RU2097105C1

RU2097105C1 - Filtration unit

Info

Publication number: RU2097105C1
Application number: RU95119240A
Authority: RU
Inventors: Владислав Петрович Демкин; Наталья Александровна Конькова; Владимир Владимирович Кузьмин; Владимир Дмитриевич Шестаков; Владислав Иванович Кузнецов
Original assignee: Владислав Петрович Демкин; Наталья Александровна Конькова; Владимир Владимирович Кузьмин; Владимир Дмитриевич Шестаков; Владислав Иванович Кузнецов
Priority date: 1995-11-13
Filing date: 1995-11-13
Publication date: 1997-11-27

Abstract

FIELD: filtration technics. SUBSTANCE: invention relates to separation and purification of liquids containing suspended solids. Unit contains filter; pump; sealed vessel for initial liquid disposed in thermostat allowing setting temperature ranged from 20 to 60 C; ultrasonic bath with water and several winds of hose connecting pump with filter; ultrasonic transformer embedded into cover of filter and made in the form of stainless steel box enclosing piezoceramic element connected with ultrasonic-frequency electric pulse source irradiating piezoceramic element. EFFECT: improved design. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для разделения, концентрирования в очистке относительно небольших количеств различных жидкостей, содержащих примесные частицы. The invention relates to devices for separation, concentration in the purification of relatively small amounts of various liquids containing impurity particles.

В качестве аналога рассмотрим фильтрующую установку [1] содержащую фильтр с фильтрующим элементом, через внутренний канал которого проходит обрабатываемая жидкость с выводом из установки проходящей через фильтр жидкости, причем по обе стороны фильтра расположены устройства для подачи и приема упругих элементов. Эти элементы с использованием электромагнитных клапанов помещают в прямом и обратном направлениях между устройствами через фильтрующий элемент с целью очистки его поверхности от остатков фильтрации. Недостатком его является сравнительно малая эффективность очистки, что ведет к порче мембранного элемента. As an analogue, we consider a filtering unit [1] containing a filter with a filtering element, through which the processed fluid passes through the output channel and the liquid passing through the filter comes out of the installation, and devices for supplying and receiving elastic elements are located on both sides of the filter. These elements using electromagnetic valves are placed in the forward and reverse directions between the devices through the filter element in order to clean its surface from filter residues. Its disadvantage is the relatively low cleaning efficiency, which leads to damage to the membrane element.

В качестве прототипа рассмотрим самоочищающийся фильтр-патрон для жидкостей с проходом, формирующим тангенциальный поток через элемент фильтра, препятствующий засорению. As a prototype, we consider a self-cleaning filter cartridge for liquids with a passage forming a tangential flow through the filter element that prevents clogging.

Фильтр состоит из корпуса, держащего цилиндрический патрон с материалом гофрированного фильтра, имеющего впускные отверстия во внешнее пространство патрона, выпускное отверстие для фильтрата на другой стороне и обходной выпуск со стороны входного отверстия патрона, удаленный от входа. The filter consists of a housing holding a cylindrical cartridge with a pleated filter material having inlet openings in the outer space of the cartridge, an outlet for the filtrate on the other side and a bypass outlet on the side of the cartridge inlet remote from the inlet.

Цилиндрический рукав плотно охватывает патрон, оставляя свободными дополнительные кольца с каждого конца, так что жидкость не может течь между входным отверстием и обходным выпуском, кроме как между рукавом и патроном, и часть жидкости, выводимой через обходной выпуск, создает тангенциальный поток относительно поверхности патрона, что предотвращает частичное засорение. The cylindrical sleeve tightly covers the cartridge, leaving additional rings at each end free, so that liquid cannot flow between the inlet and the bypass outlet, except between the sleeve and the cartridge, and the part of the liquid discharged through the bypass outlet creates a tangential flow relative to the surface of the cartridge, which prevents partial clogging.

Недостатком данного устройства также является недостаточно эффективное очищение. The disadvantage of this device is also not effective cleaning.

Целью изобретения поэтому является повышение эффективности фильтрации при сохранении целостности мембранного элемента. The aim of the invention is therefore to increase filtration efficiency while maintaining the integrity of the membrane element.

Цель достигается тем, что в фильтровальной установке, включающей емкость для исходной жидкости, фильтр из трековой мембраны в фильтродержателе с тангенциальным потоком, соединительные шланги
емкость для исходной жидкости помещена в термостат с возможностью установки температуры в диапазоне от 20 до 60^o C;
перед фильтром установлена ультразвуковая ванна с водой, внутри которой проходит несколько витков шланга, материал которого выбирается из условия:
ρ₁c₁ = ρ₂c₂, (1)
где C₁, C₂ скорость звука, ρ₁, ρ₂ плотность воды и материала шланга, соответственно;
в нижнюю крышку фильтродержателя вмонтирован ультразвуковой преобразователь, представляющий из себя корпус из нержавеющей стали, внутри которого помещен пьезокерамический элемент, на который подаются электрические импульсы ультразвуковой частоты;
На чертеже схематично представлено предлагаемое устройство, где:
1 емкость для исходной эмульсии в термостате;
2 перестальтический насос;
3 ультразвуковоя ванна для предварительной обработки эмульсии;
4 фильтровальная установка с тангенциальным потоком;
5 ультразвуковой преобразователь;
6 емкости для фильтрата;
7 генератор ультразвуковых импульсов;
8 осциллограф;
9 манометр;
10 вентиль для регулировки потока жидкости;
11 соединительные шланги.The goal is achieved by the fact that in a filter installation including a container for the initial liquid, a filter from the track membrane in the filter holder with a tangential flow, connecting hoses
the container for the initial liquid is placed in a thermostat with the ability to set the temperature in the range from 20 to 60 ^o C;
an ultrasonic bath with water is installed in front of the filter, inside of which several turns of a hose pass, the material of which is selected from the condition:
ρ ₁ c ₁ = ρ ₂ c ₂ , (1)
where C ₁ , C _{2 the} speed of sound, ρ ₁ , ρ _{2 the} density of water and hose material, respectively;
an ultrasonic transducer is mounted in the bottom cover of the filter holder, which is a stainless steel housing, inside which a piezoceramic element is placed, to which electric pulses of ultrasonic frequency are supplied;
The drawing schematically shows the proposed device, where:
1 container for the initial emulsion in a thermostat;
2 peristaltic pump;
3 ultrasonic bath for pre-treatment of the emulsion;
4 filter unit with tangential flow;
5 ultrasonic transducer;
6 containers for filtrate;
7 ultrasonic pulse generator;
8 oscilloscope;
9 manometer;
10 valve for regulating fluid flow;
11 connecting hoses.

Шланг, опускаемый в ультразвуковую ванну (3), выполнен из полиуретана, имеющего акустическое сопротивление, близкое к акустическому сопротивлению воды, и практически прозрачен для ультразвука, распространяющегося в воде. The hose lowered into the ultrasonic bath (3) is made of polyurethane having an acoustic impedance close to the acoustic impedance of water and is practically transparent to ultrasound propagating in the water.

С целью регенерации мембраны при сохранении ее целостности частота, скважность и амплитуда ультразвуковых импульсов варьирует в пределах: F 20 - 100 кГц; T 0,1 до 1,0; А 0,1 до 1,0 A_max.In order to regenerate the membrane while maintaining its integrity, the frequency, duty cycle and amplitude of ultrasonic pulses varies in the range: F 20 - 100 kHz; T 0.1 to 1.0; A 0.1 to 1.0 A _max .

Работа фильтровальной установки происходит следующим образом: эмульсия из емкости (1) перистальтическим насосом (2) подается на фильтровальную установку (4) по полиуретановому шлангу (11), помещенному в УЗ ванну (3). В УЗ ванне происходит предварительная обработка эмульсии УЗ для разрушения образований (конгломератов) чешуйчатых частиц. Фильтровальная установка (4) представляет собой плоскорамный элемент, в крышке которого расположен УЗ преобразователь (5). Преобразователем, питаемым генератором (7), подаются УЗ импульсы в эмульсию, которые позволяют в процессе фильтрации уменьшить забивание пор мембраны микропримесями, тем самым осуществляя регенерацию мембраны. Параметры УЗ импульса оптимизируют для каждого типа эмульсии и мембраны. The operation of the filter unit is as follows: the emulsion from the tank (1) is supplied by a peristaltic pump (2) to the filter unit (4) through a polyurethane hose (11) placed in an ultrasonic bath (3). In the ultrasonic bath, the ultrasonic emulsion is pretreated to destroy the formation (conglomerates) of scaly particles. The filter unit (4) is a flat element, in the cover of which is located the ultrasonic transducer (5). The transducer fed by the generator (7) supplies ultrasonic pulses to the emulsion, which allow filtering to reduce clogging of the pores of the membrane with microimpurities, thereby performing membrane regeneration. Parameters of ultrasound pulse optimize for each type of emulsion and membrane.

Контроль параметров используемых импульсов производится осциллографом (8) по амплитуде, длительности УЗ импульса и частоте его заполнения как в процессе наладки, так и в процессе эксплуатации. The parameters of the used pulses are controlled by an oscilloscope (8) in terms of amplitude, duration of the ultrasonic pulse and the frequency of its filling, both during commissioning and during operation.

Вентиль (10) и манометр (9) позволяют регулировать давление и скорость потока жидкости над мембраной. Valve (10) and manometer (9) allow you to adjust the pressure and flow rate of the liquid above the membrane.

Фильтрат поступает в емкость (6). The filtrate enters the tank (6).

В результате проведенных экспериментов на фильтрующих устройствах указанного выше типа получены следующие результаты:
повысилась производительность процесса фильтрации, в частности вязких эмульсий (подогретых фотоэмульсий), в два раза вследствие предварительной обработки в ультразвуковой ванне и за счет непрерывной регенерации мембраны ультразвуком;
повысилась экономическая эффективность процесса фильтрации за счет сокращения времени фильтрации и экономии расходных материалов (мембраны).As a result of experiments on filtering devices of the above type, the following results were obtained:
the productivity of the filtration process, in particular viscous emulsions (heated emulsions), doubled due to pre-treatment in an ultrasonic bath and due to the continuous regeneration of the membrane by ultrasound;
increased economic efficiency of the filtration process by reducing filtration time and saving consumables (membranes).

Claims

1. A filter unit containing a sealed container for the source liquid, a peristaltic pump, a filter in the form of a housing with a cover, a tangential inlet pipe and a microporous filter element installed in the housing, and connecting hoses, characterized in that it is equipped with a thermostat with the ability to set the temperature in the range 20 - 60 ^o C, in which there is a container for the source liquid, an ultrasonic bath with water, inside of which are placed several turns of a hose connecting the pump to the filter, material l which is selected from the condition
ρ ₁ c ₁ = ρ ₂ c ₂ ,
where ρ ₁ is the density of water;
c ₁ speed of sound in water;
ρ ₂ is the density of the hose material;
c _{2 the} speed of sound in the hose material,
and an ultrasonic transducer mounted in the filter cover and made in the form of a stainless steel housing, inside of which a piezoceramic element is placed connected to a means for supplying electric pulses of ultrasonic frequency to it.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the hose located in the ultrasonic bath is made of polyurethane.