УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУШКИ ГАЗОВ Российский патент 2002 года по МПК B01D53/26 B01D53/22 

Изобретение относится к технике разделения газовых смесей при помощи полупроницаемых мембран и может быть использовано для осушки сжатого воздуха и других газов (азота, гелия, аргона и т.д.), применяемых в ракетно-космической технике, авиации, машиностроении и других отраслях народного хозяйства.

Преимуществами полупроницаемых мембранных устройств при использовании их для осушки от влаги насыщенных сжатых газов (воздух, азот, гелий и т.д.) по сравнению с устройствами, использующими для осушки газов метод адсорбции или вымораживания влаги, являются:
- простота конструкции и надежность эксплуатации;
- сокращение в два раза количества аппаратов для осушки (адсорберов или теплообменников) ввиду непрерывности процесса;
- отсутствие необходимости переключения аппаратов для их регенерации путем подачи горячего воздуха для удаления накопленной влаги;
- исключение использования твердых сорбентов или промежуточных холодоносителей и холодильных машин;
- обеспечение экологической чистоты процесса осушки газов.

Известны устройства для разделения газовых смесей с использованием полупроницаемых мембран, например устройство по Патенту США 5525143, МКИ В 01 D 53/22, содержащее цилиндрический корпус, в который вставлен неразборный блок из полых волоконных мембран. В корпусе имеются отверстия для выхода отделяемого газа, которые также могут использоваться для очистки наружных поверхностей волоконных мембран. Это устройство, которое может рассматриваться в качестве аналога, обладает следующими недостатками:
- не обеспечивает сбор и отвод газа, прошедшего через мембрану, уменьшая эффективность процесса;
- конструктивное исполнение устройства не позволяет производить замену вышедших из строя волокон, что понижает надежность работы устройства и его ремонтоспособность;
- отсутствует возможность очистки внутренних полостей волокон при их засорении твердыми частицами, которые могут содержаться в газовой смеси.

Проведенные нами патентные исследования показали, что наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство по патенту США 5288308, МКИ В 01 D 53/52, которое выбрано в качестве прототипа.

Устройство представляет собой разделительный модуль на полых мембранных волокнах, содержащий рассчитанный на внутреннее избыточное давление кожух и две решетки, в которых неразборно заделаны противоположные концы полых волокон. В кожухе имеется специальный патрубок для удаления газа, прошедшего через стенки волокон.

Основными недостатками прототипа являются:
- отсутствует возможность замены вышедших из строя волоконных мембран;
- конструктивное исполнение устройства не позволяет производить очистку внутренних поверхностей волоконных мембран при их засорении твердыми частицами, которые могут содержаться в газовой смеси;
- отсутствие доступа к внешней поверхности волоконных мембран не позволяет производить при необходимости их доработку путем нанесения на внешнюю поверхность дополнительного покрытия с целью уменьшения размеров микропор.

Отмеченные недостатки снижают ремонтоспособность, работоспособность и надежность работы устройства в целом.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. обеспечение возможности замены вышедших из строя полых трубчатых мембранных элементов, проведения их доработки в случае необходимости и очистки внутренних поверхностей от загрязнения, а следовательно, повышение работоспособности, надежности и ремонтоспособности.

Поставленная техническая задача решается тем, что устройство для осушки газов, содержащее кожух, внутри которого расположены полые трубчатые элементы, выполненные из полупроницаемого материала, например металлокерамики, две решетки, в которых закреплены противоположные концы трубчатых элементов, снабжено установленными на противоположных концах трубчатых элементов уплотнительными резиновыми кольцами, фторопластовыми шайбами и стопорными металлическими кольцами, а также прикрепленными к решеткам съемными крышками.

Авторам предлагаемого изобретения не известны аналогичные технические решения, поэтому, по мнению авторов, заявляемая совокупность существенных признаков соответствует критерию изобретения "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Устройство для осушки газов содержит кожух 1, на торцах которого расположены две решетки 2 с симметричными отверстиями, в которые вставляются полые трубчатые мембранные элементы 3, на концах которых установлены резиновые уплотнительные кольца 4 и фторопластовые шайбы 5. Кольца 4 обеспечивают уплотнение сжатых газов, подаваемых внутрь полых трубчатых мембранных элементов 3, с внутренним объемом кожуха 1, а шайбы 5 препятствуют выдавливанию уплотнительных колец 4 в зазор между решеткой 2 и полыми трубчатыми мембранными элементами 3. Кроме того, на концах полых трубчатых мембранных элементов 3 установлены стопорные металлические кольца 6, препятствующие выпадению полых трубчатых мембранных элементов из отверстий решеток, и рукоятки 7 для удобства монтажа и демонтажа полых трубчатых мембранных элементов 3 в отверстия решеток 2.

Для обеспечения доступа к местам крепления полых трубчатых мембранных элементов 3 к решеткам 2 при помощи уплотнительной прокладки 8, болтов 9 и гаек 10 прикреплены съемные крышки 11 со штуцерами 12 для подвода и отвода сжатого воздуха.

В кожухе 1 предусмотрены патрубки 13 и 14 для подвода и отвода теплого воздуха продувки низкого давления.

Устройство работает следующим образом. Сжатый до давления в диапазоне 0,2-0,9 МПа насыщенный влагой газ, влажность которого соответствует температуре "точки росы" минус 10... минус 15^oС, поступает через штуцер 12 в полость между крышкой 11 и решеткой 2 и затем во внутренние полости трубчатых мембранных элементов 3. При соприкосновении с внутренней поверхностью металлокерамических трубчатых мембранных элементов (например, по Патенту Японии JP 6036853, МКИ В 01 D 69/08, состоящих из металлической подложки со сквозными микроотверстиями, поверхности которой покрыты микропленкой из этилцеллюлозы) на порах, размер которых составляет от 5 до 700 А в зависимости от типа металлокерамики, происходит конденсация паров влаги на смачиваемые стенки ультрапор и при этом образуется вогнутая поверхностная пленка воды. Давление равновесных паров над вогнутой поверхностью пленки меньше, чем над плоской, поэтому происходит непрерывная конденсация паров влаги из движущегося вдоль внутренней поверхности трубчатых мембранных элементов потока равновесного сжатого газа. Выделившаяся влага под действием разности давлений на внутренней и внешней поверхностях трубчатого мембранного элемента по капиллярам движется к внешней поверхности. Степень понижения давления и, следовательно, равновесной температуры над пленкой определяется величиной диаметра ультрапор.

Экспериментальные данные показывают, что при длине трубчатых мембранных элементов порядка 500 мм степень осушки сжатого газа на выходе из устройства будет соответствовать температуре точки росы минус 30^oС при атмосферном давлении.

Для обеспечения непрерывности процесса осушки пары влаги с внешней поверхности трубчатых мембранных элементов удаляются потоком теплого воздуха (с температурой 30...50^oС), подаваемым во внутреннюю полость кожуха 1 через патрубок 13, с последующим выбросом его через патрубок 14 в окружающую среду.

В процессе эксплуатации устройства могут выходить из строя отдельные полые трубчатые мембранные элементы или возникнет необходимость их доработки, связанная с нанесением на внешнюю поверхность дополнительного покрытия с целью уменьшения диаметров пор, или очистки внутренней поверхности от загрязнений (аэрозольных частиц, следов масла). Для обеспечения замены полых трубчатых мембранных элементов крышку 11 отсоединяют от решетки и полый трубчатый мембранный элемент 3 при помощи рукоятки 7 вытаскивается из направляющих отверстий решетки 2. После ремонта или доработки полый трубчатый мембранный элемент 3 вставляют вновь и устройство готово к дальнейшей эксплуатации.

Такое конструктивное исполнение устройства качественно повышает его работоспособность, надежность, ремонтоспособность и эффективность процесса осушки газов.

Таким образом, предлагаемая совокупность признаков, изложенных в формуле изобретения, их неразрывное единство и целенаправленность позволяют получить существенный положительный эффект по сравнению с прототипом и другими аналогами.

Предлагаемое изобретение намечается использовать при разработке опытного образца мембранного блока осушки воздуха в ходе выполнения НИР но теме "Мембрана".

Изобретение относится к технике разделения газовых смесей при помощи полупроницаемых мембран, например металлокерамических, и может быть использовано для осушки газов, применяемых в ракетно-космической технике, авиации, машиностроении и других отраслях народного хозяйства. Устройство для осушки газов высокого давления содержит кожух, внутри которого расположены полые трубчатые элементы длиной 500 мм и две решетки, на концах полых трубчатых элементов установлены уплотнительные резиновые кольца, фторопластовые шайбы и стопорные металлические кольца, а к решеткам при помощи прокладки, болтов и гаек крепятся съемные крышки, обеспечивающие доступ к полым трубчатым элементам, которые при помощи рукояток могут выниматься в соответствующие отверстия решеток. Кожух снабжен двумя патрубками для подачи во внутреннюю его полость потока теплого воздуха при температуре от 30 до 50^oС с последующим отводом увлажненного воздуха. Изобретение позволяет повысить ремонтоспособность и надежность работы устройства. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для осушки газов, содержащее кожух, внутри которого расположены полые трубчатые элементы, выполненные из полупроницаемого материала, и две решетки для крепления трубчатых элементов, отличающееся тем, что оно снабжено установленными на концах трубчатых элементов уплотнительными резиновыми кольцами, фторопластовыми шайбами, стопорными металлическими кольцами и съемными крышками, при этом на решетках выполнены симметричные отверстия, в которых установлены съемные полые трубчатые элементы длиной 500 мм, а кожух снабжен двумя патрубками для подачи во внутреннюю его полость потока теплого воздуха при температуре от 30 до 50^oС с последующим отводом увлажненного воздуха в окружающую среду. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полые трубчатые элементы выполнены из металлокерамики.