мембранный аппарат

Формула изобретения

МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ, содержащий корпус, торцевые крышки с патрубками, трубчатые мембранные элементы, трубные доски и средства для крепления мембранных элементов в трубных досках, отличающийся тем, что трубные доски установлены параллельно оси корпуса и одна из них выполнена съемной, а средство для крепления выполнено в виде прикрепленных к торцам мембранных элементов плоских колец с жестко присоединенными к ним опорными трубками, на свободных концах которых выполнена резьба, уплотнительных элементов, расположенных в отверстиях трубных досок вокруг трубок, установленных коаксиально снаружи трубок нажимных втулок, и гаек, установленных на свободных концах опорных трубок и расположенных с внешней стороны трубных досок.

Описание изобретения к патенту

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

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является мембранный аппарат, содержащий цилиндрический корпус с патрубком для подачи разделяемой смеси, две торцовые крышки с патрубками для отвода фильтрата (пермеата), две трубные доски, в которых закреплены (заклеены) концы расположенных коаксиально трубчатых мембранных элементов и патрубок для отвода разделяемой смеси, жестко закрепленный на одной из трубных досок и пропущенный через одну из торцовых крышек. По всей длине мембранных элементов выполнены переточные каналы в виде щелей, соединяющих последовательно напорные камеры, образуемые между мембранными элементами. При этом у соседних мембранных элементов переточные каналы смещены относительно друг друга на 180^о. По всей поверхности мембранных элементов, кроме торцовых частей, нанесена полупроницаемая мембрана. Разделяемая смесь последовательно проходит все напорные камеры. В переточных каналах поток поворачивает на 180^о, а их последней (центральной) камеры поток обедненной разделяемой смеси выводится по оси аппарата через патрубок. Прошедшие через мембрану соединения (пермеат) по пористому телу мембранных элементов выводятся к торцам этих элементов, собираются в камерах торцовых крышек и выводятся через патрубки из аппарата. Недостатки известного аппарата- недостаточная надежность и сложность изготовления, сборки и эксплуатации: во-первых, до сборки невозможно проверить качество нанесения полупроницаемой мембраны на поверхность мембранного элемента; во-вторых, аппарат состоит не из однотипных мембранных элементов, а из большого числа элементов различных диаметров, что при изготовлении и сборке значительно увеличивает номенклатуру используемой оснастки; в-третьих, при использовании в аппарате высокопроизводительных мембран эффективность аппарата снижается за счет значительного гидравлического сопротивления пористой основы элемента, и поэтому требуется либо увеличение толщины стенки мембранного элемента, либо уменьшения его длины; в четвертых, при повреждении покрытия мембранного элемента невозможно определить, какой из элементов вышел из строя, так как к выступающей из торцовой части элемента практически невозможно герметично присоединить щуп; в пятых, крепление мембранных элементов в трубных досках путем их вклеивания не позволяет заменять элементы без повреждения их или других элементов.

Цель изобретения повышение надежности, упрощение изготовления, сборки и эксплуатации.

Это достигается тем, что в известном аппарате, содержащем корпус, торцовые крышки с патрубками, трубчатые мембранные элементы, трубные доски и средство для крепления мембранных элементов в трубных досках, трубные доски установлены параллельно оси корпуса и одна из них выполнена съемной. Средство для крепления выполнено в виде прикрепленных к торцам мембранных элементов плоских колец с жестко присоединенным к ним опорными трубками, на свободных концах которых выполнена резьба, уплотнительных элементов, расположенных в отверстиях трубных досок вокруг трубок, установленных коаксиально снаружи трубок нажимных втулок и гаек, установленных на свободных концах опорных трубок и расположенных с внешней стороны трубных досок. Предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение надежности, упрощение изготовления, сборки и эксплуатации, так как: во-первых, на каждый мембранный элемент после закрепления на нем плоских колец с опорными трубками может быть нанесен селективный слой, качество нанесения которого легко может быть проверено, что позволяет гарантировать целостность наносимого слоя при его минимальной толщине; во-вторых, при повреждении селективного слоя какого-либо мембранного элемента, возникшем при сборке, перевозке или эксплуатации, обнаружение этого элемента не представляет сложности, так как к выступающим концам металлических опорных трубок легко и герметично может быть присоединен щуп течеискателя (гелиевого, галлоидного или др.); в-третьих, поврежденный элемент легко может быть извлечен из аппарата и заменен на новый; в-четвертых, герметизация опорных трубок в трубных досках с помощью уплотнительных элементов, прижимаемых с усилием к поверхности металлических опорных трубок, надежно изолирует камеры разделяемого потока и пермеата и позволяет многократно собирать и разбирать аппарат; в-пятых, использование в аппарате однотипных мембранных элементов с минимальной толщиной стенок, определяемой только конструктивной прочностью материала элементов, позволяет повысить эффективность аппарата при минимальных затратах, номенклатуре используемого технического оборудования и занимаемых производственных площадях.

На фиг. 1 представлен мембранный аппарат (разрез Б-Б фиг. 2), на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Аппарат состоит из корпуса 1, торцовых крышек 2, 3 для подачи и удаления разделяемой смеси, двух трубных досок 4, 5, одна из которых (5) съемная, а другая (4) жестко соединена с корпусом 1, мембранных элементов 6, плоских колец 7, опорных трубок 8, уплотнительных элементов 9, нажимных втулок 10, гаек 11, крышек 12, 13 с полостями 14, 15, штуцеров 16, 17 для отвода пермеата и подачи удаляющей пермеат среды, прокладок 18-22 и патрубков 23, 24 для подачи и отвода разделяемой смеси, соответственно.

Сборка аппарата осуществляется следующим образом. Мембранные элементы 5 с закрепленными на них плоскими кольцами 7 и опорными трубками после нанесения селективного покрытия на их внешние поверхности и проверки качества покрытия устанавливаются на трубной доске 4, вводя опорные трубки 8 в отверстия трубной доски 4 (трубная доска 5 при этом снята с корпуса 1). С другой стороны трубной доски 4 на опорные трубки 5 надевают уплотнительные элементы 9, нажимные втулки 10 и закрепляют их гайками 11. Затем сверху одевают на свободные конца опорных трубок 8 съемную трубную доску 5 (для более точной и быстрой ориентации трубок 8 в их центральные каналы вставляют направляющие стержни, которые после установки на место трубной решетки 5 удаляются). Закрепляют трубную доску 5 на корпусе 1, надевают с внешней стороны трубной доски 5 на опорные трубки 8 уплотнительные элементы 9, нажимные втулки 10 и закрепляют их гайками 11. Далее закрепляют на корпусе 1 торцовые крышки 2, 3, а на трубных решетках 4, 5 крышки 12, 13.

Работает предлагаемый аппарат следующим образом. Разделяемый поток через торцовую крышку 2 подается к мембранным элементам 6, обтекает их внешние поверхности и удаляется через торцовую крышку 3 из аппарата. Определенные компоненты из разделяемого потока селективно проникают через мембраны в пористую основу мембранных элементов 6, а из нее в центральные каналы этих элементов, из которых они выдуваются потоком продувочного газа, подаваемого из штуцера 17 через полость 15 в центральные каналы опорных трубок 8. Поток продувочного газа с пермеатом выдувается из мембранных элементов 6 через центральные каналы опорных трубок 8, установленных в отверстиях трубной доски 4, в полость 14, а из нее через штуцер 16 из аппарата.