мембранный рулонный элемент для разделения газов и паров

Формула изобретения

1. Мембранный рулонный элемент для разделения газов и паров, содержащий перфорированный коллектор с навитыми на него несущим дренажом, в виде наружных прокладок и расположенных между ними промежуточных прокладок, и сложенными вдвое листами плоских мембран, между которыми размещен турбулизатор, отличающийся тем, что несущий дренаж и листы плоских мембран герметизированы по периметру, образуя мембранный пакет, а коллектор выполнен с перегородками, одна из которых установлена внутри него, образуя ввод дополнительного потока, направленного противотоком к питающему потоку, а другая расположена на нем, внутри мембранного пакета, и направлена к периферии мембранного пакета, не доходя до параллельного коллектору герметизирующего шва.

2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что ширина мембранного пакета меньше его длины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области мембранного газоразделения и может быть использовано в химической, нефтехимической, газовой промышленности, в машиностроении, медицине, газоаналитической технике.

Известны мембранные рулонные элементы для разделения газовых и жидких смесей (а. с. NN 583809, 585855, 1614237, пат. России NN 2026725, 2069085, пат. США NN 3813334, 44476022, 4802982). Общий недостаток этих конструкций - невозможность организации режима противотока и большое пневматическое сопротивление дренажа. Известна конструкция рулонного мембранного газоразделительного элемента (а.с. 1655728), состоящего из перфорированного коллектора с навитыми на него сложенными листами плоских мембран, между которыми расположен турбулизатор, наружных прокладок, прилегающих к мембране соседних, сложенных вдвое листов, и промежуточных прокладок, размещенных между наружными, в которой в известной степени устранен последний недостаток. За счет переменных по толщине промежуточных прокладок, помещенных в дренажах, уменьшено пневматическое сопротивление и увеличена производительность мембранного рулонного элемента. Однако и данная конструкция не обеспечивает режима противотока.

Задачей изобретения является повышение производительности и эффективности мембранного рулонного элемента.

Для решения этой задачи предлагается мембранный рулонный элемент для разделения газов и паров, содержащий перфорированный коллектор с навитыми на него несущим дренажом, в виде наружных прокладок и расположенных между ними промежуточных прокладок, и сложенными вдвое листами плоских мембран, между которыми размещен турбулизатор. Несущий дренаж и листы плоских мембран герметизированы по периметру, образуя мембранный пакет. Через мембрану и несущий дренаж проходит проникший поток. Для того, чтобы проникший поток был направлен навстречу питающему потоку, коллектор выполнен с перегородками, одна из которых установлена внутри него, образуя ввод дополнительного потока, направленного противотоком к питающему потоку, а другая расположена на коллекторе внутри мембранного пакета и направлена к периферии мембранного пакета, не доходя до параллельного коллектору герметизирующего шва.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 изображен мембранный рулонный элемент, состоящий из коллектора 1 с отверстиями 2, прикрепленного к нему мембранного пакета, в виде несущего дренажа, содержащего наружные прокладки 3 и промежуточные прокладки 4, и сложенного вдвое листа плоской мембраны 5. Мембранные пакеты 6 герметизированы с трех не касающихся коллектора сторон. Между листами мембран расположен турбулизатор 7. Стрелками на фиг.2 указано направление сворачивания мембранных пакетов.

Питающий поток подается в один из торцов (фиг.1 и 4) и, проходя между мембранами 5 через турбулизатор 7, выходит с другого торца элемента, причем направление питающего потока параллельно коллектору 1. Проникающий через мембрану поток собирается в коллекторе и выводится наружу. Известно [С.-Т. Хванг, К. "Химия", 1981, стр.332], что из всех режимов организации потоков наиболее эффективен режим противотока, когда проникший и питающий потоки движутся на встречу друг другу. Для организации такого режима в конструкцию элемента введены внутренняя перегородка в коллектор 8 и внешняя по отношению к коллектору перегородка 9, разделяющая мембранный пакет. При работе мембранного рулонного элемента питающий поток Q_пит газовой или паровой смеси поступает в напорный канал 10, образованный турбулизатором 7 и мембранами 5. При закрытом вводе дополнительного потока 11 проникший поток Q_пр газов или паров огибает перегородку 9, движется противотоком к питающему потоку и удаляется через выход 12 коллектора. Этим обеспечивается режим противотока, причем чем больше отношение длинны A мембранного пакета к его ширине B, тем на большем участке пути потоков обеспечивается этот режим. Для интенсификации удаления проникших газов и паров и уменьшения их концентрации в проникшем потоке одновременно во ввод 11 коллектора подают дополнительный Q_д поток газа. Этот режим эффективен при большой разнице в проникающих способностях компонентов газовой или паровой смеси. В частности, для таких смесей, как воздух - пары воды, воздух - пары бензина, воздух - двуокись серы, метан - гелий и др.

Пример 1. Мембранный рулонный элемент без перегородок 8 и 9 площадью 2,05 м², диаметром 0,09 м, при перепаде давления 4,2 атм., = Q_пр/Q_пит = 0,5 (Q_пр, Q_пит - соответственно величины проникшего и питающего потоков) осушает питающий поток Q_пит = 2,8 м³ с влажностью 100% отн. при 20^oC до величины 6% отн. Мембранный рулонный элемент с перегородками 8 и 9 с теми же параметрами и при тех же условиях (без подачи дополнительного потока в коллектор) осушает питающий поток Q_пит = 2,8 м³ с влажностью 100% отн. при 20^oC до величины 4,5% отн.

При подаче дополнительного потока (дополнительный поток - это часть питающего потока, прошедшего через мембранный рулонный элемент и сдросселированного до давления, равного давлению на вводе 11) в коллектор 0,9 м³, этот же мембранный рулонный элемент осушает питающий поток Q_пит = 4,6 м³ при 0 = 0,5 с влажностью 100% отн. при 20^oC до величины 2% отн.

Таким образом, введение в конструкцию дополнительных перегородок 8 и 9, позволяющих организовать режим противотока и обдувку мембранного полотна дополнительным потоком, создает более эффективный и производительный режим работы мембранного рулонного элемента.

Пример 2. Три мембранных рулонных элемента с перегородками 8 и 9, одинаковой площади, равной 0,4 м², с одним, двумя и четырьмя мембранными (т.е. с разным соотношением A : B) пакетами осушают питающий поток Q_пит = 0,9 м³ с влажностью 100% при 20^oC и дополнительным потоком Q_д = 0,25 м³ при = = 0,5 до величины 7,0%, 5,5% и 3% соответственно. Следовательно, чем больше отношение A к B, тем эффективнее работает мембранный рулонный элемент.

Таким образом, использование изобретения позволяет повысить производительность и эффективность мембранного рулонного элемента в 2-3 раза.