RU2813339C1 - Membrane apparatus with nozzle turbulizer - Google Patents
Membrane apparatus with nozzle turbulizer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2813339C1 RU2813339C1 RU2023110461A RU2023110461A RU2813339C1 RU 2813339 C1 RU2813339 C1 RU 2813339C1 RU 2023110461 A RU2023110461 A RU 2023110461A RU 2023110461 A RU2023110461 A RU 2023110461A RU 2813339 C1 RU2813339 C1 RU 2813339C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- turbulator
- nozzle
- cylindrical
- tube
- conical
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 4
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims abstract description 4
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims description 6
- 239000012466 permeate Substances 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 15
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 101150115489 MPK7 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области разделения, концентрирования и опреснения различных растворов методами обратного осмоса и ультрафильтрации и может быть использовано в пищевой, фармацевтической, микробиологической промышленности, а также на предприятиях агропромышленного комплекса.The invention relates to the field of separation, concentration and desalination of various solutions by reverse osmosis and ultrafiltration methods and can be used in the food, pharmaceutical, microbiological industries, as well as in agricultural enterprises.
Известен мембранный аппарат с нестационарной гидродинамикой (Пат. №2174432 Российская Федерация, МПК7 В01D 63/06. Мембранный аппарат с нестационарной гидродинамикой [Текст] Кретов И.Т., Шахов С.В., Ключников А.И., Ряжских В.И.; заявитель Воронеж, гос. тех-нол. акад. - 2000130308/12; заявл. 04.12.00; опубл. 10.10.01. Бюл. №28. - 5 с: ил.), содержащий трубчатые мембранные модули, патрубки для ввода исходного раствора, вывода фильтрата и концентрата и непроницаемый рукав, расположенный коаксиально мембранной поверхности.A membrane apparatus with unsteady hydrodynamics is known (Pat. No. 2174432 Russian Federation, MPK7 B01D 63/06. Membrane apparatus with unsteady hydrodynamics [Text] Kretov I.T., Shakhov S.V., Klyuchnikov A.I., Ryazhskikh V.I. .; applicant Voronezh, state technical no. academician - 2000130308/12; application 04.12.00; publ. 10.10.01. Bulletin No. 28. - 5 p.: ill.), containing tubular membrane modules, pipes for input of the initial solution, output of the filtrate and concentrate and an impermeable sleeve located coaxially to the membrane surface.
Недостатком известного аппарата является неэффективность работы мембран в ламинарном режиме, низкая степень очистки мембранной поверхности при установившемся режиме вследствие обтекания округлой поверхности, образуемой непроницаемым рукавом и шаровыми элементами, движущимися внутри него.The disadvantage of the known apparatus is the ineffectiveness of membrane operation in laminar mode, the low degree of cleaning of the membrane surface in steady state due to the flow around a round surface formed by an impermeable sleeve and spherical elements moving inside it.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является мембранный аппарат с турбулизатором двойного действия (Пат. №2680459, Российская Федерация, МПК B01D 63/06 (2006.01) [Текст] Ключников А.И., Шахов С.В., Ключникова Д.В., Корышева Н.Н., Самохин С.А., заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ФГБОУ ВО «ВГУИТ») - 2018111226; заявл. 29.03.2018; опубл. 21.02.2019. Бюл. №6. - 11 с.: ил.), содержащий трубчатый мембранный модуль, штуцеры ввода исходного раствора, вывода концентрата и фильтрата, турбулизатор, имеющий возможность возвратно-поступательного движения вдоль оси трубчатого мембранного модуля.The closest in technical essence and achieved effect is a membrane apparatus with a double-action turbulator (Pat. No. 2680459, Russian Federation, IPC B01D 63/06 (2006.01) [Text] Klyuchnikov A.I., Shakhov S.V., Klyuchnikova D. V., Korysheva N.N., Samokhin S.A., applicant Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Voronezh State University of Engineering Technologies" (FSBEI HE "VSUIT") - 2018111226; application 03.29.2018; publ. 02.21. 2019. Bulletin No. 6. - 11 pp.: ill.), containing a tubular membrane module, fittings for the input solution, concentrate and filtrate outlet, a turbulator capable of reciprocating movement along the axis of the tubular membrane module.
Недостатком известного аппарата является возможность механического повреждения полупроницаемой мембраны в результате многократного воздействия турбулизатора двойного действия на ее поверхность при его перемещении.A disadvantage of the known apparatus is the possibility of mechanical damage to the semi-permeable membrane as a result of repeated exposure to a double-action turbulator on its surface during its movement.
Технической задачей изобретения является увеличение производительности мембранного аппарата за счет улучшения гидродинамического воздействия на разделяемый поток вследствие снижения уровня концентрационной поляризации на поверхности мембраны.The technical objective of the invention is to increase the productivity of the membrane apparatus by improving the hydrodynamic effect on the separated flow due to a decrease in the level of concentration polarization on the membrane surface.
Техническая задача достигается тем, что в мембранном аппарате с сопловым турбулизатором, включающем трубчатый мембранный модуль, выполненный в виде пористого тела с нанесенной на его внутреннюю поверхность полупроницаемой мембраной, штуцеры для ввода исходного раствора, вывода пермеата и концентрата, турбулизатор, размещенный с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оси трубчатого мембранного модуля при помощи приводного вала, размещенного с возможностью вращения в резьбовой втулке корпуса турбулизатора и направляющих, неподвижно закрепленных в торцевых крышках, новым является то, что турбулизатор выполнен в виде цилиндроконической детали, размещенной конической частью по ходу движения потока исходного раствора, меньшее основание усеченного конуса содержит распорные пластины, удерживающие резьбовую втулку и цилиндроконический корпус соплового турбулизатора в горизонтальном положении, внутри цилиндроконического корпуса соплового турбулизатора с возможностью вращения размещен сопловой элемент, выполненный в виде соосно расположенной трубки с открытой торцевой частью с одной стороны и вваренными изогнутыми трубками с другой стороны, на каждой изогнутой трубке неподвижно закреплена лопасть, образующая в совокупности с другими лопастями лопастное колесо для вращения соплового элемента под действием потока исходного раствора, проходящего через сопловой турбулизатор, трубка соплового элемента соосно удерживается за счет стержней, содержащих тела качения, находящихся в кольцевых желобах, размещенных на внутренней поверхности цилиндроконического корпуса соплового турбулизатора, на наружной поверхности цилиндрической части цилиндроконического корпуса размещены втулки для прохода через них направляющих, предотвращающих вращение соплового турбулизатора во время его возвратно-поступательного перемещения вдоль оси трубчатого мембранного модуля.The technical problem is achieved by the fact that in a membrane apparatus with a nozzle turbulator, including a tubular membrane module made in the form of a porous body with a semi-permeable membrane applied to its inner surface, fittings for input of the initial solution, output of permeate and concentrate, a turbulator placed with the possibility of reciprocating translational movement along the axis of the tubular membrane module using a drive shaft placed with the possibility of rotation in the threaded bushing of the turbulator body and guides fixedly fixed in the end covers, what is new is that the turbulator is made in the form of a cylindrical-conical part placed with a conical part in the direction of the source flow solution, the smaller base of the truncated cone contains spacer plates that hold the threaded bushing and the cylindrical-conical body of the nozzle turbulator in a horizontal position; inside the cylindrical-conical body of the nozzle turbulator, a nozzle element is rotatably placed, made in the form of a coaxially located tube with an open end part on one side and welded curved tubes on the other hand, on each curved tube a blade is fixedly fixed, forming, together with other blades, a blade wheel for rotating the nozzle element under the action of the flow of the initial solution passing through the nozzle turbulator; the nozzle element tube is coaxially held by rods containing rolling elements located in the annular grooves located on the inner surface of the cylindrical-conical body of the nozzle turbulator, on the outer surface of the cylindrical part of the cylindrical-conical body there are bushings for the passage of guides through them, preventing rotation of the nozzle turbulator during its reciprocating movement along the axis of the tubular membrane module.
На фиг. 1 схематически изображена схема предлагаемого мембранного аппарата с сопловым турбулизатором; на фиг. 2 - разрез мембранного модуля с сопловым турбулизатором; на фиг. 3 - схема гидродинамического процесса при движении соплового турбулизатора вдоль оси мембранного модуля.In fig. 1 schematically shows a diagram of the proposed membrane apparatus with a nozzle turbulator; in fig. 2 - section of the membrane module with a nozzle turbulator; in fig. 3 - diagram of the hydrodynamic process when the nozzle turbulator moves along the axis of the membrane module.
Мембранный аппарат с сопловым турбулизатором содержит трубчатый мембранный модуль (фиг. 1), выполненный в виде двух коаксиально расположенных цилиндров 1 и 2. Цилиндр 1 выполнен из пористого материала, на внутреннюю поверхность которого нанесена полупроницаемая мембрана 3, а цилиндр 2 - из непроницаемого для жидкости материала. Цилиндр 1 снабжен штуцерами ввода исходного раствора 4, вывода концентрата 5, размещенными в торцевых крышках 6 и 7 соответственно. Цилиндр 2 снабжен штуцером 8 вывода фильтрата.A membrane apparatus with a nozzle turbulator contains a tubular membrane module (Fig. 1), made in the form of two coaxially located cylinders 1 and 2. Cylinder 1 is made of porous material, on the inner surface of which a semi-permeable membrane 3 is applied, and cylinder 2 is made of liquid-impermeable material material. Cylinder 1 is equipped with fittings for the input of the initial solution 4 and the output of the concentrate 5, located in the end caps 6 and 7, respectively. Cylinder 2 is equipped with fitting 8 for filtrate outlet.
Внутри пористого цилиндра 1 соосно расположен сопловой турбулизатор 9, имеющий возможность возвратно-поступательного движения вдоль оси трубчатого мембранного модуля при помощи приводного вала 10, вращающегося в резьбовой втулке 11 корпуса соплового турбулизатора 9 и направляющих 12, неподвижно закрепленных в торцевых крышках 6 и 7.Inside the porous cylinder 1, a nozzle turbulator 9 is coaxially located, which has the ability to reciprocate along the axis of the tubular membrane module using a drive shaft 10 rotating in the threaded sleeve 11 of the nozzle turbulator housing 9 and guides 12, fixedly fixed in the end covers 6 and 7.
Приводной вал 10 вращается с помощью герметичных подшипниковых узлов 13 и 14, установленных на торцевых крышках 6 и 7 соответственно, при помощи реверсивного электродвигателя 15 с переменной частотой вращения.The drive shaft 10 rotates using sealed bearing units 13 and 14 mounted on the end caps 6 and 7, respectively, using a reversible electric motor 15 with variable speed.
Сопловой турбулизатор 9 (фиг. 2) выполнен в виде цилиндроконической детали, размещенной конической частью по ходу движения потока исходного раствора. Меньшее основание усеченного конуса содержит распорные пластины 16, удерживающие резьбовую втулку 11 и цилиндрокониче-ский корпус соплового турбулизатора 9 в горизонтальном положении.The nozzle turbulator 9 (Fig. 2) is made in the form of a cylindrical-conical part, placed with a conical part in the direction of the flow of the original solution. The smaller base of the truncated cone contains spacer plates 16 that hold the threaded bushing 11 and the cylindrical-conical body of the nozzle turbulator 9 in a horizontal position.
Внутри цилиндроконического корпуса соплового турбулизатора 9 с возможностью вращения размещен сопловой элемент 17, выполненный в виде соосно расположенной трубки с открытой торцевой частью с одной стороны и вваренными изогнутыми трубками 18 с другой стороны.Inside the cylindrical-conical body of the nozzle turbulator 9, a nozzle element 17 is rotatably placed, made in the form of a coaxially located tube with an open end part on one side and welded curved tubes 18 on the other side.
На каждой изогнутой трубке 18 неподвижно закреплена лопасть 19, образующая в совокупности с другими лопастями лопастное колесо для вращения соплового элемента 17 под действием потока исходного раствора, проходящего через сопловой турбулизатор 9.A blade 19 is fixedly fixed on each curved tube 18, forming, together with other blades, a blade wheel for rotating the nozzle element 17 under the action of the flow of the original solution passing through the nozzle turbulator 9.
Трубка 18 соплового элемента 17 соосно удерживается за счет стержней 20, содержащих тела качения 21, находящихся в кольцевых желобах, размещенных на внутренней поверхности цилиндроконического корпуса соплового турбулизатора 9. На наружной поверхности цилиндрической части цилиндроконического корпуса размещены втулки 22 для прохода через них направляющих 12, предотвращающих вращение соплового турбулизатора 9 во время его возвратно-поступательного перемещения вдоль оси трубчатого мембранного модуля.The tube 18 of the nozzle element 17 is coaxially held by rods 20 containing rolling elements 21, located in annular grooves located on the inner surface of the cylindrical-conical body of the nozzle turbulator 9. On the outer surface of the cylindrical part of the cylindrical-conical body, bushings 22 are placed for the passage of guides 12 through them, preventing rotation of the nozzle turbulator 9 during its reciprocating movement along the axis of the tubular membrane module.
Мембранный аппарат с сопловым турбулизатором работает следующим образом.A membrane apparatus with a nozzle turbulator operates as follows.
Перед пуском мембранного аппарата убеждаются в том, что сопловой турбулизатор 9 занимает крайнее левое положение, после чего через штуцер 4 во внутрь пористого цилиндра 1 подают исходный раствор под давлением, превышающим осмотическое для данной жидкости. Прошедший через полупроницаемую мембрану 3 пористого цилиндра 1 пермеат, направляется в кольцевое пространство, образованное наружной поверхностью пористого цилиндра 1 и внутренней поверхностью непроницаемого цилиндра 2. Откуда он отводится при помощи штуцера 8.Before starting the membrane apparatus, make sure that the nozzle turbulator 9 occupies the extreme left position, after which the initial solution is supplied through the fitting 4 into the interior of the porous cylinder 1 under a pressure exceeding the osmotic value for a given liquid. The permeate that has passed through the semi-permeable membrane 3 of the porous cylinder 1 is directed into the annular space formed by the outer surface of the porous cylinder 1 and the inner surface of the impermeable cylinder 2. From where it is discharged using fitting 8.
После снижения рабочих характеристик полупроницаемой мембраны 3 вследствие концентрационной поляризации (например, селективности и проницаемости) подают напряжение на обмотки реверсивного электродвигателя 15 с переменной частотой вращения, который приводит во вращение приводной вал 10. За счет передачи «винт-гайка» при вращении приводного вала 10 осуществляется движение соплового турубулизатора 9 вдоль оси трубчатого мембранного модуля при помощи направляющих 12.After a decrease in the performance characteristics of the semi-permeable membrane 3 due to concentration polarization (for example, selectivity and permeability), voltage is applied to the windings of a reversible electric motor 15 with a variable rotation speed, which rotates the drive shaft 10. Due to the “screw-nut” transmission when the drive shaft 10 rotates The nozzle turbulizer 9 moves along the axis of the tubular membrane module using guides 12.
Одновременно с осевым перемещением соплового турбулизатора 9 поток исходного раствора, проходящий через его цилиндроконический корпус, воздействует на лопастное колесо, приводя во вращение сопловой элемент 17.Simultaneously with the axial movement of the nozzle turbulator 9, the flow of the initial solution passing through its cylindrical-conical body acts on the blade wheel, causing the nozzle element 17 to rotate.
На выходе из меньшего основания 23 конической части соплового турбулизатора 9 (фиг 3) поток исходного раствора претерпевает гидродинамические изменения в отношении скорости и давления: кинетическая энергия разделяемого потока уменьшается вследствие падения скорости, а потенциальная энергия увеличивается. В результате этого внутри цилиндроконического корпуса соплового элемента 17 создается зона пониженного давления, приводящая к подсасыванию части исходного раствора через изогнутые трубки 18, расположенные в непосредственной близости от поверхности полупроницаемой мембраны 3. Это способствует разрушению слоя отложений на поверхности полупроницаемой мембраны 3 и удалению их вместе с концентратом из трубчатого мембранного модуля через штуцер 5 (на фиг. 3 условно не показан). Вращение под действием потока исходного раствора соплового элемента 17 с одновременным продвижением соплового турбулизатора 9 вдоль оси трубчатого мембранного модуля усиливает эффективность очистки всей поверхности полупроницаемой мембраны 3 за счет снижения уровня концентрационной поляризации.At the exit from the smaller base 23 of the conical part of the nozzle turbulator 9 (Fig. 3), the flow of the original solution undergoes hydrodynamic changes in terms of speed and pressure: the kinetic energy of the separated flow decreases due to a drop in speed, and the potential energy increases. As a result, a zone of reduced pressure is created inside the cylindrical-conical body of the nozzle element 17, leading to the suction of part of the initial solution through curved tubes 18 located in close proximity to the surface of the semi-permeable membrane 3. This helps to destroy the layer of deposits on the surface of the semi-permeable membrane 3 and remove them along with concentrate from the tubular membrane module through fitting 5 (not shown in Fig. 3). Rotation of the nozzle element 17 under the influence of the flow of the initial solution with simultaneous advancement of the nozzle turbulator 9 along the axis of the tubular membrane module enhances the cleaning efficiency of the entire surface of the semi-permeable membrane 3 by reducing the level of concentration polarization.
После достижения сопловым турбулизатором 9 крайнего правого положения направление вращения приводного вала 10 изменяют на противоположное с целью возврата соплового турбулизатора 9 в исходное состояние -крайнее левое положение. После чего процессы повторяют аналогично описанным выше.After the nozzle turbulator 9 reaches the extreme right position, the direction of rotation of the drive shaft 10 is changed to the opposite in order to return the nozzle turbulator 9 to its original state - the extreme left position. After which the processes are repeated similarly to those described above.
Данный аппарат позволяет обеспечить:This device allows you to provide:
- многозадачный режим работы и, как следствие, различный уровень интенсификации за счет вариаций скорости перемещения соплового турбулизатора вдоль поверхности полупроницаемой мембраны с одновременным вращением соплового элемента под действием потока исходного раствора;- multi-tasking mode of operation and, as a consequence, different levels of intensification due to variations in the speed of movement of the nozzle turbulator along the surface of the semi-permeable membrane with simultaneous rotation of the nozzle element under the influence of the flow of the original solution;
- исключение возможности повреждения поверхности полупроницаемой мембраны движущимся сопловым турбулизатором за счет его соосного удерживания при помощи приводного вала, вращающегося в резьбовой втулке цилиндроконического корпуса и направляющих;- eliminating the possibility of damage to the surface of the semi-permeable membrane by a moving nozzle turbulator due to its coaxial retention by means of a drive shaft rotating in a threaded sleeve of a cylindrical-conical body and guides;
- эффективную очистку поверхности полупроницаемой мембраны от образующихся отложений за счет вращающегося под действием потока исходного расхода лопастного колеса соплового элемента при одновременном осевом перемещении соплового турбулизатора вдоль оси трубчатого мембранного модуля.- effective cleaning of the surface of the semi-permeable membrane from deposits formed due to the nozzle element blade wheel rotating under the influence of the initial flow rate while simultaneously axially moving the nozzle turbulator along the axis of the tubular membrane module.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2813339C1 true RU2813339C1 (en) | 2024-02-12 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2174432C1 (en) * | 2000-12-04 | 2001-10-10 | Воронежская государственная технологическая академия | Membrane apparatus with nonstationary hydrodynamics |
| RU2680459C1 (en) * | 2018-03-29 | 2019-02-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ") | Membrane device with double action turbulator |
| US10935474B1 (en) * | 2020-07-23 | 2021-03-02 | King Abdulaziz University | Membrane filter device |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2174432C1 (en) * | 2000-12-04 | 2001-10-10 | Воронежская государственная технологическая академия | Membrane apparatus with nonstationary hydrodynamics |
| RU2680459C1 (en) * | 2018-03-29 | 2019-02-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ") | Membrane device with double action turbulator |
| US10935474B1 (en) * | 2020-07-23 | 2021-03-02 | King Abdulaziz University | Membrane filter device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4377813B2 (en) | Vortex enhanced filtration apparatus and method | |
| US3400074A (en) | Centrifugal reverse osmosis for desalination | |
| US3839201A (en) | Reverse osmosis separator unit | |
| US3707231A (en) | Two-stage fluid treatment system | |
| WO1999026717A1 (en) | Apparatus, system and method for separating liquids | |
| RU2813339C1 (en) | Membrane apparatus with nozzle turbulizer | |
| US3491021A (en) | Method and apparatus for non-cyclic concentration of solution-suspension | |
| CN104772042A (en) | Improved rotating membrane sewage filtration device | |
| US3795317A (en) | System for reversed osmosis | |
| RU2680459C1 (en) | Membrane device with double action turbulator | |
| RU2429053C2 (en) | Membrane concentration apparatus | |
| CN104071862A (en) | Integrated treatment device for ship ballast water | |
| RU2560417C1 (en) | Membrane apparatus | |
| JP2015217383A (en) | Sludge thickener | |
| RU2506990C1 (en) | Membrane apparatus with transient hydrodynamics | |
| JP2014161768A (en) | Ultraviolet irradiating water treatment apparatus | |
| RU2558894C1 (en) | Vertical membrane apparatus | |
| RU2280496C1 (en) | Membrane apparatus with the variable section of the stream | |
| CN204022503U (en) | Integrated apparatus for treating ship ballast water | |
| US20030146157A1 (en) | Rotating reverse osmosis filtration | |
| DE2308879A1 (en) | CENTRIFUGE WITH SEMIPERMEABLE MEMBRANE AND METHOD FOR MOUNTING THE MEMBRANE | |
| RU2269373C1 (en) | Membrane apparatus with the toroidal vortex generators | |
| KR100785815B1 (en) | Tubular membrane module and system equipped reciprocated and rotated suction tubing for continuous cleaning | |
| RU2285556C1 (en) | Apparatus for diaphragm concentration | |
| RU2286841C1 (en) | Diaphragm device |