МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1999 года по МПК B01D63/06 

Предлагаемое техническое решение относится к области разделения жидких и газовых смесей, в частности к системам мембранного разделения.

Известно большое число мембранных аппаратов, в которых пучок мембранных элементов (трубчатых, капиллярных или половолоконных) размещен в цилиндрическом корпусе параллельно его оси, а концы мембранных элементов закреплены в двух трубных решетках, расположенных в противоположных торцевых частях корпуса (см. А. С. СССР N 1498531, МКИ B 01 D 13/00, 1989 г.; патент СССР N 1134112, МКИ B 01 D 13/00, 1985 г. и др.). Основным недостатком известных аппаратов является выход из строя всего аппарата при разрыве хотя бы одного мембранного элемента или при разрушении трубной решетки. В этих случаях невозможно отремонтировать аппарат или использовать его частично.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является мембранный аппарат, описанный в патенте РФ N 2023490, МКИ B 01 D 63/06, 1994 г. Аппарат состоит из цилиндрического корпуса, двух торцевых крышек, мембранных элементов, концы которых закреплены в неподвижной и подвижной трубных решетках, штуцеров ввода и вывода разделяемой среды и штуцера для отвода пермеата. На подвижной трубной решетке закреплен стакан с осевым отверстием, к которому присоединен штуцер для отвода пермеата. На этом штуцере закреплена металлическая мембрана, которая по периметру жестко соединена с корпусом аппарата. Известное техническое решение обеспечивает подвижность концов мембранных элементов, что предохраняет мембранные элементы от повреждений (особенно при выполнении их из жестких и хрупких материалов) при сборке, перевозке, воздействии вибрации и изменениях температуры. Однако при разрушении хотя бы одного мембранного элемента аппарат полностью выходит из строя, т. е. не может быть использован даже частично. Фактически аппарат не может быть отремонтирован без полной замены всех мембранных элементов ни при повреждении одного из них, ни при повреждении трубной решетки. Кроме того, при решении ряда задач, например для глубокой очистки смеси от определенных соединений, необходима значительная длина мембранных элементов, а значит, и корпуса аппарата. Поэтому для решения таких задач аппарат неудобен при монтаже и размещении в мобильных системах очистки, на действующих производствах и т.п.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение надежности и упрощение эксплуатации. Поставленная задача решается за счет того, что в аппарат, содержащий корпус, крышку, мембранные элементы, штуцера ввода и вывода разделяемой смеси и штуцер для отвода пермеата, введены бобины, на которых намотаны мембранные элементы в виде набора гибких полупроницаемых волокон или капилляров, опорная плита, жестко соединенные с опорной плитой фиксаторы, на которых установлены бобины с мембранными элементами, и пропущенные через опорную плиту цилиндрические втулки, в которых вклеены с образованием трубных решеток подводящие и отводящие концы мембранных элементов. При этом бобины расположены в корпусе в шахматном порядке параллельно друг другу, а на крышке размещены центрующие элементы, взаимодействующие с бобинами. Штуцера для ввода и вывода разделяемой смеси присоединены либо непосредственно к цилиндрическим втулкам, либо к фланцам, установленным на опорной плите, и перекрывающим концы цилиндрических втулок, выведенные из опорной плиты. Предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение надежности и упрощение эксплуатации, так как, во-первых, при выходе из строя какого-либо элемента он легко может быть заменен на работоспособный, во-вторых, при сборке и эксплуатации мембранные элементы не подвергаются растягивающим или сжимающим усилиям, так как они свободно намотаны на бобинах, в-третьих, на одном аппарате могут быть реализованы различные схемы включения мембранных элементов (параллельное, последовательное, смешанное), в-четвертых, аппарат компактен и удобен при размещении, так как не требует значительного свободного пространства ни по одной из координат, и в-пятых, использование аппарата позволяет упростить регулировку технологических параметров процесса (скорости потока, перепады давлений), так как длина мембранных элементов может быть изменена в широких пределах.

На фиг. 1, 2 представлен сборочный чертеж аппарата при соединении штуцеров непосредственно с цилиндрическими втулками, а на фиг. 3 - разрез части аппарата при соединении штуцеров ввода и вывода разделяемой смеси с фланцами, установленными на опорной плите.

Аппарат состоит из корпуса 1, крышки 2, опорной плиты 3, мембранных элементов 4-10, каждый из которых включает набор гибких полупроницаемых волокон (капилляров) 11, свободно намотанных на бобины 12, фиксаторов 13, центрирующих элементов 14, цилиндрических втулок 15, 16, в которые вклеены соответственно подводящие 17 и отводящие 18 концы мембранных элементов 4-10 с образованием во втулках 15, 16 трубных решеток 19, 20, штуцера 21 для отвода пермеата и штуцеров 22 и 23 для ввода и вывода разделяемой смеси. Для крепления втулок 15, 16 используются гайки 24. В аппарате, представленном на фиг. 3, все цилиндрические втулки 15 перекрыты фланцем 25, а все втулки 16 - фланцем 26. К этим фланцам присоединены соответственно штуцера 22, 23.

Мембранные элементы 4-10 могут быть включены параллельно (при этом разделяемая смесь подается одновременно во все штуцера 22, проходит параллельными потоками по центральным каналам волокон (капилляров) и удаляется через штуцера 23), либо последовательно (разделяемая смесь при этом подается через штуцер 22 в центральные каналы волокон (капилляр) мембранного элемента 4, проходит по ним и выводится через штуцер 23, далее поступает через другой штуцер 22 в волокна (капилляры) мембранного элемента 5 и т.д.), либо по смешанной схеме, например при которой разделяемая смесь проходит параллельными потоками через волокна (капилляры) мембранных элементов 4-7, а затем поступает в волокна (капилляры) мембранных элементов 8-10, включенных параллельно друг другу. Проникшие через стенки волокон (капилляров) соединения (пермеат) свободно удаляется от внешних поверхностей волокон через зазоры между витками и выводятся из корпуса через штуцер 21.

Изобретение относится к области разделения жидких и газовых смесей, в частности к системам мембранного разделения. Технический результат: повышение надежности и упрощение эксплуатации. Мембранные элементы выполнены в виде гибких полупроницаемых волокон или капилляров, намотанных на бобины, которые размещены в корпусе в шахматном порядке параллельно друг другу. Бобины с одной стороны установлены на фиксаторах, жестко соединенных с опорной плитой, а с другой взаимодействуют с центрующими элементами, размещенными на крышке. При этом через опорную плиту пропущены цилиндрические втулки, в которые вклеены с образованием трубных решеток подводящие и отводящие концы мембранных элементов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Мембранный аппарат, содержащий корпус, крышку, мембранные элементы, штуцера ввода и вывода разделяемой смеси и штуцер для отвода пермеата, отличающийся тем, что в него введены бобины, на которых намотаны мембранные элементы в виде гибких полупроницаемых волокон или капилляров, опорная плита, жестко соединенные с опорной плитой фиксаторы, на которых установлены бобины с мембранными элементами, и пропущенные через опорную плиту цилиндрические втулки, в которые вклеены с образованием трубных решеток подводящие и отводящие концы мембранных элементов, при этом бобины расположены в корпусе в шахматном порядке параллельно друг другу, а на крышке размещены центрующие элементы, взаимодействующие с бобинами. 2. Мембранный аппарат по п.1, отличающийся тем, что штуцера для ввода и вывода разделяемой смеси присоединены непосредственно к цилиндрическим втулкам. 3. Мембранный аппарат по п.1, отличающийся тем, что в него дополнительно введены фланцы, установленные на опорной плите и перекрывающие концы цилиндрических втулок, выведенные из опорной плиты.