мембранный аппарат

Формула изобретения

Мембранный аппарат, содержащий корпус, мембранные элементы, каждый из которых включает рамку, подложку и полупроницаемые мембраны, и проставки, расположенные в полостях между мембранными элементами, отличающийся тем, что снабжен раструбами для подачи и отвода разделяемой среды, трубопроводами для отвода пермеата и соединенным с ними коллектором, при этом мембранные элементы установлены параллельно потоку разделяемой среды, каждый мембранный элемент выполнен в виде модуля, содержащего две мембраны, герметично соединенные по периметру с образованием замкнутого чехла, охватывающего полость для отвода пермеата, внутри которого расположены состоящая из жестко соединенных планок рамка, фиксированные в планках опорные стержни и размещенные на опорных стержнях подложки, причем в одной из планок выполнена система каналов, сообщенных с одной стороны с полостью для отвода пермеата, а с другой стороны с трубопроводом, соединенным с коллектором.

Описание изобретения к патенту

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

Известен мембранный аппарат (А.с. CCCP N 1400631, B 01 D 13/00, 1988), состоящий из набора опорных и промежуточных элементов, плоских мембран, расположенных между опорными и промежуточными элементами, уплотнительных прокладок и двух фланцев, стягиваемых между собой тягами и фиксирующих набор элементов в единый пакет. В опорных элементах выполнены подложки и каналы для отвода пермеата, а в промежуточных элементах каналы для подачи разделяемой среды и отвода концентрата.

Основными недостатками известного аппарата являются необходимость разборки всего пакета при выходе из строя даже одной мембраны и замены всех мембран после разборки пакета, так как при повторной сборке с использованием старых мембран неизбежны негерметичности из-за несовпадения следов на поверхности мембран от взаимодействия с уплотнителями и опорными элементами. Кроме того, невозможна проверка каждого мембранного элемента до сборки аппарата.

Наиболее близким по технической сущности к данному техническому решению является аппарат для разделения жидких и газовых смесей [1] Аппарат представляет собой корпус, в котором стопкой уложены мембранные элементы, включающие рамки в виде дисковых опор и мембраны, покрывающие обе торцевые поверхности дисковых опор. В полостях между мембранными элементами расположены проставки. Внутренний объем мембранных элементов (полости для отвода пермеата) заполнен дренажным материалом и соединен каналом для вывода пермеата из корпуса аппарата. Рамки содержат периферийные выемки, которые расположены в соседних мембранных элементах со смещением. Поток разделяемой среды через штуцер в днище корпуса, периферийную выемку в нижней раме поступает в полость между двумя мембранными элементами и проходит вдоль поверхности мембран. Затем у стенки корпуса поток поворачивается и через периферийную выемку во второй снизу рамке поступает в следующую полость между мембранными элементами и т. д. Таким образом, поток разделяемой среды последовательно проходит между всеми мембранными элементами и выводится из аппарата через штуцер в верхней крышке корпуса. Прошедшие через мембраны соединения (пермеат) отводятся из аппарата по каналу, проходящему через все рамки. При сборке известного аппарата необходимо обеспечить сложное взаимное расположение мембран и рамок (вырезов и сквозных каналов в них). Известный аппарат пригоден для глубокой очистки (разделения) небольших потоков жидких и газовых смесей, так как поток последовательно проходит вдоль всех мембран. Для очистки (разделения) больших потоков необходима установка ряда параллельно работающих аппаратов, что увеличивает занимаемые производственные площади и усложняет монтаж, ремонт и обслуживание установки. Значительное гидравлическое сопротивление, возникающее вследствие большого числа резких поворотов потока на 180^o, затрудняет использование его для решения таких задач, как очистка вентиляционных, сбросовых и продувочных потоков. Кроме того, известный аппарат не позволяет проводить проверку отдельных элементов перед сборкой, а также при эксплуатации аппарата, поэтому выход из строя хотя бы одной мембраны требует разборки всего аппарата и замены всех мембран.

Предлагаемое техническое решение направлено на решение задачи упрощение сборки и эксплуатации аппарата.

Это достигается тем, известный аппарат, содержащий корпус, мембранные элементы, каждый из которых включает рамку, подложку и полупроницаемые мембраны, и проставки, расположенные в полостях между мембранными элементами, снабжен раструбами для подачи и отвода разделяемой среды, трубопроводами для отвода пермеата и соединенным с ними коллектором, при этом мембранные элементы установлены параллельно потоку разделяемой среды. Каждый мембранный элемент выполнен в виде модуля, содержащего две мембраны, герметично соединенные по периметру с образованием замкнутого чехла, охватывающего полость для отвода пермеата, внутри которого расположены состоящая из жестко соединенных планок рамка, фиксируемые в планках опорные стержни, размещенные на опорных стержнях подложки. Причем в одной из планок выполнена система каналов, сообщенных с одной стороны с полостью для отвода пермеата, а с другой стороны с трубопроводом, соединенным с коллектором. Предлагаемое техническое решение обеспечивает упрощение сборки и эксплуатации аппарата, так как, во-первых, размещение мембранных модулей позволяет создать аппарат практически любой производительности путем размещения их в одном или нескольких рядах; во-вторых, распределение потока между модулями и отсутствие резких поворотов потоков позволяет использовать аппарат для очистки малонапорных потоков; в -третьих, сборка аппарата состоит из простых и технологичных операций, проведение которых не требует высоко квалифицированного персонала; в-четвертых, указанное выполнение мембранных элементов позволяет производить их индивидуальную проверку перед сборкой и во время эксплуатации (после отсоединения от коллектора); и в-пятых, размещение модулей параллельно друг другу и наличие внешнего по отношению к ним коллектора позволяет отсоединить любой (вышедший из строя), снять его с аппарата и при необходимости заменить на работоспособный модуль.

На фиг. 1-3 представлен сборочный чертеж аппарата.

Аппарат состоит из корпуса 1, на котором закреплены два раструба 2, 3 и две съемные плиты 4, 5, мембранных элементов в виде модулей 6-10, соединенных гибкими трубопроводами 11 с коллектором 12 для отвода пермеата и выходным штуцером 13, который пропущен через крышку 14 и уплотнительный элемент 15, решетки 16, проставок 17, расположенных в полостях между мембранными элементами, и трех прокладок 18-20 для герметизации корпуса. Каждый из мембранных модулей 6-10 включает две мембраны 21, 22, герметично соединенные по периметру, рамку 23, опорные стержни 24 и подложки 25, 26, расположенные в полости 27 для отвода пермеата. В одной из планок рамки 23 выполнена система каналов, сообщенных с одной стороны с полостью 27 для отвода пермеата, а с другой с трубопроводом 11, который вклеен в рамке 23 и загерметизирован с внешней стороны модуля.

Сборка предлагаемого аппарата осуществляется следующим образом.

Проверенные на герметичность модули 6-10 с вклеенными в них гибкими трубопроводами 11 собираются в пакет, т.е. устанавливаются параллельно друг другу с размещением между ними, а также сверху и снизу проставок 17. Пакет вводится в корпус 1, на нем закрепляются плиты 4, 5 и прокладки 18, 19. Затем гибкие трубопроводы 11 присоединяются к коллектору 12. На плите 4 размещаются прокладка 20 и крышка 14, при этом штуцер 13 пропускается через уплотнительный элемент 15, который после закрепления к крышке 14 герметизируется. Для проверки модулей во время эксплуатации аппарата разгерметизируется элемент 15 и снимается крышка 14. Затем поочередно отсоединяются от коллектора 12 гибкие трубопроводы 11, к которым подключается контрольная система, и по натеканию воздуха в отвакуумированную полость 27 определяется герметичность модуля. Для извлечения неисправного модуля снимаются крышки 4, 5, пакет мембранных модулей вместе с коллектором 12 выдвигается из аппарата, раздвигаются модули, соседние с неисправным модулем, и вместо него устанавливают другой, т.е. остальные модули не разгерметизируются. После чего пакет вводится в корпус 1, на нем закрепляют плиты 4, 5, крышку 14 устанавливают на плите 4 и герметизируют уплотнительный элемент 15.

Предлагаемый аппарат работает следующим образом.

Разделяемая смесь в патрубке 2 распределяется между полостями 17 и проходит между модулями 6-10 вдоль поверхности мембран 21, 22. Определенные соединения (пермеат) проникают через мембраны 21, 22 в полости 27, отводятся по подложкам 25, 26 и по системам каналов 28 через трубопроводы 11 в коллектор 12 и далее через штуцер 13 удаляются из аппарата. Обедненная разделяемая смесь (нонпермеат) собирается в раструбе 3 и удаляется из аппарата.