RU2063785C1

RU2063785C1 - Aggregate for liquid separation and purification and apparatus for filtration

Info

Publication number: RU2063785C1
Application number: RU95101354A
Authority: RU
Inventors: Г.В. Терпугов; В.Н. Мынин
Original assignee: Терпугов Григорий Валентинович
Priority date: 1995-02-10
Filing date: 1995-02-10
Publication date: 1996-07-20

Abstract

FIELD: liquids purification, for example, in agricultural production and also for water and waste waters purification. SUBSTANCE: aggregate has system of pipelines providing reciprocating movement of liquid in aggregate and in its separate member - apparatus. Apparatus has tubular members, lids, branch pipes of liquid feeding and differs from known prototype by the fact, that it has pipe with holes, body of changeable cross-section, drainages, solid particles and hydraulic scheme providing reciprocating movement of liquid, its intensive stirring, purification of filtering members surface and means to shut off defective filtering member. EFFECT: improved quality of purification and design. 6 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к средствам очистки жидкостей, например, в сельскохозяйственном производстве, а также может использоваться для очистки сточных вод, разделения и концентрирования технологических растворов, очистки воды и т.д. The invention relates to means for cleaning liquids, for example, in agricultural production, and can also be used for wastewater treatment, separation and concentration of technological solutions, water treatment, etc.

Известны установки, в которых для создания необходимых гидродинамических и концентрационных условий в установке используются схемы компоновки с последовательным, параллельным или последовательно-параллельным расположением аппаратов (элементов). Расчет таких систем сложен и тем не менее не обеспечивает одинаковых условий разделения в каждом аппарате или элементе установки /1/. Отметим, что во всех известных схемах разделяемый раствор от аппарата (элемента) к аппарату (элементу) и в установке в целом движется в одном определенном направлении. Known installations in which to create the necessary hydrodynamic and concentration conditions in the installation are used layout schemes with sequential, parallel or parallel-parallel arrangement of devices (elements). The calculation of such systems is complicated and nevertheless does not provide the same separation conditions in each apparatus or installation element / 1 /. Note that in all known schemes, the shared solution from the apparatus (element) to the apparatus (element) and in the installation as a whole moves in one specific direction.

Для очистки фильтрующей поверхности используются обратная промывка фильтратом или чистой жидкостью, очистка губчатыми шомполами (шарами). Однако такие схемы очистки уменьшают время работы и производительность установки, а применение губчатых шомполов (шаров) требует разборки установки и применимо только к трубчатым установкам с внутренним мембранным слоем и достаточно большим диаметром трубки /2/. Поэтому в практике чаще интенсификацию мембранных процессов осуществляют путем повышения линейной скорости над поверхностью мембраны, что приводит к увеличению энергетических затрат или конструктивным изменениям, чтобы обеспечить необходимую турбулентность разделяемой жидкости. To clean the filter surface, backwash with filtrate or clean liquid, cleaning with sponge ramrods (balls) are used. However, such cleaning schemes reduce the operating time and productivity of the installation, and the use of sponge ramrods (balls) requires disassembly of the installation and is applicable only to tubular installations with an inner membrane layer and a sufficiently large diameter of the tube / 2 /. Therefore, in practice, more often the intensification of membrane processes is carried out by increasing the linear velocity above the surface of the membrane, which leads to an increase in energy costs or structural changes in order to provide the necessary turbulence of the separated liquid.

Известно устройство (аппарат), в котором турбулентное движение разделяемой жидкости осуществляется за счет конструктивных элементов / 3/. Аппарат имеет трубки, закрепленные с помощью сальниковых (резиновых) уплотнений и резьбовых соединений между трубными решетками, которые размещены в корпусе аппарата, снабженном крышками и коллектором для отвода фильтрата. Мембрана находится на наружной поверхности каждой трубки. Для подачи исходной жидкости и отвода концентрата в корпусе имеются штуцера. Для обеспечения турбулентности разделяемой жидкости в центре аппарата имеется ось с мешалкой. A device (apparatus) is known in which the turbulent movement of the shared liquid is carried out due to structural elements / 3 /. The apparatus has tubes fixed with stuffing (rubber) seals and threaded connections between the tube sheets, which are placed in the apparatus body, equipped with covers and a collector for draining the filtrate. The membrane is located on the outside of each tube. There are fittings in the body for supplying the initial liquid and for removing the concentrate. To ensure turbulence of the liquid being separated, an axis with a mixer is located in the center of the apparatus.

Данное техническое решение наиболее близко к предлагаемому. This technical solution is closest to the proposed one.

К недостаткам известного устройства можно отнести следующее: аппарат имеет большие расстояния между трубками, часть объема аппарата (75% в сечении) занята мешалкой, что дополнительно снижает плотность упаковки мембран, а следовательно, и производительность устройства. Использование мешалки обусловливает необходимость центровки и наличие сальниковых уплотнений, надежность которых может уменьшаться по мере роста рабочего давления. Кроме того, это значительно усложняет конструкцию аппарата, его изготовление и сборку установки. Данное устройство не позволяет определить мембрану, вышедшую из строя во время сборки или эксплуатации, поэтому в этом случае происходит полная разборка устройства или аппарата и замена всех мембран. Изобретение направлено на повышение эффективности применения устройства за счет повышения производительности, упрощения конструкции и повышения ее технологичности, очистки поверхности мембран и улучшения гидравлических характеристик, повышение ремонтопригодности и комплексности установки. The disadvantages of the known device include the following: the device has large distances between the tubes, part of the volume of the device (75% in cross section) is occupied by a mixer, which further reduces the packing density of the membranes, and therefore the performance of the device. The use of an agitator necessitates alignment and the presence of stuffing box seals, the reliability of which may decrease as the operating pressure increases. In addition, this greatly complicates the design of the apparatus, its manufacture and assembly of the installation. This device does not allow to determine the membrane that failed during assembly or operation, therefore, in this case, the device or apparatus is completely disassembled and all membranes are replaced. The invention is aimed at increasing the efficiency of the device by increasing productivity, simplifying the design and improving its manufacturability, cleaning the surface of the membranes and improving hydraulic characteristics, increasing maintainability and complexity of the installation.

Поиск, проведенный по патентной и научной литературе, показал, что заявленное соответствует критерию "Новизна". A search conducted on patent and scientific literature showed that the claimed meets the criterion of "Novelty."

Поскольку заявленное выполнено из известных узлов, то оно соответствует критерию "Промышленная применимость". Since the claimed is made of known nodes, it meets the criterion of "Industrial applicability".

А так как в результате использования данного технического решения имеется новый эффект, то заявленное соответствует критерию "Изобретательный уровень". And since there is a new effect as a result of using this technical solution, the claimed one meets the criterion of "Inventive Level".

На фиг. 1 изображена схема устройства, на фиг. 2 4 устройство мембранного разделения, на фиг. 5 7 расположение дренажного элемента на центральной трубе устройства. In FIG. 1 shows a diagram of a device, FIG. 2-4 membrane separation device, in FIG. 5 7 the location of the drainage element on the Central pipe of the device.

Решение поставленной задачи обеспечивается наличием насоса 1, системы аппаратов 2 (не менее одного), регулирующей 3 и запорной 4 арматуры, трубопроводов исходной жидкости 5, концентрата 6, фильтрата 7, обратной продувки или промывки 8, которая может обеспечить возврат концентрированного раствора к месту подачи в устройство исходного раствора и возвратно-поступательное движение жидкости как во всем устройстве, так и в его отдельных элементах, что показано на фиг. 1. Смена направления движения разделяемой жидкости зависит от ее физико-химических свойств и колеблется в пределах 0,5 120 мин. The solution to this problem is provided by the presence of a pump 1, a system of apparatuses 2 (at least one), regulating 3 and shutoff 4 valves, pipelines of the initial fluid 5, concentrate 6, filtrate 7, backflushing or flushing 8, which can ensure the return of the concentrated solution to the supply point into the device of the initial solution and the reciprocating movement of the liquid both in the entire device and in its individual elements, as shown in FIG. 1. A change in the direction of motion of the liquid being divided depends on its physicochemical properties and ranges from 0.5 to 120 minutes.

В корпусе 9 аппарата 2 расположена центральная труба 10, внутренняя полость которой гидравлически сообщена с центральной полостью 11 корпуса 9 посредством выполненных в стенках трубы 10 сквозных отверстий или прорезей 12, с другой стороны посредством патрубка 13 центральная труба 10 соединена с трубопроводом исходной жидкости 5 или концентрата 6. Отверстия или прорези 12 выполнены переменного сечения, причем количество отверстий или прорезей 12 и их сечение уменьшаются по мере движения жидкости из верхней части аппарата в нижнюю. В верхней части аппарата 2 под крышкой 14 выполнена полость 15, которая имеет большее сечение чем центральная полость 11 и гидравлически сообщена с одной стороны посредством патрубка 16 с полостью трубопровода фильтрата 7, с другой стороны с полостями мембранных элементов 17. Под крышкой 16 в нижней части аппарата 2 выполнена нижняя полость 19, которая гидравлически сообщена с одной стороны посредством патрубка 20 с полостью трубопровода исходной жидкости 5 или концентрата 6, с другой стороны с центральной полостью 11 корпуса 9, которая имеет меньшее сечение, чем полость 19 нижней крышки 18 аппарата. A central pipe 10 is located in the housing 9 of the apparatus 2, the inner cavity of which is hydraulically connected to the central cavity 11 of the housing 9 through the through holes or slots 12 made in the walls of the pipe 10, on the other hand, by means of a pipe 13, the central pipe 10 is connected to the pipeline of the initial liquid 5 or concentrate 6. The holes or slots 12 are made of variable cross section, and the number of holes or slots 12 and their cross section decrease as the fluid moves from the upper part of the apparatus to the lower. In the upper part of the apparatus 2, under the cover 14, a cavity 15 is made, which has a larger cross section than the central cavity 11 and is hydraulically connected on one side by means of a pipe 16 with a pipe cavity of the filtrate 7, and on the other hand with cavities of the membrane elements 17. Under the cover 16 in the lower part apparatus 2, a lower cavity 19 is made, which is hydraulically connected on one side by means of a pipe 20 with a pipe cavity of the source liquid 5 or concentrate 6, on the other hand, with a central cavity 11 of the housing 9, which has a smaller section than the cavity 19 of the lower cover 18 of the apparatus.

Между верхней 14 и нижней 18 крышками аппарата аксиально расположены мембранные элементы 17 с наружным фильтрующим слоем, нижний конец которых заглушен в кольцевой чашке 21, где одновременно с фильтрующими элементами закреплены и дренажные устройства 22 и 23. Кольцевая чашка 21 имеет бортики различной высоты, причем внутренний бортик 24 имеет большую высоту, чем наружный 25. Кольцевая чашка не закреплена и может перемещаться вдоль центральном трубы 10. Between the upper 14 and lower 18 covers of the apparatus there are axially arranged membrane elements 17 with an outer filter layer, the lower end of which is sealed in the annular cup 21, where drainage devices 22 and 23 are fixed simultaneously with the filter elements. The annular cup 21 has sides of different heights, the inside the rim 24 has a greater height than the outer 25. The annular cup is not fixed and can move along the Central pipe 10.

Верхний конец мембранных элементов 17, центральная труба 10 и дренажные устройства 22 и 23 герметично закреплены в трубной решетке 26, в которой с этой целью выполнены углубление 27, проточки 28, гнезда 29 и соосно с ними резьбовые отверстия 30, обеспечивающие отключение дефектного мембранного элемента 17 и гидравлическое сообщение с полостью 15. The upper end of the membrane elements 17, the central pipe 10 and drainage devices 22 and 23 are hermetically fixed in the tube sheet 26, in which, for this purpose, a recess 27, grooves 28, sockets 29 and threaded holes 30 coaxially with them are made, which ensure that the defective membrane element 17 is disconnected and hydraulic communication with the cavity 15.

В трубной решетке 26 и крышке 14 верхней части аппарата 2 имеются прорези или резьбовые гнезда 31, которые обеспечивают их извлечение из аппарата с помощью специального инструмента. Трубная решетка 26 можeт быть снабжена бобышкой 32 с резьбой, в этом случае верхняя крышка 14 имеет отверстие 33 и герметизирующие уплотнения 34, 35, а герметизация трубной решетки 26 осуществляется разжимным кольцом 26 и уплотнением 37. In the tube sheet 26 and the cover 14 of the upper part of the apparatus 2 there are slots or threaded sockets 31, which ensure their removal from the apparatus using a special tool. The tube sheet 26 can be equipped with a threaded boss 32, in which case the top cover 14 has an opening 33 and sealing seals 34, 35, and the tube sheet 26 is sealed by an expanding ring 26 and a seal 37.

Герметизация аппарата 2, крепление верхней 14 и нижней 18 крышек аппарата, трубной решетки 26 осуществляются разжимными кольцами 36, проволокой 38 или шарами 39 с резьбовыми заглушками 40, герметизирующими уплотнениями 34, 35, 37, 41 и 42, а мембранных элементов 17 герметизирующими уплотнениями 43 и 44. Sealing the apparatus 2, fixing the upper 14 and lower 18 covers of the apparatus, tube sheet 26 are carried out by expanding rings 36, wire 38 or balls 39 with threaded plugs 40, sealing seals 34, 35, 37, 41 and 42, and the membrane elements 17 sealing seals 43 and 44.

В корпусе 9 между мембранными элементами 17 загружены твердые неорганические или полимерные частицы 45 в количестве 2 40% (объемных), размер которых меньше расстояния между мембранными элементами 17, а плотность близка или больше плотности разделяемой жидкости. Возвратно-поступательное движение жидкости обеспечивает движение твердых частиц 45 и контакт их с внешней поверхностью мембранных элементов 17, которая является фильтрующей поверхностью. Это позволяет интенсивно перемешивать разделяемую жидкость и очищать во время работы устройства поверхность мембранных элементов, что повышает производительность мембран и установки в целом в 1,5 3 раза. Для загрузки твердых частиц 45 трубная решетка 26 и нижняя крышка 14 снабжены резьбовыми отверстиями 46, 47 с заглушкой 48, 49. Отверстие 47 в нижней крышке 18 обеспечивает и опорожнение аппарата 2 от исходной жидкости. В аппарате 2 имеется система дренажных устройств (сеток, тканей и др.), которые обеспечивают постоянство нахождения твердых частиц 45 внутри корпуса 9 между мембранными элементами 17. Они выполнены или в виде внутреннего 22 и внешнего 23 цилиндров, ограничивающих мембранные элементы 17, или в виде внутреннего цилиндра 22 и кольцевого 50 дренажного устройства, расположенного в нижней полости 19 аппарата между патрубком 20 исходной жидкости и кольцевой чашкой 21, или в виде внутреннего 22 цилиндрического и патрубкового дренажного устройства 51 на входе или выходе патрубка 20 исходной жидкости в корпус или из корпуса 9 аппарата, причем внутреннее 22 цилиндрическое дренажное устройство крепится на центральной трубе 10 или в проточке 52 центральной трубы 10, или в кольцевой чашке 21. In the case 9 between the membrane elements 17 solid inorganic or polymer particles 45 are loaded in an amount of 2 40% (volume), the size of which is less than the distance between the membrane elements 17, and the density is close to or greater than the density of the liquid to be separated. The reciprocating movement of the liquid provides movement of the solid particles 45 and their contact with the outer surface of the membrane elements 17, which is the filtering surface. This allows you to intensively mix the separated liquid and clean the surface of the membrane elements during operation of the device, which increases the productivity of the membranes and the installation as a whole by 1.5 to 3 times. To load solid particles 45, the tube sheet 26 and the bottom cover 14 are provided with threaded holes 46, 47 with a plug 48, 49. The hole 47 in the bottom cover 18 also ensures that the apparatus 2 is emptied from the original liquid. The apparatus 2 has a system of drainage devices (nets, fabrics, etc.) that ensure the constancy of the presence of solid particles 45 inside the housing 9 between the membrane elements 17. They are either in the form of an internal 22 and an external 23 cylinder restricting the membrane elements 17, or in the form of an inner cylinder 22 and an annular 50 drainage device located in the lower cavity 19 of the apparatus between the nozzle 20 of the initial fluid and the annular cup 21, or in the form of an inner 22 of a cylindrical and nozzle drainage device 51 at the inlet Whether the source liquid outlet nozzle 20 into the housing or out of the housing 9 of the apparatus, the inner cylindrical drainage device 22 is mounted on the central pipe 10 in the groove 52 or the central tube 10 or 21 in the annular cup.

Устройство мембранного разделения работает следующим образом. The membrane separation device operates as follows.

Исходная жидкость с помощью насоса 1 поступает в аппарат 2, при этом возможны два варианта движения жидкости. При поступательном (условно) движении исходная жидкость по патрубку 20 поступает в полость 19, затем в центральную полость 11 корпуса 9 и движется между мембранными элементами 17. Часть жидкости под действием давления проходит внутрь мембранных элементов 17, поступает в полость 15, затем через патрубок 16 в трубопровод фильтрата 7. Другая часть исходной жидкости через отверстия или прорези 12 попадает в центральную трубу 10 и в виде концентрата через патрубок 13 поступает в следующий аппарат установки или в трубопровод концентрата 6. При возвратном движении жидкости в установке, которое обеспечивается переключением регулирующей 3 и запорной 4 арматуры, в аппарате поступление и прохождение разделяемой жидкости происходят в обратном описанному выше порядке, а движение фильтрата в том же. The initial liquid is pumped into the apparatus 2 by means of a pump 1, and two variants of the liquid movement are possible. During translational (conditionally) movement, the initial fluid flows through the pipe 20 into the cavity 19, then into the central cavity 11 of the housing 9 and moves between the membrane elements 17. Part of the liquid under pressure passes into the membrane elements 17, enters the cavity 15, and then through the pipe 16 in the pipeline of the filtrate 7. Another part of the initial liquid through the holes or slots 12 enters the Central pipe 10 and in the form of concentrate through the pipe 13 enters the next apparatus of the installation or in the pipeline of the concentrate 6. When returning fluid migration in the installation, which is ensured by switching the control 3 and shutoff 4 valves, in the apparatus, the intake and passage of the shared liquid occur in the reverse order described above, and the filtrate moves in the same way.

При регенерации мембран отключается или снижается давление подачи исходной жидкости насосом 1, открывается запорная арматура 8, подается газ или промывная жидкость в трубопровод фильтрата 7, затем через патрубок 16 в верхнюю полость 15 аппарата и внутрь мембранных элементов 17. Под воздействием давления газ или промывная жидкость проходит через поры мембранных элементов и дополнительно, наряду с твердыми частицами 45, очищает внешнюю фильтрующую поверхность мембранных элементов. During the regeneration of the membranes, the pressure of the feed liquid supply is switched off or reduced by the pump 1, the shut-off valve 8 opens, gas or flushing liquid is supplied to the filtrate pipeline 7, then through the pipe 16 to the upper cavity 15 of the apparatus and inside the membrane elements 17. Under the influence of pressure, the gas or flushing liquid passes through the pores of the membrane elements and additionally, along with the solid particles 45, cleans the outer filter surface of the membrane elements.

Необходимо заметить, что возвратно-поступательное движение исходной жидкости, наличие твердых частиц, дренажей и отверстий или прорезей в центральной трубе в совокупности обеспечивают высокую эффективность работы аппаратов и установки в целом, как уже отмечалось, в 1,5 3 раза выше, чем у известных устройств. Сочетание трубной решетки с гнездами и отверстиями, центральной трубной решетки, наружного фильтрационного слоя мембранных элементов, кольцевой чашки с заглушенными концами элементов обеспечивает простоту сборки, эксплуатации и устранение дефектности мембранного элемента, что не позволяет сделать аналогичные конструкции аппаратов. Такая ремонтоспособность устройства делает его более дешевым и конкурентноспособным по сравнению с известными устройствами. It should be noted that the reciprocating motion of the initial fluid, the presence of solid particles, drains and openings or slots in the central pipe together provide a high efficiency of the apparatus and installation as a whole, as already noted, 1.5 to 3 times higher than that of known devices. The combination of the tube sheet with sockets and openings, the central tube sheet, the outer filtration layer of the membrane elements, the annular cup with the blanked ends of the elements makes it easy to assemble, operate and eliminate the defective membrane element, which does not allow to make similar apparatus designs. Such maintainability of the device makes it cheaper and more competitive in comparison with known devices.

Список литературы
1. Брык М. Т. и др. Применение мембран для создания систем кругового водопользования. М. Химия, 1990, с. 26 28.List of references
1. Bryk M. T. et al. The use of membranes to create systems of circular water use. M. Chemistry, 1990, p. 26 28.

2. Green G. J. Desalination. v. 35, N 1 3, p. 129 147. 2. Green G. J. Desalination. v. 35, N 1 3, p. 129,147.

3. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. М. Химия, 1986, 272 с. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 ЫЫЫ6 3. Dytnersky Yu.I. Baromembrane processes. M. Chemistry, 1986, 272 p. YYY2 YYY4 YYY6

Claims

1. A device for separating and purifying a liquid, including a supply pipe with a pump, which is in communication with a filtering device, connected, in addition, with pipelines for discharge of concentrate and filtrate, and shut-off and control valves, characterized in that the pump outlet through two piping lines with appropriate shut-off and control valves connected to the nozzles for supplying or discharging liquid or, respectively, concentrate, and these nozzles by means of corresponding hydraulic lines with shut-off and regulating equipment tied up with a concentrate discharge pipe.

2. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with at least one additional apparatus for filtering, nozzles for supplying or discharging liquid or, respectively, concentrate of which are in communication with unlike nozzles of the apparatus for filtering.

3. The apparatus for filtering, including a housing in which coaxially arranged tubular elements with an external filter layer are mounted, fixed in the tube sheet, nozzles for supplying liquid and discharge of concentrate, the cavities of the tubular elements with an external filter layer being in communication with a filtrate discharge pipe, characterized in that it is equipped with a pipe with holes installed along the axis of the body, drainage elements and located between the last inert particles and / or granules, the volume of which does not exceed 60% of the free inside the volume of the body, while the nozzles for supplying liquid and for removing the concentrate are nozzles for supplying or discharging liquid or concentrate, and one of them is in communication with the pipe with holes, and the other with the cavity of the body in which the inlet of the pipe is located.

4. The apparatus according to claim 3, characterized in that a thread is made in the outlet in the tube sheet coaxially with the socket for attaching the tubular element with an outer filter layer.

5. The apparatus according to claim 3, characterized in that the inner diameter of the Central part of the housing is less than the internal diameter of the cavity of the housing in which the inlet part of the pipe with holes is located.

6. The apparatus according to claim 3, characterized in that in the tube sheet and / or the housing cover and / or the housing there are loading openings with plugs.