МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1995 года по МПК B01D63/00 

Предлагаемое техническое решение относится к разработке способов и аппаратуры для разделения химических соединений, в частности, к аппаратам для мембранного разделения.

Известен аппарат (авт. св. СССР N 1400637, кл. В 01 D 13/00, 1988), состоящий из мембранных элементов, промежуточных элементов и уплотнительных прокладок. Весь этот набор стягивается при помощи двух фланцев, тяг и гаек.

Основным недостатком известного аппарата является сложность сборки и эксплуатации, так как во-первых, в аппарате используется большое число деталей (на каждый элемент набора мембрана, основание, промежуточный элемент и уплотнительная прокладка) со сложное системой каналов; во-вторых, нетехнологична и трудоемка сборка большого числа деталей, в которых необходимо взаимное совмещение их каналов; в-третьих, сложно обеспечить достаточную герметичность при большом числе мембранных элементов в аппарате, значительно возрастает количество уплотняемых поверхностей, что приводит к неравномерности сжатия различных уплотнительных прокладок и увеличивает перекосы при сжатии элементов.

Аналогичные аппараты (патент США N 4715955, кл. В 01 D 13/00, 1987 и авт. св. СССР N 1118388, кл. В 01 D 63/08, 1984) имеют несколько более простую конструкцию и также состоят из набора мембранных элементов, сжимаемых фланцами при помощи тяг и гаек.

Этим аппаратам присущи те же недостатки, что и известному аппарату.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является аппарат для разделения жидких и газообразных смесей, включающий корпус, дисковые опоры с укрепленными на них мембранами, образующие стянутый фланцами пакет мембранных элементов и коллектор для отвода пермеата. Внутренний объем опор образует полости для отвода пермеата, которые заполнены пористыми подложками и присоединены к коллектору для отвода пермеата. Между соседними опорами образованы полости для ввода и вывода разделяемого потока, в которых установлены проставки. Опоры имеют периферийные выемки, которые в соседних опорах расположены со смещением. Разделяемый поток проходит последовательно вдоль поверхности всех мембран, проходя по полостям между опорами через периферийные выемки.

Основными недостатками известного аппарата являются, во-первых, необходимость изготовления и сборки большого числа (десятков и даже сотен) отдельных мембранных элементов; во-вторых, сборка мембранных элементов требует не только их соответствующей ориентации, но и обеспечения герметичности по всем поверхностям дисковых опор и всем соединениям полостей для отвода пермеата с коллектором; в-третьих, при выходе из строя (повреждении) хотя бы одной мембраны необходима разборка всего пакета мембранных элементов, т.е. всего аппарата.

Целью изобретения является упрощение сборки и эксплуатации аппарата.

Цель достигается тем, что в известный аппарат, содержащий полупроницаемые мембраны, полости для подачи разделяемого потока и отвода пермеата, подложки и проставки, введены корпус, рамы, установленные в корпусе одна над другой, диффузор для ввода разделяемого потока, конфузор для отвода разделяемого потока, коллекторы для отвода пермеата и подачи удаляющей пермеат среды, опорные стержни, установленные на рамах, крепежные валики и фиксирующие пластины. Мембраны, удерживаемые на опорных стержнях, выполнены в виде изогнутых рукавов, образующих периодические зигзагообразные фигуры, разделяющие объем корпуса на ряд параллельных полостей для подачи разделяемого потока, а во внутреннем объеме каждого рукава, состоящем из серии параллельных полостей для отвода пермеата, соединенных между собой в местах перегиба рукава, расположены подложки и фиксирующие пластины, причем перегибы рукавов образованы на фиксирующих пластинах, которые прижаты к опорным стержням крепежными валиками, размещаемыми с внешней стороны рукава, концы рукавов закреплены в секции коллекторов для отвода пермеата и подачи удаляющей пермеат среды. Фиксирующие пластины выполнены либо из пористого материала, либо из сплошного материала, в котором выполнена система каналов, сообщающих между собой соседние полости для отвода пермеата. Предлагаемое техническое решение обеспечивает упрощение сборки и эксплуатации аппарата, так как, во-первых, аппарат изготавливается из минимального числа деталей, технологичных и простых (рамы, рукава, стержни, пластины и валики); во-вторых, сборка аппарата заключается в выполнении простых и технологичных операций: установка в рукавах (не изогнутых) фиксирующих пластин и подложек между ними, закрепление фиксирующих пластин на рукаве с помощью опорных стеpжней и крепежных валиков, закрепление концов рукавов в секциях коллекторов, установка рукава на раме с фиксацией опорных стержней в прорезях в рамах и введением проставок между звеньями рукава, соединение секций коллекторов, установка рам в корпус, присоединение диффузора, конфузора и штуцеров; в-третьих, практически полное исключение негерметичности (перетекания среды из разделяемого потока в полости отвода пермеата), так как уплотнению (путем замазывания или заклеивания) подвергаются только концы рукавов; в-четвертых, при возникновении негерметичности из-за возможного при эксплуатации (перевозке, установке аппарата) грубых нарушений правил обращения с мембранными аппаратами поиск поврежденного рукава осуществляется просто и надежно путем подачи в корпус небольшого избыточного давления и последовательного подключения щупа к различным секциям коллектора; в пятых, легко может быть осуществлена замена поврежденного или засорившегося рукава путем изъятия из корпуса соответствующей рамы с этим рукавом и замены на аналогичные взаимозаменяемые узлы.

На фиг.1-3 представлен предлагаемый мембранный аппарат.

Мембранный аппарат включает корпус 1, рамы 2, установленные в корпус одна на другой, диффузор 3 для ввода разделяемого потока, конфузор 4 для отвода разделяемого потока, коллекторы для отвода пермеата и подачи удаляющей пермеат среды, состоящие из секций 5 и 6 соответственно, мембран в виде изогнутых рукавов 7-10, разделяющие объем корпуса на параллельные полости 11 для подачи разделяемого потока, в которых установлены проставки 12, подложки 13, установленные в полостях 14 для отвода пермеата, опорные стержни 15, к которым с помощью крепежных валиков 16 и гаек 17 прижаты фиксирующие пластины 18, штуцеры 19 и 20 для отвода пермеата и подачи удаляющей пермеат среды и проставки 21 с каналами 22, с помощью которых фиксируются в секциях 5 и 6 коллекторов концы рукавов 7-10. На штуцерах 19 и 20 устанавливаются уплотнители 23, разжимаемые гайками 24. Секции 5 и 6 коллекторов соединяются с помощью штуцеров 25, ниппелей 26 и гаек 27.

Сборка аппарата осуществляется следующим образом.

Рукава 7-10 размещают на плоской поверхности и в них располагают на заданном расстоянии фиксирующие пластины 18, а между ними подложки 13. Затем фиксирующие пластины 18 закрепляют на рукавах 7-10 с помощью валиков 16, изогнутые концы которых пропускают через опорные стержни 15 и фиксируют эти концы гайками 17. Далее закрепляют (заклеивают) концы рукавов в секциях 5 и 6 вместе с проставками 21, вводимыми в концы рукавов 7-10. Поочередно устанавливают на раме 2 опорные стержни 15, перегибая при этом рукав и устанавливая проставку 12 после каждого перегиба. После установки на рамах 2 всех рукавов 7-10 соединяют секции 5 и 6 коллекторов, надевают корпус 1 на рамы 2. Затем присоединяют к корпусу диффузор 3 и конфузор 4, ввинчивают штуцера 19 и 20 в секции 5 и 6 коллекторов (через каналы в корпусе), устанавливают уплотнители 23 штуцеров 19 и 20 и разжимают гайками 24.

Аппарат работает следующим образом.

Разделяемый поток поступает в диффузор 3 и из него распределяется по полостям 11 между звеньями рукавов 7 и 8, после чего проходит по этим полостям и попадает в промежуток между рукавами 7, 9 и 8, 10. Далее поток поступает в полости 11 между звеньями рукавов 9 и 10. Прошедший по этим полостям поток собирается в конфузоре 4 и выводится из аппарата. Удаляющая пермеат среда (газ) подается через штуцера 20 в секции 6 коллектора и из них через каналы 22 в проставках 21 продувается по зазорам в подложках 13 (по полостям 14) и через поры (отверстия) в фиксирующих пластинах 18. Проникшие через мембраны соединения подхватываются потоком этого газа и выносятся через каналы 22 в проставках 21 в секции 5 коллекторов, из которого пермеат удаляется через штуцера 19.

Использование: в технике разделения химических соединений. Сущность изобретения: мембранный аппарат содержит корпус, рамы, установленные в корпусе одна над другой, диффузор для ввода разделяемого потока, конфузор для отвода разделяемого потока, коллекторы для отвода пермеата и подачи удаляющей пермеат среды, опорные стержни, установленные на рамах, крепежные валики и фиксирующие пластины. Полупроницаемые мембраны, удерживаемые на опорных стержнях, выполнены в виде изогнутых рукавов, образующих периодические зигзагообразные фигуры, разделяющие объем корпуса на ряд параллельных полостей для подачи разделяемого потока, а во внутреннем объеме каждого рукава, состоящем из серии параллельных полостей для отвода пермеата, соединенных между собой в местах перегиба рукава, расположены подложки и фиксирующие пластины, причем перегибы рукавов образованы на фиксирующих пластинах, которые прижаты к опорным стержням крепежными валиками, размещаемыми с внешней стороны рукава, концы рукавов закреплены в секциях коллекторов для отвода пермеата и подачи удаляющей пермеат среды. Фиксирующие пластины выполнены из пористого материала или сплошного материала, имеющего систему каналов, сообщающих между собой соседние полости для отвода пермеата. 2 з.п. ф-лы. 3 ил.

1. МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ, содержащий размещенные в корпусе полупроницаемые мембраны, подложки, проставки, коллектор для отвода пермеата и полости для ввода и вывода разделяемого потока и отвода пермеата, отличающийся тем, что он снабжен размещенными в корпусе коллектором для подачи удаляющей пермеат среды, рамами, установленными одна над другой, и опорными стержнями, установленными на рамах, корпус снабжен диффузором для ввода и конфузором для вывода разделяемого потока, мембраны размещены при помощи опорных стержней и выполнены в виде изогнутых рукавов, снабженных для фиксации их положения размещенными внутри пластинами, прижатыми к стержням при помощи крепежных валиков, установленных с внешней стороны рукавов, при этом подложки размещены внутри рукавов, коллекторы выполнены секционированными, а концы рукавов закреплены в секциях коллекторов. 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что пластины выполнены из пористого материала. 3. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что пластины выполнены с системой каналов, соединяющих соседние полости рукавов.