Мембранный модуль установки для разделения жидкостей

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ МЕМБРАННЫЙ МОДУЛЬ УСТАНОВКИ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ И ОЧИСТКИ ЖИДКОСТЕЙ(57) 1. Мембранный модуль установки для разделения дисперсных систем и очистки жидкостей, включающий герметизированный трубчатый корпус с двумя торцовыми крышками и установленный в нем рулонный мембранный элемент, а также входной и выходной штуцеры и трубопроводные соединения для подключения к магистралям гидросистемы установки и элементы крепления корпуса к несущей конструкции установки, отличающийся тем, что он снабжен несущей конструкцией, выполненной в виде, по меньшей мере, одной опоры с установочными поверхностями, представляющими собой боковые грани прямоугольного параллелепипеда, параллельные продольной оси трубчатого корпуса, стыковочными деталями в виде труб с параллельными торцами, расположенными в тех же плоскостях, что и одна из противоположных пар боковых граней параллелепипеда, и трубными соединениями, причем каждая труба снабжена патрубком для соединения ее со штуцерами, а модуль оснащен контрольно-предоханительным устройством, выполненным в виде гидроизолированной камеры, расположенной в трубчатом корпусе на входе между крышкой и рулонным мембранным элементом и разделенной поперечной армированной пористой вставкой на входную полость со стороны крышки и на контрольную полость со стороны рулонного мембранного элемента, при этом трубчатый корпус снабжен каналом для связи контрольной полости с контрольно-измерительным прибором. 2. Мембранный модуль по п. 1, отличающийся тем, что армированная пористая вставка выполнена с размерами пор, меньшими величины зазора между мембраной и сеткой-сепаратором рулонного мембранного элемента. Фиг. 1 Изобретение относится к устройствам для разделения дисперсных систем и очистки жидкостей с применением полупроницаемых мембран обратным осмосом, ультрафильтрацией или микрофильтрацией и может быть использовано в пищевой, медицинской, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности. Известны мембранные модули для фильтрующих установок обратного осмоса, включающие рулонные мембранные элементы, представляющие собой навитый в виде спирали на дренажную трубу с продольными прорезями пакет, состоящий из двух мембран, разделенных гибкой пористой пластиной и гофрированного сепарационного листа. Сепарационный лист вдоль всей спиральной навивки образует свободный канал, по которому в осевом направлении под давлением проходит исходный раствор. Проникающая через мембрану чистая жидкость заполняет объем пустот в пористой пластине и проходит по ним к центральной части, где собирается в трубе и уходит через торцевые отверстия. Спиральный пакет помещается в корпусе 1. 2608 1 Недостатками мембранных модулей являются узкие технологические возможности, не позволяющие реализовывать различные схемы подключения и компоновки мембранных модулей, так как корпуса не содержат унифицированных узлов соединения с базирующими поверхностями низкая надежность из-за недостаточного контроля и отсутствия предохранительных устройств, приводящие к выходу из строя и замене всего мембранного элемента в случае, если в исходном растворе присутствуют механические примеси. Примеси оседают в зазорах между мембранами и сепарационным листом и приводит к забивке каналов, выходу мембраны из строя низкая производительность вследствие недостаточной турбулизации потока, создающего приграничный с мембраной поляризационный слой возможность сдвига слоев рулона под воздействием перепада давления на торцевых концах рулона (телескопический эффект). Наиболее близкими к заявляемому объекту является мембранный сепаратор, в котором используется модуль (сегмент) или блок модулей (сегментов), устанавливаемых в корпусе-раме и соединенных между собой по определенной в зависимости от конечных целей фильтрования гидравлической схеме. Недостатками известных фильтрационных аппаратов являются узкие эксплуатационные возможности, не позволяющие на одной и той же установке реализовывать различные гидравлические схемы и компоновки модулей, повышающие производительность и качество фильтрования низкая надежность из-за отсутствия в самом мембранном модуле контрольно-предохранительного устройства, исключающего попадание механических примесей в зазоры между слоями мембран и создание в областях пограничных с мембраной поляризационного слоя. Задача изобретения - расширение эксплуатационных возможностей за счет обеспечения различных схем гидравлического подключения и компоновки мембранных модулей, а также повышение их надежности. Поставленная задача решается тем, что в мембранном модуле установки для разделения дисперсных систем и очистки жидкостей, включающем герметизированный трубчатый корпус с двумя торцовыми крышками и установленный в нем рулонный мембранный элемент, а также входной и выходной штуцеры и трубопроводные соединения для подключения к магистралям гидросистемы установки и элементы крепления корпуса к несущей конструкции установки, в отличие от известного, модуль снабжен несущей конструкцией, выполненной в виде,по меньшей мере, одной опоры с установочными поверхностями, представляющими собой боковые грани прямоугольного параллелепипеда, параллельные продольной оси трубчатого корпуса, стыковочными деталями в виде труб с параллельными торцами, расположенными в тех же плоскостях, что и одна из противоположных пар боковых граней параллелепипеда, и трубными соединениями, причем каждая труба снабжена патрубком для соединения ее со штуцерами, а модуль оснащен контрольно-предохранительным устройством, выполненным в виде гидроизолированной камеры, расположенной в трубчатом корпусе на входе между крышкой и рулонным мембранным элементом, и разделенной поперечной армированной пористой вставкой на входную полость со стороны крышки и на контрольную полость со стороны рулонного элемента, при этом трубчатый корпус снабжен каналом для связи контрольной полости с контрольно-измерительным прибором. Причем армированная пористая вставка выполнена с размерами пор, меньшими величины зазора между мембраной и сеткой-спепаратором рулонного мембранного элемента. Снабжение мембранного модуля автономной несущей конструкцией, включающей одну или несколько опор, каждая из которых выполнена с четырьмя установочными поверхностями, лежащими в параллельных продольной оси трубчатого корпуса плоскостях, и попарно взаимно перпендикулярными, стыковочные детали в виде труб со взаимно параллельными торцами, расположенными в одних плоскостях с установочными поверхностями, и трубные соединения, позволяет в одной и той же установке соединять модули друг с другом по определенной гидравлической схеме в зависимости от конечной цели фильтрования для повышения производительности фильтрования - по параллельной схеме для повышения качества фильтрования - по последовательной схеме. Возможна и смешанная гидравлическая схема соединения, так называемая елочка,при которой обеспечивается оптимальное соотношение производительности и качества фильтрования при минимальном сопротивлении гидравлической системы. Автономная несущая конструкция мембранного модуля также позволяет располагать и монтировать модули в пространстве с горизонтальной и вертикальной ориентацией их продольной оси, что обеспечивает рациональную компоновку установки применительно к имеющимся производственным площадям и экономить их. При этом возможно исключение несущей конструкции установки. Компактность установки обеспечивают стыковочные детали в виде труб, являющиеся одновременно элементами магистральных трубопроводов. В комплексе эти технические решения расширяют эксплуатационные возможности установки. Введение в трубчатый корпус мембранного модуля гидроизолированной камеры, связанной каналом с контрольно-измерительным прибором, позволяет контролировать падение давления жидкости на входе в мембранный рулонный элемент и тем самым судить о степени его загрязнения. Использование в качестве 2 2608 1 одной из торцовых стенок камеры на входе в мембранный элемент армированной пористой вставки с определенным размером пор позволяет исключить загрязнение мембраны, турбулизировать поток жидкости и тем самым повысить надежность установки, производительность и качество фильтрования. Таким образом, отличительные признаки предложения обеспечивают расширение эксплуатационных возможностей мембранного модуля установки, повышение ее надежности, а также производительности и качества фильтрования путем выбора оптимальных гидравлической и компоновочной схем соединения и размещения модулей и использование контрольно-предохранительного устройства. На фиг. 1 представлен главный вид мембранного модуля на фиг.2 - вид слева на фиг.3 - аксонометрия вертикальной компоновки модулей на фиг. 4 - аксонометрия горизонтальной компоновки модулей на фиг.5 и 6 вид соединения трубопроводов модулей при параллельной схеме подключения соответственно со стороны напорной магистрали и с обратной стороны на фиг.7 и 8-то же при последовательной схеме подключения на фиг. 9 и 10-то же при смешанной схеме подключения на фиг. 11 - продольное сечение модуля в месте контрольнопредохранительного устройства на фиг. 12, 13 и 14 - гидравлические схемы мембранных модулей установки при соответственно параллельном, последовательном и смешанном подключении. Мембранный модуль установки для разделения дисперсных систем и очистки жидкостей включает (фиг. 1) трубчатый корпус 1, в котором размещен рулонный мембранный элемент 2. Корпус 1 имеет две торцовые крышки 3, входной штуцер 4, и выходные штуцера 5 и 6 соответственно для фильтрата и концентрата. Корпус 1 снабжен автономной несущей конструкцией, представляющей собой одну или несколько опор 7 и стыковочные детали 8. Опоры 7 размещены равномерно вдоль оси трубчатого корпуса 1, а их количество определяется длиной рулонного мембранного элемента 2. Количество стыковочных деталей 8 должно быть не менее двух и расположены они на противоположных концах модуля. Опоры 7 имеют (фиг.2) четыре установочные поверхности 9 параллельные продольной оси трубчатого корпуса 1 и попарно взаимоперпендикулярные. Стыковочные детали 8 выполнены в виде труб, торцы 10 которых расположены в одних плоскостях с установочными поверхностями 9 и имеют трубные соединения 11,например, фланцевые. Трубы соединены патрубками 12 со штуцерами 4, 5 и 6 и являются одновременно элементами магистральных трубопроводов. Благодаря наличию предлагаемых установочных поверхностей 9, одни и те же модули могут быть размещены в установке вертикально или горизонтально. При вертикальном размещении модулей (фиг.3) опоры 7 закрепляются на несущей конструкции 14 установки. При горизонтальном размещении модулей (фиг.4) опора 7 нижнего модуля крепится на несущей конструкции 14 установки, а аналогичная опора верхнего модуля базируется на опоре нижнего и крепится к ней при помощи элементов крепления 13. На фиг.3 и 4 стыковочные детали 8 не показаны. Стыковочные детали 8 автономной несущей конструкции позволяют соединить модули в любой последовательности, определенной гидравлической схемой. При реализации параллельной схемы соединения, например, трех модулей (фиг.5 и 6) все входные Вх штуцеры 4 соединены посредством патрубков 12 и трубных соединений 11 с напорной магистралью МН, выходные Вых штуцеры 5 и 6 - с магистралью фильтрата МФ и слива или концентрата МС. Причем трубные соединения 11, например, фланцевые обеспечивают заглушенные 15 и проходные 16 (11) для жидкости стыковочные детали. На фиг.7 и 8 три аналогичных модулях соединены последовательно, когда выходной Вых штуцер сливной магистрали МС предыдущего модуля связан с входным Вх штуцером последующего модуля. Штуцера ВФ выхода фильтрата связаны с магистралью фильтрата МФ. На фиг. 9 и 10 модули объединены по смешанной схеме, когда два первых модуля соединены параллельно друг с другом и затем последовательно с третьим. Т.е напорная магистраль МН связана с входными Вх штуцерами первых двух модулей, а их выходные Вых штуцера связаны с входным Вх штуцером третьего модуля. Выходной Вх штуцер 6 третьего модуля связан с магистралью слива МС, а выход ВФ с трех модулей связан с магистралью фильтрата МФ. Поступающая в модуль фильтруемая жидкость обязательно проходит через контрольнопредохранительное устройство. Контрольно-предохранительное устройство (фиг. 11) выполнено в виде гидроизолированной камеры 17, размещенной в трубчатом корпусе 1 на входе между крышкой и рулонным мембранным элементом 2. Камера 17 разделена армированной пористой вставкой 18 на входную полость 19 со стороны входного штуцера 4 и на контрольную полость 20 со стороны рулонного элемента 2. Контрольная полость 20 сообщается каналом 21 в корпусе 1 с контрольно-измерительным прибором, например, манометром. Размеры пор в пористой вставке меньше величины зазора между мембраной и сеткойсепаратором рулонного элемента выбраны исходя из условий, что для обеспечения безотказной работы гидравлической системы, в данном случае мембранного пакета, следует удалить из жидкости загрязнения, размер которых превышает 1/2 ширины зазора между сопряженными деталями гидравлической системы, в данном случае между мембраной и сеткой-сепаратором. На практике считается, что жидкость удовлетворяет условиям чистоты, если в ней отсутствуют частицы загрязнений, размер которых равен ширине наименьшего зазора в агрегате гидравлической системы. Мембранный модуль работает следующим образом. 2608 1 При параллельной гидравлической схеме соединения, например, трех модулей Ф (фиг. 12, см. также фиг.5 и 6) фильтруемая жидкость поступает с напорной магистрали МН на входы Вх модулей Ф, разделяется или фильтруется мембранным рулонным элементом на фильтрат (чистую жидкость) ВФ, который поступает в магистраль фильтрата МФ, и на концентрат, который с выхода Вых модулей Ф поступает в магистраль слива МС. При последовательной гидравлической схеме соединения модулей (фиг. 13,см. также фиг.7 и 8) фильтруемая жидкость поступает с напорной магистрали МН на вход Вх первого модуля, фильтруется и получаемый фильтрат ВФ поступает в магистраль фильтрата МФ, а концентрат с выхода Вых поступает на вход Вх второго модуля. Получаемый на втором модуле фильтрат ВФ поступает в магистраль фильтрата МФ, а концентрат подается с выхода Вых на вход Вх третьего модуля, где окончательно фильтруется. Фильтрат ВФ поступает в магистраль фильтрата МФ, а концентрат с выхода Вых сбрасывается в магистраль слива МС. При смешанной гидравлической схеме соединения модулей (фиг.14,см. также фиг.5 и 10) фильтруемая жидкость с напорной магистрали МН поступает на входы Вх двух модулей. Получаемый в них фильтрат ВФ поступает в магистраль фильтрата МФ, а концентрат с выходов Вых - на вход Вх третьего модуля. Концентрат с третьего модуля сливается в магистраль слива МС, а фильтрат- в магистраль фильтрата МФ. В каждой из описанных схем жидкость, поступающая с напорной магистрали МН через штуцер 4 во входную полость 19 (см. фиг. 11), проходит очистку и турбулизацию армированной пористой вставкой 18 и затем поступает в контрольную полость 20 и в рулонный мембранный элемент 2. Жидкость также контактирует посредством канала 21 с манометром, который фиксирует давление в гидроизолированной камере. По изменению давления в камере можно судить о степени загрязнения пористой вставки и мембраны. После прохождения мембранного рулонного элемента жидкость разделяется на фильтрат и концентрат. Фильтрат через штуцер 5 выводится в магистраль фильтрата МФ, а концентрат через штуцер 6 - в магистраль слива МС. Таким образом, предлагаемый мембранный модуль установки позволяет реализовывать различные схемы гидравлического подключения и компоновки, что расширяет его технологические возможности, повышает производительность и качество фильтрования. Использование в модуле контрольно-предохранительного устройства и армированной пористой вставки обеспечивает высокую надежность установки. оставитель М.Ф. Денисенко Редактор В.Н. Позняк Корректор Т.Н. Никитина Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 5