МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1995 года по МПК B01D63/00 

Изобретение относится к разработке способов и аппаратуры для разделения химических соединений, в частности к аппаратуре для мембранного разделения.

Известны мембранные аппараты (см. а.в. СССР N 1400637, кл. В 01 D 13/00, 1988, патент США N 4715955, кл. В 01 D 13/00, 1987 и др.), в которых пакет мембранных элементов из рамок с листовыми мембранами стягивается при помощи двух фланцев и шпилек, пропущенных через эти фланцы. В этих аппаратах для замены хотя бы одной мембраны требуется разборка всего пакета, а при повторной сборке возможны смещения рамок и мембран относительно друг друга, т. е. возникновение негерметичностей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является аппарат для мембранного разделения жидких или газовых смесей (см. заявку ЕПВ N 0155260, кл. В 01 D 13/00, 1985), содержащий размещенные в корпусе полупроницаемые мембраны, чередующиеся с подложками и проставками, штуцеры для подачи и отвода обрабатываемой среды и отвода пермеата. Мембраны укреплены на дисковых опорах, внутри которых установлены пористые подложки. Все опоры прижаты друг к другу с помощью фланцев и образуют единый пакет мембранных элементов. Между соседними опорами образованы полости для подачи и отвода обрабатываемой среды. Опоры имеют периферийные выемки, которые в соседних опорах расположены со смещением. Внутренние объемы опор соединены с коллектором для отвода пермеата. Обрабатываемый поток проходит последовательно вдоль поверхностей всех мембран, а пермеат выводится из внутренних объемов опор по коллектору. Основными недостатками известного устройства являются сложность сборки и эксплуатации аппарата, так как: во-первых, необходимо изготовление большого числа отдельных мембранных элементов, состоящих из опор, листов мембран и подложек; во-вторых, сборка большого числа мембранных элементов (десятков и даже сотен) в аппарате требует не только их соответствующей ориентации, но и надежной герметизации по поверхностям опор и по соединениям полостей опор с коллектором; и, в-третьих, при выходе из строя (повреждении) хотя бы одной мембраны необходима разборка всего пакета опор, т.е. фактически всего аппарата.

Предлагаемое техническое решение предназначено для обеспечения упрощения сборки и эксплуатации аппарата. Поставленная задача достигается тем, что известный аппарат, содержащий размещенные в корпусе полупроницаемые мембраны, чередующиеся с подложками и проставками, и штуцеры для отвода пермеата, снабжен размещенными в корпусе диффузором для подачи и конфузором для отвода обрабатываемой среды, а пространство корпуса разделено на секции перегородками, соединенными попарно посредством планок и выполненными с чередующимися выступами и впадинами. Каждая секция снабжена четырьмя вставками, попарно соединенными при помощи планок и выполненными в виде гребенок, выступы которых размещены во впадинах перегородок.

Крайние выступы вставок каждой секции расположены с зазором относительно стенки корпуса или крайних выступов вставок расположенных рядом секций. Мембраны выполнены в виде лент, размещенных в секциях на поверхностях выступов и впадин перегородок и зафиксированы с одной стороны при помощи опорных стержней, размещенных во впадинах перегородок и стянутых попарно перемычками, а с другой стороны при помощи опорных стержней, установленных на выступах перегородок. При этом выступы гребенок прижимают края мембран к поверхностям перегородок. В выступах перегородок выполнены прорези для подачи и отвода обрабатываемой среды, которые у двух последовательно по потоку размещенных секций расположены соосно.

Подложки установлены в полостях между выступов перегородок, а проставки в полостях между выступами вставок. Предлагаемое техническое решение обеспечивает упрощение сборки и эксплуатации аппарата, так как: во-первых, обрабатываемая среда подводится одновременно к большому числу параллельно расположенных участков мембран, что позволяет увеличить единичную мощность аппарата и отказаться от схем их параллельного соединения; во-вторых, при выходе из строя мембраны из аппарата легко извлекается только секция с этой мембраной, которая быстро может быть заменена другой; в-третьих, сборка каждой секции проста и включает операции сматывания мембраны с рулона и перегиба ее на устанавливаемых опорных стержнях, причем сборка может быть легко механизирована и автоматизирована; и, в-четвертых, использование диффузора для ввода и распределения потока обрабатываемой среды, конфузора для отвода этого потока, а также размещение полостей для перемещения потоков обрабатываемой среды в последовательно расположенных секциях без смещения, позволяет снизить гидравлическое сопротивление, т.е. упростить и удешевить системы подачи обрабатываемой среды.

Выполнение опорных стержней, установленных на выступах перегородок, из пористого материала обеспечивает отвод пермеата от участков мембран, перегнутых на этих стержнях, что позволяет более полно использовать поверхность мембран. Герметизация краев мембран, установленных в зазорах между выступами (впадинами) перегородок и выступами вставок с внешней стороны секций с помощью клея или герметика, позволяет не только дополнительно загерметизировать рабочие полости, но и при разборке аппарата легко снимать слой клея (герметика), т. е. производить разборку секций без повреждений основных конструктивных элементов.

На чертеже представлен аппарат (два разреза А-А и Б-Б вдоль по потоку обрабатываемой среды и поперек, соответственно, и вид по стрелке В на секции со стороны подаваемого потока обрабатываемой среды).

Представленный аппарат состоит из диффузора 1, корпуса 2 секций 3-6 и конфузора 7. Количество секций легко может быть увеличено путем размещения большего числа секций в ряду и увеличением количества рядов в аппарате. Каждая секция включает мембрану 8, две перегородки 9, 10 с выступами 11, жестко соединенные между собой планками 12, 13, опорные стержни 14 (пористые) и 15, перемычки 16, закрепленные на стержнях 15 винтами 17, четыре вставки 18-21 с выступами 22, соединенные попарно (18 и 19, 20 и 21) планками 23, 24 и штуцеры 25 для отвода пермеата, ввинченные в планки 12. В полостях 26 для отвода пермеата (между выступами 11 перегородок 9, 10) установлены подложки 27, а в полостях 28, 29, 30 (между выступами 22 вставок 18-21) расположены проставки 31, 32, 33, соответственно. В выступах 22 (кроме крайних) выполнены продольные прорези 34, а крайние выступы 22 каждой секции расположены с зазором относительно стенки корпуса 2 или крайних выступов вставок расположенных рядом секций (см. разрез А-А).

Сборка аппарата осуществляется следующим образом. Сначала собирают отдельные секции аппарата. На перегородки 9, 10, скрепленные планками 12, 13, со стороны планки 13, укладывают среднюю часть мембраны 8, концы которой намотаны на два рулона. Укладывают подложки 27 в две полости 26, устанавливают два стержня 14 на выступах 11 стенок 9, 10 и опускают (сматывая с рулонов) два изогнутых участка мембраны 8 во впадины между выступами 11. Устанавливают два стержня 15 и скрепляют их перемычками 16 и винтами 17. Далее вновь устанавливают подложки 27 в следующие полости 26, опускают изогнутые участки мембраны 8 во впадины между выступами 11, фиксируют следующие стержни 15 и т.д. После выполнения последних перегибов мембраны 8 с двух сторон во впадины между выступами 11 вводят выступы вставок 18-21, скрепленные попарно между собой планками 23 и 24. Затем планки 24 скрепляют между собой, а планки 23 с планками 12, за счет чего окончательно фиксируют мембрану 8. Вкладывают проставки 31 в полости 28 для перемещения обрабатываемой среды. Края мембран 8 с внешней стороны секций промазывают клеем или герметиком. Далее устанавливают собранные секции в корпус 2, размещая в полостях 29, 30 проставки 32, 33, соответственно, и закрепляют диффузор 1 и конфузор 7.

Работает аппарат следующим образом. Обрабатываемая среда через диффузор 1 распределяется по полостям 28 (через прорези 34) и полостям 29 и 30 (через зазоры между крайними выступами 22) или между крайними выступами 22 и стенкой корпуса 2, соответственно секций 3, 4 первого ряда. Далее обрабатываемая среда проходит вдоль поверхностей мембран 8 и выходит из полостей 28 секций 3, 4 через прорези 34 и по расположенным соосно прорезям 34 в выступах вставок 18-21 секций 5, 6 следующего ряда попадает в полости 28 этих секций. Пройдя вдоль поверхности мембран 8 секций 5, 6, обрабатываемая среда удаляется из полостей 28 через прорези 34 в конфузор 7. Аналогично проходит обрабатываемая среда и по полостям 29, 30. В конфузоре 7 обрабатываемая среда собирается и выводится из аппарата. Проникающие через мембраны 8 соединения попадают в полости 26 и, проходя через подложки 27, выводятся через штуцеры 25.

Сущность изобретения: мембранный аппарат для разделения химических сред содержит расположенные в корпусе полупроницаемые мембраны, чередующиеся с подложками и проставками, и штуцеры отвода пермеата. Корпус снабжен диффузором для подачи и конфузором для отвода обрабатываемой среды. Внутреннее пространство корпуса разделено на секции перегородками, соединенными попарно посредством планок и выполненными с чередующимися выступами и впадинами. Секции снабжены четырьмя вставками, попарно соединенными при помощи планок и выполненными в виде гребенок, выступы которых размещены во впадинах перегородок, а крайние выступы вставок каждой секции расположены с зазором относительно стенки корпуса или крайних выступов вставок расположенных рядом секций. Мембраны выполнены в виде лент, размещены в секциях на поверхностях выступов и впадин перегородок и зафиксированы с одной стороны при помощи опорных стержней, размещенных во впадинах перегородок и стянутых попарно перемычками, а с другой стороны при помощи опорных стержней, установленных на выступах перегородок. Выступы гребенок прижимают края мембран к поверхностям перегородок и выполнены с продольными прорезями для подачи и отвода обрабатываемой среды. 2 з. п. ф лы. 1 ил.

1. МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ, содержащий размещенные в корпусе полупроницаемые мембраны, чередующиеся с подложками и проставками, и штуцеры для отвода пермеата, отличающийся тем, что он снабжен размещенными в корпусе диффузором для подачи и конфузором для отвода обрабатываемой среды, внутреннее пространство корпуса разделено на секции перегородками, соединенными попарно посредством планок и выполненными с чередующимися выступами и впадинами, секции снабжены четырьмя вставками, попарно соединенными при помощи планок и выполненными в виде гребенок, выступы которых размещены во впадинах перегородок, а крайние выступы вставок каждой секции расположены с зазором относительно стенки корпуса или крайних выступов вставок расположенных рядом секций, мембраны выполнены в виде лент, размещены в секциях на поверхностях выступов и впадин перегородок и зафиксированы с одной стороны при помощи опорных стержней, размещенных во впадинах перегородок и стянутых по парно перемычками, а с другой стороны при помощи опорных стержней, установленных на выступах перегородок, выступы гребенок прижимают края мембран к поверхностям перегородок и выполнены с продольными прорезями для подачи и отвода обрабатываемой среды, прорези двух последовательно по потоку размещенных секций расположены соосно, при этом подложки установлены между выступами перегородок, а проставки между выступами вставок. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что опорные стержни, установленные на выступах перегородок, выполнены из пористого материала. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что края мембран и кромки прилегающих к ним перегородок и вставок с внешней стороны секций покрыты клеем или герметиком.