RU2372974C1 - Cavitation membrane apparatus - Google Patents
Cavitation membrane apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- RU2372974C1 RU2372974C1 RU2008139996/15A RU2008139996A RU2372974C1 RU 2372974 C1 RU2372974 C1 RU 2372974C1 RU 2008139996/15 A RU2008139996/15 A RU 2008139996/15A RU 2008139996 A RU2008139996 A RU 2008139996A RU 2372974 C1 RU2372974 C1 RU 2372974C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- membrane
- diffuser
- cavitators
- cavitation
- carcass
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области разделения суспензий промышленного, сельскохозяйственного и бытового назначения и может быть использовано в различных отраслях промышленности.The invention relates to the field of separation of suspensions of industrial, agricultural and domestic purposes and can be used in various industries.
Известны фильтровальные мембранные элементы, в которых снижение концентрационной поляризации осуществляется с помощью цилиндрической гильзы с карманами и очистительными подвижными вкладышами [а.с. 1431795, В01D 13/00], турбулизирующей вставки в виде цепи или ленты из гибких элементов, шарнирно закрепленных одним концом на пористом каркасе [а.с. 1502042, В01D 13/00], соединенных между собой при помощи перемычек втулок, имеющих в продольном сечении крыловидный профиль [а.с. 1505563, В01D 13/00], вращающих втулок с лопастями [а.с. 1367995, В01D 13/00], винтовых каналов турбулизатора [а.с. 521902, В01D 13/00 и а.с. 1430054, В01D 13/00], плоских элементов виде пластин с отверстиями [а.с. 152041, В01D 13/00], очистительного элемента, выполненного в виде двух продольных половинок гиперболоида [а.с. 1465069, В01D 13/00], двух полых штоков, установленных с возможностью возвратно-поступательного движения [а.с. 528011, В01D 13/00].Known filter membrane elements in which the decrease in concentration polarization is carried out using a cylindrical sleeve with pockets and cleaning movable inserts [and.with. 1431795,
Недостатком известных фильтровальных мембранных элементов является увеличение уровня концентрационной поляризации как с течением времени, так и по их длине, что ведет к нестабильной работе и, соответственно, низкой производительности.A disadvantage of the known filter membrane elements is an increase in the concentration polarization level both over time and along their length, which leads to unstable operation and, accordingly, low productivity.
Известен мембранный аппарат [а.с. 1775145 СССР, МКП B01D 63/16 /Мембранный аппарат/ Н.С.Орлов, А.Ш.Шаяхметов, А.Г.Бородкин, Московский химико-технологический институт им. Д.И.Менделеева, опубл. 15.11.1992], содержащий корпус с пучком полых волокон, закрепленных в двух трубных решетках, крышки со штуцерами ввода и вывода растворов, а также излучатель ультразвука, выполненный в виде пластины, имеющей форму трубной решетки и расположенной перпендикулярно каналам полых волокон.Known membrane apparatus [and.with. 1775145 USSR, MKP B01D 63/16 / Membrane apparatus / N.S. Orlov, A.Sh. Shayakhmetov, A.G. Borodkin, Moscow Institute of Chemical Technology D.I. Mendeleev, publ. November 15, 1992], comprising a housing with a bundle of hollow fibers fixed in two tube sheets, covers with inlet and outlet fittings for solutions, and an ultrasound transducer made in the form of a plate having the shape of a tube sheet and located perpendicular to the channels of the hollow fibers.
Недостатком известного мембранного аппарата является ограниченная зона действия, т.к. ультразвуковые колебания гасятся на входе в каналы полых волокон, что не обеспечивает равномерного снижения уровня концентрационной поляризации по их длине, что ведет к нестабильной работе и, соответственно, низкой производительности аппарата.A disadvantage of the known membrane apparatus is the limited coverage, because ultrasonic vibrations are quenched at the entrance to the channels of the hollow fibers, which does not provide a uniform decrease in the concentration polarization level along their length, which leads to unstable operation and, accordingly, low productivity of the apparatus.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является реверсивный мембранный механизм [Патент 2142330 (Российская Федерация), МКИ B01D 63/00, 63/16 Реверсивный мембранный аппарат / С.Т.Антипов, С.В.Шахов, Ю.А.Завьялов, А.Н.Рязанов, А.В.Колтаков, опубл. в БИ, 1999, №34], содержащий трубчатый пористый каркас с уложенной на его внутренней поверхности на подложке полупроницаемой мембраной, причем внутри каркаса расположен очистительный элемент, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения и выполненный из эластичного материала, торцевые части которого повторяют конфигурацию внутренней поверхности штуцеров, при этом средняя часть очистительного элемента имеет углубление, торцевая поверхность которого выполнена в форме усеченного конуса, и в продольном сечении элемент имеет вид зеркально отображенной стрелы, при этом на концах каркаса установлены конусообразные штуцера, соединенные с клапанами и связанные между собой трубой.The closest in technical essence and the achieved effect is a reversible membrane mechanism [Patent 2142330 (Russian Federation), MKI B01D 63/00, 63/16 Reversible membrane apparatus / S.T. Antipov, S.V. Shakhov, Yu.A. Zavyalov , A.N. Ryazanov, A.V. Koltakov, publ. in BI, 1999, No. 34], containing a tubular porous frame with a semipermeable membrane laid on its inner surface on a substrate, and inside the frame there is a cleaning element mounted with the possibility of reciprocating movement and made of elastic material, the end parts of which repeat the configuration of the inner the surface of the fittings, while the middle part of the cleaning element has a recess, the end surface of which is made in the form of a truncated cone, and in longitudinal section s an appearance mirroring boom, wherein the ends on a frame mounted conical spout connected to valves and interconnected pipe.
Недостатком реверсивного мембранного механизма является малая сила воздействия на примембранный высококонцентрированный слой продукта, а также недостаточная степень турбулизации потока при повышении концентрации сухих веществ в растворе и увеличении его вязкости, что приводит к снижению эффективности разделения жидкости, а также невозможности использования мембранного механизма для процессов эмульгирования, диспергирования и гомогенизации.A drawback of the reverse membrane mechanism is the low force acting on the near-membrane highly concentrated product layer, as well as the insufficient degree of flow turbulization with an increase in the concentration of solids in the solution and an increase in its viscosity, which leads to a decrease in the efficiency of liquid separation, as well as the inability to use the membrane mechanism for emulsification processes, dispersion and homogenization.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности разделения жидкости за счет увеличения силы воздействия на примембранный высококонцентрированный слой продукта, степени турбулизации потока при повышении концентрации сухих веществ в растворе и увеличении его вязкости, а также расширение области применения.An object of the invention is to increase the efficiency of liquid separation by increasing the force acting on the near-membrane highly concentrated product layer, the degree of turbulization of the flow with increasing concentration of solids in the solution and increasing its viscosity, as well as expanding the scope.
Техническая задача изобретения достигается тем, что в кавитационном мембранном аппарате, содержащем каркас с полупроницаемой мембраной, очистительный элемент, установленный внутри каркаса с возможностью совершения возвратно-поступательного движения, новым является то, что каркас выполнен в виде последовательно расположенных конфузора и двух диффузоров, причем последний диффузор выполнен в виде металлокерамической полупроницаемой мембраны и имеет меньший угол наклона относительно предыдущего, а очистительный элемент, расположенный в диффузорной части каркаса, представляет собой ряд последовательно расположенных кавитаторов конусообразной или куполообразной формы, увеличивающихся по направлению движения потока и соединенных между собой пружинами, закрепленный на штоке, выполненном с возможностью осевого перемещения посредством винтовой передачи, причем большее основание кавитаторов направлено в сторону выхода из мембранного аппарата, а диаметры кавитаторов определяются из соотношенияThe technical task of the invention is achieved by the fact that in a cavitation membrane apparatus containing a frame with a semi-permeable membrane, the cleaning element mounted inside the frame with the possibility of reciprocating movement, new is that the frame is made in the form of consecutive confuser and two diffusers, the latter the diffuser is made in the form of a ceramic-metal semipermeable membrane and has a smaller angle of inclination relative to the previous one, and the cleaning element is located d in the diffuser part of the frame, is a series of successively arranged cavitators or dome-shaped cavitators, increasing in the direction of flow and interconnected by springs, mounted on a rod made with axial movement by means of a helical gear, with the larger base of the cavitators directed towards the exit membrane apparatus, and the diameters of the cavitators are determined from the ratio
, ,
где di - диаметр i-го кавитатора, мм;where d i is the diameter of the i-th cavitator, mm;
Li - расстояние между соседними кавитаторами, мм, Li=Li+1=…=L;L i - the distance between adjacent cavitators, mm, L i = L i + 1 = ... = L;
α - угол раствора диффузора, град.α is the angle of the diffuser, deg.
Технический результат заключается в повышении эффективности разделения жидкости за счет увеличения силы воздействия на примембранный высококонцентрированный слой продукта, степени турбулизации потока при повышении концентрации сухих веществ в растворе и увеличении его вязкости, а также расширении области применения.The technical result consists in increasing the efficiency of liquid separation by increasing the force acting on the near-membrane highly concentrated product layer, the degree of turbulization of the flow with increasing concentration of solids in the solution and increasing its viscosity, as well as expanding the scope.
На фиг.1 изображен поперечный разрез кавитационного мембранного аппарата; на фиг.2 - трехмерная модель кавитационного мембранного аппарата; на фиг.3 - расчетная схема для определения диаметра кавитатора; на фиг.4 - расчетная схема для определения i-го количества диаметров кавитаторов, на фиг.5 - схема работы аппарата.Figure 1 shows a cross section of a cavitation membrane apparatus; figure 2 is a three-dimensional model of a cavitation membrane apparatus; figure 3 is a design diagram for determining the diameter of the cavitator; figure 4 is a design diagram for determining the i-th number of diameters of cavitators, figure 5 is a diagram of the operation of the apparatus.
Кавитационный мембранный аппарат (фиг.1-2) содержит каркас 1, выполненный в виде последовательно расположенных конфузора 2 и двух диффузоров 3 и 4, причем последний диффузор выполнен в виде металлокерамической полупроницаемой мембраны и имеет меньший угол наклона относительно предыдущего. Внутри каркаса 1, в его диффузорной части, расположен очистительный элемент 5, выполненный с возможностью совершения возвратно-поступательного движения, представляющий собой ряд последовательно расположенных кавитаторов 6 конусообразной или куполообразной формы, увеличивающихся по мере увеличения диаметра диффузора 4 и соединенных между собой пружинами 7, закрепленный на штоке 8, выполненном с возможностью осевого перемещения посредством винтовой передачи 9, причем большее основание кавитаторов 6 направлено в сторону выхода из мембранного аппарата, при этом задаемся диаметром основания первого кавитатора по ходу движения исходного раствора. А диаметр второго кавитатора определяется исходя из расчетной схемы (фиг.3) следующим образом.The cavitation membrane apparatus (FIGS. 1-2) contains a
Примем, что АС=L.We assume that AC = L.
Выразим АС из треугольника ABCExpress AC from triangle ABC
, ,
отсюдаfrom here
Выразим ВС из треугольника ABCExpress sun from triangle ABC
Диаметр кавитатора определяется по формулеThe cavitator diameter is determined by the formula
D=d+2·ВС,D = d + 2 · BC,
тогда, подставляя выражение для ВС с учетом выражения для АВ, получим then, substituting the expression for BC taking into account the expression for AB, we obtain
Преобразуя последнее выражение, получимTransforming the last expression, we get
Диаметры всех остальных кавитаторов (фиг.4) определяются из соотношенияThe diameters of all other cavitators (figure 4) are determined from the ratio
, ,
где di - диаметр i-го кавитатора, мм;where d i is the diameter of the i-th cavitator, mm;
Li - расстояние между соседними кавитаторами, мм, Li=Li+1=…=L;L i - the distance between adjacent cavitators, mm, L i = L i + 1 = ... = L;
α - угол раствора диффузора, град.α is the angle of the diffuser, deg.
Количество кавитаторов 6 зависит от физико-химических свойств исходных растворов.The number of
Закрепление очистительного элемента 5 на штоке 8 с возможностью перемещения в ту или иную сторону вызвано необходимостью регулировки режима работы устройства в зависимости от исходных свойств продукта (в основном от структурных и реологических его характеристик) в начальный период. А жесткость пружин 7 обеспечивает необходимые расстояния между кавитаторами 6 в зависимости от давления жидкости и вязкостных свойств продукта, изменяющихся по длине мембраны.The fastening of the
Для подачи исходного раствора служит патрубок 10 с фланцем 11, а для вывода концентрата используется патрубок 12 с фланцем 13.A
Предложенный кавитационный мембранный аппарат работает следующим образом.The proposed cavitation membrane apparatus operates as follows.
Перед началом работы кавитационного мембранного аппарата с помощью осевого перемещения штока 8 устанавливается в зависимости от исходных свойств продукта положение очистительного элемента 5 в виде блока кавитаторов 6.Before starting the operation of the cavitation membrane apparatus using the axial movement of the
Исходный раствор, предназначенный для обработки, через патрубок 10 подается в кавитационный мембранный аппарат под рабочим давлением (например, 5-10 МПа) и поступает в конфузор 2, в котором происходит увеличение скорости его движения, а затем поступает в два последовательно расположенных диффузора 3 и 4, в которых обеспечивается сглаживание пульсационных давлений и создаются условия для более плавного его течения и обтекания вокруг кавитаторов 6. По мере обтекания раствора вокруг каждого кавитатора 6 происходит турбулизация пограничного слоя у поверхности металлокерамической полупроницаемой мембраны и срыв его в середину потока с возникновением в разделяемом растворе кавитации (фиг.5) путем образования и схлопывания пузырьков, обеспечивающих дополнительные импульсные воздействия на примембранный слой продукта и способствующих снижению уровня концентрационной поляризации.The initial solution intended for processing, through the
Кроме этого, пузырьки, оказывая силовое воздействие за счет энергии их схлопывания на осевшие и прилипшие к поверхности мембраны высокомолекулярные частицы продукта, а также частицы, находящиеся на входе и внутри капилляра, отрывают их от поверхности, после чего частицы уносятся с потоком разделяемой жидкости.In addition, the bubbles, exerting a force effect due to the energy of their collapse on the high molecular weight particles of the product that have settled and adhered to the membrane surface, as well as particles located at the inlet and inside the capillary, tear them off the surface, after which the particles are carried away with the flow of the separated liquid.
Причем с изменением вязкости продукта происходит изменение скорости потока и, соответственно, расстояния между кавитаторами 6, которое автоматически регулируется жесткостью соединяющих их пружин 7.Moreover, with a change in the viscosity of the product, a change in the flow rate and, accordingly, the distance between the
По мере движения раствора в аппарате происходит его разделение, часть которого проходит через мембрану и выводится наружу в виде фильтрата. Вывод концентрата осуществляется через патрубок 12.As the solution moves in the apparatus, it separates, part of which passes through the membrane and is discharged out in the form of a filtrate. The output of the concentrate is carried out through the
Предложенный кавитационный мембранный аппарат позволяет:The proposed cavitation membrane apparatus allows:
- повысить эффективность разделения жидкости;- increase the efficiency of liquid separation;
- увеличить силу воздействия на примембранный высококонцентрированный слой продукта;- increase the force acting on the near-membrane highly concentrated product layer;
- увеличить степень турбулизации потока при повышении концентрации сухих веществ в растворе и увеличении его вязкости;- increase the degree of turbulization of the stream with an increase in the concentration of solids in the solution and an increase in its viscosity;
- расширить диапазон использования аппарата с целью его использования для процессов эмульгирования, диспергирования и гомогенизации.- expand the range of use of the apparatus with the aim of its use for the processes of emulsification, dispersion and homogenization.
Claims (2)
,
где di - диаметр i-го кавитатора, мм;
Li - расстояние между соседними кавитаторами, мм, Li=Li+1=…=L;
α - угол раствора диффузора, град. 2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the diameters of the cavitators are determined from the ratio
,
where d i is the diameter of the i-th cavitator, mm;
L i - the distance between adjacent cavitators, mm, L i = L i + 1 = ... = L;
α is the angle of the diffuser, deg.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008139996/15A RU2372974C1 (en) | 2008-10-08 | 2008-10-08 | Cavitation membrane apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008139996/15A RU2372974C1 (en) | 2008-10-08 | 2008-10-08 | Cavitation membrane apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2372974C1 true RU2372974C1 (en) | 2009-11-20 |
Family
ID=41477776
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008139996/15A RU2372974C1 (en) | 2008-10-08 | 2008-10-08 | Cavitation membrane apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2372974C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2758389C1 (en) * | 2020-09-19 | 2021-10-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ") | Cavitation-ozone membrane unit |
-
2008
- 2008-10-08 RU RU2008139996/15A patent/RU2372974C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2758389C1 (en) * | 2020-09-19 | 2021-10-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ") | Cavitation-ozone membrane unit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5628909A (en) | Membrane filters with corkscrew vortex generating means | |
US20170282097A1 (en) | Separation of multi-component fluid through ultrasonic acoustophoresis | |
US8524082B2 (en) | Mechanical axial vibration in membrane separation treatment of effluents | |
AU2007341002B2 (en) | Ultrasonic liquid treatment system | |
EP2670518B1 (en) | Apparatus and method for removing finely divided solids from a liquid flow | |
EP2758345B1 (en) | Ultrasonic separator for separating particles from a liquid and method for separating particles with this device | |
RU2372974C1 (en) | Cavitation membrane apparatus | |
US11273411B2 (en) | Vibrating filter-plate assembly device | |
US11154818B2 (en) | Tubular membrane with spiral flow | |
RU2367507C1 (en) | Ultrasonic membrane element | |
Walzel | Effects and new applications of pulsed flow | |
JP2013237040A (en) | Filtration device and filtration method | |
Hadzismajlovic et al. | Flux enhancement in laminar crossflow microfiltration using a collapsible-tube pulsation generator | |
CN109589797A (en) | A kind of device extending household reverse osmosis membrane lifetime | |
WO2014126156A1 (en) | Membrane separation treatment method and membrane separation treatment system | |
Chang et al. | Techniques to Enhance Performance of Liquid-Phase Membrane Processes by Improved Control of Concentration Polarization | |
RU194618U1 (en) | HYDRODYNAMIC CAVITATION HOMOGENIZER | |
RU2560417C1 (en) | Membrane apparatus | |
RU2758389C1 (en) | Cavitation-ozone membrane unit | |
RU89416U1 (en) | MEMBRANE FEW FIBER | |
RU2064819C1 (en) | Solution separation diaphragm apparatus | |
EP3820603B1 (en) | Liquid process assembly | |
Hadzismajlovic et al. | Collapsible‐tube pulsation generator for crossflow microfiltration: Fatigue testing of silicone‐rubber tubes | |
JP2013248581A (en) | Filtering apparatus and filtering method | |
RU152744U1 (en) | MEMBRANE MACHINE |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101009 |