PL184643B1

PL184643B1 - Układ filtracji membranowej w przepływie poprzecznym

Info

Publication number: PL184643B1
Application number: PL97328078A
Authority: PL
Inventors: Rosa@Giuliano
Original assignee: Bucher Guyer Ag
Priority date: 1996-12-05
Filing date: 1997-11-26
Publication date: 2002-11-29
Also published as: US6210576B1; DE59710960D1; PL328078A1; CA2245577A1; HUP9902046A2; CA2245577C; CZ296892B6; ATE253400T1; CZ244498A3; ZA9710897B; EP0885056B1; JP2000504275A; WO1998024538A1; HU220950B1; HUP9902046A3; DK0885056T3; EP0885056A1

Abstract

1. Uklad filtracji membranowej w przeplywie poprzecznym z pewna liczba modulów membranowych obejmujacych jedna rure membranowa albo wiazke rur membranowych, posiadajacy rurowy kor- pus modulu w którym usytuowane sa rury membranowe, przy czym kazdy modul membranowy posiada po jednym kolnierzu przylaczeniowym jak równiez przynajmniej jeden otwór dla przesacza, a moduly mem- branowe lezac jeden za drugim w szeregach sa polaczone ze soba, przy czym szeregi sa równolegle przylaczone do przewodów zbiorczych, znamienny tym, ze moduly membranowe (21) kazdego szeregu (13, 14, 15, 16, 43, do 48) leza jeden obok drugiego w przynajmniej jednej plaszczyznie poziomej. F i g . 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ filtracji membranowej w przepływie poprzecznym stosowany do filtrowania różnego rodzaju mediów, szczególnie soków owocowych.

Takie moduły membranowe jako elementy konstrukcyjne układów filtracji w przepływie poprzecznym są znane. Filtracja w przepływie poprzecznym jest filtracją ciśnieniową. Przy tym produkt poddawany filtracji płynąc z zadaną prędkością wzdłuż powierzchni filtra albo membrany filtracyjnej przepływa równocześnie przez tę powierzchnię w kierunku poprzecznym. Przepływ poprzeczny przeszkadza w osadzaniu się ciał stałych na powierzchni filtra umożliwiając przez to długotrwałą pracę bez zatykania się filtra.

Takie moduły membranowe są wykonywane często jako tak zwane moduły rurowe albo kapilarne, w których zamontowana jest jedna rurka albo rura kapilarna albo też kilka (wiele)

184 643 rurek albo rur kapilarnych połączonych jest w jednostkę w formie wiązki. Membrana oddzielająca jest przy tym, w zależności od konstrukcji, umieszczona na wewnętrznej albo na zewnętrznej ścianie rury. Przy pewnej formie wykonania w module w wiązce znajduje się 19 rurek membranowych o średnicy wewnętrznej 1,27 cm. Przez te 19 rurek równocześnie i równolegle przepływa pod zadanym ciśnieniem filtrowane medium. Po przejściu przez membrany filtracyjne przesącz odpływa z modułu przez dwa przyłącza.

Przedmiotem wynalazku jest układ filtracji membranowej w przepływie poprzecznym z pewną liczbą modułów membranowych obejmujących jedną rurę membranową albo wiązkę rur membranowych. Układ posiada rurowy korpus modułu w którym umieszczone są rury membranowe, przy czym każdy moduł membranowy posiada po jednym kołnierzu przyłączeniowym jak również przynajmniej jeden otwór do odprowadzania przesącza. Moduły membranowe leżąc jeden za drugim w szeregach, są połączone ze sobą dla przepływu medium, a szeregi są równolegle przyłączone do przewodów zbiorczych.

Istota wynalazku polega na tym, że moduły membranowe każdego szeregu leżą jeden obok drugiego w przynajmniej jednej płaszczyźnie poziomej.

Korzystnie, poziome płaszczyzny kilku szeregów modułów membranowych są usytuowane w pionie jedna nad drugą, a przewody zbiorcze szeregów doprowadzających i odprowadzających filtrowanego medium są usytuowane pionowo.

W układzie według wynalazku, przynajmniej jeden szereg modułów membranowych jest usytuowany w dwóch płaszczyznach leżących w pionie jedna nad drugą, przy czym dolna płaszczyzna jest połączona z górną płaszczyzną za pomocą łuków w kształcie litery U, skośnie ustawionych między dwoma modułami, przy czym płaszczyzna skośnie ustawionego luku w kształcie litery U tworzy z płaszczyzną poziomą kąt maksimum 60°.

Szeregi modułów membranowych usytuowane w leżących w pionie jedna nad drugą poziomych płaszczyznach tworzą kilka szeregów, przy których pionowe przewody zbiorcze są z jednej strony połączone z obu stron z szeregami rur.

Przewody zbiorcze układu posiadają urządzenia spustowe dla nagromadzonych ciał stałych, czyli osadu i elementy kierujące, a niektóre z nich wyposażone są w statyczny mieszacz.

Układ według wynalazku posiada elementy nośne, na których bezpośrednio ułożone są moduły membranowe, korzystnie na elastycznych podkładkach, przy czym elementy nośne modułów membranowych mają większą długość niż długość szeregu i w związku z tym posiadają wolne miejsca rezerwowe dla dalszych szeregów modułów membranowych.

Układ filtracji membranowej według wynalazku w przeciwieństwie do znanych układów z pionowo umieszczonymi szeregami modułów membranowych ma tę zaletę, że liczba modułów w każdym szeregu może być zwiększona bez konieczności wprowadzenia dodatkowych ramion nośnych, jeśli tylko prosty stojak nośny posiada wystarczającą rezerwę miejsca dla takich dodatkowych modułów.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym pos. la 1 lb przedstawiają znany układ filtracji membranowej w widoku z boku oraz w przekroju cząstkowym, pos. 2 - znane ułożenie modułów membranowych na giętkich pałąkach wyrównawczych, fig. 1 - widok z przodu układu filtracji membranowej według wynalazku z modułami membranowymi umieszczonymi poziomo jeden obok drugiego, fig. 2 przekrój cząstkowy przez układ według fig. 1 wzdłuż linii A-A, fig. 3 - szczegół pokazujący ułożenie modułu membranowego na dźwigarze według fig. 2, fig. 4 - widok z przodu dalszego układu według wynalazku z dwoma zespołami szeregów modułów połączonymi za pomocą przewodu zbiorczego, i fig. 5a, 5b, 5c - schematycznie, widoki zgodnych z wynalazkiem konfiguracji modułów membranowych do filtracji membranowej.

Znany układ filtracji membranowej z pewną liczbą tego rodzaju modułów membranowych 1 pokazuje pos. law widoku z boku a pos. lb w przekroju cząstkowym B-B według pos. la. Przy tym moduły membranowe 1 leżące jeden za drugim w pięciu szeregach 3 są umieszczone na dźwigarach 2. W każdym szeregu 3 znajduje się siedem modułów membranowych leżących jeden nad drugim w płaszczyźnie pionowej i połączonych ze sobą za pomocą łuków 4 w kształcie litery U. Medium poddawane filtracji wpompowywane jest przez przyłącze 5 do położonego najniżej modułu membranowego 1 każdego szeregu 3, a opuszcza

184 643 szereg 3 przez przyłącze 6 najwyżej położonego modułu membranowego 1. Doprowadzanie i odprowadzanie filtrowanego medium przyłączami 5 i 6 pięciu szeregów 3 następuje przez niepokazane leżące poziomo przewody zbiorcze.

Do odprowadzania przesącza przyłączami 7 modułu membranowego 1 są przewidziane przewody zbiorcze 8 pokazane na pos. lb. Przy tym znanym układzie problem polega na tym, że łuki 4 w kształcie litery U, które określają pionowe odstępy modułów membranowych 1, są możliwe do wykonania w racjonalnych warunkach, w tolerancji odstępów ich przyłączy rzędu kilku milimetrów. Dlatego odstępy modułów membranowych 1, nie pasują do odstępów między dźwigarami 2. Pociąga to za sobą duży nakład pracy przy korygowaniu tych różnic za pomocą podstawek umieszczonych na dźwigarach 2.

Znane rozwiązanie problemu dopasowywania wyjaśnia pos. 2. Tolerancje odległości między modułami membranowymi 1 a dźwigarami 2 są wyrównywane przez ułożenie modułów 1 na giętkich pałąkach wyrównawczych 9. Wykonanie, montaż i dopasowywanie pałąków wyrównawczych 9 pociąga za sobą duży nakład pracy. Ponadto ułożenie modułów 1, nie zawsze jest dokładne, a w przypadku modułów z tworzywa sztucznego albo z ceramiki, istnieje niebezpieczeństwo ich złamania. Odległości między dźwigarami 2 z pałąkami wyrównawczymi 9 nie są wystarczająco dokładnie dopasowane, i osie modułów nie są usytuowane równolegle. Wynikają stąd nieszczelności w połączeniach kołnierzowych oraz uszkodzenia ich uszczelnień. Skalę problemu widać, gdy weźmiemy pod uwagę, że liczba połączeń kołnierzowych w układzie jest przeważnie większa niż 160.

Figura 1 pokazuje widok z przodu układu według wynalazku, a fig. 2 widok z boku tego układu w przekroju cząstkowym wzdłuż linii A-A z fig. 1. Stojak nośny 10 posiada sześć par prętów nośnych 11, które są umieszczone równolegle do siebie w sześciu poziomych płaszczyznach leżących w pionie jedna nad drugą. Na każdej parze prętów nośnych 11 usytuowany jest poziomo i poprzecznie jeden szereg 13, 14, 15, 16 równoległych rurowych modułów membranowych 2l, podobnie do szeregu 3, który w znanym układzie według pos. la jest ustawiony pionowo. Figura 3 pokazuje szczegółowo ułożenie modułu membranowego 21 na pręcie nośnym 11. W przeciwieństwie do znanego podparcia z pałąkiem wyrównawczym 9 pozwalającym na regulację wysokości, według pos. 2, w układzie według wynalazku wystarczy zastosowanie prostej elastycznej podkładki 35 usytuowanej między modułem membranowym 21 a prętem nośnym 11, co pokazuje fig. 3.

Jak pokazuje fig. 1, moduły membranowe 21, przy ich zakończeniach są połączone w szeregi 13, 14, za pomocą łuków 24 w kształcie litery U. Najniżej położony szereg 13 jest połączony z leżącym nad nim szeregiem 14 za pomocą ustawionego skośnie łuku 24', mającego kształt litery U, tworząc jeden wspólny szereg, którego części 13, 14 są umieszczone w dwóch płaszczyznach leżących w pionie jedna nad drugą. Płaszczyzny trzech skośnie ustawionych łUków 24' o kształcie litery U w szeregach 13, 14, 15,16 tworzą z płaszczyzną poziomą kąt 60°. Przy szczególnie zwartym sposobie zabudowy kąt ten może być mniejszy od 60°.

Jak widać z fig. 1 i fig. 2, przedstawiony układ obejmuje razem trzy tego rodzaju całkowite szeregi 13, 14, 15 i 16, z których każdy składa się z dwóch części. Filtrowane medium, przeważnie sok owocowy, dochodzi przez przyłącze 25 oraz pionowy przewód zbiorczy 26 do przyłączonych do niego pierwszych modułów membranowych 21 dolnych części szeregów 13, 14, 15, 16. Po przepłynięciu przez te szeregi, medium z ostatniego modułu membranowego 21 górnej części szeregu 14 dociera do przyłączonego do niego pionowego przewodu zbiorczego 27 służącego do odprowadzania nie przefiltrowanej części medium. Dla zapewnienia równomiernego rozłożenia ciał stałych w strumieniu medium, przewód zbiorczy 26 posiada na dole na wejściu statyczny mieszacz 34.

Na przekroju cząstkowym A-A na fig. 2 przewody zbiorcze 26, 27 ustawione są pionowo jeden za drugim. Aby przewód zbiorczy 26 nie zakrywał znajdującego się bezpośrednio za nim przewodu zbiorczego 27, pokazano tylko dolną część przewodu 26 z przyłączem 25. Jak pokazuje fig. 1, płaszczyzna przekroju A-A jest prostopadła do płaszczyzny rysunku między przewodami zbiorczymi 26, 27 i przecina pierwsze łuki 24 trzech dolnych części szeregów 13 przed ich środkami. Przecięcia tych łuków 24 w kształcie litery U są na fig. 2 oznaczone 24'.

184 643

Każdy znany moduł membranowy 21 posiada dwa otwory służące do odprowadzania przesącza, które na fig. 2 są pokazane symbolicznie w postaci strzałek 29, 30. Otwory 29, które według fig. 1 są położone na modułach 21 z przodu, są połączone z przewodami zbiorczymi przesącza 31, a otwory 30, które usytuowane są z tyłu, z przewodami zbiorczymi przesącza 32.

Sześć przewodów zbiorczych przesącza 31 prowadzi do dalszego przewodu zbiorczego 31' a sześć przewodów zbiorczych przesącza 32 do dalszego przewodu zbiorczego 32'. Przewody 31', 32' są wyprowadzone na zewnątrz układu.

Opisane powyżej poziome położenie modułów membranowych 21 powoduje, oczywiście że przewody zbiorcze filtrowanego medium 26, 27 przyjmują w przybliżeniu położenie pionowe. W tak zorientowanych przewodach zbiorczych, w przypadku przerwy w przepływie filtrowanego medium, cząsteczki ciał stałych zawarte w medium mogą osadzać się nierównomiernie, a przy powtórnym uruchomieniu układu mogą zatykać poszczególne rurki membranowe w modułach 21. Tej wady można uniknąć przez zastosowanie zaworu spustowego 33 umieszczonego przy dolnym zakończeniu przewodu zbiorczego filtrowanego medium 26, co widać na fig. 1. Doświadczenia wykazały, że po przerwie w przepływie filtrowanego medium, przez spuszczenie albo odpompowanie osadzonych cząsteczek ciał stałych, można bez kłopotu dokonać ponownego uruchomienia układu. W ten sposób może być przezwyciężone znane uprzedzenie związane z poziomym położeniem modułów membranowych.

W wariancie układu filtracji membranowej według fig. 4, elementy konstrukcyjne mają oznaczenia odpowiadające elementom przedstawionym na fig. 1. Na parach prętów nośnych 11 stojaka nośnego 10, według fig. 4 usytuowanych jest poziomo sześć szeregów 43 do 48 modułów membranowych 21, które podobnie jak w układzie według fig. 1 są połączone szeregowo za pomocą łuków 24 w kształcie litery U. Przez przyłącze 25 i przewód zbiorczy doprowadzający 26', poddawane filtracji medium jest dostarczane do szeregów 43, 44, 45. Po przepłynięciu przez szeregi 43, 44, 45, filtrowane medium zostaje odprowadzone przez przewód zbiorczy 49, który równocześnie jest przewodem doprowadzającym medium do dalszych szeregów 46-48. W końcu nie przesączona przez filtr część medium jest odprowadzana z szeregów 46-48 przez przewód zbiorczy 27'. Przewody zbiorcze do odprowadzania przesącza w układzie według fig. 4 są wykonane podobnie jak w układzie według fig. 1, ale nie są na fig. 4 przedstawione.

Równoległe zasilanie przewodów rurowych cieczami zawierającymi ciała stałe, jak sok owocowy albo ścieki w przemyśle chemicznym, farmacji, przetwórstwie spożywczym, oczyszczalniach ścieków i tym podobnych, za pomocą przewodów zbiorczych 26, 27 według fig. 1 albo 26', 27', 49 według fig. 4 stwarza jak wiadomo pewne problemy z zapewnieniem równomiernego dopływu i odpływu dla wszystkich przyłączonych równolegle przewodów. Przy opisanych formach wykonania układu filtracji membranowej, przez zastosowanie znanych, a nie przedstawionych elementów kierujących w przewodach zbiorczych filtrowanego medium można uniknąć wyżej wspomnianych problemów, tym bardziej gdy zastosowany zostanie statyczny mieszacz 34 według fig. 1 i fig. 4 do ujednorodniania rozkładu ciał stałych w filtrowanej mieszaninie.

Opisane układy w przykładach wykonania według fig. 1 do 4 posiadają szeregi modułów membranowych leżących poziomo jeden obok drugiego. Figura 5a pokazuje schematyczny widok z góry takiego szeregu 43 składającego się z sześciu modułów membranowych 21, które są połączone pięcioma łukami 24 w kształcie litery U. Schematyczny widok z przodu pięciu takich szeregów 43 po siedem modułów membranowych 21 pokazuje fig. 5b. Poziome płaszczyzny szeregów 43 są umieszczone w pionie jedna nad drugą 1 są wyposażone w dwa pionowe przewody zbiorcze 26', 49 dla filtrowanego medium. Figura 5c pokazuje schematyczny widok z przodu układu z dziesięcioma szeregami 43 modułów membranowych 21 oraz z trzema pionowymi przewodami zbiorczymi 26', 49, 27'. Układ ten odpowiada układowi już opisanemu 1 przedstawionemu na fig. 4.

Dla fachowca jest oczywiste, że możliwa jest duża liczba wariantów układu filtracji membranowej, które mieszczą się w ramach załączonych zastrzeżeń patentowych.

184 643

Ο)

Ll

184 643

184 64 3

184 643

L_

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ filtracji membranowej w przepływie poprzecznym z pewną liczbą modułów membranowych obejmujących jedną rurę membranową albo wiązkę rur membranowych, posiadający rurowy korpus modułu w którym usytuowane są rury membranowe, przy czym każdy moduł membranowy posiada po jednym kołnierzu przyłączeniowym jak również przynajmniej jeden otwór dla przesącza, a moduły membranowe leżąc jeden za drugim w szeregach są połączone ze sobią przy czym szeregi są równolegle przyłączone do przewodów zbiorczych, znamienny tym, że moduły membranowe (21) każdego szeregu (13, 14, 15, 16, 43, do 48) leżą jeden obok drugiego w przynajmniej jednej płaszczyźnie poziomej.
2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że poziome płaszczyzny kilku szeregów (13, 14, 15, 16, 43 do 48) modułów membranowych (21) są usytuowane w pionie jedna nad drugą i że przewody zbiorcze (26, 27, 26', 27', 49) szeregów są usytuowane pionowo.
3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że przynajmniej jeden szereg (13,14) modułów membranowych (21) jest usytuowany w dwóch płaszczyznach leżących w pionie jedna nad drugą przy czym dolna płaszczyzna jest połączona z górną płaszczyzną za pomocą łuków (24') w kształcie litery U, skośnie ustawionych między dwoma modułami (21).
4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że płaszczyzna skośnie ustawionego łuku (24') w kształcie litery U tworzy z płaszczyzną poziomą kąt maksimum 60°.
5. Układ według zastrz 2, znamienny tym, że szeregi modułów membranowych (21) usytuowane w leżących w pionie jedną nad drugą poziomych płaszczyznach tworzą kilka szeregów (43, 44, 45, i 46, 47, 48), przy których pionowe przewody zbiorcze (49) są z jednej strony połączone z szeregami (43, 44, 45) a z drugiej strony z szeregami (46, 47, 48).
6. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że przewody zbiorcze (26, 49) posiadają urządzenia spustowe (3^, 33') dla nagromadzonych ciał stałych czyli osadu.
7. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że przewody zbiorcze (26, 26', 27, 49) posiadają elementy kierujące.
8. Układ według zastrz. 7, znamienny tym, że przewody zbiorcze (26, 26') posiadają statyczny mieszacz (34).
9. Układ według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 5, znamienny tym, że posiada elementy nośne (11), na których bezpośrednio ułożone są moduły membranowe (21).
10. Układ według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 5, znamienny tym, że posiada elementy nośne (11), na których moduły membranowe (21) ułożone są na elastycznych podkładkach (35).
11. Układ według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 5, znamienny tym, że elementy nośne (11) dla modułów membranowych (21) mają większą długość niż szeregi modułów membranowych.