RU2225747C1

RU2225747C1 - Multi-channel ceramic filter element

Info

Publication number: RU2225747C1
Application number: RU2002130838/15A
Authority: RU
Inventors: н Р.А. Мамигон; Р.А. Мамигонян; Ю.В. Гутин; Б.Л. Красный; Б.В. Пархаев
Original assignee: Мамигонян Рубен Арменакович; Гутин Юрий Викторович; Красный Борис Лазаревич; Пархаев Борис Васильевич
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2004-03-20

Abstract

FIELD: separation, concentration and purification of liquid and gaseous media. SUBSTANCE: proposed filter element is made in form of cylinder with channels on its external surface. Surfaces of channels are coated with thin porous membrane layer. Channels with membrane layer are molded in form of helical slot-like line. Filter element is inserted in bounding ferrule. Inner hole is used for removal of flow passing through membrane. EFFECT: reduction of labor consumption in manufacture of filter element; increased specific surface of separation; increased productivity; simplified regeneration of filter element; enhanced efficiency. 2 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области создания фильтрующих керамических мембранных элементов с каналами для движения исходной среды, которые предназначены для разделения, концентрирования и очистки жидких и газообразных сред.The invention relates to the field of creating filtering ceramic membrane elements with channels for the movement of the source medium, which are intended for the separation, concentration and purification of liquid and gaseous media.

Наиболее близкими к предлагаемому изобретению являются многоканальные керамические фильтрующие элементы из описаний патентов DE 41 34 223 C1, FR 2 720 953-A1, FR 2 720 954-A1. Эти керамические элементы трубчатого типа имеют форму цилиндра и пронизаны идущими вдоль элемента параллельно друг другу внутренними каналами. На поверхность этих каналов нанесен пористый мембранный разделительный слой. По цилиндрическим каналам со скоростью 2-6 м/с движется исходная среда, которая подлежит разделению. Недостатками описанных керамических фильтрующих мембранных элементов трубчатого типа, является: высокая трудоемкость изготовления, обусловленная необходимостью формования большого количества внутренних каналов и нанесения на поверхность этих каналов мембранного слоя; недостаточная удельная поверхность разделяющего слоя, что применительно к процессу мембранного разделения снижает компактность аппаратов, и следовательно повышает их металлоемкость и энергоемкость в процессе эксплуатации; невозможность визуального и оптического контроля за нанесенным на поверхность внутренних каналов мембранным слоем.Closest to the proposed invention are multichannel ceramic filter elements from the descriptions of patents DE 41 34 223 C1, FR 2 720 953-A1, FR 2 720 954-A1. These tubular-type ceramic elements are cylindrical and are pierced by internal channels running parallel to each other along the element. A porous membrane separation layer is applied to the surface of these channels. The source medium, which is subject to separation, moves along cylindrical channels with a speed of 2-6 m / s. The disadvantages of the described ceramic filtering membrane elements of the tubular type are: the high complexity of manufacturing, due to the need to form a large number of internal channels and deposit a membrane layer on the surface of these channels; insufficient specific surface of the separating layer, which in relation to the process of membrane separation reduces the compactness of the apparatus, and therefore increases their metal and energy consumption during operation; the impossibility of visual and optical control of the membrane layer deposited on the surface of the internal channels.

Целью настоящего изобретения является: снижение трудоемкости изготовления многоканального керамического фильтрующего элемента трубчатого типа с каналами для движения исходного раствора, снижения трудоемкости нанесения и контроля пористого мембранного слоя, увеличение удельной поверхности разделения керамического мембранного элемента, а также упрощение регенерации (очистки каналов мембранного элемента), увеличение эффективности указанной регенерации и производительности процесса разделения.The aim of the present invention is to reduce the complexity of manufacturing a multichannel ceramic filter element of a tubular type with channels for the movement of the initial solution, reduce the complexity of the deposition and control of the porous membrane layer, increase the specific separation surface of the ceramic membrane element, as well as simplify the regeneration (cleaning channels of the membrane element), increase the effectiveness of said regeneration and the performance of the separation process.

Указанная цель достигается тем, что на наружной цилиндрической поверхности керамического элемента отформованы винтовые каналы, по которым протекает исходная разделяемая среда со скоростью 2-6 м/с. На поверхность указанных каналов нанесен мембранный слой.This goal is achieved by the fact that helical channels are formed on the outer cylindrical surface of the ceramic element, through which the initial shared medium flows at a speed of 2-6 m / s. A membrane layer is applied to the surface of these channels.

Данные винтовые каналы в поперечном сечении представляют собой паз, ширина которого по средней линии в 4 раза меньше глубины. Угол наклона винтовой линии каналов должен быть менее 45°, так как от угла наклона винтовой линии зависит увеличение поверхности разделения. Данные о зависимости увеличения поверхности разделения от угла наклона винтовой линии приведены в таблице.These screw channels in cross section are a groove whose width along the midline is 4 times less than the depth. The angle of inclination of the helix of the channels should be less than 45 °, since an increase in the separation surface depends on the angle of inclination of the helix. Data on the dependence of the increase in the separation surface on the angle of inclination of the helix are shown in the table.

На фиг.1 схематично изображен предлагаемый многоканальный керамический элемент без ограничительной цилиндрической обечайки, на фиг.2 - с ограничительной обечайкой.Figure 1 schematically shows the proposed multichannel ceramic element without a restrictive cylindrical shell, figure 2 - with a restrictive shell.

Многоканальный керамический фильтрующий элемент 1 с винтовыми каналами 2 вставляется в ограничивающую его по наружной поверхности цилиндрическую обечайку 3, которая обеспечивает ограничение площади сечения винтовых каналов и формирует направленное движение разделяемой среды с требуемой скоростью вдоль поверхности указанных каналов. Внутреннее отверстие 4 многоканального элемента служит для отвода потока, проходящего через мембрану.A multichannel ceramic filter element 1 with screw channels 2 is inserted into a cylindrical shell 3 bounding it on the outer surface, which provides a limitation of the cross-sectional area of the screw channels and generates a directed motion of the shared medium at the required speed along the surface of these channels. The inner hole 4 of the multi-channel element serves to divert the flow passing through the membrane.

Таким образом, формование винтовых каналов пазообразного типа на наружной поверхности цилиндрических керамических элементов с углом наклона винтовой линии α позволяет в 1,26-2,6 раза увеличить удельную поверхность разделительного (фильтрующего) слоя. Это в свою очередь позволяет увеличить компактность, уменьшить размеры, снизить металлоемкость аппаратов и установок для проточного фильтрования выполненных с применением указанных выше многоканальных керамических элементов.Thus, the molding of helical channels of a groove-like type on the outer surface of cylindrical ceramic elements with an angle of inclination of the helix α allows 1.26-2.6 times increase in the specific surface of the separation (filtering) layer. This, in turn, allows one to increase compactness, reduce dimensions, and reduce the metal consumption of apparatuses and installations for flow-through filtration made using the above-mentioned multichannel ceramic elements.

Винтовой характер линии каналов обеспечивает дополнительную турбулизацию и завихрение потоков при движении в них исходной среды, что обеспечивает снижение концентрации исходной среды вблизи поверхности мембранного слоя канала и позволяет увеличить производительность процесса разделения.The helical nature of the channel line provides additional turbulence and turbulence of the flows when the initial medium moves in them, which ensures a decrease in the concentration of the initial medium near the surface of the membrane layer of the channel and can increase the productivity of the separation process.

Также расположение винтовых каналов на наружной поверхности керамического элемента значительно снижает трудоемкость его изготовления, а нанесение мембранного слоя на поверхность таких каналов позволяет облегчить формирование и контроль за нанесением мембранного слоя. Расположение винтовых каналов на наружной поверхности керамического элемента при снятой цилиндрической обечайке упрощает проведение регенерации мембранного слоя и увеличивает ее эффективность.The location of the screw channels on the outer surface of the ceramic element significantly reduces the complexity of its manufacture, and the application of the membrane layer on the surface of such channels makes it easier to form and control the application of the membrane layer. The location of the screw channels on the outer surface of the ceramic element with the removed cylindrical shell simplifies the regeneration of the membrane layer and increases its effectiveness.

Claims

1. A multi-channel ceramic filter element, which is a cylinder with channels, on the surface of which a thin porous membrane layer is applied, characterized in that the channels with a membrane layer for the flow of the shared medium are molded on the outer surface of the cylindrical element along a helical groove with an inclination angle of 20 45 °.

2. The multichannel ceramic element according to claim 1, characterized in that the ceramic element is inserted into a cylindrical shell bounding it on the outer surface.