RU200267U1

RU200267U1 - MEMBRANE DEVICE

Info

Publication number: RU200267U1
Application number: RU2020122277U
Authority: RU
Inventors: Сергей Викторович Булаев; Иван Алексеевич Липко
Original assignee: Иван Алексеевич Липко
Priority date: 2020-07-06
Filing date: 2020-07-06
Publication date: 2020-10-15

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для очистки, разделения и концентрирования жидкостей микрофильтрацией и может быть использована для очистки воды, виноматериалов и других пищевых жидкостей. Устройство включает корпус с герметично примыкающей крышкой, штуцеры для подвода фильтруемой жидкости и отвода концентрата, разнесенные вдоль направления движения фильтруемой жидкости, штуцер для отвода фильтрата и размещенный в корпусе фильтрующий пакет, сформированный из плоских фильтроэлементов и турбулизирующих прокладок, снабженный каналом для отвода фильтрата. Каждый фильтроэлемент выполнен из двух слоев фильтровального материала (трековой мембраны) с диаметром сквозных пор от 0,10 мкм до 0,65 мкм, герметично соединенных по периметру с образованием замкнутого объема, в котором размещена дренажная подложка. Трековая мембрана может быть изготовлена из полиэтилентерефталатной пленки. В каждом фильтроэлементе выполнено сквозное отверстие, ось которого перпендикулярна фильтрующей поверхности, совместимое со сквозными отверстиями остальных фильтроэлементов при формировании фильтрующего пакета. Периметры сквозных отверстий усилены изнутри изолирующими контурными прокладками. Канал для отвода фильтрата образован путем соосного совмещения сквозных отверстий при формировании фильтрующего пакета и соединен со штуцером для отвода фильтрата, который может быть расположен на крышке аппарата. Фильтроэлементы и прокладки сжаты в фильтрующий пакет стягивающим устройством в виде резьбового стержня, проходящего внутри канала и выведенного в штуцер для отвода фильтрата. Выведенный конец стержня снабжен фиксирующим устройством с внутренней резьбой, а к другому концу стержня прикреплена пластина, перпендикулярная его оси. Технический результат: высокая удельная производительность устройства при его небольших размерах, простота сборки/разборки и эксплуатации. 15 з.п. ф-лы, 5 фиг.The utility model relates to devices for purification, separation and concentration of liquids by microfiltration and can be used to purify water, wine materials and other food liquids. The device includes a housing with a hermetically adjoining cover, fittings for supplying the filtered liquid and concentrate outlet, spaced along the direction of movement of the filtered liquid, a fitting for removing the filtrate and a filter package located in the housing, formed of flat filter elements and turbulizing gaskets, equipped with a channel for removing the filtrate. Each filter element is made of two layers of filter material (track membrane) with a through-pore diameter from 0.10 microns to 0.65 microns, hermetically connected along the perimeter to form a closed volume in which a drainage substrate is located. The track membrane can be made of polyethylene terephthalate film. Each filter element has a through hole, the axis of which is perpendicular to the filtering surface, compatible with the through holes of the remaining filter elements when forming the filter bag. The perimeters of the through holes are reinforced from the inside with insulating contour gaskets. The channel for removing the filtrate is formed by coaxial alignment of the through holes during the formation of the filter package and is connected to the fitting for removing the filtrate, which can be located on the cover of the apparatus. The filter elements and gaskets are compressed into a filter bag by a tightening device in the form of a threaded rod that passes through the channel and is led out into the fitting for the filtrate discharge. The extended end of the rod is equipped with a locking device with an internal thread, and a plate is attached to the other end of the rod, perpendicular to its axis. EFFECT: high specific performance of the device with its small size, ease of assembly / disassembly and operation. 15 p.p. f-crystals, 5 fig.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для очистки, разделения и концентрирования жидкостей микрофильтрацией и может быть использована для очистки воды, виноматериалов и других пищевых жидкостей.The proposed utility model relates to devices for purification, separation and concentration of liquids by microfiltration and can be used to purify water, wine materials and other food liquids.

Известен мембранный аппарат для разделения и концентрирования жидкостей с помощью полупроницаемых мембран (патент РФ №2038139, МПК B01D 63/08 (1995.01). Опубликовано 27.06.1995). Мембранный аппарат содержит верхнюю и нижнюю коллекторные плиты со штуцерами и отверстиями для ввода исходной смеси и вывода концентрата и фильтрата, пакет мембранных элементов, каждый из которых имеет каркасную пластину с отверстиями для ввода исходной смеси и вывода концентрата и фильтрата. На одной поверхности каркасной пластины размещено турбулизирующее устройство, а на другой - дренажное устройство в виде каналов. На дренажном устройстве расположена полупроницаемая мембрана, контурные герметизирующие прокладки и прокладки вокруг отверстий вывода фильтрата и подачи исходной смеси. Верхняя плита снабжена размещенным на внутренней поверхности турбулизирующим устройством, нижняя плита выполнена с каналами на внутренней поверхности, соединенными с каналами мембранных элементов. Плиты и каркасные пластины выполнены с канавками для герметизирующих прокладок вокруг отверстий и снабжены шайбами, расположенными под прокладками, а турбулизирующее устройство выполнено в виде выступов, размещенных перпендикулярно потоку исходной смеси. К основным недостаткам известного аппарата относятся сложность его изготовления и замены мембранных элементов, высокая материалоемкость, уменьшение ресурса полупроницаемой мембраны, наличие застойных зон, необходимость герметизации больших поверхностей.Known membrane apparatus for separating and concentrating liquids using semipermeable membranes (RF patent No. 2038139, IPC B01D 63/08 (1995.01). Published on June 27, 1995). The membrane apparatus contains the upper and lower collector plates with fittings and holes for the input of the initial mixture and the output of concentrate and filtrate, a package of membrane elements, each of which has a frame plate with holes for input of the initial mixture and output of the concentrate and filtrate. On one surface of the frame plate there is a turbulizing device, and on the other - a drainage device in the form of channels. The drainage device contains a semi-permeable membrane, contour sealing gaskets and gaskets around the holes for the filtrate outlet and the initial mixture supply. The upper plate is equipped with a turbulizing device located on the inner surface, the lower plate is made with channels on the inner surface connected to the channels of the membrane elements. Plates and frame plates are made with grooves for sealing gaskets around the holes and are provided with washers located under the gaskets, and the turbulizing device is made in the form of protrusions located perpendicular to the flow of the initial mixture. The main disadvantages of the known apparatus include the complexity of its manufacture and replacement of membrane elements, high material consumption, a decrease in the resource of a semi-permeable membrane, the presence of stagnant zones, the need to seal large surfaces.

Известен мембранный аппарат, предназначенный для микро- и ультрафильтрации и концентрирования жидких сред (патент РФ №2083269, МПК B01D 63/06 (1995.01). Опубликовано 10.07.1997). Мембранный аппарат содержит собранные в пакет полупроницаемые мембраны, например трековые, и дренажные пластины с прорезями на поверхности, соединенные со сквозными отверстиями, в которых установлены уплотняющие кольца с отверстиями на боковой поверхности для перетока жидкости. Дренажные пластины изготовлены из материала, предел текучести которого меньше предела текучести материала мембран, кольца для перетока жидкости изготовлены из материала, предел текучести которого больше, чем предел текучести материала дренажной пластины, а торцы колец покрыты слоем материала дренажной пластины. Такая конструкция обеспечивает герметичность уплотнения тонких пленочных мембран. Дренажные пластины изготавливаются из полиэтилена высокого давления, кольца - из полипропилена, покрытого слоями полиэтилена. Герметизация аппарата осуществляется с помощью опорных плит, стянутых шпильками. Основными недостатками аппарата является технологически сложный способ уплотнения тонких трековых мембран в области колец путем сжатия с усилием до деформации материала дренажных пластин, не исключающий возможности растрескивания мембран; наличие больших поверхностей герметизации и возможность протечек. К другим недостаткам относятся сложность замены мембран, их отмывки (регенерации).Known membrane apparatus designed for micro- and ultrafiltration and concentration of liquid media (RF patent No. 2083269, IPC B01D 63/06 (1995.01). Published on July 10, 1997). The membrane apparatus contains semi-permeable membranes assembled in a package, for example, track membranes, and drainage plates with slots on the surface, connected to through holes, in which sealing rings with holes on the side surface for liquid flow are installed. The drainage plates are made of a material whose yield point is less than the yield point of the membrane material, the rings for liquid flow are made of a material whose yield point is greater than the yield point of the drainage plate material, and the ends of the rings are covered with a layer of the drainage plate material. This design provides a tight seal for thin film membranes. Drainage plates are made of high pressure polyethylene, rings are made of polypropylene coated with polyethylene layers. Sealing of the apparatus is carried out using base plates tightened with pins. The main disadvantages of the apparatus are the technologically complex method of sealing thin track membranes in the area of the rings by compressing with force until the material of the drainage plates is deformed, which does not exclude the possibility of membrane cracking; the presence of large sealing surfaces and the possibility of leaks. Other disadvantages include the difficulty of replacing membranes, their washing (regeneration).

Известен мембранный аппарат для разделения растворов с помощью полупроницаемых мембран (патент на полезную модель РФ №39506, МПК B01D 63/14 (2000.01). Опубликовано 10.08.2004). Мембранный аппарат состоит из корпуса в виде прямоугольной емкости с крышкой, кассеты, собранной из мембранных элементов и прокладок. Мембранные элементы и прокладки сжаты в пакет устройствами для сжатия, Устройства для сжатия расположены по двум противоположным сторонам мембранных элементов, прилегают к дну и крышке корпуса и выполнены в виде двух планок, стянутых набором шпилек. Кассета мембранных элементов плотно занимает объем корпуса и крепится к нижней стенке корпуса штуцером для отвода фильтрата, который проходит через отверстие в нижней стенке корпуса, герметизирующую прокладку и соосно с каналом для отвода фильтрата ввинчен в устройство для сжатия. Аппарат содержит диффузор для подачи разделяемого раствора и конфузор для отвода концентрата, приваренные по боковым стенкам корпуса. Основным недостатком данного аппарата является низкая технологичность изготовления и эксплуатации из-за сложности сборки устройства с тонкими полимерными мембранами, особенно трековыми, из-за высокой вероятности растрескивания мембран при герметизации мембранных элементов по контуру канала отвода фильтрата путем сжатия с помощью прокладок, невозможность замены отдельных мембранных элементов. Конструкция аппарата не позволяет выполнять его промывку обратным потоком фильтрата. Длина и конфигурация канала прохождения разделяемого раствора создают местные гидравлические сопротивления, т.е. приводят к потерям напора, и затрудняют проведение прямой промывки аппарата.Known membrane apparatus for separating solutions using semi-permeable membranes (patent for a useful model of the Russian Federation No. 39506, IPC B01D 63/14 (2000.01). Published 10.08.2004). The membrane apparatus consists of a body in the form of a rectangular container with a lid, a cassette assembled from membrane elements and gaskets. The membrane elements and gaskets are compressed into a package by compression devices. The compression devices are located on two opposite sides of the membrane elements, adjoin the bottom and cover of the body and are made in the form of two strips tightened by a set of pins. The cassette of membrane elements tightly occupies the volume of the housing and is attached to the bottom wall of the housing with a fitting for the filtrate discharge, which passes through the hole in the lower wall of the housing, a sealing gasket and is screwed into the compression device coaxially with the filtrate discharge channel. The apparatus contains a diffuser for feeding the solution to be separated and a confuser for removing the concentrate, welded on the side walls of the housing. The main disadvantage of this apparatus is low manufacturability and operation due to the complexity of assembling a device with thin polymer membranes, especially track membranes, due to the high probability of membrane cracking when sealing membrane elements along the contour of the filtrate drainage channel by compression with gaskets, the impossibility of replacing individual membrane elements. The design of the apparatus does not allow it to be flushed with a reverse flow of the filtrate. The length and configuration of the passage channel for the solution to be separated create local hydraulic resistance, i.e. lead to pressure losses, and make it difficult to carry out direct flushing of the apparatus.

Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является мембранный аппарат с плоскими мембранными элементами на основе тонких полупроницаемых мембран, в частности трековых для очистки и концентрирования жидких сред микрофильтрацией или ультрафильтрацией (патент на полезную модель РФ №133754, МПК B01D 63/08 (2006.01). Опубликовано 27.10.2013). Мембранный аппарат включает корпус в виде прямоугольной в поперечном сечении емкости со штуцерами для подачи исходной жидкости, отвода концентрата и отвода фильтрата, пакет из мембранных элементов прямоугольной формы двухсторонней фильтрации и прокладок, снабженный каналом отвода фильтрата, соединяющим все мембранные элементы со штуцером для отвода фильтрата. Корпус аппарата оснащен дополнительным штуцером для отвода фильтрата. Пакет из мембранных элементов снабжен каналом отвода фильтрата, соединяющим все мембранные элементы с дополнительным штуцером для отвода фильтрата. Каждый мембранный элемент включает плоский каркас с выполненными на его краях двумя сквозными коллекторными отверстиями, между которыми сформирован двусторонний рельеф с продольными открытыми канавками, преимущественно в виде гофр с закругленными ребрами. С обеих сторон каркаса расположена полупроницаемая мембрана, герметично закрепленная по его периметру с образованием двух коллекторов и соединяющих их каналов. Мембранный элемент имеет патрубки, сообщенные с коллекторами посредством выходных отверстий, выполненных в торцах каркаса параллельно его плоскостям. Каналы отвода фильтрата выполнены с вертикальным рядом отверстий для подсоединения патрубков мембранных элементов. Прокладки выполнены в виде литых полимерных решеток с диаметром продольных прутьев большим, чем поперечных, и уложены с двух сторон каждого мембранного элемента в один или несколько слоев продольными прутьями вдоль направления движения исходной жидкости. К недостаткам данного аппарата относятся высокая стоимость, особенно при единичном и мелкосерийном производстве, сложность изготовления. Наличие двух выходов фильтрата из каждого мембранного элемента и двух коллекторов, соединенных посредством манжетных уплотнений значительно увеличивает вероятность разгерметизации, следствием чего является ухудшение качества фильтрата.The closest technical solution to the claimed utility model is a membrane apparatus with flat membrane elements based on thin semi-permeable membranes, in particular track membranes for purification and concentration of liquid media by microfiltration or ultrafiltration (patent for a useful model of the Russian Federation No. 133754, IPC B01D 63/08 (2006.01) . Published on October 27, 2013). The membrane apparatus includes a body in the form of a rectangular tank in cross-section with fittings for supplying the initial liquid, removing the concentrate and removing the filtrate, a package of rectangular membrane elements of double-sided filtration and gaskets, equipped with a filtrate outlet channel connecting all membrane elements with a fitting for the filtrate removal. The body of the apparatus is equipped with an additional fitting for the filtrate discharge. The package of membrane elements is equipped with a filtrate outlet channel connecting all membrane elements with an additional fitting for filtrate removal. Each membrane element includes a flat frame with two through collector holes made at its edges, between which a double-sided relief with longitudinal open grooves is formed, mainly in the form of corrugations with rounded ribs. On both sides of the frame there is a semipermeable membrane, hermetically fixed along its perimeter to form two collectors and channels connecting them. The membrane element has nozzles connected to the manifolds by means of outlet openings made at the ends of the frame parallel to its planes. Filtrate drainage channels are made with a vertical row of holes for connecting pipes of membrane elements. The gaskets are made in the form of cast polymer gratings with a diameter of the longitudinal rods larger than the transverse ones, and are laid on both sides of each membrane element in one or several layers with longitudinal rods along the direction of movement of the initial liquid. The disadvantages of this device include high cost, especially for single and small-scale production, the complexity of manufacturing. The presence of two filtrate outlets from each membrane element and two collectors connected by lip seals significantly increases the likelihood of leakage, resulting in a deterioration in the quality of the filtrate.

Перед авторами заявляемой полезной модели стояла задача устранить указанные выше недостатки и разработать простое в сборке и эксплуатации устройство для очистки, разделения и концентрирования жидкостей путем микрофильтрации с применением трековых мембран, характеризующееся простотой конструкции, большой площадью фильтрации и, как следствие, высокой удельной производительностью при небольших размерах, а также невысокой стоимостью изготовления.The authors of the claimed utility model were faced with the task of eliminating the above disadvantages and developing an easy-to-assemble and operate device for purifying, separating and concentrating liquids by microfiltration using track membranes, characterized by a simple design, a large filtration area and, as a consequence, high specific productivity at low sizes, as well as low manufacturing cost.

Для решения поставленной задачи предлагается мембранный аппарат, включающий корпус в виде емкости с герметично примыкающей крышкой, штуцеры для подвода фильтруемой жидкости и отвода концентрата, разнесенные вдоль направления движения фильтруемой жидкости, штуцер для отвода фильтрата и размещенный в корпусе фильтрующий пакет, сформированный из плоских фильтроэлементов, выполненных из полупроницаемых мембран, и турбулизирующих прокладок, снабженный каналом для отвода фильтрата. В отличие от прототипа в предлагаемом мембранном аппаратеTo solve this problem, a membrane apparatus is proposed, which includes a body in the form of a container with a hermetically adjoining lid, fittings for supplying the filtered liquid and withdrawing the concentrate, spaced along the direction of movement of the filtered liquid, a fitting for removing the filtrate and a filter bag located in the body, formed from flat filter elements, made of semi-permeable membranes, and turbulizing gaskets, equipped with a channel for removing the filtrate. In contrast to the prototype in the proposed membrane apparatus

- каждый фильтроэлемент выполнен из двух слоев фильтровального материала, представляющего собой трековую мембрану из полимерной пленки с диаметром сквозных пор от 0,10 мкм до 0,65 мкм, герметично соединенных по периметру с образованием замкнутого объема, в котором размещена дренажная подложка,- each filter element is made of two layers of filter material, which is a track membrane made of a polymer film with a through-pore diameter from 0.10 microns to 0.65 microns, hermetically connected along the perimeter to form a closed volume in which a drainage substrate is located,

- в каждом фильтроэлементе выполнено сквозное отверстие, ось которого перпендикулярна фильтрующей поверхности, совместимое со сквозными отверстиями остальных фильтроэлементов при формировании фильтрующего пакета, периметр сквозных отверстий усилен изнутри с помощью изолирующих контурных прокладок,- a through hole is made in each filter element, the axis of which is perpendicular to the filtering surface, compatible with the through holes of the remaining filter elements during the formation of the filter package, the perimeter of the through holes is reinforced from the inside with insulating contour gaskets,

- канал для отвода фильтрата образован путем соосного совмещения сквозных отверстий фильтроэлементов при формировании фильтрующего пакета и соединен со штуцером для отвода фильтрата,- the channel for drainage of the filtrate is formed by coaxial alignment of the through holes of the filter elements during the formation of the filter package and is connected to the fitting for the removal of the filtrate,

- фильтроэлементы и прокладки сжаты в фильтрующий пакет стягивающим устройством, выполненным в виде резьбового стержня, проходящего внутри канала для отвода фильтрата и выведенного из корпуса в штуцер для отвода фильтрата,- filter elements and gaskets are compressed into a filter package by a tightening device made in the form of a threaded rod, passing inside the channel for removing the filtrate and leading out of the body into the fitting for removing the filtrate,

- конец стержня, выведенного из корпуса, снабжен фиксирующим устройством с внутренней резьбой, а к другому концу стержня прикреплена пластина, перпендикулярная его оси.- the end of the rod removed from the body is equipped with a locking device with an internal thread, and a plate is attached to the other end of the rod, perpendicular to its axis.

В частных случаях выполнения заявляемой полезной модели:In particular cases of implementation of the claimed utility model:

- герметичное соединение двух слоев фильтровального материала может быть выполнено при помощи плоской рамки, размещенной между ними;- the tight connection of two layers of filter material can be performed using a flat frame placed between them;

- герметичное соединение двух слоев фильтровального материала может быть выполнено термосваркой слоев между собой по периметру;- hermetic connection of two layers of filter material can be performed by heat-sealing the layers to each other along the perimeter;

- между фильтроэлементами соосно сквозным отверстиям дополнительно могут быть размещены уплотняющие контурные прокладки;- in addition, sealing contour gaskets can be placed between the filter elements coaxially through the through holes;

- в качестве фильтровального материала может быть использована трековая мембрана из полиэтилентерефталатной пленки;- a track membrane made of polyethylene terephthalate film can be used as a filter material;

- дренажные подложки могут быть изготовлены из ситовой ткани;- drainage pads can be made of sieve cloth;

- турбулизирующие прокладки могут быть выполнены из переплетенных синтетических нитей;- turbulizing pads can be made of interwoven synthetic threads;

- фильтроэлементы могут иметь прямоугольную форму,- filter elements can be rectangular,

- длина и ширина турбулизирующих прокладок могут совпадать с соответствующими размерами фильтроэлементов, при этом в каждой турбулизирующей прокладке выполнено сквозное отверстие, совместимое со сквозными отверстиями фильтроэлементов при формировании фильтрующего пакета;- the length and width of the turbulizing gaskets may coincide with the corresponding dimensions of the filter elements, with a through hole made in each turbulizing gasket, which is compatible with the through holes of the filter elements when forming the filter package;

- штуцер для подвода фильтруемой жидкости и штуцер для отвода концентрата могут быть расположены на противоположных боковых поверхностях корпуса;- the nozzle for supplying the filtered liquid and the nozzle for removing the concentrate can be located on opposite side surfaces of the body;

- штуцеры для подвода фильтруемой жидкости и отвода концентрата могут быть расположены в дне корпуса и разнесены к противоположным стыкам дна с соответствующими боковыми поверхностями корпуса;- fittings for supplying the filtered liquid and withdrawing the concentrate can be located in the bottom of the housing and spaced to opposite joints of the bottom with the corresponding side surfaces of the housing;

- фильтрующий пакет может быть размещен в корпусе с образованием зазоров со сторон подвода фильтруемой жидкости и отвода концентрата.- the filter bag can be placed in the housing with the formation of gaps on the sides of the inlet of the filtered liquid and the outlet of the concentrate.

- штуцер для отвода фильтрата может быть расположен на крышке;- the fitting for the filtrate removal can be located on the cover;

- крышка и дно корпуса могут быть выполнены плоскими, при этом дно предлагается выполнить съемным;- the cover and the bottom of the case can be made flat, while the bottom is proposed to be removable;

- фиксирующее устройство с внутренней резьбой может быть выполнено в виде прорезной гайки;- the locking device with an internal thread can be made in the form of a slotted nut;

- мембранный аппарат может быть снабжен дополнительным штуцером для соединения с источником сжатого газа, при этом дополнительный штуцер расположен со стороны подвода фильтруемой жидкости.- the membrane apparatus can be equipped with an additional fitting for connection to a source of compressed gas, while the additional fitting is located on the side of the filtered liquid inlet.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является достижение высокой удельной производительности мембранного аппарата при его небольших размерах, а также простота сборки/разборки и эксплуатации предлагаемого устройства.The technical result of the claimed utility model is to achieve a high specific performance of the membrane apparatus with its small size, as well as ease of assembly / disassembly and operation of the proposed device.

Ниже сущность полезной модели поясняется более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи:Below, the essence of the utility model is explained in more detail with reference to the attached drawings:

на фиг. 1 представлен мембранный аппарат (вид сбоку) со штуцерами для подвода фильтруемой жидкости и отвода концентрата, расположенными в дне корпуса;in fig. 1 shows a membrane apparatus (side view) with fittings for supplying the filtered liquid and removing the concentrate, located at the bottom of the housing;

на фиг. 2 представлен мембранный аппарат (вид сбоку) со штуцерами для подвода фильтруемой жидкости и отвода концентрата, расположенными на противоположных боковых поверхностях корпуса;in fig. 2 shows a membrane apparatus (side view) with nozzles for supplying the filtered liquid and removing the concentrate, located on the opposite side surfaces of the housing;

на фиг. 3 представлен мембранный аппарат со штуцером для отвода фильтрата, расположенным на крышке (вид сверху);in fig. 3 shows a membrane apparatus with a nozzle for the filtrate removal located on the cover (top view);

на фиг. 4 представлен продольный разрез мембранного аппарата;in fig. 4 shows a longitudinal section of the membrane apparatus;

на фиг. 5 представлена схема расположения фильтроэлементов и прокладок в частном случае выполнения мембранного аппарата.in fig. 5 shows a diagram of the arrangement of filter elements and gaskets in the particular case of a membrane apparatus.

Позиции на фиг. 1-5 обозначают:The positions in FIG. 1-5 mean:

1 - корпус; 2 - крышка; 3 - штуцер для подвода фильтруемой жидкости; 4 - штуцер для отвода концентрата; 5 - штуцер для отвода фильтрата; 6 - дно корпуса; 7 - канал для отвода фильтрата; 8 - фильтрующий пакет; 9 - плоский фильтроэлемент; 10 - фильтровальный материал/трековая мембрана; 11 - турбулизирующая прокладка; 12 - дренажная подложка; 13 - сквозное отверстие; 14 - резьбовой стержень; 15 - фиксирующее устройство; 16 - пластина; 17 - уплотняющая контурная прокладка; 18 - изолирующая контурная прокладка.1 - case; 2 - cover; 3 - fitting for supplying the filtered liquid; 4 - nozzle for concentrate removal; 5 - fitting for filtrate removal; 6 - the bottom of the case; 7 - channel for removal of filtrate; 8 - filter bag; 9 - flat filter element; 10 - filter material / track membrane; 11 - turbulizing gasket; 12 - drainage substrate; 13 - through hole; 14 - threaded rod; 15 - fixing device; 16 - plate; 17 - sealing contour gasket; 18 - insulating contour gasket.

Примеры мембранного аппарата, представленные на фигурах, иллюстрируют некоторые частные случаи выполнения устройства и не охватывают все возможные варианты его реализации в соответствии с формулой заявляемой полезной модели.The examples of the membrane apparatus shown in the figures illustrate some particular cases of the device and do not cover all possible variants of its implementation in accordance with the claims of the claimed utility model.

Мембранный аппарат включает корпус 1 в виде емкости с герметично примыкающей крышкой 2. Герметичное соединение корпуса 1 с крышкой 2 выполнено при помощи уплотняющей прокладки (на фигуре позицией не обозначена), например, из силиконовой резины. Корпус 1 и крышка 2 могут быть изготовлены из нержавеющей стали марки AISI 304 (российский аналог по ГОСТ - 08X18H10) или пластмассы. Мембранный аппарат снабжен штуцером 3 для подвода фильтруемой жидкости, штуцером 4 для отвода концентрата и штуцером 5 для отвода фильтрата. В корпусе 1 размещен фильтрующий пакет 8, сформированный из плоских фильтроэлементов 9, предпочтительно прямоугольной формы, и турбулизирующих прокладок 11, которые могут быть изготовлены из переплетенных синтетических нитей или из тонких решеток, изготовленных из пластмассы, например, из полипропилена. Каждый фильтроэлемент 9 состоит из двух слоев трековой мембраны 10, изготовленной, например, из полиэтилентерефталатной пленки толщиной от 8 мкм до 23 мкм с количеством сквозных пор 5×10⁵ - 5×10⁸ на см². Практически калиброванные сквозные поры фильтровального материала 10 с диаметром в интервале от 0,10 мкм до 0,65 мкм обеспечивают очень высокую степень очистки жидкости при фильтрации. В качестве трековых мембран 10 также могут быть использованы мембраны, изготовленные из других материалов, например, поликарбоната, полиимида или полипропилена.The membrane apparatus includes a body 1 in the form of a container with a hermetically adjacent cover 2. The tight connection of the body 1 to the cover 2 is made using a sealing gasket (not indicated in the figure), for example, of silicone rubber. Case 1 and cover 2 can be made of stainless steel AISI 304 (Russian analogue according to GOST - 08X18H10) or plastic. The membrane apparatus is equipped with a nozzle 3 for supplying the filtered liquid, a nozzle 4 for removing the concentrate and a nozzle 5 for removing the filtrate. In the housing 1 there is a filter bag 8 formed of flat filter elements 9, preferably rectangular, and turbulizing pads 11, which can be made of woven synthetic threads or from thin lattices made of plastic, for example, polypropylene. Each filter element 9 consists of two layers of a track membrane 10, made, for example, from a polyethylene terephthalate film with a thickness of 8 μm to 23 μm with a number of through pores 5 × 10 ⁵ - 5 × 10 ⁸ per cm ² . The practically calibrated through pores of the filter material 10 with a diameter in the range from 0.10 μm to 0.65 μm provide a very high degree of liquid purification during filtration. Membranes made of other materials, such as polycarbonate, polyimide or polypropylene, can also be used as track membranes 10.

Два слоя фильтровального материала 10 герметично соединены по периметру с образованием замкнутого объема, в котором размещена дренажная подложка 12, изготовленная, например, из нетканого полипропиленового материала, например, спанбонда, или ситовой ткани из полипропиленовых нитей. В каждом фильтроэлементе 9 выполнено сквозное отверстие 13, ось которого перпендикулярна фильтрующей поверхности. Сквозное отверстие 13 каждого фильтроэлемента 9 выполнено с возможностью совмещения со сквозными отверстиями 13 других фильтроэлементов 9 для образования канала 7 для отвода фильтрата. Периметр сквозных отверстий 13 усилен изнутри изолирующими контурными прокладками 18, создающими равномерное давление на дренажные подложки 12 и предотвращающими разрыв фильтровального материала 10 при сжатии. Изолирующие контурные прокладки 18 могут быть изготовлены из тонкой полипропиленовой пластины.Two layers of filter material 10 are sealed around the perimeter to form a closed volume in which a drainage substrate 12 is placed, made, for example, of a non-woven polypropylene material, for example, spunbond, or a sieve fabric made of polypropylene filaments. Each filter element 9 has a through hole 13, the axis of which is perpendicular to the filtering surface. The through hole 13 of each filter element 9 is designed to be aligned with the through holes 13 of the other filter elements 9 to form a channel 7 for removing the filtrate. The perimeter of the through holes 13 is reinforced from the inside with insulating contoured spacers 18, which create uniform pressure on the drainage substrates 12 and prevent the filter material 10 from bursting during compression. The insulating contour gaskets 18 can be made from a thin polypropylene plate.

Фильтрующий пакет 8 снабжен каналом 7 для отвода фильтрата. Канал 7 для отвода фильтрата образован путем соосного совмещения сквозных отверстий 13 фильтроэлементов 9 при формировании фильтрующего пакета 8 и соединен со штуцером 5 для отвода фильтрата.The filter bag 8 is equipped with a channel 7 for removing the filtrate. Channel 7 for removing the filtrate is formed by coaxial alignment of the through holes 13 of the filter elements 9 during the formation of the filter package 8 and is connected to the fitting 5 for removing the filtrate.

Фильтроэлементы 9 и прокладки 11 сжаты в пакет 8 стягивающим устройством, выполненным в виде резьбового стержня 14, проходящего внутри канала 7 для отвода фильтрата и выведенного из корпуса 1 в штуцер 5 для отвода фильтрата. Конец стержня 14, выведенного из корпуса 1, снабжен фиксирующим устройством 15 с внутренней резьбой, которое может быть выполнено в виде прорезной гайки 15. К другому концу стержня 14 прикреплена пластина 16, перпендикулярная его оси. Между фильтроэлементами 9 соосно сквозным отверстиям 13 могут быть размещены уплотняющие контурные прокладки 17, которые полностью исключают попадание концентрата в канал 7 для отвода фильтрата.The filter elements 9 and gaskets 11 are compressed into a package 8 by a tightening device made in the form of a threaded rod 14, passing inside the channel 7 for removing the filtrate and leading from the housing 1 into the fitting 5 for removing the filtrate. The end of the rod 14 removed from the housing 1 is provided with a locking device 15 with an internal thread, which can be made in the form of a slotted nut 15. A plate 16 is attached to the other end of the rod 14, perpendicular to its axis. Between the filter elements 9 coaxially through the holes 13 can be placed sealing contour gaskets 17, which completely exclude the ingress of the concentrate into the channel 7 to drain the filtrate.

В частном случае выполнения мембранного аппарата для образования замкнутого объема фильтроэлемента 9 герметичное соединение двух трековых мембран 10 может быть выполнено при помощи плоской рамки (на фигуре позицией не обозначена), размещенной между ними. В другом частном случае герметичное соединение двух слоев фильтровального материала 10 может быть выполнено термосваркой слоев между собой по периметру.In the particular case of the membrane apparatus for the formation of a closed volume of the filter element 9, the tight connection of the two track membranes 10 can be made using a flat frame (not indicated in the figure) placed between them. In another particular case, a hermetic connection of two layers of filter material 10 can be performed by heat-sealing the layers together along the perimeter.

Длина и ширина турбулизирующих прокладок 11 могут совпадать с соответствующими размерами фильтроэлементов 9, при этом в каждой турбулизирующей прокладке 11 выполняют сквозное отверстие (на фиг. позицией не обозначено), совместимое со сквозными отверстиями 13 фильтроэлементов 9 при формировании фильтрующего пакета 8.The length and width of the turbulizing pads 11 can coincide with the corresponding dimensions of the filter elements 9, while in each turbulizing pad 11 a through hole is made (not indicated in the figure), compatible with the through holes 13 of the filter elements 9 when forming the filter bag 8.

В частном случае выполнения мембранного аппарата штуцер 3 для подвода фильтруемой жидкости и штуцер 4 для отвода концентрата могут быть расположены на противоположных боковых поверхностях корпуса 1. В другом частном случае штуцеры 3 и 4 могут быть установлены в дне 6 корпуса 1 и разнесены к противоположным стыкам дна 6 с соответствующими боковыми поверхностями корпуса 1. Штуцер для отвода фильтрата можно размещать на крышке 2 или на дне 6. Крышку 2 и дно 6 корпуса 1 целесообразно изготовить плоскими, при этом дно 6 предлагается выполнить съемным. Пакет 8 фильтроэлементов 9 может быть размещен в корпусе 1 с образованием зазоров со сторон подвода фильтруемой жидкости и отвода концентрата.In the particular case of the membrane apparatus, the fitting 3 for supplying the filtered liquid and the fitting 4 for removing the concentrate can be located on opposite side surfaces of the body 1. In another particular case, the fittings 3 and 4 can be installed in the bottom 6 of the body 1 and spaced to the opposite joints of the bottom 6 with the corresponding side surfaces of the housing 1. The nozzle for the filtrate outlet can be placed on the cover 2 or on the bottom 6. It is advisable to make the cover 2 and the bottom 6 of the housing 1 flat, while the bottom 6 is proposed to be removable. The package 8 of filter elements 9 can be placed in the housing 1 with the formation of gaps on the sides of the inlet of the liquid to be filtered and the outlet of the concentrate.

Мембранный аппарат может быть оснащен дополнительным штуцером (на фиг. не показан) для соединения с источником сжатого газа, при этом дополнительный штуцер устанавливают на крышке 2 или на корпусе 1 со стороны подвода фильтруемой жидкости. Возможность подачи сжатого газа в мембранный аппарат через указанный штуцер обеспечивает дополнительную очистку мембранных фильтроэлементов 9 без разборки корпуса 1, а также упрощает процесс контроля сохранности и работоспособности фильтроэлементов 9 в процессе эксплуатации устройства. В случае фильтрации виноматериалов и других пищевых жидкостей подача сжатого газа, инертного по отношению к фильтруемой жидкости, например, азота, аргона или иного инертного газа приводит к получению дополнительного технического результата, а именно к предотвращению окисления фильтрата и концентрата.The membrane apparatus can be equipped with an additional fitting (not shown in the figure) for connection to a source of compressed gas, while the additional fitting is installed on the cover 2 or on the housing 1 from the side of the filtered liquid inlet. The possibility of supplying compressed gas to the membrane apparatus through the specified fitting provides additional cleaning of the membrane filter elements 9 without disassembling the housing 1, and also simplifies the process of monitoring the safety and operability of the filter elements 9 during the operation of the device. In the case of filtration of wine materials and other food liquids, the supply of a compressed gas inert with respect to the filtered liquid, for example, nitrogen, argon or other inert gas, leads to an additional technical result, namely, to prevent oxidation of the filtrate and concentrate.

Сборка мембранного аппарата производится вручную путем выполнения простых операций без использования специальных инструментов и сложного оборудования. Перед началом работы собирают фильтрующий пакет 8 из чередующихся фильтроэлементов 9, турбулизирующих прокладок 11 и уплотняющих контурных прокладок 17, пропуская резьбовой стержень 14 через сквозные отверстия. Устанавливают собранный пакет 8 в корпусе 1 мембранного аппарат, выводя свободный конец стержня 14 либо через крышку 2, либо через дно 6 в зависимости от выбранного варианта изготовления аппарата, и затягивают прорезную гайку 15 до герметизации канала 7 и герметичного соединения фильтрующего пакета 8 с крышкой 2 или с дном 6 соответственно. Поверх прорезной гайки 15 через герметизирующую прокладку (на фиг. позицией не обозначена) устанавливают штуцер 5 для отвода фильтрата. Затем производят окончательную сборку, соединяя через прокладки (на фиг. не указаны) корпус 1 и крышку 2 в сборе с фильтрующим пакетом 8, например при помощи болтового соединения, обеспечивая герметичность мембранного аппарата.The assembly of the membrane apparatus is done manually by performing simple operations without the use of special tools and complex equipment. Before starting work, a filter package 8 is assembled from alternating filter elements 9, turbulizing gaskets 11 and sealing contour gaskets 17, passing the threaded rod 14 through the through holes. The assembled package 8 is installed in the housing 1 of the membrane apparatus, leading the free end of the rod 14 either through the cover 2 or through the bottom 6, depending on the selected version of the apparatus, and tighten the slotted nut 15 until the channel 7 is sealed and the filter bag 8 is sealed with the cover 2 or with a bottom 6, respectively. On top of the slotted nut 15 through a sealing gasket (not indicated in the figure), a fitting 5 is installed to drain the filtrate. Then, the final assembly is carried out by connecting the housing 1 and the cover 2 together with the filter bag 8 through gaskets (not shown in the figure), for example, using a bolted connection, ensuring the tightness of the membrane apparatus.

Кроме стандартной промывки обратным током конструкция предлагаемого устройства предусматривает возможность извлечения фильтрующего пакета 8 в сборе, что позволяет выполнять его регенерацию вне мембранного аппарата, не разбирая пакет 8 на составляющие компоненты.In addition to standard backwashing, the design of the proposed device provides for the possibility of removing the assembled filter bag 8, which allows it to be regenerated outside the membrane apparatus without disassembling the bag 8 into its constituent components.

Мембранный аппарат работает следующим образом. Исходная жидкость при помощи насоса (на фиг. не показан) через штуцер 3 подается в корпус 1 аппарата со скоростью, обеспечивающей турбулизацию потока с помощью турбулизирующих прокладок 11, и движется между плоскими фильтроэлементами 9, омывая их с двух сторон, в направлении штуцера 4 для отвода концентрата. В процессе движения часть фильтруемой жидкости через поры фильтровального материала (трековой мембраны) 10 проходит внутрь фильтроэлементов 9. На поверхности трековой мембраны 10 остаются твердые частицы, бактерии и другие взвешенные объекты, размеры которых превышают размеры пор трековой мембраны 10. За счет высокой скорости потока фильтруемой жидкости эти объекты смываются с поверхности трековых мембран 10 и через штуцер 4 для отвода концентрата выводятся из мембранного аппарата. Отфильтрованная часть жидкости попадает в канал 7 для отвода фильтрата и через штуцер 5 выводится из мембранного аппарата.The membrane apparatus works as follows. The initial liquid with the help of a pump (not shown in the figure) through the nozzle 3 is fed into the body 1 of the apparatus at a speed that ensures the turbulence of the flow with the help of turbulizing gaskets 11, and moves between the flat filter elements 9, washing them from both sides, in the direction of the nozzle 4 for concentrate removal. In the process of movement, part of the filtered liquid through the pores of the filter material (track membrane) 10 passes inside the filter elements 9. On the surface of the track membrane 10, solid particles, bacteria and other suspended objects remain, the sizes of which exceed the pore sizes of the track membrane 10. Due to the high flow rate of the filtered liquids, these objects are washed off the surface of the track membranes 10 and through the nozzle 4 for the removal of the concentrate are removed from the membrane apparatus. The filtered part of the liquid enters the channel 7 for removing the filtrate and through the fitting 5 is removed from the membrane apparatus.

Проведена фильтрация водопроводной воды и виноматериала на экспериментальной установке тангенциальной фильтрации, включающей предлагаемый мембранный аппарат, насос DELTA ВСН1-370 с максимальным напором 3 атм и производительностью 35 л/мин, регулирующую и контролирующую аппаратуру. Давление на входе в мембранный аппарат поддерживалось на уровне 2 атм. Для фильтрации водопроводной воды с высоким содержанием коллоидного железа использовался мембранный аппарат с двумя плоскими прямоугольными фильтроэлементами с общей площадью фильтрующей поверхности 520 см. Для фильтрации виноматериала с содержанием нерастворимых веществ от 1,00 до 1,50 г/л использовался мембранный аппарат с четырьмя плоскими прямоугольными фильтроэлементами с общей площадью фильтрующей поверхности 1040 см². Фильтрация в течение двух часов подтвердила высокую удельную производительность мембранного аппарата - 80 л/ч при фильтрации воды и 120 л/ч при фильтрации виноматериала.Filtration of tap water and wine material was carried out on an experimental tangential filtration unit, including the proposed membrane apparatus, a DELTA ВСН1-370 pump with a maximum pressure of 3 atm and a capacity of 35 l / min, regulating and monitoring equipment. The pressure at the inlet to the membrane apparatus was maintained at a level of 2 atm. To filter tap water with a high content of colloidal iron, a membrane apparatus with two flat rectangular filter elements with a total filtering surface area of 520 cm was used.To filter wine material with a content of insoluble substances from 1.00 to 1.50 g / l, a membrane apparatus with four flat rectangular filter elements with a total filtering surface area of 1040 cm ² . Filtration for two hours confirmed the high specific productivity of the membrane apparatus - 80 l / h for water filtration and 120 l / h for wine material filtration.

Claims

1. Membrane apparatus, including a body in the form of a container with a hermetically adjacent lid, fittings for supplying the filtered liquid and withdrawing the concentrate, spaced along the direction of movement of the filtered liquid, a fitting for removing the filtrate and a filter bag located in the housing, formed of flat filter elements made of semi-permeable membranes, and turbulizing gaskets, equipped with a channel for removing the filtrate, characterized in that each filter element is made of two layers of filter material, which is a track membrane made of a polymer film with a through pore diameter from 0.10 μm to 0.65 μm, hermetically connected along perimeter with the formation of a closed volume in which the drainage substrate is located, a through hole is made in each filter element, the axis of which is perpendicular to the filter surface, compatible with the through holes of the remaining filter elements during the formation of the filter package, the perimeter of the through holes is reinforced from the inside with the help of insulating contour gaskets, the filtrate drainage channel is formed by coaxial alignment of the through holes of the filter elements during the formation of the filter bag and is connected to the fitting for the filtrate drainage, the filter elements and gaskets are compressed into the filter bag by a tightening device made in the form of a threaded rod passing inside the channel for the filtrate outlet and removed from the body into the fitting for the filtrate outlet, while the end of the rod removed from the body is equipped with a fixing device with an internal thread, and a plate is attached to the other end of the rod, perpendicular to its axis.

2. Membrane apparatus according to claim 1, characterized in that the tight connection of two layers of filter material is made using a flat frame placed between them.

3. Membrane apparatus according to claim 1, characterized in that the tight connection of the two layers of the filter material is made by heat-sealing the layers together along the perimeter.

4. The membrane apparatus according to claim 1, characterized in that sealing contour gaskets are additionally placed between the filter elements coaxially through the through holes.

5. Membrane apparatus according to claim 1, characterized in that a track membrane made of polyethylene terephthalate film is used as the filter material.

6. The membrane apparatus according to claim 1, characterized in that the drainage substrates are made of sieve fabric.

7. The membrane apparatus of claim. 1, characterized in that the turbulizing pads are made of interwoven synthetic threads.

8. Membrane apparatus according to claim. 1, characterized in that the filter elements are rectangular.

9. Membrane apparatus according to claim 1, characterized in that the length and width of the turbulizing gaskets coincide with the corresponding dimensions of the filter elements, while in each turbulizing gasket a through hole is made, compatible with the through holes of the filter elements when forming the filter package.

10. Membrane apparatus according to claim 1, characterized in that the nozzle for supplying the filtered liquid and the nozzle for withdrawing the concentrate are located on opposite side surfaces of the housing.

11. The membrane apparatus according to claim 1, characterized in that the fittings for supplying the filtered liquid and withdrawing the concentrate are located in the bottom of the body and are spaced to opposite joints of the bottom with the corresponding side surfaces of the body.

12. Membrane apparatus according to claim 10 or 11, characterized in that the filter package is placed in the housing with the formation of gaps on the sides of the inlet of the liquid to be filtered and the outlet of the concentrate.

13. The membrane apparatus according to claim 1, characterized in that the nozzle for the filtrate removal is located on the cover.

14. Membrane apparatus according to claim 1, characterized in that the cover and the bottom of the body are flat, and the bottom is removable.

15. The membrane apparatus according to claim 1, characterized in that the fixing device with an internal thread is made in the form of a slotted nut.

16. The membrane apparatus of claim. 1, characterized in that it is equipped with an additional fitting for connection to a source of compressed gas, while the additional fitting is located on the side of the filtered liquid inlet.