CZ280986B6

CZ280986B6 - Membránové filtrační zařízení

Info

Publication number: CZ280986B6
Application number: CZ95673A
Authority: CZ
Inventors: Vasili Ivanovič Bibilejšvili
Original assignee: Vasili Ivanovič Bibilejšvili; Slunečko Pavel Dr. Ing. Csc.
Priority date: 1995-03-15
Filing date: 1995-03-15
Publication date: 1996-05-15
Also published as: CZ67395A3

Abstract

Membránové filtrační zařízení sestává z dvojice přírub (1, 2), mezi kterými je uspořádán nejméně jeden membránový element (3), tvořený dutým drenážním tělesem (4) na které z obou stran přiléhají membrány (5). V každém membránovém elementu (3) je vytvořena dvojice protilehle uspořádaných hlavních otvorů (6, 7), ve kterých jsou vloženy horní a dolní těsnící nákružky (8, 9). Nad horními těsnícími nákružky (8) i pod dolními těsnícími nákružky (9) jsou vytvořeny radiální kanály (10), spojující hlavní otvory (6, 7) s výtlačnými komorami (11). Ve středu každého membránového elementu (3) je vytvořen centrální otvor (12), spojený s přívodem (13) přídavného proudu a opatřený horním a dolním centrálním nákružkem (14, 15). Nad horním centrálním nákružkem (14) a pod dolním centrálním nákružkem (15) jsou vytvořeny střední radiální kanály (16), spojující centrální otvor (12) s výtlačnými komorami (11). Na pravý hlavní otvor (6) je připojen vstup (17) filtrované směsi a na levý hlavní otvor (7) naŕ

Description

Membránové filtrační zařízení

Oblast techniky

Vynález se týká membránového filtračního zařízení, sestávajícího z dvojice přírub, mezi kterými je uspořádán nejméně jeden membránový element, tvořený dutým drenážním tělesem, na které z obou stran přiléhají membrány.

Dosavadní stav techniky

Známé membránové filtrační zařízení podle SU AO 1400637 sestává ze dvou přírub s přípojkami pro vstup rozdělované směsi a vývod produktu. Mezi těmito přírubami z membrán a mezilehlých pravoúhlých prvků které tvoří výtlačné komory. Každý střední opatřené dodatečným vstupem rozdělované směsi mem vnitřních kanálů, které mají výtlačné komory. K nedostatkům tohoto zařízení patří zejména to, že dodatečný proud turbulizující tekutiny se dodává do výtlačné komory cestou sprchování přes kanály a otvory mezilehlých vstupních prvků. Tím dochází k nerovnoměrnému vyčištění povrchu membrán. Na místech přímého dopadu proudu turbulizující tekutiny totiž probíhá intenzívní vyčištění membrán, ale na ostatních místech je čištění méně efektivní. Nerovnoměrným čištěním pochopitelně dochází k inkazivnímu ucpávání otvorů méně vyčištěných ploch membrány a v důsledku toho se proud tekutiny přes membránu postupné snižuje, a tím se snižuje produktivita přístroje.

je uložena jednotka a těsnicích vložek, prvek má tvar desky, , spojeným se systémnožinu výstupních otvorů do

Na druhé straně v důsledku toho, že při sprchování proud dodatečné tekutiny dopadá na membránu s určitým tlakem, vzniká nebezpečí opotřebování, porušení až strukturální změny membrán, což záporně působí na jejich selektivitu a dobu použití.

Dále je známé membránové filtrační zařízení (Dytněvský J.I., Zpětná osmoza a ultrafiltrace. M. Chemie, 1978), sestávající ze dvou přírub s přípojkami vstupu rozdělované směsi a výstupu produktu, mezi kterými je uspořádána jednotka membránových středních prvků kruhového tvaru. Každý střední prvek má tvar desky s koncentrovanými turbulizujícími žebry v daném odstupu. Taková konstrukce turbulizátoru umožňuje měnit průřez výtlačné komory při proudu tekutiny z centra k periferii přístroje a naopak.

Nedostatkem tohoto zařízení je v první řadě to, že v kruhových prostotách mezi žebry, tj. v zónách zvětšení průřezu výtlačné komory a snížení rychlosti toku, dochází k nahromadění částic, oddělených v průběhu zpracování tekutin, čímž dochází ke znečištěni membrán v těchto zónách, a v konečném důsledku k ucpávání otvorů membrán. Dochází ke značnému snížení aktivního průřezu membrán a produktivity přístroje.

Zónová turbulizace cestou zvýšení rychlosti v zónách za prvé nezabezpečuje udržení maximálně možné produktivity pro konkrétní membránu a za druhé značně zvyšuje energetické náklady na uskutečnění procesu v důsledku zvýšení odporu zařízení. Kromě toho použití turbulizátorů ve tvaru celistvé desky a jejich navlékání na osy přístroje se značným přesahem podstatné zvyšuje materiálo

-1CZ 280986 B6 vé náklady na jeho výrobu a komplikuje provoz membránových zařízení .

K nedostatkům tohoto známého zařízení patří také to, že v průběhu zpracování dochází ke značnému zvýšení teploty rozdělované tekutiny, zejména při vysokém tlaku v průběhu ultrafiltrace nebo zpětné osmózy. Proto také zpracování termolabilních materiálů, tj. většiny potravinářských výrobků a preparátů, v těchto přístrojích bez ztráty jejich kvality, je značně obtížné a vyžaduje použití výměníků tepla.

Podstata vynálezu

Shora uvedené nedostatky odstraňuje membránové filtrační zařízení, sestávající z dvojice přírub, mezi kterými je uspořádán nejméně jeden membránový element, tvořený dutým drenážním tělesem, na které z obou stran přiléhají membrány, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že v každém membránovém elementu je vytvořena dvojice, protilehle uspořádaných, hlavních otvorů, ve kterých jsou vloženy horní a dolní těsnicí nákružky. Nad horními těsnicími nákružky i pod dolními těsnicími nákružky jsou vytvořeny radiální kanály, spojující hlavní otvory s výtlačnými komorami. Ve středu každého membránového elementu je vytvořen centrální otvor, spojený s přívodem přídavného proudu a opatřený horním a dolním centrálním nákružkem. Nad horním centrálním nákružkem a pod dolním centrálním nákružkem jsou vytvořeny střední radiální kanály, spojující centrální otvory s výtlačnými komorami. Na pravý hlavní otvor je připojen vstup filtrované směsi a na levý hlavní otvor navazuje cirkulační výstup, přičemž výstup přefiltrované látky je uspořádán na boku dutého drenážního tělesa.

Výhodou zařízení podle vynálezu je, že k intenzívní turbulizaci proudu nedochází zvyšováním rychlosti jako u známých zařízení, ale střetáváním proudění v důsledku konstrukčního uspořádání zařízení. Navíc proud, postupující podél membrán, brání usazování nečistot, což prodlužuje interval mezi výměnou znečištěných membrán a udržuje vysokou produktivitu.

Přítomnost přídavného proudu v zařízení umožňuje zjednodušit a efektivněji uskutečnit odsolování roztoků makromolekul odstraněním iontů a makromolekulových příměsí, změnu solného složení, čištění albuminu, syrovátky a jiných tekutin metodou diafiltrace, která se v současné době provádí přidáváním rozpouštědla do výchozího roztoku.

Přídavným proudem je možné odstraňovaný filtrát nepřetržitě nahrazovat čerstvým rozpouštědlem a ředit roztok přímo v každé výtlačné komoře, čímž se předchází narůstání koncentrace membránou zachycených látek.

Pro další zvýšení intenzity turbulizace proudu je výhodné, když je membránové filtrační zařízení opatřeno nejméně dvěma membránovými elementy, mezi kterými je uspořádán obvodový těsnicí

kroužek s těsnicího těsnicích

turbulizačními výstupky, vytvořenými na vnitřní ploše kroužku, přivrácené do výtlačné komory. Pro zlepšení schopností kroužků je výhodné, když jsou na horní

i dolní ploše opatřeny nejméně dvěma soustřednými kruhovými výstupky.

-2CZ 280986 B6

Z výrobního hlediska je výhodné, když jsou horní a dolní příruba spojeny centrálním svorníkem, který prochází centrálním otvorem každého membránového elementu. Vnější průměr centrálního svorníku je alespoň v oblasti membránového elementu menší než vnitřní průměr horního a dolního centrálního nákružku.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže osvětlen pomocí připojeného výkresu, kde na obr. 1 je první příklad provedení membránového filtračního zařízení podle vynálezu v částečné rozloženém osovém řezu, na obr. 2 je řez rovinou A - A z obr. 1, na obr. 3 je druhý příklad provedení membránového zařízení podle vynálezů v osovém řezu, na obr. 4 je pohled shora na zařízení z obr. 3 a na obr. 5 je zvětšený detail B z obr. 3.

Příklady provedení vynálezu

První příklad provedení membránového filtračního zařízení je znázorněn na obr. 1 a 2. Zařízení sestává z horní příruby 1 a dolní příruby 2, které jsou osově spojeny centrálním svorníkem 22. Mezi přírubami 1 a 2 je uspořádáno pět membránových elementů

3. Každý membránový element 2 je tvořen kruhovým drenážním tělesem 4, jehož horní a dolní povrch je pokryt soustavou otvorů pro vstup přefiltrované látky. Výstup 19 přefiltrované látky je uspořádán na boku dutého drenážního tělesa £. Na drenážní těleso 4 přiléhají z obou stran membrány 5. V každém membránovém elementu 2 jsou protilehle uspořádány pravý a levý hlavní otvor 6 a 7, ve kterých jsou vloženy horní těsnicí kroužky 8 a dolní těsnicí kroužky 9. V celkové sestavě jsou nad horními i pod dolními těsnicími kroužky 8 a 9 uspořádány radiální kanály 10. Mezi jednotlivými membránovými elementy 2 jsou vytvořeny výtlačné komory 11, utěsněné na obvodu obvodovými těsnicími kroužky 20. které mají na vnitřní ploše turbulizační výstupky 21 podle obr.

2. Obvodové těsnicí kroužky 20 mají navíc na horní a dolní ploše tři, s odstupem uspořádané, kruhové výstupky 23 pro dokonalé utěsnění. Ve středu každého membránového elementu 2 j^e vytvořen centrální otvor 12.· Ve všech centrálních otvorech 12 jsou vloženy horní a dolní centrální nákružky 14 a 15, jejichž vnitřní průměr je vétší než průměr centrálního svorníku 22.· Pod i nad centrálními nákružky 14 a 15 jsou vytvořeny střední radiální kanály 16. spojující centrální otvor 12 s jednotlivými výtlačnými komorami 11. Do výtlačných komor 11 jsou také zaústěny radiální kanály 10, spojující výtlačné komory 11 s pravým hlavním otvorem 6 a levým hlavním otvorem 7.

Na pravý hlavni otvor 6 je připojen vstup 17 filtrované směsi a na levý hlavní otvor 7 navazuje cirkulační výstup 18. Přívod 13 přídavaého proudu filtrované směsi je připojen na centrální otvor 12.

Jak je ze shora uvedeného zřejmé, jsou jednotlivé membrány 5 sevřeny a utěsněny horními a dolními těsnicími nákružky 2 ^a 9./ horními a dolními centrálními nákružky 14 a 15 a obvodovými těsnicími kroužky 20.

U horní příruby 1 a dolní příruby 2 jsou membránové elementy 2 utěsněny gumovým kroužkem, uloženým v drážce příslušné příruby.

-3CZ 280986 B6

Centrální svorník 22 má na obou koncích zmenšený průměr a je zde opatřen závity. Na dolním konci je opatřen stupňovitým osazením, kolem kterého je obepnut dolní gumový 0-kroužek 24, dotlačovaný dolní maticí 25 proti dolní přírubě 2,. Horní matice 26 dotlačuje horní gumový 0-kroužek 27 proti horní přírubě přes dvojici plovoucích podložek.

Zařízení pracuje následujícím způsobem.

Směs, která má být filtrována se do membránového filtračního zařízení přivádí jednak vstupem 17 filtrovací směsi v dolní přírubě 2 a jednak přívodem 13 přídavného proudu. Ze_fcvstupu 7 proudí směs prvým horním otvorem 6 a radiálními kanály 10 do výtlačných komor 11. Ve výtlačných komorách 11 prochází membránami 5, kde se přefiltruje a vstupuje do dutých drenážních těles

4. Přefiltrovaná látka se odvádí z drenážních těles 4 výstupem 19 přefiltrované látky. Přebytek směsi, který neprošel membránami

5, postupuje ve výtlačných komorách 11 od pravého hlavního otvoru 6 k levému hlavnímu otvoru 7, do kterého vstupuje příslušnými radiálními kanály 10 podle obr. 2 a je cirkulačním výstupem 18 odváděn zpět do neznázorněné nádrže. Do výtlačných komor 11 zároveň vstupuje přívodem 13., centrálním otvorem 12 a středními radiálními kanály 16 přídavný proud směsi, která má být filtrována. Tento přídavný proud, tím že rozbíjí hlavní proud, vytváří ve výtlačných komorách 11 turbulentní proudění, které jednak snižuje nebezpečí usazování látek na membránách .5 a jednak přispívá ke zlepšení procesu filtrace. Přídavný proud zároveň průběžné ochlazuje filtrovanou směs, což je důležité zejména u termolabilních směsí. Odpadá proto nutnost instalace výměníků tepla pro mezichlazení.

K vytvoření turbulentního proudění ve výtlačných komorách 11 přispívají dále turbulizační výstupky 21 na obvodových těsnicích kroužcích 20. Na tyto turbulizační výstupky 21 proud naráží, čímž také dochází ke vzniku turbulentního proudění.

Druhý příklad provedení membránového filtračního zařízení podle vynálezu je znázorněn na obr. 3, 4 a 5. Jedná se o zařízení pro čištění pitné vody v domácnosti od jakýchkoliv vedlejších příměsí, bakterií a mikroorganismů.

Od shora popsaného prvního příkladu provedení se toto zařízení liší tím, že horní a dolní příruby 1 a 2 nejsou spojeny centrálním svorníkem 22. Zařízení obsahuje pouze jeden membránový element £ a obvodové těsnění tvoří gumový kroužek 29 bez turbulizační ch výstupků 21.

Vstup 17 filtrované směsi, v tomto případě vody, a přívod 13 přídavného proudu jsou opatřeny společným nátrubkem 28, na který se přivádí voda z vodovodu. Přefiltrovaná vodák se odebírá výstupem 19. Přebytečná voda odchází cirkulačním výstupem 18 do umyvadla. Vlastní funkce zařízení je stejná jako u prvního příkladu provedení.

Druhý příklad membránového filtračního zařízení umožňuje měnit membrány 5 jednou za 10 až 12 měsíců provozu, za předpokladu, že membrány 5 jsou jednou za 30 až 45 dní vyjmuty a proplách-4CZ 280986 B6 nuty pod tekoucí vodou. Také montáž je velmi snadná, protože stačí zařízení připojit hadičkou na vodovodní kohoutek.

Průmyslová využitelnost

Membránové filtrační zařízení podle vynálezu může být využito k filtraci roztoků metodami mikrofiltrace a zpětné osmózy, a to zejména v potravinářství, chemii, mikroelektronice, mikrobiologii, farmacii, medicíně, biotechnologii, energetice a zemědělství .

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY filtrační kterými tvořený zařízení, sestávající z dvojice přírub je uspořádán nejméně jeden membránový dutým drenážním tělesem (4), na které přiléhají membrány (5), vyznačující že v každém membránovém elementu (3) je vytvořeprotilehle uspořádaných, hlavních otvorů (6, 7), vloženy horní a dolní těsnicí nákružky (8, nad horními těsnicími nákružky (8) i pod dolními nákružky (9) jsou vytvořeny radiální kanály (10), hlavni otvory (6,7) každého membránového

Membránové (1, 2),mezi element (3), z obou stran se tím, na dvojice, ve kterých jsou 9), přičemž těsnicími spojující hlavni otvory (6, 7) s výtlačnými komorami (11), a ve středu každého membránového elementu (3) je vytvořen centrální otvor (12), spojený s přívodem (13) přídavného proudu a opatřený horním a dolním centrálním nákružkem (14, 15), kde nad horním centrálním nákružkem (14) a pod dolním centrálvytvořeny střední radiální kanály s výtlačným i komorami je připojen vstup (17) ním nákružkem (15) jsou (16), spojující centrální otvor (12) (11), a na pravý hlavní filtrované směsi a na levý hlavni otvor (7) navazuje cirkulační výstup (18), přičemž výstup (19) přefiltrované látky je uspořádán na boku dutého drenážního tělesa (4).

otvor (6)
2. Membránové filtrační zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že je opatřeno nejméně dvěma membránovými elementy (3), mezi kterými je uspořádán obvodový těsnicí kroužek (20) s turbulizačními výstupky (21), vytvořenými na vnitřní ploše těsnicího kroužku (20), přivrácené do výtlačné komory (11).
3. Membránové filtrační zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že obvodové těsnicí kroužky (20) jsou na horní a dolní ploše opatřeny nejméně dvěma soustřednými kruhovými výstupky (23).
4. Membránové filtrační zařízení podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že horní a dolní příruba (1, 2) jsou osově spojeny centrálním svorníkem (22), který prochází centrálním otvorem (12) každého membránového elementu (3), přičemž vnější průměr centrálního svorníku (22) je alespoň v oblasti membránového elementu (3) menší než vnitřní průmě^ horního a dolního centrálního nákružku (14, 15).