МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1994 года по МПК B01D63/06 

Изобретение относится к системам для разделения газов и жидкостей, в частности к аппаратам для мембранного разделения.

Целью изобретения является повышение надежности при разделении высокоагрессивных и токсичных сред при повышенных температурах.

Поставленная цель достигается тем, что известный аппарат, содержащий трубчатый корпус, две торцевые крышки, размещенные у одного из торцевых крышек подвижную трубную решетку, в которой закреплены концы пучка мембраны элементов, кольцевой разделительный элемент, периферийная часть которого соединена со стенкой корпуса, штуцеры ввода и вывода разделяемой смеси и штуцер вывода пермеата, дополнительно снабжен второй подвижной трубной решеткой, в которой закреплены свободные концы мембранных элементов, укрепленные на подвижных трубных решетках стаканами с осевыми отверстиями, к которым присоединены штуцеры ввода и вывода разделяемой смеси, дополнительным кольцевым разделительным элементом. Оба разделительных элемента выполнены в виде металлических мембран и по внутреннему периметру присоединены к стаканам в донной части вокруг штуцера ввода разделяемой смеси и штуцера вывода разделяемой смеси. Зазоры между разделительными элементами и соответствующими торцевыми крышками δ меньше 0,8 ( δ _p- 1/2 Δ_т ), где Δ_т - максимальное изменение длины мембранных элементов относительно корпуса в диапазоне рабочих температур; δ_p - максимальное значение прогиба разделительного элемента, при котором напряжение в его материале достигает допустимой величины. Разделительные элементы выполнены плоскими, гофрированными или в виде колпачков.

Техническое решение обеспечивает повышение надежности при разделении высокоагрессивных и токсичных сред при повышенных температурах за счет создания подвижности установленных в трубных решетках концов трубчатых или волоконных мембранных элементов, выполненных из керамики, углеграфитовых материалов, стекла или жестких полимеров, и компенсации технологических и конструктивных погрешностей (эксцентриситетов, овальностей, отклонений размеров и т. п. ) изготовления узлов и деталей аппарата (трубных решеток, стаканов, корпуса, фланцев) с помощью узлов с мембранными разделительными элементами, характеризуемыми описанным выше выполнением и взаимосвязью с другими деталями и узлами аппарата. Это позволяет избежать повреждений и разрушений мембранных и нанесенных на них слоев (что приводит к снижению надежности, особенно при воздействии высокоагрессивных сред при повышенных температурах) при сборке, перевозке, при воздействии вибрации и ударных нагрузок. Обеспечиваемая подвижность концов мембранных элементов позволяет компенсировать их перемещение относительно корпуса при изменении температуры из-за различия температурных коэффициентов расширения материалов мембранных элементов и корпуса.

На фиг. 1 представлен общий вид аппарата с плоскими разделительными элементами; на фиг. 2, 3 - закрепление в аппарате одного из гофрированных разделительных элементов и одного из разделительных элементов в виде колпачка.

Аппарат состоит из трубчатого корпуса 1, мембранных элементов 2, представляющий собой стержни из пористого материала с системой продольных каналов 3, на поверхности которых нанесен селективный слой, двух трубных решеток 4, 5, в которых закреплены, например вклеены, мембранные элементы 2, двух стаканов 6, 7 с штуцерами 8, 9 ввода и вывода разделяемой среды, двух разделительных элементов 10, 11, закрепленных по центру вокруг штуцеров 8,9 с помощью гаек 12, 13 и втулок 14, 15, двух торцевых крышек 16, 17, двух фланцев 18, 19 корпуса 1, в одном 19 из которых выполнен канал 20, соединяющий камеру пермеата 21 с штуцером 22 вывода пермеата, и двух прокладок 23, 24 между трубными решетками 4, 5 и стаканами 6, 7.

Работает аппарат следующим образом. Разделяемая среда, подаваемая в штуцер 8, распределяется в камере между стаканом 6 и трубной решеткой 4 и поступает из нее в продольные каналы 3 мембранных элементов 2. Компоненты разделяемой смеси из потоков, проходящих по каналам 3, селективно проникают через слои на поверхности этих каналов в пористую основу мембранных элементов 2 и далее в камеру между мембранными элементами 2 и корпусом 1 (камеру пермеата 21). Прошедшие по каналам 3 потоки собираются в камере между трубной решеткой 5 и стаканом 7 и выводятся через штуцер 9. Пермеат из камеры 21 по каналу 20 выводится через штуцер 22 из аппарата.

Использование: для мембранного разделения высокоагрессивных жидкостей и газов. Сущность изобретения: пучок мембранных элементов размещен в корпусе, концы элементов укреплены в двух подвижных трубных досках, снабженных стаканами с осевыми отверстиями, к которым присоединены штуцеры. Герметичность камер обеспечена наличием двух кольцевых разделительных элементов в виде металлических мембран. По периферии разделительные элементы соединены с корпусом, а по внутреннему периметру - с дном соответствующего стакана вблизи штуцера. Их расстояние δ от торцевой крышки определено из неравенства , где Δ_т - максимальное изменение длины мембранных элементов; δ_р - максимальное значение прогиба разделительного элемента. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ, содержащий трубчатый корпус, две торцовые крышки, размещенную у одной из торцевых крышек подвижную трубную решетку, в которой закреплены концы пучка мембранных элементов, кольцевой разделительный элемент, периферийная часть которого соединена со стенкой корпуса, штуцеры ввода и вывода разделяемой смеси и штуцер пермеата, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности при разделении высокоагрессивных и токсичных сред при повышенных температурах, он снабжен второй подвижной трубной решеткой, в которой закреплены свободные концы мембранных элементов, укрепленными на подвижных трубных решетках стаканами с осевыми отверстиями, к которым присоединены штуцеры ввода и вывода разделяемой смеси, дополнительным кольцевым разделительным элементом, при этом оба разделительных элемента выполнены в виде металлических мембран и по внутреннему периметру присоединены к стаканам в донной части вокруг штуцера ввода разделяемой смеси и штуцера вывода разделяемой смеси, зазоры между разделительными элементами и соответствующими торцевыми крышками меньше 0,8(δ_p-1 / 2 Δ_т) , где Δ_т - максимальное изменение длины мембранных элементов относительно корпуса в диапазоне рабочих температур, δ_p - максимальное значение прогиба разделительного элемента, при котором напряжение в его материале достигает допустимой величины. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что разделительные элементы выполнены плоскими. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что разделительные элементы выполнены гофрированными. 4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что разделительные элементы выполнены в виде колпачков.