МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК B01D63/06 

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

Из большого числа известных аппаратов трубчатого типа наиболее близким по технической сущности к предлагаемым техническим решениям является мембранный аппарат, содержащий цилиндрический корпус с патрубком для подачи разделяемой смеси, две торцевые крышки с патрубками для отвода фильтрата (пермеата), две трубные доски, в которых закреплены концы расположенных коаксиально трубчатых мембранных элементов, а патрубок для отвода разделяемой среды, жестко закрепленный на одной из трубных досок и пропущенный через одну из торцевых крышек. По всей длине мембранных элементов выполнены переточные каналы в виде щелей, соединяющих последовательно напорные камеры, образуемые мембранными элементами. При этом у соседних мембранных элементов переточные каналы смещены относительно друг друга на 180^o. По всей поверхности мембранных элементов, кроме торцевых частей, нанесена полупроницаемая мембрана. Разделяемая смесь последовательно проходит все напорные камеры, а из последней (центральной) поток выводится по оси аппарата через патрубок. Прошедшие через мембрану соединения (пермеат) по пористому телу мембранных элементов выводится к торцам этих элементов, собираются в камерах торцевых крышек и выводятся через патрубки из аппарата. Основными недостатками известного аппарата являются: во-первых, невозможность до сборки проверить качество нанесения полупроницаемой мембраны на поверхность мембранного элемента, во-вторых, наличие большого числа элементов различного типоразмера, что при изготовлении и сборке повышает трудоемкость и увеличивает номенклатуру используемой оснастки, в-третьих, при использовании в аппарате высокопроизводительных мембран эффективность аппарата снижается за счет значительного гидравлического сопротивления пористой основы элементов, и поэтому требуется либо увеличение толщины стенки мембранного элемента, либо уменьшение его длины, и в-четвертых, при выходе из строя мембранного элемента невозможно его сменить без повреждения других элементов.

Задачей, решаемой предлагаемыми изобретения, является упрощение изготовления, сборки и эксплуатации аппарата. В первом техническом решении это достигается тем, что в известном мембранном аппарате, содержащем трубчатые мембранные элементы, торцевые крышки, к одной из которых присоединен подводящий, а к другой отводящий патрубок, и уплотнительные прокладки, трубчатые мембранные элементы собраны в установленные один на другом модули посредством прямоугольных рам, на противоположных сторонах которых выполнены отверстия для герметичного крепления в них торцов мембранных элементов и перпендикулярные им соосные в соседних рамах отверстия для образования сборных и распределительных каналов. При этом в торцевых крышках выполнены пазы для образования камер, одна из которых сообщена с распределительными каналами, а другая со сборными.

Во втором варианте изобретения поставленная задача достигается тем, что в известном мембранном аппарате, содержащем трубчатые мембранные элементы, торцевые крышки, к одной из которых присоединен подводящий, а к другой - отводящий патрубок, и уплотнительные прокладки, трубчатые мембранные элементы собраны в установленные один на другом модули посредством прямоугольных рам, на двух противоположных сторонах которых выполнены отверстия для герметичного крепления в них торцом мембранных элементов и перпендикулярные им щелевидные прорези с образованием вертикальных коллекторов для распределения и сбора потока.

Предлагаемые технические решения обеспечивают упрощение изготовления, сборки и эксплуатации, так как, во-первых, аппарат состоит из однотипных мембранных элементов, что снижает трудоемкость изготовления и сборки и уменьшает число используемой оснастки, во-вторых, на мембранные элементы одного модуля (после закрепления их в отверстиях рамы) легко и надежно может быть нанесен селективный слой при небольшом количестве покрывающего раствора, в-третьих, селективное покрытие может быть проверено визуально или с помощью оптических приборов на наличие дефектов (трещин, раковин, пузырей), которые могут быть устранены, в-четвертых, перед сборкой каждый модуль может быть проверен на герметичность, и в-пятых, неисправный элемент легко удаляется вместе с рамой (после разборки всего аппарата) без повреждений мембранных элементов других модулей.

На фиг. 1-3 представлен сборочный чертеж первого варианта аппарата (фиг. 1, 2 продольные разрезы, фиг.3 поперечный разрез), на фиг.4-6 сборочный чертеж второго варианта аппарата (фиг.4,5 продольные разрезы, фиг.6 - поперечный разрез), фиг.7 зона фиг.2 и 5 с закреплением мембранного элемента, оборудованного наконечником.

Представленные аппараты состоят из модулей 1-7, каждый из которых включает раму 8 и трубчатые мембранные элементы 9, герметично закрепленные в отверстиях 10 и 11, выполненных на двух противоположных сторонах рам 8, торцевых крышек 12,13 с присоединенными к ним патрубками подводящим 14 и отводящим 15, штуцером 16,17, соответственно, для подачи удаляющего агента и отвода пермеата, уплотнительных прокладок 18, тяг 19 и гаек 20, стягивающих пакет из рам 8. Мембранные элементы 9 могут быть оборудованы наконечниками 21 (для более плотного размещения мембранных элементов в аппарате). На двух противоположных сторонах рам 8 выполнены: в первом варианте аппарата (см. фиг.1-3) перпендикулярно отверстиям 10,11 соосные в соседних рамах отверстия 22 с образованием распределительных 23 и сборных 24 каналов, а во втором варианте аппарата (см. фиг.4-6) перпендикулярно отверстиям 10,11 щелевидные прорези 22 с образованием коллекторов 23,24 соответственно, для распределения и отвода потока (удаляющего агента и удаляющего агента с пермеатом). В первом варианте аппарата в торцевых крышках 12,13 выполнены пазы, образующие камеры 25,26, сообщающиеся с распределительными каналами 23,24 и со штуцерами 16,17. Во втором варианте аппарата коллекторы 23,24 для распределения и сбора потока сообщаются непосредственно со штуцерами 16,17.

Работают предлагаемые аппараты следующим образом. Разделяемая смесь через патрубок 12 подается к внешним поверхностям мембранных элементов 9 и пропускается по зазорам между мембранными элементами всех модулей. При этом определенные компоненты через селективное покрытие проникает в пористую основу элементов 9 и далее в их центральные каналы. Удаляющий агент, подаваемый в первом варианте аппарата через штуцер 16, камеру 25, распределительные каналы 23 и отверстия 10 (во втором варианте аппарата через штуцер 16, вертикальный коллектор 23 и отверстия 10) вытесняет пермеат из центральных каналов мембранных элементов 9 в отверстия 11 и далее через сборные каналы 24 и камеру 26 (во втором варианте аппарата через вертикальный коллектор 24) в штуцер 17.0

Сущность изобретения: в мембранном аппарате, содержащем трубчатые мембранные элементы, торцевые крышки с подводящим и отводящим патрубками, по первому варианту трубчатые мембранные элементы собраны в установленные один на другом модули посредством прямоугольных рам, на двух противоположных сторонах которых выполнены отверстия для герметичного крепления торцов мембранных элементов и перпендикулярные им соосные отверстия для образования сборных и распределительных каналов. По второму варианту - сборные и распределительные каналы образованы путем выполнения в рамках щелевидных прорезей. 2 с. п. ф-лы, 7 ил.

1. Мембранный аппарат, содержащий трубчатые мембранные элементы, торцевые крышки, к одной из которых присоединен подводящий, а к другой отводящий патрубки, и уплотнительные прокладки, отличающийся тем, что трубчатые мембранные элементы собраны в установленные один на другом модули посредством прямоугольных рам, на двух противоположных сторонах которых выполнены отверстия для герметичного крепления в них торцов мембранных элементов и перпендикулярные к ним соосные в соседних рамах отверстия для образования сборных и распределительных каналов, при этом в торцевых крышках выполнены пазы для образования камер, одна из которых сообщена с распределительными каналами, а другая со сборными. 2. Мембранный аппарат, содержащий трубчатые мембранные элементы, торцевые крышки, к одной из которых присоединен подводящий, а к другой отводящий патрубки, и уплотнительные прокладки, отличающийся тем, что трубчатые мембранные элементы собраны в установленные один на другом модули посредством прямоугольных рам, на двух противоположных сторонах которых выполнены отверстия для герметичного крепления в них торцов мембранных элементов и перпендикулярные к ним щелевидные прорези для образования вертикальных сборного и распределенного коллекторов.