PL185963B1

PL185963B1 - Moduł membranowy układu do filtracji w przepływiepoprzecznym

Info

Publication number: PL185963B1
Application number: PL97327670A
Authority: PL
Inventors: Eduard Hartmann
Original assignee: Bucher Guyer Ag
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 2003-09-30
Also published as: ES2234004T3; ZA979980B; DK0891221T3; MD980186A; CA2242332C; EP0891221A1; AU4697297A; CN1207053A; AU730731B2; DE59712113D1; JP2000504272A; MD1858C2; PL327670A1; RO120051B1; HUP9902001A2; CA2242332A1; LT4446B; MD1858B2; JP4186130B2; EP0891221B1

Abstract

1 1. Modul membranowy ukladu do filtracji w przeplywie poprzecznym, skla- dajacy sie z wielu równolegle usytuowa- nych membran rurowych, które na poczatku i przy zakonczeniu uchodza do wspólnej rury zbiorczej dla uzyskania równoleglego doprowadzania rozdzielanej mieszaniny substancji, przy czym równolegle usytu- owane membrany rurowe sa wygiete, zna- mienny tym, ze co najmniej dwie membra- ny rurowe (6) zmontowane sa tworzac jed- na wiazke (7), przy czym wszystkie mem- brany rurowe (6) w jednej wiazce maja taka sama dlugosc i membrany rurowe (6) kaz- dej wiazki (1) zwiniete sa w zwój (8), a wieksza ilosc takich wiazek (7) usytu- owana jest równolegle wzgledem siebie na wspólnych rurach zbiorczych (4, 5, 4’, 5', 4", 5"), przy czym pojedyncze wiazki (7) leza wspólosiowo wzgledem siebie. F IG . 1a PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest moduł membranowy układu do filtracji w przepływie poprzecznym, zwłaszcza soków owocowych, środków spożywczych albo ścieków.

Tego rodzaju moduły membranowe obejmują przeważnie kilka rur membranowych działających jako filtry. Rurowe membrany są wykonane jako porowate rury, które albo same są wykonane jako filtry albo na swojej powierzchni mają naniesione membrany filtracyjne z materiałów organicznych albo nieorganicznych. Znane są membrany rurowe z membranami nałożonymi wewnątrz albo na zewnątrz. Ich średnice wewnętrzne wynoszą od kilku dziesiątych milimetra aż do około 100 milimetrów.

Z opisu USA 3 294 504 znany jest sposób wytwarzania wiązek włókien, składających się z włókien giętkich lub sztywnych. Wykonane są one przykładowo ze szkła i są stosowane do oddzielania lub oczyszczania substancji gazowych, przykładowo przy wytwarzaniu czystego helu.

Aby przy użytkowej wydajności filtrowania osiągnąć długości konstrukcyjne modułów membranowych umożliwiających ich przenoszenie, w prostej otoczce rurowej jest zamontowana mała albo większa ilość prostych membran rurowych. Taka rura modułowa posiada jeden, wspólny dla wszystkich membran rurowych wspólny wlot i wylot filtrowanego medium oraz jeden albo dwa wyloty dla przesącza.

Znane są również moduły membranowe, które są wykonane jako tak zwane moduły nawijane. Membrany filtracyjne uformowane podobnie do sukna są nawijane na podłużne rolki, w których przepływ filtrowanego medium oraz wypływ przesącza następuje poprzez nawinięty, cienki, elastyczny element dystansowy albo siatkę. Za pomocą membran rurowych o średnicy kilku milimetrów mogą. być przerabiane bez niebezpieczeństwa zapchania również mieszaniny substancji z wysokim udziałem ciał stałych, jak na przykład wytłaczane soki owocowe.

Ponieważ odniesiona do powierzchni wydajność właściwa filtracji znanych membran rurowych z polisulfonu jest relatywnie mała, dla uzyskania większych, ekonomicznie użytecznych wydajności filtracji, łączy się razem w jednym układzie szeregowo i równolegle pewną liczbę modułów, z których każdy obejmuje na przykład 19 membran rurowych o długości po 3 metry.

Gdy liczba połączonych szeregowo modułów jest wysoka (znane są układy mające po 16 modułów w szeregu), wtedy są one łączone ze sobą za pomocą kształtek łukowych o kącie 180°. Gdy do tego zespół obejmuje równocześnie 5 równolegle biegnących szeregów, wtedy 80 modułów musi stanowić możliwie najbardziej zwartą jednostkę. Powierzchnia membran filtracyjnych może mieć wtedy około 180 m². Poszczególne moduły są ułożone na ramionach nośnych

185 963 podstawy i wykonuje się liczne połączenia dla filtrowanego medium i dla przesącza. Wynikają przy tym następujące problemy:

- Dla każdego modułu konieczne są 4 przyłącza rurowe i 2 - 3 podstawki na ramionach nośnych. Przy układzie składającym się z 80 modułów prowadzi to do 80 łuków łączących, 85 połączeń wężami (przewodami giętkimi) oraz 320 przyłączy, a więc do wysokich kosztów układu i zmniejszenia jego opłacalności.

- Membrany oddzielające mają ograniczoną trwałość. Moduły membranowe są więc częściami podlegającymi szybkiemu zużyciu i w pewnych odstępach czasu muszą być wymieniane. Koszty montażu i demontażu oraz skomplikowana konstrukcja powodują, że koszty takiego układu są ogromne.

Przedmiotem wynalazku jest moduł membranowy układu do filtracji w przepływie poprzecznym, składający się z wielu równolegle usytuowanych membran rurowych. Membrany te na początku i przy zakończeniu uchodzą do wspólnej rury zbiorczej dla uzyskania równoległego doprowadzania rozdzielanej mieszaniny substancji, przy czym równolegle usytuowane membrany rurowe są wygięte.

Istota wynalazku polega na tym, że co najmniej dwie membrany rurowe zmontowane są tworząc jedną wiązkę, przy czym wszystkie membrany rurowe w jednej wiązce mają taką samą długość i membrany każdej wiązki zwinięte są w zwój. Większa ilość takich wiązek usytuowana jest równolegle względem siebie na wspólnych rurach zbiorczych, przy czym pojedyncze wiązki leżą współosiowo względem siebie.

Korzystnie, kształt zwiniętych membran rurowych jest stabilizowany za pomocą taśmy podtrzymującej, przy czym membrany rurowe posiadają na swojej zewnętrznej powierzchni elementy dystansowe w postaci drutu owiniętego wokół membran rurowych.

W rozwiązaniu według wynalazku, przynajmniej jedna zwinięta membrana rurowa jest wyposażona w płytę podpierającą, która przebiega promieniowo przez zwój.

Wiązka membran rurowych uchodzi z obydwu stron bezpośrednio do rur zbiorczych, przy czym wiązki membran rurowych są przyłączone do rur zbiorczych za pomocą elementów szybkozłącznych, a każde przyłącze membran rurowych przyłączone jest pojedynczo za pomocą elementów szybkozłącznych, lub za pomocą złącz odlewanych.

Zwinięte membrany rurowe są umieszczone wewnątrz zamkniętego zbiornika, a rury zbiorcze, jak również przynajmniej jeden przewód rurowy jest wyprowadzony na zewnątrz przez ścianę korpusu zbiornika, przy czym wiązki rur posiadają oddzielne rury zbiorcze.

Przewód rurowy, wspomniany powyżej stanowi korpus nawojowy membran rurowych a oś uzwojenia nawiniętych membran rurowych jest usytuowana poziomo, przy czym uzwojenie membran rurowych przebiega tylko osiowo wokół osi uzwojenia, które jako uzwojenie płaskie w postaci tarczy, patrząc wzdłuż osi uzwojenia składa się tylko z dwóch warstw.

Korzystnie, przynajmniej jedno uzwojenie wykonane w kierunku osiowym do osi uzwojenia w formie uzwojenia płaskiego, w postaci tarczy, składa się tylko z jednej warstwy, przy czym jedna ze wspólnych rur zbiorczych jest usytuowana wewnątrz, w pobliżu osi uzwojenia, a druga wspólna rura zbiorcza w pobliżu zewnętrznego obwodu płaskiego uzwojenia.

W rozwiązaniu według wynalazku, membrany rurowe mają średnicę wewnętrzną większą niż 6 mm.

Membrany rurowe jednego modułu membranowego posiadają powierzchnię filtracji o wymiarze co najmniej 2θ m² i usytuowane są wewnątrz zamkniętego zbiornika, który stanowi zbiornik oddzielanej substancji, przy czym w ścianie tego zbiornika, na różnych poziomach wysokości są umieszczone czujniki poziomu przesącza oddzielanej substancji.

Należy podkreślić że co najmniej jedno uzwojenie z przejściowych, promieniowo zwiniętych, jedna obok drugiej membran rurowych o równej długości, wykonane w kierunku osiowym do osi uzwojenia w formie uzwojenia płaskiego w postaci tarczy, składa się tylko z dwóch warstw, przy czym w kierunku promieniowym, kolejność membran rurowych w grupie jednej warstwy jest odwrotna w stosunku do innej warstwy.

Okazało się, że można osiągnąć zgodny z wynalazkiem układ ze znanymi membranami rurowymi, które można wyginać z promieniem gięcia mniejszym niż 20- krotna wartość śred185 963 nicy wewnętrznej, bez uszkodzenia warstwy membranowej. Membrany rurowe z materiałów organicznych o potrzebnych długościach są dostępne w handlu. Znane membrany rurowe z materiałów nieorganicznych, jak na przykład spiek metalowy, można wykonać w potrzebnych długościach z handlowych odcinków rur od 1 m długości przez wyginanie, łączenie za pomocą spawania i powlekanie membraną.

Moduły membranowe według wynalazku w porównaniu do znanych modułów dają tę korzyść, że umożliwiają większą gęstość upakowania i mają prostszą konstrukcję. W porównaniu z wyżej opisanym układem zbudowanym z 80 znanych modułów membranowych, zespół złożony z modułów według wynalazku jest mniejszy i prostszy konstrukcyjnie. Taką samą powierzchnię filt^ac^j^ około 180 m² zapewnia układ o średnicy zewnętrznej około 1,4 m i wysokości również 1,4 m. Zamiast wspomnianych 320 przyłączy potrzebne są tylko 3 przyłącza. Przy tym membranowa powierzchnia filtracyjna jest utworzona przez 150 równoległych rur membranowych o średnicy wewnętrznej około 7 mm i długości po 55 m.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1a przedstawia moduł membranowy według wynalazku do oddzielania membranowego w pionowym przekroju B-B według fig. 1b, fig. 1b - poziomy przekrój A-A modułu membranowego według fig. 1a, fig. 2a - przekrój cząstkowy C-C według fig. 2b rury zbiorczej dla membran rurowych na początku albo na końcu uzwojenia, fig. 2b - widok od strony czoła na rurę zbiorczą dla membran rurowych według fig. 2a, fig. 3 - wariant modułu membranowego według wynalazku do oddzielania membranowego w przekroju pionowym, fig. 4a - dalszy wariant modułu membranowego według wynalazku do oddzielania membranowego w przekroju pionowym w kombinacji ze zbiornikiem odsącza, fig. 4b - poziomy przekrój cząstkowy D-D według fig. 4a przez rurę zbiorczą dla membran rurowych na początku albo na końcu uzwojenia, fig. 5 - przekrój poprzeczny przez wiązkę kilku membran rurowych uzwojenia w module membranowym według fig. la z elementami dystansowymi między membranami rurowymi, fig. 6 - przekrój przez elementy dystansowe uformowane na membranach rurowych, fig. 7 - widok wariantu elementów dystansowych uformowanych na membranie rurowej, fig. 8 - widok elementu dystansowego w postaci drutu nawiniętego wokół membrany rurowej, fig. 9 - widok trzech membran rurowych, wykonanych jako jeden element stykających się ze sobą wzdłuż długości, fig. 10a - przekrój promieniowy przez dwa płaskie uzwojenia w postaci tarcz, każde wykonane z jednej tylko ciągłej membrany rurowej, fig. lOb schemat zwinięcia płaskiego uzwojenia z dwóch warstw według fig. 10a, fig. 11 - osiowy przekrój cząstkowy przez moduł membranowy z poziomą osią nawinięcia membrany rurowej, fig. 12 - schemat nawinięcia dla dwóch umieszczonych w module membranowym jeden obok drugiego uzwojeń z membrany rurowej, fig. 13 - widok membrany rurowej do zwinięcia w formie wykonanej jako rura spłaszczona, fig. 14 - moduł membranowy według wynalazku do oddzielania membranowego ze zbiornikiem oddzielonej substancji, fig. 15 - schemat układu do oddzielania membranowego mieszaniny substancji z modułem membranowym według fig. 14, fig. 26 - moduł membranowy według wynalazku, w którym wiele membran rurowych o pionowych osiach zwinięcia jest umieszczonych jedna nad dragą fig. 17a, 17łb - dwa widoki modułu membranowego, w którym kilka membran rurowych jest umieszczonych między płytami podpierającymi na półkach w postaci szuflad w sposób pozwalający na ich wymianę, fig. 18 moduł membranowy według wynalazku z wieloma membranami rurowymi, który za pomocą urządzenia do przechylania może być usytuowany pionowo i poziomo, fig. 19 - moduł membranowy według wynalazku, w którym wiele membran rurowych o poziomych osiach zwinięcia jest umieszczonych obok siebie, w widoku bocznym, fig. 20 - moduł membranowy według fig. 19 w widoku osiowym, fig. 21a, 21 b, 21c - moduł membranowy według wynalazku z wieloma poziomo umieszczonymi membranami rurowymi i ze zbiornikiem, który może odjeżdżać, w różnych widokach, fig. 22 - płaskie uzwojenie w postaci tarczy z tylko jedną ciągłą membraną rurową w pojemniku w postaci pudełka do zamocowania i wymiany uzwojenia, fig. 23a - płaskie uzwojenie w postaci tarczy z tylko jednej ciągłej membrany rurowej z płytą podpierającą dla poprawienia stabilności, fig. 23b, 23c - dwa warianty płyt podpierających według fig. 23a, fig. 24 - schemat dwuwarstwowego płaskiego uzwojenia w postaci tarczy wykonanych z dwóch ciągłych membran rurowych dla zwiększenia średnicy i powierzch6

185 963 ni filtracyjnej uzwojenia, fig. 25 - schemat połączeń trzech zespołów po trzy membrany rurowe z rurami zbiorczymi między zespołami, które to rury służą jako komory mieszania, fig. 26a, 26b, 26c - szczegóły połączenia za pomocą zamka szybkomocującego membran rurowych z rurą zbiorczą według fig. 17, fig. 27 - ukształtowanie połączenia zwiniętej wiązki membran rurowych z rurą zbiorczą według fig. 2a, przy którym kilka membran rurowych o tej samej długości jest usytuowanych od strony czołowej „w schodki”, fig. 28 - przerwę między zwiniętymi wiązkami membran rurowych w module membranowym według fig. la ukształtowaną jako komora mieszania z ustawieniem stopniowanym membran rurowych o jednakowej długości w obu częściach wiązki od strony czołowej.

Figury 1a i fig. 1b pokazują po jednym przekroju modułu membranowego, w którym membrany rurowe są zwinięte wokół pionowej osi. Moduł membranowy obejmuje zamknięty zbiornik 1, który składa się z części dolnej 2 i z nałożonej na nią szczelnie, ale połączonej rozłącznie części górnej 3. Jak pokazuje fig. 1a do części górnej 3 są wprowadzone z boków dwie rury zbiorcze 4, 5 przeznaczone dla dużej liczby membran rurowych 6. Jak widać, część każdej rury zbiorczej 4, 5 znajduje się wewnątrz zamkniętego zbiornika 1. Membrany rurowe tworzą ciągłą wiązkę 7, która łączy rury zbiorcze 4 i 5 w zwiniętą postać 8 albo w uzwojeniu nawinięta jest na pionowy korpus uzwojenia 9, spełniający rolę elementu nośnego.

Figury 2a i 2b pokazują w przekroju cząstkowym i w widoku osiowym koniec rury zbiorczej 4 albo 5. Jak widać na fig. 2a, duża liczba membran rurowych 6 tworząca wiązkę 7 jest skręcona w rodzaj liny. Celem tego skręcenia jest umożliwienie prowadzenia wiązki 7 w zwiniętej postaci 8 po linii krzywej, bez uszkodzenia membran rurowych 6. Membrany rurowe 6 są przymocowane do końca rury zbiorczej 4 za pomocą zalania odpowie dnią masą zalewową 10.

Mieszanina substancji przeznaczonych do oddzielenia, na przykład wyciśnięty sok owocowy, jest doprowadzona pod ciśnieniem jedną z rur zbiorczych 4, 5, gdzie przepływa równolegle przez dużą liczbę membran rurowych 6. Odpowiednio z drugiej rury zbiorczej 5 albo 4 jest ona odprowadzana. Po drodze prowadzącej przez membrany rurowe 6 część mieszaniny substancji z odpowiednio drobnymi cząsteczkami zostaje w znany sposób oddzielona poprzez membrany i jako przesącz dostaje się do wolnej przestrzeni zbiornika 1 otaczającej zwiniętą postać 8. Z tej przestrzeni przesącz, przez korpus uzwojenia 9, służący równocześnie jako rura zbiorcza, dostaje się do odpływu 11 przeznaczonego dla substancji oddzielonej. Jak pokazuje fig. la, korpus uzwojenia 9 w swoim dolnym obszarze tworzy postać talerza służącego do podparcia rur w zwiniętej postaci 8. Aby membrany oddzielające rur membranowych 6 pozostawały zawsze zwilżone, odpływ 11 jest umieszczony u góry. Cała zwinięta postać 8 wiązki 7 z rurami zbiorczymi 4, 5 i 9 może być wymontowana z dolnej części 2 zbiornika 1 w celu kontroli. Również dla kontroli jest umieszczony w dolnej części 2 wziernik 12. Do spuszczania przesącza zbiornik posiada na dole zamykany spust 13 a u góry jest przewidziany upust powietrza (zawór odpowietrzający) 14.

W wariancie modułu membranowego pokazanym na fig. 3 na funkcje poszczególnych elementów konstrukcyjnych wskazują oznaczenia wyjaśnione już odnośnie do fig. la. Rury zbiorcze 4, 5 jako przyłącza dla filtrowanej mieszaniny są tu umieszczone w dolnej części 2 zbiornika 1, a dla przesącza jest przewidziany odpływ 11 u góry górnej części 3 zbiornika. Dla prac przy zwiniętej postaci 8, a więc dla zdjęcia górnej części zbiornika, musi być jedynie odłączony przewód przesącza podłączony do wylotu 11. Zwinięta postać 8 jest umocowana za pomocą taśmy podtrzymującej 17. Korpus uzwojenia 9' jest wyposażony w otwory 15 zbierające przesącz.

Figura 4 pokazuje dalszy wariant modułu membranowego. Tutaj zamknięty zbiornik 1' jest wykonany jako zbiornik przesącza. W zbiorniku 1', wokół osi 16 zwiniętych jest wiele membran rurowych 6 leżących obok siebie w szeregach i równoległych do siebie. Te membrany rurowe 6 „wpadają” do rur zbiorczych 4', 5' filtrowanej mieszaniny poprzecznie do kierunku ich osi a nie równolegle jak w wariancie według fig. 1a i fig. 3. Przy tym, nie jest konieczne skręcanie membran rurowych 6 w rodzaj liny, przez co zostaje osiągnięta wysoka gęstość upakowania powierzchni filtracyjnych w przestrzeni będącej do dyspozycji ponadto,

185 963 rury zbiorcze 4', 5' filtrowanej mieszaniny mogą mieć małą średnicę, ponieważ membrany rurowe 6 są przyłączone do nich poprzecznie, co widać na przekroju D-D według fig. 4b.

Membrany rurowe 6 są jak pokazuje fig. 4b, zalane w rurze zbiorczej 5' masą zalewową 10'. Przesącz z membran rurowych 6 dostaje się do zbiornika 1', który również tutaj pełni funkcję zintegrowanego zbiornika przesącza. Wylot przesącza 11 jest umieszczony u dołu zbiornika 1' zwinięta forma 8 jest ustalona za pomocą taśmy podtrzymującej 17, co widać na fig. 4a.

Figura 5 pokazuje odpowiadający fig. 2b widok osiowy wiązki membran rurowych 6, w której położenie membran rurowych 6 jest utrzymywane za pomocą taśmy podtrzymującej 17. Jak widać, taśmy podtrzymujące 17 służą równocześnie jako elementy dystansowe między membranami rurowymi 6. Odpływ przesącza z membran rurowych 6 jest ułatwiony dzięki temu, że taśma podtrzymująca 17 jest wykonana w postaci siatki.

Dalszą możliwość zachowania odpowiedniego dystansu między membranami rurowymi 6 w postaci zwiniętej pokazuje fig. 6. Membrany rurowe 6 posiadają wzdłuż obwodu elementy dystansowe w postaci zgrubień 27. Figura 7 pokazuje inny wariant elementów dystansowych 27' biegnących wzdłuż osi membrany rurowej 6. Według fig. 8 elementy dystansowe 27 w postaci drutu, mogą być nawinięte wzdłuż linii śrubowej na membranę rurową 6.

Figura 10a pokazuje dwie zwinięte spiralnie postaci 8 rur membranowych 6, które posiadają tylko dwie warstwy i mają dzięki temu postać tarczy. Postaci 8 są z obu stron przyłączone do rur zbiorczych 4, 5, przeznaczonych dla mieszaniny filtrowanej i mogą one przybierać nie przedstawione dalsze postaci takiego samego rodzaju. Przesącz z otoczenia zwiniętych rur i uzwojeń może być zbierany w znany sposób. Figura 10b pokazuje schemat uzwojenia membrany rurowej 6 dla postaci 8. W przeciwieństwie do wariantów modułów membranowych według fig. la, 3, 4a, przykład wykonania według fig. 10a pozwala na wymianę poszczególnych postaci 8 a więc i poszczególnych membran rurowych 6.

Szczególnie odpowiednie do tego są spiekane rury metalowe.

Moduł membranowy, w którym oś zwiniętych membran rurowych leży poziomo, pokazuje fig. 11. Również taki moduł membranowy obejmuje zamknięty zbiornik 1 z przewodem doprowadzającym 4' i doprowadzającym 5' dla mieszaniny filtrowanej oraz dwa odprowadzenia 11 przesącza. Membrana rurowa jest zwinięta wokół poziomej osi 16' albo jako pojedyncza rura albo jako wiązka 7' równoległych rur, które łączą doprowadzenie 4' i odprowadzenie 5' filtrowanej mieszaniny. Uzwojenie 8' jest utrzymywane w zbiorniku 1 za pomocą elementów dystansowych 30, które są wyposażone w przepusty dla odprowadzenia przesącza do wylotu 11.

Z uwagi na konieczność przeprowadzania remontów modułów membranowych, oraz na różne zapotrzebowanie na powierzchnię filtracyjną, wariant modułu membranowego obejmuje w zbiorniku przynajmniej dwa oddzielne uzwojenia membran rurowych 6 z osobnymi doprowadzeniami i odprowadzeniami filtrowanej mieszaniny. Schemat zwinięcia takich oddzielnych uzwojeń 8' na wspólnym korpusie uzwojenia 9 z osią 16 pokazuje fig. 12.

Wariant modułu membranowego z fig. 4a pokazuje fig. 14. Również w tym wariancie wokół wspólnej osi 16 są umieszczone liczne, nie przedstawione osobno, nawinięte jedne nad drugimi membrany rurowe 6. Membrany rurowe są tu podobnie jak na fig. 10a tak zwinięte, że ich ujścia do rur zbiorczych 5 i 4 filtrowanej mieszaniny jak również same rury zbiorcze leżą naprzeciw siebie na średnicy. Podczas gdy w przykładzie rozwiązania według fig. 4a zbiornik wyłapujący przesącz 1 jest połączony za pomocą przelewu z zaworem odpowietrzającym 14' ze zbiornikiem gromadzącym przesącz 18, to zbiornik 40 dla membran rurowych 6 według fig. 14 służy równocześnie do wyłapywania i gromadzenia przesącza.

Zbiornik przesącza 40 posiada na dole wylot 11 przesącza, który może być odsysany przez dołączoną, pompę 41. Podczas pracy układu do oddzielania (pokazanego na fig. 15), w przesącz po osiągnięciu poziomu maksymalnego 42 w zbiorniku 40 zostaje odpompowany do poziomu minimalnego 43. Zbiornik przesącza 40 posiada zdejmowaną górną część 44, która z częścią dolną 45 jest połączona za pomocą rozłącznego kołnierza 46. Dla prac konserwacyjnych, które nie wymagają zdejmowania górnej części 44, zbiornik posiada zamykany właz 47. W zbiorniku przesącza 40 jest przewidziana u góry głowica natryskowa 48 do czyszczenia membran rurowych 6.

185 963

Figura 15 pokazuje schemat układu do membranowego oddzielania, który obejmuje moduł membranowy według wynalazku przedstawiony na fig. 14. Układ ten obejmuje zbiornik 51, który przez przewód 52 jest zasilany mieszaniną substancji przeznaczoną do oddzielenia 53. Do zbiornika 51 od dołu przyłączony jest zawór wylotowy 54 dla mieszaniny 53, która przez pompę 55 i sterowany czujnikiem ciśnienia 56 zawór regulacyjny 57 zostaje doprowadzona do wlotu produktu 58 modułu membranowego 50. Obok zaworu wylotowego 54 jest przewidziany zawór wlotowy 59 dla cieczy myjącej, która może być doprowadzona do modułu membranowego 50 zamiast mieszaniny 53.

Mieszanina substancji 53 przepływa, jak opisano odnośnie fig. 14, przez moduł membranowy 50, a jej część zatrzymana przez membranę, opuszcza moduł przez wylot 60, przewód 61 oraz zawór regulacyjny 62 i albo wraca do zbiornika 51 przez zawór 63 albo opuszcza układ przechodząc przez zawór 64. Mieszanina 53 podczas pracy oddzielania krąży więc w układzie. Materiał oddzielony w membranach rurowych 6 w postaci przesącza opuszcza zbiornik 40 przez wylot 11 i zostaje odessany przez pompę 41 z układu.

Praca pompy 41 jest sterowana czujnikami poziomu przesącza 65, 66 w zbiorniku 40, jak wyjaśniono w związku z fig. 14. Sygnał od czujników do pompy przekazuje przewód sterujący 67. Do mierzenia ciśnienia mieszaniny 53 na wlocie 58 i wylocie 60 przewidziano po jednym czujniku ciśnienia 68, 69. Ciśnienie na wlocie produktu 58 jest ustalane za pomocą zaworu regulacyjnego 62, który od czujnika ciśnienia 68 za pośrednictwem przewodu sterującego 70 otrzymuje sygnał o wysokości ciśnienia.

Figura 16 pokazuje konstrukcyjny wariant modułu membranowego według fig. 14, w którym obowiązują te same oznaczenia dla odpowiadających sobie elementów konstrukcyjnych. Figura 16 pokazuje umieszczone w pionie jedne nad drugimi wokół wspólnej osi 16 poszczególne membrany rurowe 6 wraz z ich przyłączami 75, 76 do rur zbiorczych 5 i 4 mieszaniny filtrowanej.

Figury 17a i 17b pokazują takie ukształtowanie modułu membranowego, które pozwala na prostą wymianę zwiniętych membran rurowych 6 po ich odłączeniu od wspólnych rur zbiorczych 4 i 5. Figura 17b jest przekrojem poprzecznym do osi 16 modułu membranowego według fig. 17a wzdłuż linii A-A. Oprócz rur zbiorczych 4, 5 filtrowanej mieszaniny jest umieszczona do nich jeszcze jedna rura podpierająca 80. Rury 4, 5, 80 posiadają po jednej promieniowo do wewnątrz skierowanej listwie ze szczelinami 81, w których szczeliny 82 są wsunięte podziurkowane płyty podpierające 83. W ten sposób płyty podpierające 83 tworzą półki w postaci szuflad, w których zamocowane są dające się wymieniać membrany rurowe 6.

Przyłącza 75, 76 membran rurowych 6 do rur zbiorczych 5, 4 są wyposażone w korzystne połączenia z zamkami szybkomocującymi pokazanymi szczegółowo na fig. 26a, 26b, 26c. Przesącz przechodzący przez membrany rurowe 6 może łatwo odpłynąć przez podziurkowane płyty podpierające 83.

Figura 18 pokazuje schematycznie dalszy przykład modułu membranowego z wieloma membranami rurowymi 6 i ze zbiornikiem przesącza 40 w postaci opisanego w związku z fig. 16. Zbiornik przesącza 40 w tym wypadku jest umocowany obrotowo w łożysku 86 pozwalającym na jego wychylanie między pozycją pionową 87 a pozycją poziomą 88, co pokazuje strzałka 89. W położeniu poziomym 88 może w szczególnie prosty sposób nastąpić wymiana poszczególnych modułów membranowych 6, jak pokazuje strzałka 90. Natomiast położenie pionowe 87 jest pozycją pracy.

Moduł membranowy, w którym wiele membran rurowych 6 ze wspólną osią poziomą 16 jest umieszczonych obok siebie, pokazuje fig. 19 w widoku bocznym a fig. 20 w widoku osiowym. Rury zbiorcze 4', 5' filtrowanej mieszaniny są usytuowane na średnicy równolegle do wspólnej osi 16, co widać na fig. 20. U dołu zbiornika przesącza 40 jest umieszczony wylot 11 przesącza. Jak pokazuje fig. 20, zbiornik przesącza 40 posiada część górną 44, która może być odchylana dla obsługi. Przyłącza membran rurowych 6 do rury zbiorczej 4' są na fig. 19, 20 oznaczone 75.

Figury 21a, 21b, 21c pokazują przy module membranowym z poziomą osią membran rurowych 6 możliwość poziomego odsuwania ruchomej części 44' zbiornika przesącza 40

185 963 w celu odsłonięcia membran rurowych 6 co ułatwia dostęp obsłudze urządzenia. Służy do tego urządzenie do przetaczania 101.

Figura 22 pokazuje korzystny przykład wykonania membrany rurowej 6 jako płaskiego zwoju w postaci tarczy, która może być zastosowana szczególnie w modułach membranowych według fig. 16 do 21. Taka membrana rurowa 6 jest umieszczona w pojemniku 106, w postaci pudełka, który służy równocześnie do mocowania membrany rurowej 6 i zapewnia dostęp do membrany przy jej wymianie. Ściana pojemnika 106 jest, jak pokazano na fig. 22, wyposażona w pewnym obszarze w dużą ilość otworów 107, które służą do dopływu przesącza. Do prac przy membranie rurowej 6 można z dolnej części 109 pojemnika 106 zdjąć pokrywę 108 zamykaną za pomocą zamka zatrzaskowego 110. Dalszy środek do poprawienia stabilności zwiniętej membrany rurowej pokazuje fig. 23a. W membranę rurową 6 w postaci tarczy z osią 16 jest tu włożona płyta podpierająca 116 wykonana również w postaci tarczy. Pierścień utworzony ze zwiniętej membrany rurowej 6 i płyty podpierającej 116 jest utrzymywany za pomocą skierowanych promieniowo taśm podtrzymujących, z których w przekroju na fig. 23a jest zaznaczona tylko taśma podtrzymująca 117. Na poprawiony wypływ przesącza pozwalają warianty płyty podpierającej 116 pokazane na fig. 23b i 23c. Płyta podpierająca według fig. 23b posiada na obu stronach żebra 117', których odstępy odpowiadają odstępom sąsiednich zwojów membrany rurowej 6. Membrana rurowa 6 układa się na żebrach 117', a obniżenia między żebrami powiększają kanały odpływowe dla przesącza. Płyta 116 według fig. 23c posiada otwory 118, ułatwiające odpływ przesącza. Jeśli przy ograniczonej z uwagi na spadek ciśnienia długości membran rurowych, chce się zrealizować płaskie uzwojenie o większej powierzchni filtracyjnej z dwoma osiowymi warstwami, to wtedy można utworzyć uzwojenie z dwóch obok siebie leżących membran rurowych 6' i 6. Aby na rurach zbiorczych 4 i 5 wynikły końcowe odcinki rur membranowych 6', 6 o mniej więcej takiej samej długości, celowo odwraca się promieniową kolejność rur membranowych 6', 6 w warstwie 121 względem warstwy 122 przy centralnym przejściu z warstwy do warstwy, tak jak w schemacie uzwojenia przedstawionym na fig. 10b, co pokazuje fig. 24. Powiększona przy tym średnica D uzwojenia w wielu wypadkach nie przeszkadza.

Opisane rury zbiorcze filtrowanej mieszaniny oprócz funkcji zbierania i rozdzielania spełniają również funkcję mieszania. Przy przepływie przez równoległe rury membranowe taka funkcja mieszania służy do tego, by zapobiegać nadmiernemu zagęszczaniu mieszaniny i zapychaniu się poszczególnych rur membranowych. Figura 25 pokazuje schematycznie, jak między zespołami 126, 127, 128 membran rurowych 6 są umieszczone rury zbiorcze 135, 135 wspólne dla każdych dwóch zespołów i spełniające rolę rur mieszających. Te rury mieszające podczas pracy oddzielania są od zewnątrz zamknięte i posiadają dostępne od zewnątrz zawory do przepłukiwania 136,137 używane tylko do czyszczenia instalacji.

Przy modułach membranowych z wiązkami modułów rurowych według fig. 1a, rolę rur mieszających 136, 137 z fig. 25 spełniają przerwy wykonane w zwiniętej wiązce 7 rur membranowych ukształtowane jako komory mieszania 141, co pokazuje fig. 28. Membrany rurowe 6 w częściach wiązki 7, 7' leżących między komorami mieszania 141 mają wszystkie taką samą długość, jednak wskutek zwinięcia części wiązki mają od strony czoła rozmieszczenie stopniowane, co pokazuje fig. 28. Przyłącza 146 służą do doprowadzania i odprowadzania środka myjącego do czyszczenia membran rurowych po zakończeniu pracy. Tak jak wiązki 7 zwinięte na przykład według fig. 1a, również komory mieszania 141 leżą wewnątrz zbiornika 1 wypełnionego przesączem, są więc nim z zewnątrz otoczone a przyłącza 146 dla środka myjącego za pomocą niepokazanych elementów łączących są wyprowadzone na zewnątrz.

Figura 27 podobnie jak fig. 28 pokazuje umieszczone w rurze zbiorczej 4 według fig. 2a jednakowej długości membrany rurowe 6 zwinięte we wiązkę 7, przy czym wskutek zwinięcia membrany rurowe od strony czoła tworzą „schodki”.

W związku z ukształtowaniem modułu membranowego według fig. 17a i 17b, które pozwala na szczególnie łatwą wymianę poszczególnych membran rurowych 6 po odłączeniu od wspólnych rur zbiorczych 4 i 5, zostały już omówione korzystne połączenia membran rurowych 6 z rurami zbiorczymi 5 i 4 za pomocą zamków szybkomocujących. Takie połączenia z zamkami pokazują fig. 26a, 26b, 26c.

185 963

Figura 26a pokazuje w przekroju wzdłużnym przyłącze 76 membrany rurowej 6 do rury zbiorczej 4 wraz z połączeniem pośrednim za pomocą kształtki przejściowej 151 i kołnierza mocującego 152. Jak pokazuje przekrój poprzeczny z fig. 26b wzdłuż linii A-A z fig. 26a, kształtka przejściowa 151 posiada zewnętrzny rowek pierścieniowy, w który wchodzi klamra 154 w kształcie litery U. Klamra 154 jest przetknięta przez otwory 155 wykonane wzdłuż siecznych kołnierza mocującego 152. Kształtka przejściowa 151 po wprowadzeniu w kołnierz mocujący 152 i przetknięciu klamry 154 może się w kołnierzu obracać ale jest trzymana w sposób pewny. Umieszczony na kształtce przejściowej od strony czołowej pierścień uszczelniający o przekroju kołowym 156 zapewnia szczelne połączenie między przyłączem 76 membrany rurowej 6 a rurą zbiorczą 4. Figura 26c pokazuje cząstkowy przekrój wariantu kształtki przejściowej 151 według fig. 26a, w którym obowiązują te same oznaczenia dla odpowiadających sobie elementów konstrukcyjnych.

Jak już wyżej wspomniano, opisane moduły membranowe mogą być wykonane z dostępnych w handlu membran rurowych, które bez uszkodzenia warstwy membranowej dają się wyginać z promieniami gięcia mniejszymi od 20-krotnej wartości średnicy wewnętrznej rury. Najprostszym „procesem gięcia” może być sposób wytwarzania membran rurowych za pomocą wytłaczania (ekstruzji) tworzywa sztucznego z zastosowaniem dyszy ekstruzyjnej z otworem pierścieniowym. W tym przypadku za pomocą środków termicznych i mechanicznych oraz różnicując prędkość przepływu tworzywa sztucznego wzdłuż obwodu otworu pierścieniowego można otrzymywać membrany rurowe od razu odpowiednio wygięte. Przy zastosowaniu dyszy ekstruzyjnej odpowiedniego kształtu można wytłaczać jako jedną część membrany rurowe wielokrotne 36 pokazane na fig. 9 albo membrany rurowe 37 w postaci spłaszczonych rur pokazane na fig. 13. Wspólne rury zbiorcze do równoległego doprowadzania i odprowadzania mieszaniny do membran rurowych a szczególnie rury zbiorcze 4, 5 według fig. 14 z dopływem prostopadłym do ich osi mogą występować w korzystnych wariantach, według których składają się one z kilku oddzielnych części, z których każda posiada własny przewód zasilający. Moduły membranowe według wynalazku mogą być stosowane do oddzielania w przepływie poprzecznym soków owocowych, środków spożywczych albo ścieków. Przy tym w zależności od oddzielanych składników mieszaniny wybiera się membrany z granicą rozdziału w zakresie osmozy odwróconej, nanofiltracji, ultrafiltracji albo makrofiltracji. Dla odpowiednich przypadków zastosowania moduły filtracyjne mogą być w prosty sposób przezbrojone również do pracy w zakresie filtracji końcowej. W porównaniu do modułów membranowych z liniowymi modułami rurowymi moduły według wynalazku pozwalają osiągnąć powierzchnie filtracyjne większe od 180 m2.

185 963

9'

185 963

FIG.4a

/

D-D

FIG.4b

185 963

FIG.6 ₆

FIG. 5

FIG. 9

FIG. 7

G. 8

27' '

185 963

FIG.lOa

FIG. lOb '’Γ ο

Ll

185 963

G. 12

185 963

FIG. 14

LD

O

185 963

FIG 16

185 963

81

FIG.1 7a

8° 83

U-

>—	A-i-i-	1	\ τς·	=Ψ 1 —
A	χψ 1	--7=lJ_· ---AA
?—	7.
X—	¹	J L J	-771L.	I~~ -2)
p--	AJ--	1	-— -'-K
	l,.i—ς-¹	1 1 1	, \|
!a	AJJ--	„ ,L	:: . AG	— —

m'⁷⁵

83

FIG.17b

185 963

FiG.18

FiG.2 3a

17

16

iG.23b i G. 2 3c

16

185 963

FIG.19

Ά.

UJ-SJ-J-J-M—H-4-W-I

//////777,

1

-H

A ^!

185 963

Α-Α

FIG.20

185 963

cd

C\J o

T^!

--''

i .. i—-><’

-Γ :'

1-H—h!

.. Γ—GDI

..........-Z-S’

i . !><

U-Η:-.-.-.·

..... r--.:·· λ¹

( I-i—S.I

. r—F

_h——S<'

1-h.'

1-

I ..... i .,,..:.1/ =

I· I

185 963

FIG. 22

185 963

FIG.24

6'

185 963

134

185 963

FiG.28

46

141

185 963

FIG.la

A-A 5

FIG.Ib

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 6,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Moduł membranowy układu do filtracji w przepływie poprzecznym, składający się z wielu równolegle usytuowanych membran rurowych, które na początku i przy zakończeniu uchodzą do wspólnej rury zbiorczej dla uzyskania równoległego doprowadzania rozdzielanej mieszaniny substancji, przy czym równolegle usytuowane membrany rurowe są wygięte, znamienny tym, że co najmniej dwie membrany rurowe (6) zmontowane są tworząc jedną wiązkę (7), przy czym wszystkie membrany rurowe (6) w jednej wiązce mają taką samą długość i membrany rurowe (6) każdej wiązki (1) zwinięte są w zwój (8), a większa ilość takich wiązek (7) usytuowana jest równolegle względem siebie na wspólnych rurach zbiorczych (4, 5, 4', 5', 4, 5), przy czym pojedyncze wiązki (7) leżą współosiowo względem siebie.
2. Moduł według zastrz. 1, znamienny tym, że kształt zwiniętych membran rurowych (6) jest stabilizowany za pomocą taśmy podtrzymującej (17).
3. Moduł według zastrz. 2, znamienny tym, że membrany rurowe (6) posiadają na swojej zewnętrznej powierzchni elementy dystansowe (17, 27, 27', 27).
4. Moduł według zastrz. 3, znamienny tym, że elementy dystansowe stanowią elementy w postaci drutu (27'') owinięte wokół membran rurowych (6).
5. Moduł według zastrz. 3, znamienny tym, że przynajmniej jedna zwinięta membrana rurowa (6) jest wyposażona w płytę podpierającą (116), która przebiega promieniowo przez zwój (8).
6. Moduł według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wiązka (7) membran rurowych (6) uchodzi z obydwu stron bezpośrednio do rur zbiorczych (4, 5, 4’, 5', 4, 5).
7. Moduł według zastrz. 6, znamienny tym, że wiązki (7) membran rurowych (6) są przyłączone do rur zbiorczych (4, 5).
8. Moduł według zastrz. 7, znamienny tym, że wiązki (7) membran rurowych (6) są przyłączone do rur zbiorczych (4, 5) za pomocą elementów szybkozłącznych.
9. Moduł według zastrz. 8, znamienny tym, że każde przyłącze (76) membran rurowych (6) przyłączone jest pojedynczo za pomocą elementów szybkozłącznych (151, 152,153, 154,155,156) do rur zbiorczych (4, 5).
10. Moduł według zastrz. 6, znamienny tym, że membrany rurowe (6) są połączone z rurami zbiorczymi (4, 5, 4', 5', 4, 5) za pomocą złącz odlewanych.
11. Moduł według zastrz. 1 albo 10, znamienny tym, że zwinięte membrany rurowe (6) są umieszczone wewnątrz zamkniętego zbiornika (1, 1', 1), i tym, że rury zbiorcze (4, 5, 4', 5', 4, 5”) jak również przynajmniej jeden przewód rurowy (9, 9', 11') jest wyprowadzony na zewnątrz przez ścianę korpusu zbiornika.
12. Moduł według zastrz. 11, znamienny tym, że usytuowane w zamkniętym zbiorniku (11', 1) zwinięte wiązki (7) posiadają oddzielne rury zbiorcze (4, 5, 4', 5', 4, 5).
13. Moduł według zastrz. 11 albo 12, znamienny tym, że przewód rurowy (9, 9', 11’) stanowi korpus nawojowy membran rurowych (6).
14. Moduł według zastrz. 1, znamienny tym, że oś uzwojenia (16) nawiniętych membran rurowych (6) jest usytuowana poziomo.
15. Moduł według zastrz. 11, znamienny tym, że uzwojenie membran rurowych (6) w formie nawiniętej przebiega tylko osiowo wokół osi uzwojenia (16), lub promieniowo i osiowo wokół osi uzwojenia (16).
16. Moduł według zastrz. 15, znamienny tym, że uzwojenie to, jako uzwojenie płaskie w postaci tarczy, patrząc wzdłuż osi uzwojenia (16) składa się tylko z dwóch warstw.
17. Moduł według zastrz. 15, znamienny tym, że przynajmniej jedno uzwojenie wykonane w kierunku osiowym do osi uzwojenia (16) w formie uzwojenia płaskiego, w postaci tarczy, składa się tylko z jednej warstwy, przy czym jedna ze wspólnych rur zbiorczych (5')

185 963 jest usytuowana wewnątrz, w pobliżu osi uzwojenia (16), a druga wspólna rura zbiorcza (4’) w pobliżu zewnętrznego obwodu płaskiego uzwojenia.
18. Moduł według zastrz. 1 albo 17, znamienny tym, że membrany rurowe (6) mają średnicę wewnętrzną większą niż 6 mm.
19. Moduł według zastrz. 18, znamienny tym, że membrany rurowe (6) jednego modułu membranowego posiadają powierzchnię filtracji o wymiarze co najmniej 20 m i usytuowane są wewnątrz zamkniętego zbiornika (1), który stanowi zbiornik (40) oddzielanej substancji.
20. Moduł według zastrz. 19, znamienny tym, że w ścianie zbiornika (1, 40), na różnych poziomach wysokości są umieszczone czujniki poziomu przesącza (65, 66) oddzielanej substancji.
21. Moduł według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedno uzwojenie z przejściowych, promieniowo zwiniętych, jedna obok drugiej membran rurowych (6’, 6'') o równej długości, wykonane w kierunku osiowym do osi uzwojenia (16) w formie uzwojenia płaskiego w postaci tarczy, składa się tylko z dwóch warstw (121, 122), przy czym w kierunku promieniowym, kolejność membran rurowych (6’, 6) w grupie jednej warstwy (121) jest odwrotna w stosunku do innej warstwy (122).