiček nebo trubic do jednotky ve tvaru svazku. Oddělovací membrána je přitom podle druhu konstrukce umístěna na vnitřní nebo na vnější stěně trubice. U typového provedení je v jednom modulu 19 membránových trubiček s vnitřním průměrem 1/2 coulu, které • · ··· ··· ··· ···· ·· ··· ·· ·· ·· jsou sdruženy do svazku. Těchto 19 trubiček je zároveň paralelně protékáno retentátem pod určitým tlakem. Po průchodu membránou filtru odtéká permeát přes dva přípoje na každém membránovém modulu.

Protože specifický filtrační výkon známých membrán je relativně malý, k dosažení větších, prakticky použitelných filtračních výkonů se sdružuje několik modulů do série a také paralelně do sestavy. Pokud je počet modulů, zapojených do série, malý, řadí se až čtyři moduly přímo za sebe. Spojky retentátu jsou přitom většinou v tak masivním provedení, že sestava je nesena těmito vedeními. Potom nejsou přítomny žádné další podpěrné prvky. Vedení permeátu nemají přitom žádnou nosnou funkci.

Taková uspořádání jsou hospodárná jenom při použití membránových trubek o malých průměrech do přibližně 4 mm, takzvaných kapilárových trubiček.

Použité membrány jsou většinou z keramiky, bvou dělící schopností leží v oblasti mikrofiltrace s dělící hranicí od nm

100 nm. Membránové moduly mají potom vysoký podíl plochy membrány na objem modulu. V porovnání s moduly jiné technologické nevýhody, malé průměry membránových trubek podporují zablokování pevnými částicemi.

Pokud je počet modulů, zapojených do série vysoký, známo je až 16 modulů na sérii, spojují se tyto navzájem pomocí oblouků, zakřivených o 180 stupňů. Pokud sestava zahrnuje jenom 5 současně paralelně vedených sérií, musí být do jedné jednotky umístěno 80 modulů co možná nejvíce kompaktním způsobem. Jednotlivé moduly jsou přitom uloženy na nosných ramenech, a je zhotoveno mnoho spojení na straně retentátu a permeátu. Z toho vyplývají následující problémy:

Na jeden membránový modul jsou zapotřebí 4 přípoje pro • · • · · · · · ·· ·· · · · · • · ··· · · · ···· · · ··· · · · · ·· trubky a 2 až 3 podpěry na nosných ramenech. U zařízení s přibližně 200 moduly vedou tyto přípoje a podpěry k vysokým nákladům na zařízení a snižují tak hospodárnost zařízení.

- Dělící membrány mají pouze omezenou životnost. Membránové moduly jsou tedy opotřebovatelné součásti, musí být tedy vyměňovány v určitých časových odstupech. V důsledku velkého počtu přípojů jsou náklady na montáž a demontáž mimořádně vysoké.

- Přípoje na permeát jsou u známých zařízení většinou přiváděny ohebnými průhlednými hadicemi ke sběrnému potrubí. Velký počet spojovacích míst a také vzduchové bubliny, nacházející se v hadicích, zhoršují hygienické podmínky.

Vynález má proto za úkol, uvedené problémy odstranit.

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje systém pro membránovou filtraci v příčném proudění s určitým počtem membránových modulů, ze kterých každý zahrnuje svazek několika membránových trubic, jejichž stěny mají funkci dělící membrány, jakož zahrnuje pouzdro modulu ve tvaru trubky k pojmutí membránových trubic, k přivádění média jako retentátu, které je třeba filtrovat a k odvádění filtrátu jako permeátu, přičemž každý membránový modul má po jedné spojovací přírubě k přívodu a odvodu retentátu, jakož alespoň jeden další spojovací otvor k odvodu permeátu, jehož podstatou je, že každý membránový modul má alespoň čtyři další spojovací prvky, ze kterých alespoň dva slouží jako spojovací otvory pro odvod permeátu, které jsou umístěny na straně pláště pouzdra modulu, že membránové moduly jsou na straně spojeny přes spojovací prvky, ležící na plášti, s alespoň jednou sestavou membránových modulů a že permeát membránových modulů každé sestavy se odvádí přes spojovací • · otvory, ležící na plášti, skrz membránové moduly, spojené na straně .

Přednostní varianta tohoto systému se vyznačuje tím, že spojovací prvky jsou konstruovány jako spojovací příruby.

Přitom se může vyskytnout takový znak, že spojení membránových modulů na stranách pomocí spojovacích prvků, umístěných na plášti, drží samonosně membránové moduly v jejich sestavě. Přednostní provedení systému se vyznačuje tím, že osy všech dalších spojovacích prvků pro všechny membránové moduly jedné sestavy leží ve stejné rovině, přičemž každý membránový modul má první a druhý pár spojovacích prvků, které všechny leží na první popř. na druhé společné ose.

Další varianty systému, membránový modul k použití v tomto systému a rozpírací nástroj k demontáži nebo montáži takového membránového modulu v takovém systému jsou charakterizovány v patentových nárocích.

Systém pro membránovou filtraci podle vynálezu nabízí oproti známým uspořádáním následující výhody:

Membránové moduly mohou být pomocí na stranách umístěných spojovacích přírub pro odvod permeátu měněny stavebnicovým systémem a navzájem spojovány.

- Odpadá oddělené sběrné potrubí na permeát, umístěné vedle membránových modulů a mající mnoho připojovacích součástí na hadice.

Navzájem Bpojené membránové moduly tvoří samonosnou konstrukci.

Podstatná úspora nákladů na zhotovení systému.

• · ·· ·· ·· ···· · • ·· ··· ··· ···· · · ··· ·· ·· ··

- Spojení mezi membránovými moduly s lepšími hygienickými podmínkami a s lepší možností čištění.

Přehled obrázků na výkresech

Příkladná provedení vynálezu jsou blíže vysvětlena v následujících popisech a obrázcích. Znázorňují;

obr. 1; nárys systému pro membránovou filtraci podle vynálezu, obr. 2: bokorys systému podle obr. 1, obr. 3a, 3b, 3c, 3d detail spojovací příruby, umístěné na pouzdru modulu pro systém podle obr. 1 a 2, obr. 4 průřez slepým podpěrným prvkem ke spojení bočně vedle sebe ležících membránových modulů v systému podle vynálezu, obr. 5a, 5b, 5c, 5d detaily membránového modulu pro systém podle obr. 1 a 2, který se i se spojovacími přírubami nechá v systému zasunout a vysunout.

obr,	6a,	6b,	6c detaily	jednodílné součásti ke	spojení
několika	navzájem	sousedních	membránových modulů v	sestavě
systému podle	obr.	1 a 2,
obr.	7:	pohled na	rozpírací nástroj k	montáži

membránového modulu v sestavě systému podle obr. 1 a 2, obr. 8; výřez alternativního uspořádání systému podle vynálezu pro membránovou filtraci v bokorysu,

obr. 9: spojovací prvky na sousedních pouzdrech modulů s dostatečným odstupem od jejich konců.

obr. 10: pohled na další provedení slepého podpěrného prvku ke spojení membránových modulů, ležících vertikálně nad sebou v systému podle vynálezu,

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 a obr. 2 znázorňují nárys popř. bokorys sestavy 80-ti membránových modulů v Bystému pro membránovou filtraci. Na obr. 1 se nechá rozeznat osm pouzder X až 8 modulů, která jsou montována plošně nad sebou, a Bériově v sestavě 16. Pouzdro X modulu je spojeno s pouzdrem 2 modulu přes 180-ti stupňový oblouk 2 trubky do série, rovněž následující pozdra 2 a 2 modulu jsou spolu spojena obloukem 10 trubky, atd. až pouzdra 7a 2. jsou spolu spojena obloukem 15 trubky. Oblouky 10. 12. 14 trubky jsou patrné také v bokorysu podle obr. 2.

Jak znázorňuje obr. 2, jsou vedle pouzder 1 až g modulů, montovaných do série v sestavě 16 nad sebou b oblouky 2 až 15 trubek, montovány další stejné sestavy pouzder modulů, ze kterých je poslední označena jako 17. Všechny sestavy 16 až 17 jsou napájeny médiem, které je zapotřebí filtrovat, jako retentátem, přes sběrné potrubí 18 na jejich nejspodnějších modulech X atd. Retentát proudí pod tlakem dopředu sériově řazenými moduly 1 až g atd. , a je na posledních modulech 2 atd. odváděn druhým sběrným potrubím 19.

Jak ukazuje zejména obr. 1, nese každé pouzdro X až 8 modulů na svém konci po jedné spojovací přírubě 20. 21 atd pro retentát a po dvou spojovacích přírubách 22. 23, 24, 25 atd. k odvádění filtrátu jako permeátu. Spojovací příruby 22. 23. popř. 24, 25 atd. na permeát leží všechny na první 26 popř. druhé společné ose 27 a spojují pouzdra X až 8. modulů k odvádění permeátu. Jak znázorňuj 1 obr.

a 2, permeát se až odvádí od os 26, 27 atd.

sestav 16 atd. pomocí nahoře ležících sběrných potrubí

Dolů orientované pří ruby na odvod permeátu ne jspodnějších pouzder 1 modulu atd.

jsou navzájem spojeny dvěma spojovacími vedeními 30, 31, která mají výtok 32 k čištění a která jsou uložena na podstavcích 33» 34. Sestavy

16 až 17	atd. pouzder 1 až £ modulů atd. jsou tedy pomocí
Přírub 22	až 25 na permeát samonosně uloženy na podstavcích

33, 34.

Obr. 3a znázorňuje pohled na přírubu 21 na retentát, která je umístěna na konci pouzdra 4 modulu, a pohled na dvě příruby 24, 25 na permeát, které jsou zhotoveny ve společné formě. Obr. 3a až 3d znázorňují také svazek 35 membránových trubic, které jsou známým způsobem umístěny v pouzdru 4 modulu jako filtrační prvky. Retentát proudí přírubou 21 do membránových trubek, zatímco permeát proniká jejich stěnami a odtéká pouzdrem 4 modulu a přírubami 24, 25

Jak je patrno, příruby 24, 25 tvoří spojovací vedení pro odvod permeátu, jehož vnitřní průměr je větší, než průměr obalového válce svazku 35 membránových trubic. Proud permeátu podél os 26.

na obr. 1 ke sběrnému potrubí 23, 29 má tedy dostatečný prostor, aby mohl proudit kolem svazku 35 membránových trubic podle obr. 3a až 3d.

Trubková spojka, tvořená přírubou 24, má opěrnou plochu k nasazení zde neznázorněného rozpíracího nástroje. Tento rozpírací nástroj se nasadí mezi opěrnou plochu 38 a příslušnou opěrnou plochu na trubkové spojce přespříštího sousedního membránového modulu, aby se membránový modul, ležící mezi nimi, mohl při montáži volně pohybovat.

Jak je patrno na obr. 1 a 2, jsou pouzdra 1 až £ modulů • · • · • · • · · ··· · “ · · ·· ·· ·· ·· * · · · · ··· ··· · · · ···· ·· ··· · · *· · · ve tvaru trubek, jakož i každá ze sousedních sestav 16 až 17, držena pouze na jejich koncích přírubami 2L2 až 25. na permeát. Obr. 4 znázorňuje ve vertikálním řezu přírubami 24, 25 permeátu slepé podpěrné prvky 36, které navzájem podepírají vedle sebe horizontálně ležící pouzdra 1 až g modulů s jejich svazky 35 membránových trubic. Podpěrné prvky 35 mohou být s výhodou vzhledem k přírubám permeátu 2áb 25 na koncích pouzder 1 až 8 modulů umístěny také odsazené za jejich středem.

Obr. 5a až 5d znázorňují pouzdro 1 modulu, které se spolu z z se svými spojovacími prvky 24 . 25 na permeát nechají zasunout a vysunout mezi spojovací trubky 37» připojené mezi tyto spojovací prvky. Detail A na obr. 5d znázorňuje západkové spojení 45 na spojovací trubce 3Z, které aretuje pouzdro X modulu při zasunutí mezi spojovací trubky 37. Na protilehlém konci pouzdra X modulu jsou odpovídajícím způsobem vytvořeny spojovací prvky 24 . 25' z obr. 5b, aby se i zde umožnilo nasunutí a vysunutí.

Obr. 6a, 6b a 6c znázorňují místo spojovacích přírub 22, 23 podle obr. 1 jednodílnou součást 39 ve tvaru trubky ke spojení a odvádění permeátu několika pouzder X modulu. Taková součást 39 může nahradit 16 spojovacích přírub podél osy 35 nebo 27 podle obr. 1. Detail A na obr. 6c znázorňuje západkové spojení 45 na spojovací trubce 35/ které rovněž v tomto případě aretuje pouzdro X modulu při zasunutí do součásti 39.

Obr. 7 znázorňuje rozpírací nástroj 40, který se opírá o spojovací příruby 21 na retentát dvou pouzder 3/ 5 modulů, která sousedí s pouzdrem 4 modulu, které chceme montovat. Rozpírací nástroj 40 má závitovou objímku 41 . která při ručním otáčení rukojetí 42 pohybuje dvěma protiběžnými čepy 43, 44 se závitem.

Obr. 8 znázorňuje výřez bokorysu systému pro membránovou filtraci při alternativním uspořádání k systému podle obr. 2. Sestavy 16' až 17' membránových modulů, zapojené do série, jsou při tomto alternativním uspořádání umístěny horizontálně.

Vstupy 18 retentátu sestav jsou napájeny sběrným z z potrubím, zde neznázorněným. Spojovací příruby 22 , 23 atd. na permeát zde spojují, na rozdíl od obr. 1, vždy pouzdra modulů různých sestav 16 až 17 . Přívod a odvod retentátu a permeátu přes sběrná potrubí odpovídá uspořádání podle obr. 1 a obr. 2.

Uspořádání podle obr. 8 může poskytovat tu výhodu, že boční odstupy sestav 16^z až 17 . podmíněné spojovacími přírubami 22 , 23' atd., mohou být užší.

Obr. 9 znázorňuje uspořádání spojovacích prvků 22 na sousedních pouzdrech 1__ modulů, jejichž odstup od koncových přírub 21' pouzder 1' modulu na retentát je větší, než trojnásobný průměr pouzdra 1__ modulu. Toto uspořádání má proti uepořádání na obr. 1 tu výhodu, že pouzdra modulů jsou na své celkové délce rovnoměrněji podpírána a že podpěrná funkce 180-ti stupňových oblouků 9 trubky na retentát bude lépe využita.

Obr. 10 znázorňuje pohled na druhé provedení slepého podpěrného prvku 36 ke spojení membránových modulů 1 , ležících vertikálně nad sebou, v systému podle vynálezu. Takové podpěrné prvky 36 se mohou vyskytovat mezi sousedními membránovými moduly 1 po jejich celé délce. Slouží, podobně jako na uspořádání na obr. 9, k rovnoměrnému stabilizování membránového modulu 1'.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Systém pro membránovou filtraci v příčném proudění s určitým počtem membránových modulů, ze kterých každý zahrnuje svazek (35, 35 ') několika membránových trubic, jejichž stěny mají funkci dělící membrány, jakož zahrnuje pouzdro (1-8, 1 , 1) modulů ve tvaru trubky k pojmutí membránových trubic, k přivádění média jako retentátu, které je třeba filtrovat a k odvádění filtrátu jako permeátu, přičemž každý membránový modul má po jedné spojovací přírubě (20, 21) k přívodu a odvodu retentátu, jakož alespoň jeden další spojovací otvor (22-25) k odvodu permeátu, vyznačující se tím, že každý membránový modul má alespoň čtyři další spojovací prvky (22-25), ze kterých alespoň dva slouží jako spojovací otvory pro odvod permeátu, které jsou umístěny na stranách pláště pouzdra (1-8, 1 ,1 ) modulu, že membránové moduly jsou na stranách spojeny přes spojovací prvky (22-25), ležící na z z plášti, s alespoň jednou sestavou (16, 17, 16, 17) membránových modulů a že permeát membránových modulů každé sestavy (16, 17, 16, 17) se odvádí přes spojovací otvory (22-25), ležící na plášti, skrz membránové moduly, spojené na straně.
2. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že spojovací prvky jsou konstruovány jako spojovací příruby (22-25).
3. Systém podle nároku 1 nebo 2, vyznačuj ící se tím, že spojení membránových modulů na stranách, přes spojovací prvky (22-25), umístěné na plášti (1-8, 1 ,1 ), drží samonosně membránové moduly v jejich sestavě.
4. Systém podle nároku 2, vyznačující se tím, že osy čtyř dalších spojovacích přírub (22, 25), z z z umístěných na stranách pláště pouzdra (1-8, 1,1) jsou • ·

umístěny rovině. v párech na pouzdru (1-8, 1 , 1 ) a leží v jedné 5. Systém podle nároku 4, vy znač u j í c í s e tím, že membránové moduly (1-Θ) sestavy (16, 17) jsou

navzájem spojeny pomocí dalších spojovacích přírub (24 , 25 ), které jsou umístěny v párech, svými osami v jedné rovině, na straně na plášti, při vřazení spojovacích trubek (37) .
6. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že osy všech dalších spojovacích prvků (22-25) pro všechny membránové moduly eestavy (16, 17) leží ve stejné rovině, přičemž každý membránový modul má první (22, 23) a druhý (24, 25) pár spojovacích prvků, které všechny leží na první (27) nebo druhé (26) společné ose.
7. Systém podle nároku 2a6, vyznačující se t i m, že vnitřní průměr trubkových spojek, které jsou tvořeny spojovacími přírubami (24, 25), umístěnými na straně pláště pouzdra modulu a spojenými navzájem a které elouží pro odvod permeátu, je větší, než průměr obalového válce svazku (35) membránových trubic, které leží v membránovém modulu.
8. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že pouzdra (1-8, 1 ,1 ) modulů ve tvaru trubky membránových modulů jsou zesílena mezi spojovacími prvky (22-25), umístěnými na stranách pláště, pomocí prostředků ke stabilizaci jejich tvaru.
9. SyBtém podle nároku 3, vyznačující se tím, že samonosné konstrukce sestav membránových modulů mezi spojovacími prvky, umístěnými na stranách pláště pouzder modulů, jsou stabilizovány slepými podpěrnými prvky (36, 36) mezi sousedními membránovými moduly.

• ·
10. Systém podle nároku 2, vyznačující se tím, že spojovací příruby (21) membránových modulů k přívodu a odvodu retentátu jsou umístěny na koncích pouzder (4) modulů a svými osami rovnoběžně b jejich osami, a že jedna spojovací příruba (21) na retentát a dvě k ní příčně ležící spojovací příruby (24, 25) na odvod permeátu jsou zhotoveny ve společné í ormě.
11. Systém podle nároku 5, vyznačující se t í m, Že membránové moduly jedné sestavy se nechají spolu s dalšími spojovacími přírubami (24 , 25 ), umístěnými svými osami v párech v jedné rovině na straně pláště, vysunout a zasunout mezi spojovací trubky (37), bez změny polohy spojovacích trubek (37).
12. Systém podle nároku 11, vyznačující se tím, že spojovací trubky (24, 25) pro další spojovací příruby membránových modulů jedné sestavy, které mají osy na stranách v párech umístěny v jedné rovině, mají opěrné plochy (38) pro rozpírací nástroj, který se může použít při demontáži nebo montáži membránového modulu v sestavě k rozepření membránových modulů, které s ním sousedí po stranách.
13. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že středy spojovacích prvků (22 ), umístěných na stranách na plášti pouzdra (1 ) modulu, jsou umístěny na plášti v určitém odstupu od další následující spojovací příruby (21 ) na retentát, kterýžto odstup je větší, než trojnásobek průměru pouzdra (1 ') modulu ve tvaru trubky.
14. Systém podle nároku 6, vyznačující se t í m, že navzájem si odpovídající spojovací prvky, které jsou umístěny na stranách plášťů pouzder (1) modulů a které patří k alespoň dvěma navzájem sousedícím membránovým modulům, jsou navzájem spojeny jednodílnou součástkou (39), ve které jsou • · • · membránové moduly drženy zastrčením.
15. Modul (1-8) pro systém pro membránovou filtraci podle jednoho z nároků 1 až 14,vyznačuj ící se tím, že má po jedné spojovací přírubě (20, 21) k přívodu a odvodu retentátu, jakož alespoň čtyři další spojovací prvky (22-25), ze kterých alespoň dva slouží jako spojovací otvory pro odvod permeátu, které jsou umístěny na stranách pláště pouzdra (4) modulu.
16. Rozpírací nástroj k demontáži nebo montáži membránového modulu v sestavě systému pro membránovou filtraci podle jednoho z nároků 5 nebo 12, vyznačující se tím, že rozpírací nástroj k opření o spojovací trubky (24, 25) je vhodný pro další spojovací příruby membránových modulů sestavy, sousedících s membránovým modulem, který chceme montovat, a které leží svými osami v párech v jedné příčně ležící rovině.
17. Rozpírací nástroj (40) k demontáži nebo montáži membránového modulu (4) v sestavě systému pro membránovou filtraci podle nároku (11), vyznačující se tím, že rozpírací nástroj (40) je vhodný k opírání na spojovacích přírubách (21) k přívodu nebo odvodu retentátu membránových modulů (3, 5) sestavy, které sousedí s membránovým modulem (4), který chceme montovat.