Мембранный аппарат

 

Использование: разделение жидкостей и газов. Сущность изобретения: мембранный аппарат содержит корпус, разделенный гофрированными разделительными перегородками, расположенными вдоль потока разделяемой среды параллельно друг другу с образованием полостей, в которых установлены трубчатые мембранные элементы и которые сообщаются с установленными на корпусе диффузором и конфузором посредством распредилительных решеток с пазами, причем ширина пазов увеличивается от центра к периферии плиты. Мембранные элементы ориентированы осями перпендикулярно потоку разделяемой среды и установлены в шахматном порядке. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к разработке способов и систем для разделения газов и жидкостей, в частности к аппаратам для мембранного разделения.

Известно большое число мембранных аппаратов с трубчатыми элементами, многим из которых свойственны недостаточная надежность, сложность сборки и эксплуатации.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является мембранный аппарат, включающий корпус, трубчатые мембранные элементы, состоящие из пористой основы с центральным каналом, на поверхности которой выполнена многозаходная резьба и нанесен селективный слой, трубную решетку с закрепленными мембранными элементами, обечайки, надеваемые на трубчатые мембранные элементы, перегородку, в которой зафиксированы обечайки, и трубопроводы для подачи и вывода разделяемого потока и отвода пермеата. Разделяемая среда подается к заглушенным торцам мембранных элементов и далее в каналы, образованные резьбовыми поверхностями мембранных элементов и обечайками. Из этих каналов разделяемая среда попадает в камеру в корпусе и из нее выводится вниз. Проникающие через селективный слой вещества попадают в центральные каналы мембранных элементов и из них выводятся в систему удаления пермеата. В качестве пористой основы мембранных элементов используется пористая металлокерамика, на которую наносится металлическая пленка, динамическая мембрана или слой полимера. Однако данный аппарат не обеспечивает достаточной надежности и чрезвычайно сложен при сборке и эксплуатации, так как необходимо последовательное проведение ряда сложных операций: закрепление каждого элемента в трубной решетке, надевание обечаек на мембранные элементы и введение обечаек с мембранными элементами в отверстия перегородки. При проведении этих операций возможно как повреждение самих мембранных элементов и селективных слоев при контакте с поверхностями обечаек, так и повреждение мест заделки мембранных элементов из-за возникающих перекосов, несоосностей и т. п. Причем устранение этих повреждений представляет достаточную сложность и может потребовать разборки всего аппарата. Кроме того, такой аппарат имеет достаточно большое гидравлическое сопротивление как за счет резкого изменения скорости разделяемого потока при переходе его из корпуса в узкие винтовые каналы, так и за счет значительного сопротивления в самих винтовых каналах.

Целью изобретения является повышение надежности, упрощение сборки и эксплуатации и снижение гидравлического сопротивления аппарата.

Для этого мембранный аппарат, включающий корпус, трубчатые мембранные элементы и трубную решетку, дополнительно снабжен двумя распределительными плитами, гофрированными разделительными перегородками, диффузором для ввода разделяемой среды, конфузором для вывода концентрата, гибкими трубопроводами и коллекторами. При этом диффузор и конфузор отделены от корпуса распределительными плитами, а корпус разделен гофрированными разделительными перегородками, расположенными вдоль потока разделяемой среды параллельно друг другу с образованием полостей, которые сообщаются с диффузором и конфузором посредством продольных пазов в распределительной плите, причем ширина пазов увеличивается от центра к периферии плиты. Мембранные элементы ориентированы осями перпендикулярно потоку разделяемой среды, установлены в шахматном порядке и пропущены через трубные решетки, которые образуют две противолежащие стенки корпуса, а на находящиеся снаружи корпуса концы мембранных элементов надеты гибкие трубопроводы, соединенные с одной стороны корпуса с коллектором для подачи удаляющей пермеат среды, а с другой стороны с коллектором для отвода пермеата. Внутренние поверхности двух других противолежащих стенок корпуса выполнены в виде чередующихся выступов и впадин, изготовленных с тем же шагом, что и гофрированные перегородки, без смещения относительно последних.

Между гибкими трубопроводами, надеваемыми на концы мембранных элементов, и коллекторами для подачи удаляющей среды и отвода пермеата могут быть расположены промежуточные коллекторы.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение надежности, упрощение сборки и эксплуатации и снижение гидравлического сопротивления. Это обусловлено тем, что: во-первых, мембранные элементы надежно установлены и загерметизированы обоими концами в двух трубных решетках; во-вторых, мембранные элементы имеют шахматное размещение, камера, в которой установлены мембранные элементы, разделена на полости гофрированными разделительными перегородками, снижение стеночных эффектов и использование соответствующим образом выполненных продольных пазов в распределительных плитах обеспечивает равномерное обтекание каждого мембранного элемента и снижение гидравлического сопротивления; в-третьих, обеспечивается быстрое определение поврежденных элементов (сначала определяется коллектор, в котором расположен поврежденный элемент, а затем и он сам) и отключение этих элементов путем пережатия соответствующего гибкого трубопровода без разборки всего аппарата; и, в-четвертых, использование открытых с обоих концов мембранных элементов позволяет более надежно удалять проникшее вещество из каналов элементов с помощью газа или промывной жидкости.

На фиг. 1-3 представлен мембранный аппарат, вид спереди, вид сверху и вид сбоку соответственно.

Мембранный аппарат включает корпус, состоящий из двух трубных решеток 1 и 2 и двух стенок 3 и 4, внутренние поверхности которых выполнены в виде чередующихся выступов и впадин, трубчатые мембранные элементы 5, трубопроводы 6 и 7, диффузор 8 для ввода разделяемой среды, конфузор 9 для вывода концентрата, две распределительные плиты 10 и 11, жестко скрепленные с диффузором 8 и конфузором 9 соответственно, гофрированные разделительные перегородки 12-15, гибкие трубопроводы 16, надетые на концы мембранных элементов 5 и соединенные через промежуточные коллекторы 17 с одной стороны с общим коллектором 18 для отвода пермеата, а с другой с общим коллектором 19 для подачи удаляющего агента (газа или жидкости), рамы 20 и 21, стяжные шпильки 22 и гайки 23. В распределительных плитах 10 и 11 выполнены продольные пазы 24-33, сообщающиеся с полостями 34-38. Для герметизации аппарата служат прокладки 39 и 40. При сборке аппарата на концы мембранных элементов 5 надевают тонкостенные пластмассовые гибкие трубопроводы 16 и герметизируют их с помощью клея или замазки. Затем эти сборки устанавливают в трубных решетках и герметизируют в них с внешней стороны либо с помощью клея, либо расплавленным полимером, например винипластом при выполнении корпуса из винипласта. После установки и герметизации всех трубчатых элементов в свободные концы гибких трубопроводов 16 одного ряда вводятся наконечники промежуточного коллектора 17. Затем все промежуточные коллекторы 17 с помощью гибких трубопроводов 41 присоединяют к общим коллекторам 18 и 19. На корпус устанавливают диффузор 8 с распределительной плитой 10 и конфузор 9 с распределительной плитой 11.

Мембранный аппарат работает следующим образом.

Разделяемый поток, например воздух, содержащий пары фторорганических соединений и неорганические газы, подается по трубопроводу 6 через диффузор 8 к распределительной плите 10. Через продольные пазы 24-28 поток поступает в полости 34-38 к внешним поверхностям мембранных элементов 5 и выводится через пазы 29-33 и конфузор 9 в трубопровод 7. Проникающие через селективный слой компоненты газовой смеси (галогенорганические соединения и неорганические газы) селективно поступают через пористую основу мембранных элементов в центральные каналы этих элементов и удаляются из них потоком газа или жидкости.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение надежности, упрощение сборки и эксплуатации и снижение гидравлического сопротивления за счет того, что мембранные элементы надежно закреплены и загерметизированы с обоих концов в двух трубных решетках. Кроме того, шахматное размещение мембранных элементов, разделение объема корпуса на продольные полости гофрированными разделительными перегородками, использование выполненных соответствующим образом пазов для ввода и вывода потока из полостей и снижение стеночных эффектов обеспечивает равномерность обтекания всех мембранных элементов и снижение гидравлического сопротивления (до 80-250 Па при расходе воздуха 500-1000 мм³/ч). При этом обеспечивается быстрое и надежное определение поврежденных элементов и отключение их без разборки всего аппарата, а также достигается быстрое и надежное удаление проникших веществ потока газа или жидкости.

Формула изобретения

1. МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ, содержащий корпус, трубчатые мембранные элементы и трубную решетку, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, упрощения сборки и эксплуатации и снижения гидравлического сопротивления аппарата, он снабжен двумя распределительными плитами, гофрированными разделительными перегородками, диффузором для ввода разделяемой среды, конфузором для вывода концентрата, гибкими трубопроводами и коллекторами, при этом диффузор и конфузор отделены от корпуса распределительными плитами, корпус разделен гофрированными разделительными перегородками, расположенными вдоль потока разделяемой среды параллельно одна другой с образованием полостей, которые сообщаются с диффузором и конфузором посредством продольных пазов в распределительной плите, причем ширина пазов увеличивается от центра к периферии плиты, мембранные элементы ориентированы осями перпендикулярно к потоку разделяемой среды, установлены в шахматном порядке и пропущены через трубные решетки, которые образуют две противолежащие стенки корпуса, на находящиеся снаружи корпуса концы мембранных элементов надеты гибкие трубопроводы, соединенные с одной стороны корпуса с коллектором для подачи удаляющей пермеат среды, а с другой стороны с коллектором для отвода пермеата, внутренние поверхности двух других противолежащих стенок корпуса выполнены в виде чередующихся выступов и впадин, изготовленных с тем же шагом, что и гофрированные перегородки, без смещения относительно последних.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что между гибкими трубопроводами и коллекторами расположены промежуточные коллекторы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3