SU1738316A1

SU1738316A1 - Centrifuge for a membrane-based separation of solutions

Info

Publication number: SU1738316A1
Application number: SU904835131A
Authority: SU
Inventors: Виктор Львович Яровенко; Олег Константинович Филатов; Алла Борисовна Даниловцева; Людмила Николаевна Шрамко
Original assignee: Всесоюзный Заочный Институт Пищевой Промышленности
Priority date: 1990-03-12
Filing date: 1990-03-12
Publication date: 1992-06-07

Abstract

Изобретение относитс к устройствам мембранной технологии и может быть использовано в различных отрасл х промышленности дл разделени смесей и концентрировани растворов. Цель изобретени - повышение производительности центрифуги, Центрифуга содержит цилиндрический корпус, установленный коаксиаль- но внутри него перфорированный каркас с расположенными на его внутренней поверхности подложками и мембраной , трубки дл подачи исходного раствора и отвода пермеата. Каркас соединен с пермеатной головкой, выполненной в виде двух усеченных конических поверхностей с параллельными образующими, меньшие основани которых переход в цилиндрические камеры , и установленной на полом цилиндрическом валу приводного механизма вращени . Внутри этого вала коаксиально расположен вал приводного механизма возвратно-поступательного движени . На последнем установлены щетки, выполненные в виде цилиндрического полого корпуса с прорезью по всей его длине, обращенной к поверхности очищаемой мембраны, имеющего скребки, расположенные по всей длине корпуса щетки на одинаковом рассто нии друг от друга, равном ходу вала приводного механизма возвратно-поступательного движени . 1 з,п. ф-лы, 8 ил. сл СThe invention relates to membrane technology devices and can be used in various industries in the separation of mixtures and the concentration of solutions. The purpose of the invention is to increase the centrifuge capacity. The centrifuge contains a cylindrical body, a perforated frame installed coaxially inside it with substrates and a membrane located on its inner surface, tubes for feeding the initial solution and removing permeate. The frame is connected to a permeate head, made in the form of two truncated conical surfaces with parallel generators, the smaller bases of which are the transition to cylindrical chambers, and mounted on a hollow cylindrical shaft of the drive rotation mechanism. Inside this shaft, the shaft of the drive mechanism for reciprocating movement is coaxially located. Brushes are installed on the latter, made in the form of a cylindrical hollow body with a slot along its entire length, facing the surface of the membrane being cleaned, having scrapers arranged along the entire length of the brush body at the same distance from each other, equal to the motion of the drive shaft of the reciprocating motion . 1 h, para. f-ly, 8 ill. sl C

Description

Изобретение относитс к устройствам мембранной технологии, примен емым в различных отрасл х промышленности дл разделени смесей и концентрировани растворов.The invention relates to membrane technology devices used in various industries for the separation of mixtures and the concentration of solutions.

Известно устройство дл разделени пищевых жидкостей, содержащее сепаратор и набор мембранных пакетов, где каждый пакет имеет мембрану, дренажный лист и лист фильтровальной бумаги. Пакет имеет входные отверсти , а фильтровальна бумага прот нута до стенок сепаратора. При вра- щении сепаратора возникающие центробежные силы перемещают раздел емую жидкость над поверхностью полупроницаемой мембраны, а разделение жидкости осуществл етс под действием гидростатического давлени .A device for separating food liquids is known, comprising a separator and a set of membrane bags, where each bag has a membrane, a drainage sheet and a filter paper sheet. The bag has inlets and filter paper is stretched to the walls of the separator. When the separator rotates, the resulting centrifugal forces move the liquid to be separated over the surface of the semi-permeable membrane, and the separation of the liquid is carried out under the action of hydrostatic pressure.

Недостатки известного устройства- низка производительность процесса мембранного разделени вследствие образовани на поверхности мембраны осадка коллоидных частиц, которые содержатс в исходном растворе или образуютс в процессе разделени в результате концентрационной пол ризации , распределение мембран в пакетах затрудн ет доступ к поверхности мембраны дл их очистки от обXIThe disadvantages of the known device are low productivity of the membrane separation process due to the formation of sediment of colloidal particles on the surface of the membrane, which are contained in the initial solution or are formed during the separation process as a result of concentration polarization, the distribution of the membranes in the packets makes it difficult to access the surface of the membrane

со соwith so

GJGj

разующегос осадка, а также отсутствие непрерывности при проведении процессов фильтровани и промывки пор в мембранах, которые провод тс только поочередно, сначала процесс разделени , поток остановка процесса разделени и промывка.sedimentation, as well as lack of continuity during filtration and washing of the pores in the membranes, which are carried out only alternately, first the separation process, flow stop the separation process and washing.

Целью изобретени вл етс повышение производительности центрифуги.The aim of the invention is to increase the productivity of the centrifuge.

Центрифуга дл мембранного разделени содержит цилиндрический корпус, уста- новленный коаксиально внутри него перфорированный каркас с расположенными на его внутренней поверхности подложками и мембраной, трубки дл подачи исходного раствора и отвода пермеата. Перфорированный каркас соединен с пермеат- нбй головкой, выполненной в виде двух усеченных конических поверхностей с параллельными образующими, меньшие основани которых переход т в цилиндрические камеры, и установленной на полом цилиндрическом валу приводного механизма вращени . Внутри этого вала коаксиально расположен вал приводного механизма возвратно-поступательного движени . На последнем установлены щетки, выполненные в виде цилиндрического полого корпуса с прорезью по всей его длине, расположенные по всей длине корпуса щетки на одинаковом рассто нии друг от друга, равном ходу вала приводного механизма возвратно-поступательного движени .The centrifuge for membrane separation contains a cylindrical case, installed perforated framework coaxially inside it with substrates and a membrane located on its inner surface, tubes for feeding the initial solution and removing permeate. The perforated frame is connected to a permeate head, made in the form of two truncated conical surfaces with parallel generators, the smaller bases of which are transferred into cylindrical chambers and mounted on a hollow cylindrical shaft of the rotational drive mechanism. Inside this shaft, the shaft of the drive mechanism for reciprocating movement is coaxially located. The latter are equipped with brushes made in the form of a cylindrical hollow body with a slit along its entire length, located along the entire length of the brush body at the same distance from each other, equal to the course of the shaft of the drive mechanism of reciprocating motion.

На фиг.1 показана центрифуга дл мембранного разделени растворов,общий вид; на фиг.2 - то же, разрез; на фиг.З - разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 - вид Б на фиг.1; на фиг.5 - разрез В-В на фиг.З; на фиг .6 - щетка, разрез; на фиг.7 - вращающа с пермеат- на головка, разрез; на фиг.8 - схема креплени каркаса и подшипника скольжени .Figure 1 shows a centrifuge for membrane separation of solutions, a general view; figure 2 is the same section; on fig.Z - section aa in figure 1; figure 4 - view B in figure 1; figure 5 - section bb In fig.Z; Fig.6 - brush, cut; Fig. 7 shows a permeate-rotating head, a slit; Fig. 8 is a schematic view of a frame and a sliding bearing.

Центрифуга дл мембранного разделени растворов содержит корпус 1, приводные механизмы вращени 2а и возвратно-поступательного движени 26, полый цилиндрический вал приводного механизма 3 вращени , трубку 4 дл отвода пермеата, сборник 5 пермеата, трубку 6 дл отвода концентрата, сборник концентрата 7, насосы 8, вал 9 дл передачи возвратно- поступательного движени на щетки 21, перфорированный каркас 19, вращающуюс пермеатную головку 10, фиксатор 11 щетки , трубку 12 дл подвода исходного раствора, подшипник 13, полупроницаемую мембрану 14, подложки 15 и 16, трубку 17 дл подвода промывной жидкости, гибкий шланг 18 держатель 20 щетки, щетку 21, насадку 22 щетки, корпус 23 щетки, скребок 24, насадку 25 скребка, корпус 26 подшипника и подшипник 28.A centrifuge for membrane separation of solutions includes a housing 1, drive mechanisms of rotation 2a and reciprocating motion 26, a hollow cylindrical shaft of a drive mechanism 3 of rotation, tube 4 for removing permeate, collection 5 of permeate, tube 6 for withdrawing concentrate, collection of concentrate 7, pumps 8 , shaft 9 for transferring reciprocating motion to brushes 21, perforated frame 19, rotating permeate head 10, brush holder 11, tube 12 for supplying initial solution, bearing 13, semipermeable membrane 14, substrate 15 and 16, a tube 17 for supplying washing liquid, a flexible hose 18, the brush holder 20, brush 21, the nozzle 22 of the brush, the brush body 23, a scraper 24, the scraper tip 25, the bearing housing 26 and bearing 28.

Центрифуга работает следующим образом .The centrifuge works as follows.

Включаетс приводной механизм 2а вращени , который передает движение наThe drive motor 2a is turned on, which transmits motion to

перфорированный каркас 19 с установленными на его внутренней поверхности подложками 15,16 и мембраной 14. По трубе 12 в центрифугу подают исходный раствор, который проходит к поверхности мембраны 14perforated frame 19 with substrates 15,16 and a membrane 14 installed on its inner surface. Through pipe 12, the initial solution is fed into the centrifuge, which passes to the surface of the membrane 14

0 и в результате действи центробежной силы прижимаетс к ее поверхности. Возникающа разница давлений по обе стороны полу- проницаемой мембраны 14 вл етс движущей силой процесса мембранного0 and as a result of the action of the centrifugal force is pressed against its surface. The resulting pressure difference on both sides of the semi-permeable membrane 14 is the driving force behind the membrane process.

5 разделени .5 divisions.

Одновременно с включением механизма 2а вращени вала, включаетс привод 26 возвратно-поступательного движени 26, который передает движение через вал 9 ко0 ническому держателю 20, на котором наход тс щетки 21.Simultaneously with the activation of the shaft rotation mechanism 2a, a drive 26 of the reciprocating movement 26 is activated, which transmits movement through the shaft 9 to the konic holder 20 on which the brushes 21 are located.

В результате разделени исходного растворл образуютс пермеат, который проходит по пористой подложке и попадает воAs a result of the separation of the initial solution, a permeate is formed, which passes on a porous substrate and enters the

5 вращающуюс пермеатную головку 10, и концентрат, который отводитс в противоположную сторону возвратно-поступательным движением щеток 21, которые имеют скребки 24, оснащенные насадками 25 дл 5 a rotating permeate head 10, and a concentrate that is retracted in the opposite direction by reciprocating movement of brushes 21, which have scrapers 24 equipped with nozzles 25 for

0 регулировани рассто ни от поверхности мембраны 14 до кра скребка 24. Это рассто ние выбирают в пределах 1-5 мм, что вызвано необходимостью счищать образующиес на поверхности мембраны 14 веще5 ства и передвигать их к коммуникации концентрата. Дл осуществлени возвратно-поступательного движени вала 9 на каркасе центрифуги 19 установлен подшипник 28 скольжени .0 adjusting the distance from the surface of the membrane 14 to the edge of the scraper 24. This distance is chosen in the range of 1-5 mm, which is caused by the need to scrape off the substances formed on the surface of the membrane 14 and move them to the communication of the concentrate. In order to carry out the reciprocating movement of the shaft 9, a sliding bearing 28 is mounted on the frame of the centrifuge 19.

0 Изобретение позвол ет непрерывно вести процессы разделени и промывку мембран . В процессе мембранного разделени осуществл ют систематическую очистку поверхности мембран путем организации воз5 вратно-поступательного движени щеток 21 (фиг.2). Мембрана 14, враща сь вокруг щетки 21, очищаетс от образующегос на ее поверхности сло коллоидных частиц, которые передвигаютс щеткой к открытому0 The invention allows continuous separation and washing of the membranes. In the process of membrane separation, the membrane surface is systematically cleaned by organizing reciprocating movement of the brushes 21 (Fig. 2). The membrane 14, rotating around the brush 21, is cleaned from the layer of colloidal particles formed on its surface, which are moved by the brush to the open

0 концу центрифужного каркаса 19 к патрубку дл сбора концентрата 6. Через определенные промежутки времени дл усилений очищающего эффекта через полость щетки 21 под давлением 0,2 МПа подают по трубу 170 the end of the centrifugal carcass 19 to the concentrate collection pipe 6. At certain intervals to enhance the cleaning effect through the cavity of the brush 21 under a pressure of 0.2 MPa is fed through the pipe 17

5 и гибкому шлангу 19 некоторое количество пермеата (фиг.З). Таким образом достигаетс промывание поверхности мембраны.5 and the flexible hose 19 a certain amount of permeate (FIG. 3). In this way, washing of the membrane surface is achieved.

Промывка пор в мембранах осуществл етс путем подачи пермеата через пористую подложку в направлении, обратном рабочему потоку жидкости. Дл этого из сборника 5 пермеат насосом 8 подаетс в пермеатную коммуникацию 4 под давлением, превышающим на 0,2-0,3 МПа давление, развивающеес под давлением центробежно-силового пол . Пермеат через пермеатную головку 10 поступает и равномерно распредел етс в пористой подложке 15, через которую проходит в полупроницаемую мембрану 14 и про- мываетее поры.The washing of the pores in the membranes is carried out by feeding the permeate through the porous substrate in the direction opposite to the working fluid flow. For this, from the collector 5, the permeate is pumped by the pump 8 into the permeate communication 4 under pressure exceeding by 0.2-0.3 MPa the pressure developing under the pressure of the centrifugal force field. The permeate passes through the permeate head 10 and is evenly distributed in the porous substrate 15, through which it passes into the semi-permeable membrane 14 and is washed through the pores.

Некоторое разбавление пермеатом концентрата , происход щее при промывке поверхности и пор мембраны, компенсируетс рециркул цией концентрата через сборник 7 в коммуникацию подачи исходного рас- твора. Щетка выполнена в виде цилиндрического корпуса 23, длина которого равна длине барабана, с прорезью, идущей по всей длине, направленной к поверхности мембраны. К корпусу щетки через одинако- вые промежутки, равные ходу поршн , креп тс скребки 24 дл обеспечени очистки всей поверхности мембраны на один ход поршн . Таким образом, очистка мембраны осуществл етс в двух направлени х: по длине окружности за счет вращени мембран вокруг щеток и за счет возвратно-поступательного (пульсирующего) движени щеток со скребками. За счет этого осуществл етс перемещение концентрата над по- верхностью мембраны в сторону коммуникации ультраконцентрата. Число перемещений вала механизма возвратно-поступательного движени составл ет 20-46 в мин, а ход вала и щеток составл ет 50 мм. Some dilution by the permeate concentrate, which occurs during washing of the surface and pores of the membrane, is compensated by the recirculation of the concentrate through collector 7 into the original solution supply communication. The brush is made in the form of a cylindrical body 23, the length of which is equal to the length of the drum, with a slot running along the entire length directed to the surface of the membrane. Scrappers 24 are attached to the brush body at equal intervals equal to the stroke of the piston to ensure that the entire surface of the membrane is cleaned for one stroke of the piston. Thus, the membrane is cleaned in two directions: along the circumference due to the rotation of the membranes around the brushes and due to the reciprocating (pulsating) movement of the brushes with scrapers. Due to this, the concentrate is moved over the membrane surface towards the communication of the ultraconcentrate. The number of movements of the shaft of the reciprocating mechanism is 20-46 per minute, and the stroke of the shaft and the brushes is 50 mm.

Головка (фиг.7) выполн етс совместно с полым цилиндрическим валом, перфорированным каркасом и пермеатными камерами, которые соедин ют пористую подложку с вращающейс головкой 10. Головка находит- с в кожухе центрифуги 1 и имеет собственную полость, св занную с пермеатной трубкой 4, Вращение передаетс через полый вал 3 от приводного механизма вращательного движени 2а.The head (Fig. 7) is made together with a hollow cylindrical shaft, a perforated frame and permeate chambers that connect a porous substrate with a rotating head 10. The head is located in the casing of the centrifuge 1 and has its own cavity connected with the permeate tube 4, The rotation is transmitted through the hollow shaft 3 from the drive mechanism of the rotational movement 2a.

Эффективность предлагаемого решени заключаетс в увеличении производительности труда на 8-10% и в возможности создани непрерывных технологических циклов с использованием мембранной технологии .The effectiveness of the proposed solution consists in increasing labor productivity by 8-10% and in the possibility of creating continuous technological cycles using membrane technology.

Claims

1. A centrifuge for membrane separation of solutions, comprising a cylindrical body, a filtering element consisting of substrates and a membrane, a hollow cylindrical shaft of a drive rotation mechanism, a tube for feeding the initial solution and withdrawing permeate, characterized in that, in order to increase centrifuge productivity, it further comprises a perforated cylindrical frame, a permeate head, a brush, and a shaft of a drive mechanism for reciprocating motion, the filter element being located on the inside The surface of the frame, which is installed coaxially inside the body and connected to the permeate head, made in the form of two truncated conical surfaces with parallel generators, the smaller bases of which are transferred into cylindrical chambers, and located on the shaft of the rotation drive mechanism, and the brushes are mounted on the shaft of the drive mechanism back -accessible motion, which is located coaxially inside the shaft of the drive rotation mechanism.

2. A centrifuge pop. 1, characterized in that the brush is made in the form of a cylindrical hollow body with a slit along its entire length, facing the surface of the membrane being cleaned, having scrapers arranged along the entire length of the brush body at an equal distance from each other, equal to the motion of the drive shaft of the reciprocating motion.

, rWP

25

9 2a

1

nineteen

/five

in-in

FIG.

Riga 5

24 25

FIG. B

Fig 7

FIG. 2