Мембранная система разделения газов

 

Изобретение предназначено для разделения газовой смесей на фракции или для очистки смеси от примесей и может быть использовано в химической, газовой, пищевой, медицинской и других отраслях промышленности. Мембранная система разделения газов включает компрессор, мембранный аппарат и систему трубопроводов с патрубками. При этом она дополнительно оснащена регулятором давления, установленным на входном трубопроводе компрессора и обеспечивающим баланс потоков, а в мембранном аппарате установлен пакет плоских селективных газоразделительных мембран с центральным отверстием, срезы которых совмещены с коллекторным каналом, при этом в качестве плоских мембранных элементов используют элементы, имеющие геометрическую форму, не совпадающую с формой поперечного сечения внутренней поверхности аппарата, при этом элементы располагают с образованием канала в виде спирали между кромками элементов и внутренней поверхностью аппарата, а коллектор разделен на две секции поперечной перегородкой, причем первая по ходу потока имеет дренаж для отбора дополнительного продукта проникающего компонента, а вторая соединена с трубопроводом подачи исходной смеси газов перед компрессором. Предлагаемая система позволяет при простой и компактной конструкции повысить концентрацию наиболее проникающего компонента. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технологии разделения смеси газов и может быть использовано в химической, газовой, пищевой, медицинской и других отраслях промышленности в тех случаях, когда необходимо разделение газовой смесей на фракции или очистка смеси от примесей.

Известна мембранная система разделения газов, включающая компрессор, мембранные аппараты и систему трубопроводов с патрубками, (см. патент РФ 2035981, В 01 D 61/00, 63/00, 1991 г.). Система включает три ступени разделения.

Предлагаемая система позволяет получить более простую и компактную конструкцию, повысить концентрацию наиболее проникающего компонента.

Поставленная задача решается тем, что заявленная мембранная система разделения газов, аналогично прототипу включающая компрессор, мембранный аппарат и систему трубопроводов, кроме того, дополнительно оснащена регулятором давления "после себя", установленным на входном трубопроводе компрессора, в мембранном аппарате установлен пакет плоских селективных газоразделительных мембран с центральным отверстием, срезы которых совмещены с коллекторным каналом, соединенным с одним из выходных трубопроводов, при этом в качестве плоских мембранных элементов используют элементы, имеющие геометрическую форму, не совпадающую с формой поперечного сечения внутренней поверхности аппарата, при этом элементы располагают с образованием канала в виде спирали между кромками элементов и внутренней поверхностью аппарата, а коллектор разделен на две секции поперечной перегородкой, при чем первая по ходу потока имеет дренаж для отбора дополнительного продукта проникающего компонента, а вторая соединена с трубопроводом подачи исходной смеси газов перед компрессором.

Кроме того, поперечная перегородка выполнена с возможностью фиксации по всей длине коллекторного канала, а дренаж первой секции коллектора имеет фиксаторы с возможностью крепления по всей длине секции.

На фиг. 1 схематично изображена мембранная система, на фиг.2 - разрез мембранного аппарата в продольной плоскости оси, фиг.3 - разрез мембранного аппарата в поперечной плоскости.

Мембранная система содержит компрессор 1, на входном трубопроводе 2 которого установлен регулятор давления "после себя" 3, а выходной трубопровод 4 соединен с мембранным аппаратом 5.

В мембранном аппарате 5 установлены плоские селективные газоразделительные мембранные элементы 6 (фиг.2, 3). Плоские мембранные элементы 6, выполнены с центральными отверстиями 7, срезы которых совмещены с коллекторным каналом 8, соединенным с одним из выходных трубопроводов 9. В качестве плоских мембранных элементов 6 используют элементы, имеющие геометрическую форму, не совпадающую с формой поперечного сечения внутренней поверхности аппарата, а элементы 6 располагают с возможностью образования канала 10 между кромкой элементов и внутренней поверхностью аппарата 5 в виде спирали.

Коллектор 8 разделен на две секции 11, 12 поперечной перегородкой 13. В первой секции 11 по ходу потока размещают дренаж 14 для отбора дополнительного продукта проникающего компонента. Дренаж 14 имеет фиксаторы 15 с возможностью крепления по всей длине секции 11.

Поперечная перегородка 13 имеет фиксаторы 16, позволяющие крепить ее по всей длине коллекторного канала 8.

Выходной трубопровод 9 соединен с трубопроводом 2 подачи исходной смеси газов перед компрессором 1 после регулятора давления 3.

Устройство работает следующим образом.

Исходную смесь газов под давлением создаваемым компрессором 1, подают внутрь мембранного аппарата 5, при этом в коллекторе 8 создают пониженное давление по отношению к давлению потока газа при подаче. Проходя вдоль мембранных элементов 6, исходный поток газовой смеси под действием перепада давления на мембране делится на проникший поток (пенетрат) и остаточный поток (апенетрат). Проникший через мембрану поток проходит к центральному отверстию 7 и далее по общему для всех мембранных элементов 6 коллектору 8 идет либо к выходному трубопроводу 9, либо отбирается из первой секции 11. Остаточный поток проходит через выходной патрубок 17.

Продукт, полученный из первой секции, является дополнительным продуктом по наиболее проникающего компоненту. Продукт, полученный из второй секции 12 коллекторного канала 8, через трубопровод 9 поступает в трубопровод 2 подачи исходной смеси газов перед компрессором 1. Регулятор давления "после себя" 3 обеспечивает баланс потоков на входе компрессора за счет добавления к продукту из второй секции 12 коллектора 8 необходимого количества исходной газовой смеси.

Варьируя количество последовательно расположенных плоских мембранных элементов и положение перегородки 13 можно получить оптимальный режим работы с высокой производительностью с единицы объема аппарата при различных давлениях и концентрациях потока газовой смеси, а так же увеличить за счет отбора дополнительного потока концентрацию выделяемого компонента.

Формула изобретения

1. Мембранная система разделения газов, включающая компрессор, мембранный аппарат и систему трубопроводов с патрубками, отличающаяся тем, что она дополнительно оснащена регулятором давления, установленным на входном трубопроводе компрессора и обеспечивающим баланс потоков, в мембранном аппарате установлен пакет плоских селективных газоразделительных мембран с центральным отверстием, срезы которых совмещены с коллекторным каналом, соединенным с выходным трубопроводом, при этом в качестве плоских мембранных элементов используют элементы, имеющие геометрическую форму, не совпадающую с формой поперечного сечения внутренней поверхности аппарата, при этом элементы располагают с образованием канала в виде спирали между кромками элементов и внутренней поверхностью аппарата, а коллектор разделен на две секции поперечной перегородкой, причем первая по ходу потока имеет дренаж для отбора дополнительного продукта проникающего компонента, а вторая соединена с трубопроводом подачи исходной смеси газов перед компрессором.

2. Мембранная система по п. 1, отличающаяся тем, что поперечная перегородка выполнена с возможностью фиксации по всей длине коллекторного канала.

3. Мембранная система по п. 1, отличающаяся тем, что дренаж первой секции коллектора имеет фиксаторы с возможностью крепления по всей длине секции.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3