МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1995 года по МПК B01D63/06 

Изобретение относится к способам и устройствам для разделения и очистки газов и жидкостей, в частности к системам для мембранного разделения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является аппарат, состоящий из корпуса, трубчатых мембранных элементов и двух трубных решеток, установленных с образованием между ними полости для отвода пермеата. Каждый мембранный элемент включает две пористые трубки различной длины, установленные коаксиально, одни концы которых соединены кольцевой заглушкой, а другие закреплены в трубных решетках. Полупроницаемые мембраны нанесены на внешние поверхности охватывающей пористой трубки и на внутренние поверхности охватываемых трубок. Разделяемая смесь перемещается сначала вдоль поверхностей внешних мембран, а затем по центральным каналам мембранных элементов вдоль поверхностей внутренних мембран. Проникшие через мембраны соединения (пермеат) отводятся по пористым трубкам в полость между двумя трубными решетками.

Данный аппарат имеет недостаточную надежность, сложен при сборке и эксплуатации, так как во-первых, установка мембранных элементов и их закрепление в двух расположенных близко трубных решетках достаточно трудоемко и сложно, во-вторых, закрепление мембранных элементов в трубных решетках только одним концом приводит к повреждению клеевого шва или пористых трубок (при выполнении их из керамических материалов) при сборке (из-за перекосов, технологических погрешностей выполнения трубных решеток и т.п.) и эксплуатации (из-за воздействия на незакрепленные концы трубчатых элементов усилий возникающих при транспортировке, монтаже аппарата и вибрации), в-третьих, перед сборкой невозможна индивидуальная проверка качества нанесения полупроницаемых мембран на каждый мембранный элемент и, в-четвертых, поврежденный мембранный элемент не может быть извлечен из трубных решеток без повреждения его самого и других элементов, так как все элементы жестко соединены с трубными решетками.

Предлагаемое техническое решение направлено на повышение надежности, упрощение сборки и эксплуатации аппарата.

Это достигается тем, что известный аппарат, содержащий корпус, трубчатые мембранные элементы, снабженные кольцевыми заглушками, и трубные решетки, снабжен дополнительными решетками, установленными на трубных решетках и выполненными с резьбовыми каналами, размещенными соосно каналам в трубных решетках, опорными трубками, установленными коаксиально в мембранных элементах, трубками для фиксации мембранных элементов в решетках, уплотнительными элементами, размещенными в каналах трубных решеток с охватом опорных трубок и трубок для фиксации, нажимными втулками, прилегающих к торцевым поверхностям уплотнительных элементов, и резьбовыми втулками, установленных в дополнительных решетках. При этом кольцевые заглушки установлены на обоих концах мембранных элементов и выполнены с центральным каналом. Концы опорных трубок с одной стороны выполнены заглушенными и зафиксированы в каналах заглушек мембранных элементов, а с другой стороны пропущены через каналы заглушек мембранных элементов и жестко закрепленных в них. Трубки для фиксации размещены со стороны заглушенных концов опорных трубок и жестко соединены с заглушками мембранных элементов. Стенки опорных трубок со стороны открытых концов вблизи заглушек мембранных элементов выполнены с радиальными каналами, а одна из трубных решеток съемной.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение надежности, упрощение сборки и эксплуатации, так как во-первых, взаимная фиксация обоих концов мембранных элементов через опорные трубки и кольцевые заглушки предохраняет мембранные элементы от разрушения при их установке в аппарат, при транспортировке, монтаже и воздействии вибрации, во-вторых, закрепление мембранных элементов за оба конца на опорных и фиксирующих трубках дополнительно предохраняет элементы от воздействия неблагоприятных условий эксплуатации (вибрации, ударов и т. п. ), в-третьих, возможность простого и надежного закрепления и уплотнения мембранных элементов на опорных и фиксирующих трубках позволяет перед сборкой проверить качество мембраны каждого элемента, в-четвертых, поврежденный мембранный элемент легко может быть извлечен из аппарата (без повреждения других элементов) и заменен на новый и в-пятых, герметизация мембранных элементов по поверхностям опорных и фиксирующих трубок с помощью уплотнительных элементов, прижимаемых к поверхностям этих трубок, позволяет надежно изолировать полости разделяемой смеси и пермеата при обеспечении многократной разборки и сборки аппарата.

На фиг.1 представлен мембранный аппарат, продольный разрез; на фиг.2 разрез А-A на фиг.1.

Аппарат состоит из корпуса 1, раструбов 2 и 3 для подачи и удаления разделяемой смеси, двух трубных решеток 4 и 5, одна из которых 5 съемная, а другая 4 жестко соединена с корпусом 1, мембранных элементов 6, кольцевых заглушек 7 и 8, опорных трубок 9 с радиальными каналами 10, трубок 11 для фиксации, уплотнительных элементов 12, нажимных втулок 13, резьбовых втулок 14, дополнительных решеток 15 и 16, закрепленных на трубных решетках 4 и 5, крышек 17 и 18 с полостями 19 и 20, штуцеров 21 и 22 для отвода пермеата и подачи удаляющей пермеат среды и прокладок 23-27. Сборка аппарата осуществляется следующим образом.

Мембранные элементы 6 с закрепленными на них кольцевыми заглушками 7 и 8, опорными трубками 9 и трубками 11 для фиксации после нанесения на них полупроницаемых мембран (на внешние поверхности элементов 6) и проверки качества покрытия устанавливают в трубные решетки 4, т.е. вводят концы опорных трубок 9 в ее каналы (трубная решетка 5 снята с корпуса). На концы опорных трубок 9 одевают уплотнительные элементы 12 и нажимные втулки 13, присоединяют к трубной решетке 4 дополнительную решетку 15 и, ввинчивая в ее резьбовые каналы втулки 14, закрепляют опорные трубки 9, а с ними и элементы 6 в трубной решетке 4. Затем сверху надевают на свободные концы трубок 11 съемную трубную решетку 5 (для более точной ориентации трубок 11 в их центральные каналы вставляют технологические стержни с конической направляющей частью, которые после установки на место трубной решетки 5 удаляют). Закрепляют трубную решетку 5 на корпусе 1, надевают на трубки 11 уплотнительные элементы 12 и нажимные втулки 13, устанавливают на трубной решетке 5 дополнительную решетку 16 и ввинчивают в нее резьбовые втулки 14. Поворачивают втулки 14 и с заданным усилием разжимают уплотнительные элементы 12, которые изолируют полости 19 и 20 от объема корпуса 1. Закрепляют на корпусе 1 раструбы 2 и 3, а на трубных решетках 4 и 5 крышки 17 и 18.

Мембранный аппарат работает следующим образом.

Поток разделяемой смеси через раструб 2 подается к мембранным элементам 6, обтекает их внешние поверхности и удаляется через раструб 3 из аппарата. Определенные компоненты разделяемой смеси селективно проникают через мембраны в пористую основу мембранных элементов 6, а из нее в центральные каналы этих элементов. Подаваемый через штуцер 22 продувочный газ поступает в полость 20, из которой распределяется по центральным каналам втулок 14, проходит по центральным каналам трубок 11, просачивается через зазоры между опорными трубками 9 и кольцевыми заглушками 8 в цилиндрическую полость между опорными трубками 9 и мембранными элементами 6. Проходя по этим цилиндрическим полостям, продувочный газ вытесняет проникшие компоненты (пермеат) через каналы 10 в центральные каналы опорных трубок 9. Далее продувочный газ с проникшими соединениями поступает через каналы втулок 14 в полость 19, а из нее по штуцеру 21 удаляется из аппарата.

Сущность изобретения: мембранный аппарат содержит корпус, трубчатые мембранные элементы, трубные решетки, концевые диски, опорные и фиксирующие трубки, уплотнительные элементы, охватывающие опорные и фиксирующие трубки, нажимные втулки, резьбовые втулки и дополнительные решетки, в которых выполнены резьбовые каналы, соосные каналам в трубных решетках. 2 ил.

МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ, содержащий корпус, трубчатые мембранные элементы, снабженные кольцевыми заглушками, и трубные решетки, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными решетками, установленными на трубных решетках и выполненными с резьбовыми каналами, размещенными соосно с каналами в трубных решетках, опорными трубками, установленными коаксиально в мембранных элементах, трубками для фиксации мембранных элементов в решетках, уплотнитеьными элементами, размещенными в каналах трубных решеток с охватом опорных трубок и трубок для фиксации, нажимными втулками, прилегающими к торцевым поверхностям уплотнительных элементов, и резьбовыми втулками, установленными в дополнительных решетках, при этом заглушки установлены на обоих концах мембранных элементов и выполнены с центральным каналом, концы опорных трубок с одной стороны выполнены заглушенными и зафиксированы в каналах заглушек мембранных элементов, а с другой стороны пропущены через каналы заглушек мембранных элементов и жестко закреплены в них, трубки для фиксации размещены со стороны заглушенных концов опорных трубок и жестко соединены с заглушками мембранных элементов, стенки опорных трубок со стороны открытых концов вблизи заглушек мембранных элементов выполнены с радиальными каналами, а одна из трубных решеток выполнена съемной.