МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1997 года по МПК B01D63/06 

Изобретение относится к разделению и очистке газов и жидкостей, в частности к системам мембранного разделения.

Среди известных мембранных аппаратов трубчатого типа наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является аппарат, содержащий корпус, который состоит из секций (блоков) и к торцам которого через раструбы присоединены подающий и отводящий патрубки, и трубчатые мембранные элементы, установленные в секциях в шахматном порядке и ориентированные осями перпендикулярно потоку разделяемой среды. При этом концы мембранных элементов каждой секции расположены в двух трубных решетках и пропущены через них в полости, сообщающиеся с трубопроводами вывода пермеата и подачи удаляющего агента. Разделяемый поток обтекает внешние поверхности трубчатых элементов и определенные компоненты из него селективно проникают через мембраны в пористую основу элементов, а из нее в центральные каналы. Далее потоком газа или жидкости проникшие компоненты (пермеат) удаляются из аппарата. Основными недостатками известного аппарата являются недостаточная надежность и сравнительная сложность изготовления, сборки и эксплуатации, так как: во-первых, на каждый мембранный элемент селективный слой (например, из раствора) наносится индивидуально, так как нанесение этого слоя одновременно на все элементы одной секции затруднено из-за неравномерности обтекания раствором различных мембранных элементов и разных поверхностей каждого элемента, во-вторых, зазоры между секциями уплотняются прокладками, разжимаемыми при стягивании всех секций, поэтому при достаточно большом числе секций возможны утечки среды из аппарата, которые могут быть устранены либо значительным повышение качества изготовления секций, либо повышением усилия стягивания секций, т. е. увеличением материалоемкости аппарата, и, в-третьих, при замене какой-либо секции требуется снятие с аппарата всех секций и смена всех уплотнительных прокладок между ними.

Целью изобретения является повышение надежности и упрощение изготовления, сборки и эксплуатации аппарата. Поставленная задача достигается тем, что в известный аппарат, содержащий корпус, к торцам которого посредством раструбов присоединены соответственно подающий и отводящий патрубки, трубчатые мембранные элементы и трубные решетки для сбора мембранных элементов в блоки, снабжен расположенными параллельно оси корпуса перегородками, разделяющими объем корпуса на ряд камер, опорными кольцами, жестко закрепленными в шахматном порядке на противоположных стенках корпуса с внешней стороны, компенсационными элементами, установленными на торцах опорных колец, и крышками с дополнительными подводящими и отводящими патрубками. При этом трубные решетки установлены в опорных кольцах, одна из них в каждом блоке жестко прикреплена к кольцу, а другая посредством резьбовых втулок присоединена к компенсационным элементам, а крышки установлены на торцах опорных колец и прижаты к трубным решеткам и компенсационным элементам. Предлагаемое техническое решение обеспечивается повышение надежности и упрощение изготовления, сборки и эксплуатации, так как: во-первых, селективные слои могут наноситься одновременно на все трубчатые элементы одного блока в цилиндрическом сосуде, заполненном раствором наносимого вещества, во-вторых, все основные детали аппарата, кроме корпуса и раструбов, технологичны и изготавливаются с помощью простого и доступного оборудования, в-третьих, закрепление и герметизация каждого мембранного блока отдельно позволяет устанавливать или заменять любой блок, не трогая других блоков, в-четвертых, герметизация каждого блока по поверхностям относительно небольших размеров дает возможность при небольших усилиях применять металлические уплотнительные элементы, т.е. повысить герметичность, увеличить срок эксплуатации без подтягивания уплотнительных элементов и увеличить температурный диапазон работы, в-пятых, расположение компенсационного элемента и его взаимосвязь с трубной решеткой через резьбовую втулку позволяет скомпенсировать отклонения по длине мембранного блока и погрешности взаимного расположения трубных решеток и опорных колец, и в-шестых, чередование мембранных блоков в корпусе в шахматном порядке упрощает введение блоков в корпус и их герметизацию (затягивание прижимных гаек).

На фиг. 1 представлен продольный разрез аппарата (перпендикулярно осям мембранных блоков), а на фиг. 2 продольный разрез параллельно осям мембранных блоков.

Аппарат состоит из корпуса 1, патрубки 2, 3 для подачи и удаления разделяемой среды, перегородок 4, 5 камер 6, 7, ограниченных стенками перегородок 4, 5, опорных колец 8, 9, крышек 10, 11 с патрубками 12, 13 для отвода пермеата и подачи удаляющей пермеат среды, гаек 14, навинченных на внешние поверхности опорных колец 8, 9, компенсационных элементов 16 (в виде мембран), уплотнительных элементов 17, трубных решеток 18, 19 для сбора мембранных элементов 20 в блоки 21, штифтов 22, фиксирующих трубные решетки 19 в опорных кольцах 9, и штифтов 23, поддерживающих перегородки 4, 5 в корпусе. Патрубки 2, 3 прикреплены к торцам корпуса 1 посредством раструбов 24, 25. Между трубной решеткой 19 и резьбовой втулкой 15 расположена прокладка 26. Сборка аппарата осуществляется следующим образом. На корпусе 1 устанавливают патрубок 3 с раструбом 25. Затем с другого торца корпуса 1 размещают перегородки 4, 5 и поочередно вводят через опорные кольца 8 мембранные блоки 21 до соприкосновения выступов на трубных решетках 18 и уплотнительных элементов 17 с торцами опорных колец 8, а трубная решетка 19 вводится в опорное кольцо 9 таким образом, чтобы выступающий из трубопровода решетки 19 штифт 22 зафиксировал ее в прорези в кольце 9. Далее на каждой трубной решетке 18 размещают еще один уплотнительный элемент 17, устанавливают крышки 10 с патрубками 12 и гайками 14 герметизируют каждый мембранный блок 21 на опорном кольце 8. Устанавливают на торце опорного кольца 9 уплотнительный элемент 17, ввинчивают в трубную решетку 19 резьбовую втулку 15 с приваренным к ней компенсационным элементом 16, уплотняя при этом прокладку 26. Устанавливают на компенсационный элемент еще один уплотнительный элемент 17 и крышку 11 с патрубком 13, после чего гайкой 14 герметизируют мембранный блок по кольцу 9. Таким образом размещают и герметизируют в корпусе каждый блок 21, после чего на корпусе укрепляют патрубок 2 с раструбом 24.

Работает предлагаемый аппарат следующим образом. Разделяемая смесь подается через патрубок 2 в раструб 24 в камеры 6, 7, проходя по которым поток обтекает внешние поверхности мембранных элементом 20. После прохождения всех мембранных элементов 20 блоков 21 разделяемый поток выводится из аппарата через раструб 25 и патрубок 3. Определенные компоненты разделяемой смеси через селективный слой мембранных элементов 20 проникает в пористую основу этих элементов и далее в центральные каналы, из которых проникшие компоненты (пермеат) удаляются газом (жидкостью), подаваемых через патрубки 13.

Сущность изобретения: мембранный аппарат содержит корпус, к торцам которого посредством раструбов присоединены соответственно подающий и отводящий патрубки, расположенные параллельно оси корпуса перегородки, разделяющие объем корпуса на ряд камер, трубчатые мембранные элементы, собранные в блоки посредством трубных решеток, которые установлены в опорных кольцах, закрепленных в шахматном порядке на противоположных стенках корпуса с внешней стороны, компенсационные элементы и крышки с дополнительными подводящими и отводящими патрубками, установленные на торцах опорных колец и прижатые к трубным решеткам и компенсационным элементам. 2 ил.

Мембранный аппарат, содержащий корпус, к торцам которого посредством раструбов присоединены соответственно подающий и отводящий патрубки, трубчатые мембранные элементы и трубные решетки для сбора мембранных элементов в блоки, отличающийся тем, что он снабжен расположенными параллельно оси корпуса перегородками, разделяющими объем корпуса на ряд камер, опорными кольцами, жестко закрепленными в шахматном порядке на противоположных стенках корпуса с внешней стороны, компенсационными элементами, установленными на торцах опорных колец, и крышками с дополнительными подводящим и отводящим патрубками, при этом трубные решетки установлены в опорных кольцах, одна из них в каждом блоке жестко прикреплена к кольцу, а другая посредством резьбовых втулок присоединена к компенсационным элементам, а крышки установлены на торцах опорных колец и прижаты к трубным решеткам и компенсационным элементам.