RU174208U1

RU174208U1 - CENTRIFUGAL PUMP

Info

Publication number: RU174208U1
Application number: RU2017105564U
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Голованчиков; Наталья Андреевна Прохоренко; Тхи Хуен Ву; Минь Кыонг Доан; Максим Игоревич Филимонов
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2017-10-06

Abstract

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для очистки жидкостей в процессе ультрафильтрации на полупроницаемой мембране и может найти применение в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности, а также при очистке сточных вод от молекул растворенных в них загрязняющих веществ.Техническим результатом предлагаемой конструкции является повышение производительности.Поставленный технический результат достигается тем, что центробежный насосе, содержащий корпус с нагнетательным патрубком и кольцевой рабочей камерой и установленное в корпусе рабочее колесо, при этом в рабочей камере установлена проволочная спираль, отличается тем, что на внутренней стенке рабочей камеры жестко закреплены кольца, в которых установлена перфорированная перегородка в виде полутора, на внутренней поверхности которой закреплена полупроницаемая мембрана, а проволочная спираль снабжена текстильной оболочкой, при этом в нагнетательном патрубке на выходе установлена разделительная перегородка.The proposed solution relates to devices for cleaning liquids during ultrafiltration on a semi-permeable membrane and can be used in chemical, petrochemical and other industries, as well as in wastewater treatment from molecules of pollutants dissolved in them. The technical result of the proposed design is to increase productivity. The technical result is achieved in that a centrifugal pump, comprising a housing with a discharge pipe and ring work with a camera and an impeller installed in the housing, while a wire spiral is installed in the working chamber, it differs in that rings are mounted on the inner wall of the working chamber, in which a perforated partition is installed in the form of one and a half, on the inner surface of which a semi-permeable membrane is fixed, and a wire the spiral is provided with a textile sheath, while a dividing wall is installed in the discharge pipe at the outlet.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для очистки жидкостей в процессе ультрафильтрации на полупроницаемой мембране и может найти применение в химической, нефтехимической, фармацевтической, микробиологической, пищевой и других отраслях промышленности, а также при очистке сточных вод от молекул растворенных в них загрязняющих веществ.The proposed technical solution relates to devices for cleaning liquids during ultrafiltration on a semi-permeable membrane and can be used in chemical, petrochemical, pharmaceutical, microbiological, food and other industries, as well as in wastewater treatment from molecules of pollutants dissolved in them.

Известен мембранный аппарат включает подвижный кожух со штуцерами для отвода продукта, корпус с кольцевыми щелями и полый шток с конусом, к которому крепиться подвижный вал с насаженными на него лопастями, делящий мембранный канал на четыре сектора, при этом в трех секторах находится сетка, крепящаяся к лопастям на некотором расстоянии от мембраны, а в четвертом секторе на валу по всей его длине установлены диски (патент №2530100 РФ, МПК B0/D 6/06, 2014 г.).Known membrane apparatus includes a movable casing with fittings for product discharge, a housing with annular slots and a hollow rod with a cone, to which a movable shaft with blades mounted on it is attached, dividing the membrane channel into four sectors, while in three sectors there is a grid attached to the blades at a certain distance from the membrane, and in the fourth sector on the shaft along its entire length, discs are installed (RF patent No. 2530100, IPC B0 / D 6/06, 2014).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится высокое гидравлическое сопротивление, снижающее перепад давления на мембране, что вызывает уменьшение производительности.The reasons that impede the achievement of a given technical result include high hydraulic resistance, which reduces the pressure drop across the membrane, which causes a decrease in productivity.

Известно описание конструкции мембранного аппарата с формулой изобретения, состоящей из двух пунктов:A known description of the design of the membrane apparatus with the claims, consisting of two points:

1. Мембранный аппарат, содержащий корпус со штуцерами вывода продуктов разделения, с тангенциальным штуцером ввода исходного раствора, соосно корпусу установленный профилированный мембранный элемент с одним или несколькими каналами из жесткого пористого материала и обечайку, при этом в корпусе плотно вставлена винтовая пружина, или стенка корпуса снабжена по крайней мере одной винтовой направляющей, а на мембранный элемент, выполненный одноканальным стержнем, закрытым с одного конца дном, а с другого конца герметично охваченным непроницаемой обечайкой с фланцем и штуцером вывода пермеата, служащей разъемным узлом соосного герметичного присоединения к корпусу изнутри, плотно навита винтовая направляющая, или стенка мембранного элемента и корпуса выполнены винтогофрированными так, что в результате между стенками корпуса и мембранного элемента образуется кольцевой зазор с вращательно-нисходящей направленностью по стенке корпуса и вращательно-восходящей направленностью по стенке мембранного элемента, плавно переходящего внизу между стенкой корпуса и дном мембранного элемента в циклонную камеру отделения загрязнений в виде концентрата, причем винтовые направленности на корпусе и мембранном элементе противоположны: правая и левая или левая и правая.1. A membrane apparatus comprising a housing with fittings for outputting separation products, with a tangential fitting for introducing an initial solution, a profiled membrane element with one or more channels of rigid porous material and a shell aligned with the housing, and a coil spring or housing wall is tightly inserted in the housing equipped with at least one screw guide, and on a membrane element made by a single-channel rod, closed at one end with a bottom, and at the other end hermetically sealed nepron a sheathed shell with a flange and a permeate outlet fitting, which serves as a detachable assembly of coaxial sealed connection to the housing from the inside, a screw guide is tightly wound, or the wall of the membrane element and the housing is screw-shaped so that as a result an annular gap is formed between the walls of the housing and the membrane element with a rotationally descending directivity along the wall of the casing and rotationally ascending directivity along the wall of the membrane element, smoothly passing below between the wall of the casing and the bottom of the membranes of the element into the cyclone chamber for separating contaminants in the form of a concentrate, and the screw orientations on the body and the membrane element are opposite: right and left or left and right.

2. Мембранный аппарат по п. 1, при этом корпус выполнен двумя различно-функциональными легко разборными и герметично соединенными частями, нижней (донной) служащей для провода жидкости в поле центробежных сил вывода концентрата и верхней (головной) части с тангенциальным штуцером, устанавливаемым непосредственно у торцевой стенки с соосным отверстием, служащей для предварительного осветления исходного раствора при помощи поля центробежных сил и герметичного присоединения мембранного элемента (Заявка на изобретение 2006113169/15 РФ от 20.04.2006, дата публикации заявки 10.11.2007, МПК B01D 63/06).2. The membrane apparatus according to claim 1, wherein the housing is made of two different functional easily dismountable and hermetically connected parts, the lower (bottom) serving for the fluid wire in the field of centrifugal withdrawal forces of the concentrate and the upper (head) part with a tangential fitting installed directly at the end wall with a coaxial hole, which serves for preliminary clarification of the initial solution using the field of centrifugal forces and hermetic attachment of the membrane element (Application for invention 2006113169/15 of the Russian Federation of 20.04.2006, d at the date of publication of the application 10.11.2007, IPC B01D 63/06).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится высокое гидравлическое сопротивление, приводящее к снижению перепада давления на мембране, которое является движущей силой процесса очистки жидкого раствора от молекул загрязняющих веществ, что приводит к снижению производительность.The reasons that impede the achievement of a given technical result include high hydraulic resistance, which leads to a decrease in the pressure drop across the membrane, which is the driving force of the process of cleaning the liquid solution from molecules of pollutants, which leads to a decrease in productivity.

Известна центрифуга для разделения многокомпонентной жидкой среды, включающая корпус, установленный в нем вертикально на валу цилиндроконический ротор с основанием и крышкой, снабженный расположенной под ней верхней кольцевой камерой и средством отвода сгущенной твердой фракции, размещенным в основании, установленный по оси цилиндрический фильтр с камерой сбора и отвода фильтрата и неподвижную расположенную по оси ротора питающую трубу, при этом цилиндрический фильтр установлен неподвижно, выполнен из мембраны и снабжен устройством для предварительной фильтрации разделенной среды, при этом в роторе концентрично указанному фильтру с зазором расположена сплошная цилиндрическая обечайка с торцевыми фланцами, образующая секцию выделения легкой жировой фракции из разделяемой среды, сообщенную при помощи каналов с верхней кольцевой камерой, снабженной напорным диском для отвода этой фракции, причем снизу под секцией установлен неподвижно дополнительный фильтр в виде цилиндроконической камеры, стенки которой выполнены из мембран и образуют со стенкой ротора и цилиндрического фильтра зазоры для протока и отвода разделенных фракций, при этом устройство для предварительной фильтрации разделяемой среды состоит из неподвижной цилиндроконической мембранной обечайки, прикрепленной к торцу питающей трубы и образующей внутреннюю стенку камеры сбора и отвода фильтрата, и размещенного с кольцевым зазором аналогичного по форме обтекателя, нижний торец которого расположен в выходном отверстии питающей трубы, при этом обтекатель установлен с возможностью вращения для создания вихревого движения потока разделяемой среды в зазоре. (Изобретение 2155103 С1, МКП B04B 1/10, 27.08.2000).A known centrifuge for separating a multicomponent liquid medium, comprising a housing mounted vertically on a shaft with a cylindrical rotor with a base and a lid, equipped with an upper annular chamber located under it and a means for removing the condensed solid fraction located in the base, an axial cylindrical filter with a collection chamber and drainage of the filtrate and a stationary feed pipe located along the axis of the rotor, while the cylindrical filter is fixed, made of a membrane and equipped with a device for preliminary filtration of the divided medium, while in the rotor of the concentric specified filter with a gap there is a continuous cylindrical shell with end flanges, forming a section for separating the light fat fraction from the shared medium, communicated via channels with an upper annular chamber equipped with a pressure disk for removal of this fraction, moreover, underneath under the section a stationary additional filter is installed in the form of a cylinder-conical chamber, the walls of which are made of membranes and form with the wall of the rotor and cylinder For filtering and separating the separated fractions, the device for preliminary filtration of the shared medium consists of a fixed cylindrical-conical membrane shell attached to the end of the supply pipe and forming the inner wall of the filtrate collection and removal chamber, and placed with an annular gap of a similar shape to the cowling the lower end of which is located in the outlet of the supply pipe, while the fairing is mounted rotatably to create a vortex motion of the flow of fissile medium in the gap. (Invention 2155103 C1, MCP B04B 1/10, 08.27.2000).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится высокое гидравлическое сопротивление осадка, образующегося на фильтрующих поверхностях, что снижает производительность. Кроме того, отсутствие полупроницаемых мембран приводит к необходимости дополнительной очистки, то есть повторного отделения в полученном фильтрате молекул растворенных веществ от очищаемой жидкости, что также снижает общую производительность.The reasons that impede the achievement of a given technical result include high hydraulic resistance of the sediment formed on the filtering surfaces, which reduces productivity. In addition, the absence of semipermeable membranes leads to the need for additional purification, that is, re-separation of the solute molecules from the liquid being purified in the obtained filtrate, which also reduces the overall productivity.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является центробежный насос, содержащий корпус с нагнетательным патрубком и кольцевой рабочей камерой, в которой установлена проволочная спираль. (Авт. св. СССР №806899, F04D 1/00, F04D 29/42, 1981 г.).The closest technical solution for the totality of features to the claimed object and adopted as a prototype is a centrifugal pump containing a housing with a discharge pipe and an annular working chamber in which a wire spiral is installed. (Aut. St. USSR No. 806899, F04D 1/00, F04D 29/42, 1981).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невозможность одновременно с повышением давления в нагнетательном патрубке обеспечить очистку жидкости от молекул растворенных в ней веществ, что требует установки ультрафильтрационного аппарата с полупроницаемой мембраной, а это снижает рабочее давление при перекачивании жидкости от центробежного насоса к ультрафильтрационному аппарату и уменьшает производительность.The reasons that impede the achievement of the desired technical result include the impossibility of simultaneously purifying the liquid from the molecules of the substances dissolved in it along with increasing the pressure in the discharge pipe, which requires the installation of an ultrafiltration apparatus with a semipermeable membrane, and this reduces the working pressure when pumping fluid from a centrifugal pump to an ultrafiltration apparatus and reduces performance.

Техническим результатом предлагаемой конструкции является повышение производительности.The technical result of the proposed design is to increase productivity.

Поставленный технический результат достигается тем, что центробежный насос, содержащий корпус с нагнетательным патрубком и кольцевой рабочей камерой и установленное в корпусе рабочее колесо, при этом в рабочей камере установлена проволочная спираль, отличается тем, что на внутренней стенке рабочей камеры жестко закреплены кольца, в которых установлена перфорированная перегородка в виде полутора, на внутренней поверхности которой закреплена полупроницаемая мембрана, а проволочная спираль снабжена текстильной оболочкой, при этом в нагнетательном патрубке на выходе установлена разделительная перегородка.The technical result is achieved in that the centrifugal pump, comprising a housing with a discharge pipe and an annular working chamber and an impeller mounted in the housing, while a wire spiral is installed in the working chamber, is characterized in that rings in which the rings are rigidly fixed a perforated partition is installed in the form of one and a half, on the inner surface of which a semipermeable membrane is fixed, and the wire spiral is equipped with a textile sheath, while in netatelnom nozzle outlet baffle installed.

Герметичное прикрепление к внутренней стенке колец позволяет разделить весь поток нагнетаемой жидкости на внешний и внутренний слои внутри рабочей камеры, а установка внутри колец перфорированной перегородки в виде полутора позволяет фильтроваться внутреннему потоку за счет центробежной силы из внутреннего потока во внешний, что позволяет увеличивает производительность при очистке перекачиваемой жидкости во внешнем потоке.Hermetic attachment to the inner wall of the rings allows you to divide the entire flow of injected fluid into the outer and inner layers inside the working chamber, and the installation of a perforated baffle inside the rings in the form of one and a half allows the inner stream to be filtered due to centrifugal force from the inner stream to the outer one, which increases the cleaning performance pumped fluid in the external stream.

Закрепление полупроницаемой мембраны на внутренней поверхности перфорированной перегородки позволяет проводить на ней ультрафильтрацию, так как центробежные силы создают центробежное давление, под действием которого нагнетаемая жидкость разделяется на полупроницаемой мембране на пермеат, то есть очищенную от молекул растворенных в нагнетаемой жидкости веществ во внешнем потоке, и ретант, что приводит к росту производительности по очищенной жидкости - пермеату.The fixation of a semipermeable membrane on the inner surface of the perforated septum allows ultrafiltration, since centrifugal forces create centrifugal pressure, under the influence of which the injected liquid is separated on the semipermeable membrane by permeate, i.e. purified from molecules of substances dissolved in the injected liquid in the external flow, and retant , which leads to an increase in productivity in purified liquid - permeate.

Снабжение проволочной спирали текстильной оболочкой обеспечивает мягкое прижатие полупроницаемой мембраны к внутренней поверхности перфорированной перегородки без разрывов поверхности мембраны, то есть увеличивает срок ее эксплуатации без остановок, ремонта и замены, что способствует увеличению производительности.The supply of the wire spiral with a textile sheath provides a soft pressing of the semipermeable membrane to the inner surface of the perforated partition without rupturing the membrane surface, that is, it increases its life without stops, repairs and replacements, which increases productivity.

Установка на выходе нагнетательного патрубка разделительной перегородки предотвращает перемешивание внешнего потока жидкости, то есть пермеата с внутренним потоком, то есть с ретантом, что уменьшает необходимость повторной дополнительной очистки пермеата, что также увеличивает производительность по очищенной жидкости - пермеату.The installation at the outlet of the discharge pipe of the dividing wall prevents mixing of the external fluid flow, i.e., permeate with the internal flow, i.e. with retant, which reduces the need for repeated additional purification of the permeate, which also increases the productivity of the purified liquid - permeate.

Таким образом, все вышеназванные технические усовершенствования позволяют получать в центробежном насосе не просто нагнетаемую жидкость с повышенным давлением в нагнетательном патрубке, но и одновременно очищать ее с разделением на пермеат и ретант. Это приводит к высокой производительности по очищенной от молекул растворенных в нагнетаемой жидкости веществ.Thus, all of the above technical improvements make it possible to obtain in a centrifugal pump not only an injected liquid with increased pressure in the discharge nozzle, but also to clean it with separation of permeate and retant. This leads to high performance for purified substances from molecules dissolved in the injected liquid.

На фиг. 1 представлена схема общего вида предлагаемой конструкции центробежного насоса в разрезе. На фиг. 2 - горизонтальный разрез по А-А. На фиг. 3 - увеличенный фрагмент разреза общего вида по виду 1 с изображением части корпуса кольцевой рабочей камеры, проволочной спирали в текстильной оболочке, кольцах, в котором закреплена перфорированная перегородка, на внутренней поверхности которой закреплена полупроницаемая мембрана. На фиг. 4 представлена проволочная спираль в текстильной оболочке.In FIG. 1 shows a diagram of a General view of the proposed design of a centrifugal pump in the context. In FIG. 2 - horizontal section along aa. In FIG. 3 is an enlarged sectional fragment of a general view in view 1 with an image of a part of the housing of the annular working chamber, a wire spiral in a textile jacket, rings in which a perforated partition is fixed, on the inner surface of which a semi-permeable membrane is fixed. In FIG. 4 shows a wire spiral in a textile sheath.

Центробежный насос содержит корпус 1 с нагнетательным патрубком 2 и кольцевой рабочей камерой 3 и установленное в корпусе 1 рабочее колесо 4. В кольцевой рабочей камере 3 установлена проволочная спираль 5, снабженная текстильной оболочкой 6. На внутренней стенке кольцевой рабочей камеры 3 герметично прикреплены кольца 7 и 8, в которых установлена перфорированная перегородка 9 в виде полутора, на внутренней поверхности которой закреплена полупроницаемая мембрана 10, при этом витки проволочной спирали 5 своей текстильной оболочной 6 прижимают поверхность полупроницаемой мембраны 10 к внутренней поверхности перфорированной перегородки 9. В нагнетательном патрубке 2 на выходе установлена разделительная перегородка 11, разделяющая выходящий поток на внешний 12 и внутренний 13 слой.The centrifugal pump comprises a housing 1 with a discharge pipe 2 and an annular working chamber 3 and an impeller 4 installed in the housing 1. A wire spiral 5 equipped with a textile sheath 6 is installed in the annular working chamber 3. Rings 7 and 7 are tightly attached to the inner wall of the annular working chamber 3 8, in which a perforated partition 9 is installed in the form of one and a half, on the inner surface of which a semipermeable membrane 10 is fixed, while the turns of the wire spiral 5 of their textile sheath 6 are pressed along the surface of the semipermeable membrane 10 to the inner surface of the perforated septum 9. In the discharge pipe 2 at the outlet there is a dividing baffle 11 that separates the output stream into the outer 12 and inner 13 layer.

Центробежный насос работает следующим образом.Centrifugal pump operates as follows.

При вращении рабочего колеса 4 поток жидкости поступает в рабочую камеру 3. При движении по кольцевой рабочей камере 3 в нагнетаемой жидкости, под действием центробежной силы создается избыточное центробежное давление над поверхностью полупроницаемой мембраны 10 под действием которого часть нагнетаемой жидкости фильтруется во внешний слой 12 с образованием пермеата, то есть фильтрата, очищенного от молекул растворенных в нагнетаемой жидкости веществ (углеводородов, жиров растительных масел и др.), а часть в виде ретанта, то есть концентрированного раствора нагнетаемой жидкости с молекулами вышеназванных веществ, остаются во внутреннем слое 13. Разделенные разделительной перегородкой 11 потоки пермеата и ретанта, не смешиваясь, выходят из нагнетательного патрубка 2 и собираются в отдельных емкостей (на фигурах не показанных). Текстильная оболочка 6 проволочной спирали 5 не только прижимает поверхность полупроницаемой мембраны 10 к внутренней поверхности перфорированной перегородки 9, но и закручивает слой 13 внутреннего потока нагнетаемой жидкости, создавая вихревое движение жидкости, который предотвращает концентрационную поляризации, то есть разрушает слой молекул, от которых очищается нагнетаемая жидкость в пермеате, на внутренней поверхности полупроницаемой мембраны 10, что способствует увеличению скорости ультрафильтрации и производительности по пермеату - внешнему потоку 12 нагнетаемой жидкости.When the impeller 4 rotates, the fluid flow enters the working chamber 3. When moving along the annular working chamber 3 in the injected fluid, under the action of centrifugal force, an excessive centrifugal pressure is created above the surface of the semipermeable membrane 10 under the influence of which a part of the injected fluid is filtered into the outer layer 12 with the formation permeate, that is, a filtrate purified from molecules of substances dissolved in the injected liquid (hydrocarbons, fats of vegetable oils, etc.), and part in the form of a retant, i.e. concentrate The solution of the injected liquid with the molecules of the above substances remains in the inner layer 13. The permeate and retant streams separated by the separation wall 11, without mixing, exit the discharge pipe 2 and are collected in separate containers (not shown in the figures). The textile sheath 6 of the wire spiral 5 not only presses the surface of the semipermeable membrane 10 against the inner surface of the perforated septum 9, but also twists the layer 13 of the internal flow of the injected fluid, creating a vortex motion of the fluid that prevents concentration polarization, that is, destroys the layer of molecules that the injected purifies liquid in the permeate, on the inner surface of the semipermeable membrane 10, which helps to increase the speed of ultrafiltration and productivity perme eatu - the external flow 12 of the injected fluid.

Таким образом, герметичное прикрепление к внутренней стенке рабочей камеры 3 колец 7 и 8, в которых установлена перфорированная перегородка 9 в виде полутора, на внутренней поверхности которой закреплена полупроницаемая мембрана 10, а также снабжение проволочной спирали 5 текстильной оболочкой 6 и установка в нагнетательном патрубке 2 разделительной перегородки 11 позволяет получать нагнетаемый внешний поток жидкости 12 в виде пермеата, то есть очищенной от молекул растворенных в ней веществ, интенсифицировать процесс ультрафильтрации на полупроницаемой мембране 10, предотвращать на поверхности этой мембраны концентрационную поляризацию в ретанте, то есть внутреннем потоке 13 нагнетаемой жидкости с увеличенной концентрацией молекул растворенного вещества, увеличить время работы без остановки полупроницаемой мембраны 10, а значит увеличить производительность по пермеату - выходящему внешнему потоку 12 очищаемой жидкости без ее смешения с внутренним потоком 13 - ретантом.Thus, a tight attachment to the inner wall of the working chamber 3 of the rings 7 and 8, in which the perforated baffle 9 is installed in the form of one and a half, on the inner surface of which a semi-permeable membrane 10 is fixed, as well as supplying the wire spiral 5 with a textile sheath 6 and installation in the discharge pipe 2 dividing walls 11 allows you to get the injected external fluid stream 12 in the form of permeate, that is, purified from molecules of substances dissolved in it, to intensify the ultrafiltration process by of a permeable membrane 10, to prevent concentration polarization in the retant on the surface of this membrane, that is, the internal fluid flow 13 of the injected liquid with an increased concentration of solute molecules, increase the operating time without stopping the semipermeable membrane 10, and thus increase the permeate productivity - the outgoing external fluid flow 12 of the cleaned liquid without mixing it with the internal stream 13 - retant.

Claims

Центробежный насос, содержащий корпус с нагнетательным патрубком и кольцевой рабочей камерой и установленное в корпусе рабочее колесо, при этом в рабочей камере установлена проволочная спираль, отличающийся тем, что на внутренней стенке рабочей камеры жестко закреплены кольца, в которых установлена перфорированная перегородка в виде полутора, на внутренней поверхности которой закреплена полупроницаемая мембрана, а проволочная спираль снабжена текстильной оболочкой, при этом в нагнетательном патрубке на выходе установлена разделительная перегородка.A centrifugal pump comprising a housing with a discharge pipe and an annular working chamber and an impeller installed in the housing, while a wire spiral is installed in the working chamber, characterized in that the rings in which a perforated baffle is mounted in the form of one and a half are rigidly fixed to the inner wall of the working chamber, on the inner surface of which a semipermeable membrane is fixed, and the wire spiral is equipped with a textile sheath, while in the discharge pipe at the outlet, divide te a partition.