Новые технические решения технологических задач
Мембранный аппарат с нестационарной гидродинамикой (пат. РФ № 2174432, В01 D63/06) (рис. 2.10 а, б, в) позволяет добиться снижения на мембране слоя высокой концентрации и содержит мембранные модули 1, выполненные в виде двух коаксиально расположенных цилиндров 2 и 3. Причем, цилиндр 2 выполнен из непроницаемого для раствора материала, а цилиндр 3 – из пористого материала, на внутреннюю поверхность которого нанесена полупроницаемая мембрана 5. Цилиндры 2 и 3 снабжены штуцерами ввода исходного раствора 4, штуцерами вывода фильтрата 6 и концентрата 7. Внутри цилиндра 3 расположен непроницаемый рукав 8, выполненный, например, в виде гофрированной трубки, имеющей повышенный характер упругих деформаций. Для возникновения упругих деформаций непроницаемого рукава 8 предназначена вильчатая цепь 9 с шаровыми фторопластовыми элементами 10. Шарнир цепи 9 является, в свою очередь, осью 11, которая закрепляет шаровые элементы 10 между собой. Для предотвращения осевых перемещений шаровых элементов 10 предназначены фторопластовые втулки 12 и стопорные кольца 13. Непроницаемый рукав 8 при помощи фланцевого соединения 14 закрепляется внутри цилиндра 3. Для приведения вильчатой цепи в движение предназначены ведущая 15 и ведомая 16 звездочки, имеющие в торцовой стороне вырезы для захвата звеньев цепи 9 и шаровых элементов 10.
Мембранный аппарат (рис. 2.10 б) работает следующим образом. Исходный раствор подается через штуцеры 4 в мембранные модули 1 под определенным давлением противоточно движению цепи 9. Прошедший через полупроницаемые мембраны фильтрат, отводится по каналам с помощью штуцеров 6, а образующийся в процессе разделения концентрат из напорного канала – через штуцеры 7. Исходный раствор, попадая в напорный канал мембранных модулей 1, претерпевает ряд гидродинамических изменений, в частности, гидродинамических параметров разделяемой среды, например, рабочего давления Рраб. и линейной скорости потока Vлин. по всей длине мембранной поверхности модулей 1. При движении шаровых элементов 10 внутри рукава 8, происходит деформация последнего, при которой обеспечивается необходимый зазор между поверхностями рукава 8 и мембраны 7.
а
в
б
Рис. 2.10. Мембранный аппарат с нестационарной гидродинамикой
Течение разделяемого раствора вдоль мембранной поверхности зоны I (рис. 2.10 в) неизбежно сопровождается увеличением его кинетической энергии и падением давления. Возникающая в этом случае турбулентность усиливается движением навстречу потоку цепи 9 с набором шаровых элементов 10, благодаря чему повышается сжатие разделяемой среды и срыв слоя высокомолекулярных соединений 17 с цилиндрических стенок мембранной поверхности 5. Молекулы разделяемого раствора, по мере продвижения по зоне II, преодолевают нарастающее давление за счет кинетической энергии потока, уменьшающейся вдоль этой зоны до некоторого момента, а также в направлении от оси модуля к мембранной поверхности.
Периферийный поток, непосредственно прилегающий к мембране 5, обладает низким скоростным показателем, поэтому, он не может преодолеть нарастающее давление и в некоторый момент времени возникают противоточные основному потоку перетоки, что также приводит к турбулизации разделяемой среды. Эффект турбулизации исходного раствора усиливается тем, что противоточное основному потоку движение цепи 9 с набором шаровых элементов 10 приводит к интенсивному пульсационному гидродинамическому режиму, который носит нестационарный временной характер.
Мембранный аппарат с нестационарной гидродинамикой отличается тем, что элементы выполнены шаровыми, приводимыми в движение посредством ведущей и ведомой звездочек, имеют возможность перемещения в непроницаемом рукаве вдоль мембранной поверхности.