SU1745320A1

SU1745320A1 - Трубчатый мембранный элемент

Info

Publication number: SU1745320A1
Application number: SU904827886A
Authority: SU
Inventors: Елена Владимировна Хосид; Михаил Иванович Алексеев; Сергей Олегович Чуркаш
Original assignee: Ленинградский инженерно-строительный институт
Priority date: 1990-05-23
Filing date: 1990-05-23
Publication date: 1992-07-07

Abstract

Изобретение относитс к устройствам дл разделени , концентрировани и опрес- нени различных растворов методом обратного осмоса и ультрафильтрации и может быть использовано, например, дл очистки сточных вод от органических примесей. Цель изобретени - увеличение производительности элемента за счет интенсификации процесса очистки мембраны. Трубчатый мембранный элемент содержит пористый трубчатый каркас, расположенную на его внутренней поверхности полупроницаемую мембрану и установленную коаксиально трубчатому элементу турбулизирующую вставку. Последн выполнена в виде чередующихс участков в форме цилиндров и усеченных конусов с углом конусности 30- 40 &deg;. При этом цилиндрические участки расположены между меньшими и большими основани ми усеченных конусов. 1 табл., 1 ил.

Description

Изобретение относитс к устройствам дл разделени , концентрировани и опреснени различных растворов методами обратного осмоса и ультрафильтрации и может быть использовано, например, дл очистки сточных вод от органических примесей .

При фильтрации раздел емой жидкости в мембранных аппаратах s результате концентрационной пол ризации на поверхности мембраны образуетс слой слаборастворимых солей, гель, осадки микрочастиц , а также механические загр знени , содержащиес в растворе. В результате это го резко ухудшаютс характеристики процесса разделени , быстро уменьшаетс проницаемость мембраны, снижаетс длительность фильтроцикла (врем между регенераци ми аппарата).

Дл снижени концентрированной пол ризации рекомендуетс создание развитого турбулентного движени раздел емого раствора, что приводит к увеличению проницаемости и селективности мембраны вследствие снижени концентрации растворенных веществ в пограничном слое и выравнивани концентрации по всему сечению потока. Дл этой цели широко примен ютс закрепленные турбулизирующие вставки.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату вл етс трубчатый мембранный элемент, содержащий пористый трубчатый каркас, расположенную на его внутренней поверхности полупроницаемую мембрану и установленную внутри трубчатого элемента турбулизирующую вставку, состо щую из втулок с отверсти ми , имеющими в продольном сечении кры- левидный профиль.

ь

01 Ы Ю

В этом устройстве производительность процесса возрастает за счет увеличени турбулизации потока раздел емого раствора , интенсификации массообмена и удалени высококонцентрированных веществ с 5 поверхности мембраны путем смыва потоком раздел емой жидкости. Очистка мемб- раны в э том устройстве происходит только . за счет увеличени скбрости движени раздел емого раствора, достигаемого циркул - 10 цией жидкости через отверсти между втулками без воздействи других физических факторов. Опыт эксплуатации аппаратов с трубчатыми мембранными элементами показывает, что увеличение 15 скорости потока раздел емой жидкости не обеспечивает эффективной очистки мембраны от задержанного ею сло из слаборастворимых солей, осадков микрочастиц и крупных механических загр знений, что ог- 20 раничивает производительность известного устройства и вл етс его недостатком.

Цель изобретени - увеличение производительности элемента за счет интенсификации процесса очистки мембраны.25

Поставленна цель достигаетс тем, что в трубчатом мембранном элементе, содержащем пористый трубчатый каркас, расположенную на его внутренней поверхности полупроницаемую мембрану и установлен- 30 ную коаксиально трубчатому элементу тур- булизирующую вставку. Последн выполнена в виде втулки переменного сечени , состо щей из чередующихс цилиндров и усеченных конусов с углом конусности 35 30-40°. При этом цилиндрами соединены между собой меньшие и большие основани усеченных конусов,

При таком выполнении устройства скорость потока раздел емой жидкости возра- 40 стает на участках с узким кольцевым сечением (между поверхностью трубчатого элемента и цилиндром большего диаметра) и уменьшаетс на участках с широким кольцевым сечением (между поверхностью труб- 45 чатого элемента и цилиндром меньшего диаметра). Благодар этому на участках с большой скоростью потока происходит интенсивный смыв загр знений с внутренней поверхности трубчатого мембранного эле- 50 мента, npj/з этом выдел ютс парогазовые пузырьки, которые захлопываютс на участках с меньшей скоростью потока и большим давлением, т.е. происходит кавитаци с эр- розионной очисткой поверхности мембра- 55 мы. Воздействие кавитации способствует интенсификации процесса очистки мембраны от задержанного ею сло из слаборастворимых солей и осадков из механических примесей.

Турбулизирующа вставка выполнена из чередующихс цилиндров и усеченных конусов с углом конусности 30-40°. Подобное устройство имеет дроссельный расходомер , сужающий поток и выполненный в виде трубы Вентури.

В устройстве подобный элемент служит дл очистки поверхности цилиндрической мембраны высокоскоростным потоком жидкости и кавитацией,

На чертеже показан мембранный элемент , продольный разрез.

Мембранный элемент содержит трубчатый каркас 1, выполненный из пористых керамических , металлокерамических или пластмассовых порошковых материалов. На внутренней поверхности каркаса f расположена микропориста подложка 2, выполненна из пористого или тканого материала, например, капрона. На подложку 2 уложена полупроницаема мембрана 3, котора может быть выполнена из ацетата целлюлозы, полиамида, мелкопористой керамики или в виде напыленной металлической пленки. Внутри трубчатого мембранного элемента на выступах 4 установлена коаксиально тур- булизирующа вставка 5. Последн выполнена в виде втулки переменного сечени , состо щей из постепенно сужающихс 6 и постепенно расшир ющихс участков в форме усеченного конуса, последовательно соединенных цилиндрическими участками большего диаметра 8 и меньшего диаметра 9, длины которых приблизительно равны их диаметры, Вставка 5 может быть выполнена из полимерного материала любым из известных способов, например, литьем. Подвод исходной жидкости и вывод из него концентрата производитс соответственно через осевые патрубки 10 и 11.

Трубчатый мембранный элемент работает следующим образом.

Исходный раствор подаетс под необходимым давлением,определ емым проницаемостью мембраны, подложки и каркзса через патрубок tO, частично проходит через кольцевые зазоры между поверхностью мембраны 3 и турбулизирующей вставкой 5 переменного сечени и выводитс в виде концентрата через патрубок 11. По мере движени раствора внутри трубчатого элемента 1 часть его фильтруетс через мембрану 3, подложку 2 и пористый каркзс 1 и выводитс наружу в виде пермеата.

При движении раздел емой жидкости внутри трубчатого элемента скорость потока значительно возрастает в узком сечении, создаваемом цилиндром большего диаметра 8, при этом здесь возникают завихрени . и пульсации потока с отрывом его от поверхности мембраны, что способствует смыву сло слаборастворимых солей гел , осадков из механических примесей с поверхности мембраны и снижени концентрации растворенных веществ в пограничном слое по- тока раздел емой жидкости. Увеличение скорости потока в узком сечении приводит также к уменьшению давлени вплоть до образовани вакуума, благодар чему происходит интенсивное парообразование с выделением газов на этом участке. Парогазовые пузырьки перенос тс потоком жидкости на участок с широким кольцевым сечением, создаваемым цилиндром меньшего диаметра 9. Здесь скорость потока жидкости уменьшаетс , а давление увеличиваетс , благодар чему прекращаетс парообразование . Под действием давлени происходит схлопывание парогазовых пузырьков с конденсацией пара (кавитаци ), которое сопровождаетс образованием местных гидравлических ударов, воздействующих на поверхность мембраны и вызывающих разрушение сло из нерастворимых солей и механических примесей, от- деление их рт поверхности мембраны с последующим выносом потоком жидкости через патрубок 11 за пределы аппарата. Кавитаци сопровождаетс интенсивным перемешиванием потока, пульсацией давлени и скорости, что способствует выравниванию концентрации солей и нерастворимых поимесей по сечению потока, увеличению массообмена, снижению концентрационной пол ризации и, в конечном счете, увеличению производительности аппарата .

В трубчатом мембранном элементе угол конусности участков в форме усеченного конуса турбулизирующей вставки составл ет приблизительно 30-40°/ и обеспечивает постепенное плавное сужение и расширение потока при минимальных гидравлических сопротивлени х. При большем угле конусности возрастают местные гидравлические сопротивлени , при меньшем угле конусности ухудшаютс услови дл образовани кавитационных процессов. Диаметр турбулизирующей вставки в широкой и узкой част х подбираетс расчетом в зависимости от расхода потока раздел емой жидкости так, чтобы скорость потока в узком кольцевом сечении составл ла 30-40 м/с, а в широком кольцевом сечении 5-10 м/с.

Пример. Устройство представл ло собой патрубок из пористой металлокерамики диаметром 50 мм и длиной 200 мм, на внутренней поверхности которого были уложены подложка из капроновой ткани и цилиндрическа полупроницаема мембрана

диаметром 40 мм из ацетат целлюлозы типа УАМ-500 с пористостью 72-76% и диаметром пор до 0,005 мкм.

С двух сторон трубчатого мембранного элемента были установлены на резьбе накидные гайки со штуцерами диаметром 10 мм дл подачи раздел емой смеси и вывода концентрата. Внутри трубчатого элемента на резиновых сферических выступах была установлена турбулизирующа вставка, выточенна из гетинакса из трех сужающихс и расшир ющихс участков с углом конусности 30°, соединенных между собой цилиндрическими участками диаметром в широкой части 35 мм, а в сужении 25 мм, что создавало кольцевой зазор шириной соответственно 2,5 мм и 7,5 мм.

При проведении испытаний на опытный аппарат подавалась под давлением 0,5 МПа предварительно очищенна от механических примесей сточна вода, содержаща органические примеси, составл ющие по ХПК около 1000 мг Оа/л (I вариант). Фильт- роцикл считалс завершенным, когда скорость фильтрации уменьшалась в 2 раза по сравнению с начальной, После этого производилась регенераци мембранного фильтрующего элемента промывкой обратным потоком фильтрата.

Дл сравнени обрабатываема жидкость подавалась на этот же трубчатый мембранный элемент, в котором была установлена турбулизирующа встапка, со-, сто ща из полой втулки с отверсти ми с крылевидным профилем, аналогична устройству , прин тому за прототип. Некоторые усредненные параметры ппоцесса фильтровани , отнесенные к 1 м2 фильтрующей поверхности в трубчатом мембранном элементе (I вариант) и известном устройстве (И вариант) приведены в таблице.

Таким образом, результаты испытаний показали, что в предлагаемом аппарате обеспечиваетс более эффективна очистка трубчатого мембранного элемента за счет воздействи на него высокоскоростного гидродинамического потока и кавитации по .сравнению с аппаратом, прин тым за прототип , что позвол ет увеличить скорость фильтровани и производительность аппарата .

Claims

Формула изобретени

Трубчатый мембранный элемент, содержащий пористый трубчатый каркас, расположенную на его внутренней поверхности полупроницаемую мембрану и расположенную коаксиально трубчатому элементу тур- булизирующую вставку, отличающийс тем, что, с целью увеличени производительности элемента за счет интенсификации процеса очистки мембраны, турбулизирующа нусности 30-40°, причем цилиндры попере- вставка выполнена в виде чередующихс менно расположены между меньшими и цилиндров и усеченных конусов с углом ко- большими основани ми усеченных конусов.

9

4 В I 3 / / I /

Ю

//

/