мембранный аппарат (варианты)

Формула изобретения

1. Мембранный аппарат, содержащий корпус, торцевые крышки с патрубками и трубчатые мембранные элементы, отличающийся тем, что он снабжен установленными на противоположных стенках корпуса прямоугольными элементами в виде брусьев, в теле которых выполнены продольные каналы и отверстия для герметичного крепления в них торцов мембранных элементов одного ряда и сообщения внутренних полостей с каналами, и установленными с внешней стороны стенок коллекторами для подачи удаляющего агента и отвода пермеата, сообщенных с каналами посредством патрубков, имеющих уплотнения, установленных на внешних стенках корпуса, при этом корпус выполнен прямоугольным и разъемным.

2. Мембранный аппарат, содержащий корпус, торцовые крышки с патрубками и трубчатые мембранные элементы, отличающийся тем, что он снабжен прямоугольными элементами в виде брусьев, в теле которых выполнены продольные каналы и отверстия для герметичного крепления в них торцов мембранных элементов одного ряда и сообщения внутренних полостей последних с каналами, стержнями для соединения брусьев в раму и установленными у противоположных внутренних стенок корпуса коллекторами для подачи удаляющего агента и отвода пермеата, сообщенными с каналами посредством патрубков, имеющих уплотнения, при этом корпус выполнен прямоугольным и разъемным.

3. Мембранный аппарат, содержащий корпус, торцевые крышки с патрубками и трубчатые мембранные элементы, отличающийся тем, что он снабжен установленными с внешней стороны противоположных стенок корпуса коллекторами для подачи удаляющего агента и отвода пермеата, трубчатые мембранные элементы собраны в блоки посредством трубных решеток, к внешним сторонам которых жестко присоединены плиты, в теле которых выполнены каналы, сообщенные с внутренними полостями мембранных элементов, и посредством патрубков - с коллекторами, при этом блоки установлены на направляющих и закреплены в них посредством уплотнительных элементов, а корпус выполнен прямоугольным и разъемным.

4. Аппарат по пп.1-3, отличающийся тем, что трубчатый мембранный элемент выполнен в виде пористого цилиндра с нанесенным на его поверхность селективным покрытием.

5. Аппарат по пп. 1-3, отличающийся тем, что трубчатый мембранный элемент выполнен в виде пористого цилиндра с нанесенным на его поверхность селективным покрытием и прикрепленных к торцам цилиндра втулок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к разделению газов и жидкостей, в частности к системам для мембранного разделения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению 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 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, а из последней (центральной) поток выводится по оси аппарата через патрубок. Прошедшие через мембрану соединения (пермеат) по пористому телу мембранных элементов выводится к торцам этих элементов, собираются в камерах торцовых крышек и выводятся через патрубки из аппарата.

Основными недостатками известного аппарата являются упрощение изготовления, сборки и эксплуатации, так как, 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 различного диаметра, что при изготовлении и сборке повышает трудоемкость и увеличивает номенклатуру используемой оснастки; в-третьих, при использовании в аппарате высокопроизводительных мембран эффективность аппарата снижается за счет значительного гидравлического сопротивления пористой основы элементов, и поэтому требуется либо увеличение толщины стенки мембранного элемента, либо уменьшение его длины; в-четвертых, при повреждении покрытия мембранного элемента невозможно определить какой из элементов вышел из строя, так как к выступающим частям элементов невозможно герметично присоединить щуп; в-пятых, после сборки и во время экспуатации невозможна визуальная проверка качества мембранного покрытия, так как все элементы распложены коаксиально.

Задачей, решаемой изобретением, является упрощение изготовления, сборки и эксплуатации аппарата.

Это достигается тем, что известный аппарат, содержащий корпус, торцовые крышки с патрубками и трубчатые мембранные элементы, снабжен установленными на противоположных стенках корпуса прямоугольными элементами в виде брусьев, в теле которых выполнены продольные каналы и отверстия для герметичного крепления в них торцов мембранных элементов одного ряда и сообщения внутренних полостей последних с каналами и установленными с внешней стороны стенок коллекторами для подачи удаляющего агента и отвода пермеата, сообщенных с каналами посредством патрубков, имеющих уплотнения, установленных на внешних стенках корпуса, при этом корпус выполнен прямоугольным и разъемным.

Кроме того, аппарат может быть снабжен прямоугольными элементами в виде брусьев, в теле которых выполнены продольные каналы и отверстия для герметичного крепления в них торцов мембранных элементов одного ряда и сообщения внутренних полостей последних с каналами, стержнями для соединения брусьев в рамы и установленными у противоположных внутренних стенок корпуса коллекторами для подачи удаляющего агента и отвода пермеата, сообщенных с каналами посредством патрубков, имеющих уплотнения, при этом корпус выполнен прямоугольным и разъемным.

Предлагаемый аппарат может быть снабжен установленным с внешней стороны противоположных стенок корпуса коллекторами для подачи удаляющего агента и отвода пермеата. Трубчатые мембранные элементы собраны в блоки посредством трубных решеток, к внешним сторонам которых жестко присоединены плиты, в теле которых выполнены каналы, сообщенные с внутренними полостями мембранных элементов и посредством патрубков с коллекторами, при этом блоки установлены на направляющих и закреплены в нем посредством уплотнительных элементов, а корпус выполнен прямоугольным и разъемным. Торцы мембранных элементов могут закрепляться в отверстиях брусьев (трубных решеток) либо непосредственно, либо через втулки, закрепляемые на торцах пористых цилиндров мембранных элементов.

Первый и второй варианты изобретений обеспечивают упрощение изготовления, сборки и эксплуатации, так как: во-первых, аппарат состоит из однотипных мембранных элементов, что снижает трудоемкость изготовления и сборки и уменьшает число используемых при этом приспособлений, во-вторых, на мембранные элементы одного ряда (после закрепления их в отверстиях брусьев) легко и надежно может быть нанесен селективный слой при небольших количествах покрывающего раствора; в-третьих, селективное покрытие может быть проверено визуально или с помощью оптических приборов на наличие дефектов (трещин, раковин, пузырей), которые сразу могут быть устранены; в-четвертых, неисправный мембранный элемент легко может быть обнаружен, для чего определяется ряд, в котором этот элемент находится (путем отсоединения патрубков от коллекторов и присоединения к ним течеискателя); в-пятых, неисправный элемент легко удаляется из аппарата (вместе со всем рядом), т.е. замене подлежит только один ряд мембранных элементов.

В первом варианте изобретения ряды мембранных элементов устанавливаются в корпус путем введения каждого ряда элементов по соответствующим направляющим, а во втором варианте ряды мембранных элементов вместе с брусьями и стержнями закрепляются на коллекторах, после чего этажерка из рядов мембранных элементов охватывается стенками корпуса. Третий вариант изобретения обеспечивает упрощение изготовления, сборки и эксплуатации, так как, во-первых, аппарат состоит из мембранных элементов только одного типоразмера, во-вторых, на мембранные элементы нескольких рядов, закрепленных в соответствующей паре трубных решеток, легко и надежно может быть нанесен селективный слой при небольших расходах покрывающего раствора; в-третьих, блоки мембранных элементов легко устанавливаются в корпусе путем введения и по соответствующим направляющим и при этом гарантируется отсутствие повреждений и разрушений мембранных элементов и мест их заделки; в-четвертых, выступающие из корпуса патрубки просто и надежно герметизируются; в-пятых, неисправный мембранный элемент легко может быть обнаружен и заменен, для чего после отсоединения патрубков от коллекторов с помощью течеискателя определяетя мембранный блок, в котором находится этот элемент, и затем данный блок удаляется из аппарата и заменяется на новый, причем остальные мембранные блоки неподвергаются воздействиям.

На фиг.1-4 представлен предлагаемый аппарат, первый вариант; на фиг.5-8 то же, второй вариант; на фиг.9-14 то же, третий вариант.

Аппараты по первому и второму варианту включают корпус, состоящий из стенок 1-4, две торцевые крышки 5, 6 с патрубками 7, 8 для подачи разделяемой смеси и отвода концентрата, трубчатые мембранные элементы 9, размещенные рядами 10-14, брусья 15, 16 с отверстиями 17 и продольными каналами 18, коллекторы 19, 20, для подачи удаляющего агента и отвода пермеата, патрубки 21, 22, жестко соединенные с брусьями 15, 16, ниппеля 23, 24, жестко соединенные с коллекторами 19, 20, гаек 25 и уплотнительных прокладок 26.

Селективное покрытие нанесено на внешние поверхности мембранных элементов 9, которые могут быть оборудованы втулками 27, прикрепленными к торцам цилиндра. В первом варианте аппарата уплотнение корпуса по патрубкам 21, 22 осуществляется с помощью прокладок 28 и гаек 29, а на стенках 1,3 выполнены направляющие 30, взаимодействующие с пазами в брусьях 15, 16.

Во втором варианте аппарата брусья 15, 16 скреплены в рамы с помощью стержней 28, 29 с одной стороны сваркой, а с другой винтами 30, при этом под торцовыми крышками 5, 6 установлены прокладки 31.

Аппараты по первому и второму варианту работают следующим образом.

Разделяемая смесь подается по патрубку 7 через торцовую крышку 5 к мембранным элементам 9, при обтекании внешних поверхностей которых через селективное покрытие в их центральные каналы проникают определенные соединения. Сконцентрированная смесь, прошедшая между мембранными элементами всех рядов, удаляется через торцовую крышку 6 и патрубок 8 из аппарата. Удаляющий агент (газ или жидкость) распределяется к каждому ряду элементов через ниппеля 23 и патрубки 21, а затем по каналам 18 и отверстиям 17 попадает в внутренние полости каждого элемента 9. Удаляющий агент вытесняет пермеат из внутренних полостей мембранных элементов 9 через отверстия 17 и каналы 18 в патрубки 22 и далее через ниппеля 24 в коллектор 20 для удаления пермеата.

Аппарат по третьему варианту включает корпус, состоящий из четырех стенок 1-4, торцовые крышки 5, 6 с патрубками 7, 8 для подачи разделяемой смеси и отвода концентрата, трубчатые мембранные элементы 9, собранные в блоки 10, 11, с помощью трубных решеток 12, 13, и плиты 14, 15 с системой каналов 16, стержни 17, закрепляемые винтами 18 на трубных решетках 12, 13, коллекторы 19, 20 для подачи удаляющего агента и отвода пермеата, патрубки 21, 22, жестко соединенные с плитами 14, 15, ниппеля 23, 24, жестко соединенные с коллекторами 19, 20, гайки 25 и прокладки 26, разжимаемые гайками 27.

Для уплотнения корпуса по стенке 4 служит прокладка 28. Мембранные элементы 9 могут быть оборудованы втулками 29, прикрепленными к торцам пористых цилиндров мембранных элементов. Селективное покрытие нанесено на внешние поверхности мембранных элементов 9. На стенках 1,3 выполнены пазы 40, служащие направляющими для выступов на трубных решетках 10, 11.

Аппарат по третьему варианту работает следующим образом. Разделяемая смесь подается по патрубку 7 через торцовую крышку 5 к мембранным элементам 9 и проходит между элементами всех рядов. Определенные соединения через селективное покрытие мембранных элементов 9 проникают в пористую основу этих элементов, в из нее во внутреннюю полость. Удаляющий агент (газ или жидкость) по коллектору 19 поступает в ниппеля 23 и патрубки 21, распределяется по каналам 16 в плитах 14 и попадает во внутренние полости мембранных элементов 9, вытесняет из них пермеат в каналы 16 плит 15. После чего через патрубки 22 и ниппеля 24 пермеат удаляется в коллектор 20. Сконцентрированная смесь выводится из аппарата через торцовую крышку 6 и патрубок 8.