Мембранный аппарат

 

Изобретение относится к процессам и аппаратам химической технологии и может быть использовано для разделения газовых смесей с помощъю полупроницаемых мембран. Цель изобретения - повышение производительности аппарата при сохранении его удельной металлоемкости. Мембранный аппарат содержит корпус, крышки, штуцера ввода и вывода смеси газов, пучки полых волокон, открытые концы которых закреплены в блоках из герметизирующего материала, и штуцер вывода проникшего потока. В корпусе аппарата коаксиально расположен коллектор в виде трубы, на котором установлены газораспределительные перегородки в виде сегментов и штуцера сбора проникшего потока, к которым присоединены обоймы, содержащие блоки из герметизирующего материала, причем открытые концы пучков полых волокон выведены внутрь коллектора. 2 ил.

Изобретение относится к конструкциям аппаратов, предназначенных для разделения газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран, изготовленных в виде полых волокон, и может быть использовано в химической, пищевой, металлургической промышленности, в частности, для выделения восстановителей из колошниковых газов или для разделения воздуха на фракции, обогащенные кислородом или азотом.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является мембранный аппарат, содержащий корпус с штуцерами ввода и вывода разделяемой смеси и фланцы-крышки для сбора проникшего потока и крепления трубных решеток. Пучки полых волокон размещены в корпусе аппарата параллельно его оси. Концы пучков полых волокон закреплены в блоках из эпоксидной смолы и с помощью уплотнений присоединены к трубным решеткам. В этом аппарате количество пучков полых волокон в корпусе принципиально не ограничено и движение исходной смеси и проникшего потока осуществляется противоточно, что повышает среднюю движущую силу процесса и эффективность разделения.

Недостатком этой конструкции аппарата является то, что при увеличении числа пучков полых волокон в корпусе аппарата одновременно увеличивается его диаметр при фиксированной высоте аппарата, которая в этой конструкции определяется в пределе двухкратной оптимальной длиной волокна. Таким образом, увеличение производительности аппарата связано с увеличением его диаметра и в этом случае, когда корпус аппарата является корпусом давления, приводит к непропорциональному (более быстрому) росту толщины стенок аппарата, т.е. к повышению удельной металлоемкости.

Так, при прочих равных условиях аппарата из стали 12Х18Н10Т диаметром 600 мм, рассчитанный на давление 2,5 МПа, имеет массу 0,52 т, а аппарат диаметром 1500 мм имеет массу 3,33 т. Из этого следует, что при увеличении диаметра аппарата в 2,5 раза его масса увеличивается в 6,4 раза.

Увеличение высоты аппарата известной конструкции для повышения его производительности не может быть достигнуто путем простого набора элементов, так как потребуется вводить переточные трубопроводы и дополнительные фланцы, что также увеличит металлоемкость аппарата и усложнит его конструкцию.

Целью настоящего изобретения является повышение производительности при сохранении его удельной металлоемкости.

Для этого в мембранном аппарате, содержащем корпус, крышки, штуцера ввода и вывода смеси газов, пучки полых волокон, открытые концы которых закреплены в блоках из герметизирующего материала, штуцер вывода проникшего потока, в его корпусе установлен коллектор в виде трубы, на которой смонтированы сегментные газораспределительные перегородки и штуцера сбора проникшего потока, к которым подсоединены обоймы, содержащие блоки из герметизирующего материала, причем открытые концы пучков полых волокон выведены внутрь коллектора.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый мембранный аппарат; на фиг. 2 газоразделительный элемент.

Мембранный аппарат содержит корпус 1, крышки 2, штуцера 3 и 4 ввода и вывода смеси газов соответственно, пучки полых волокон 5, открытые концы 6 которых закреплены в блоках 7 из герметизирующего материала, штуцер 8 вывода проникшего потока, коаксиально установленный коллектор 9 в виде трубы, на котором смонтированы сегментные газораспределительные перегородки 10 и штуцера 11 сбора проникшего потока, к которым подсоединены обоймы 12, содержащие блоки 7.

Мембранный аппарат работает следующим образом.

Разделяемая смесь газов подается через штуцер 3 в корпус 1 аппарата и затем последовательно, огибая сегментные газораспределительные перегородки 10, проходит через толщу волокна. Проникший через стенки полого волокна газ выходит через открытые концы 6 во внутреннюю полость коллектора 9 и далее выводится через штуцер 8. Остаточный поток газов выводится через штуцер 4.

Предусмотренная в конструкции аппарата перпендикулярная к его оси установка волоконных элементов позволяет увеличивать производительность аппарата заданного диаметра путем простого увеличения его высоты при установке дополнительных газоразделительных элементов на коаксиальном коллекторе.

Величина диаметра аппарата в данной конструкции определяется оптимальной длиной волокна, которая зависит от конкретного состава разделяемой смеси газов. Установка сегментных газораспределительных перегородок обеспечивает равномерное омывание исходной смесью газов всей поверхности волоконных элементов. Конструктивное исполнение газоразделительных блоков в обоймах, которые монтируются на ответные штуцера коллектора, облегчает монтаж аппарата и проверку работоспособности каждого газоразделительного блока.

На экспериментальной установке испытан газоразделительный аппарат диаметром 250 мм и высотой 1500 мм предлагаемой конструкции. Разделение воздуха осуществлялось на полых волокнах марки "Гравитон". Исходный воздух подавался в аппарат при давлении 0,6 МПа. Проникший поток содержал 42 об. кислорода, остальное азот. Производительность аппарата по проникшему потоку составляла 2,5 м³/ч.

В этих же условиях испытан аппарат, в котором газоразделительные элементы на основе полого волокна "Гравитон" были расположены параллельно оси аппарата. Проникший поток содержал 37 об. кислорода, остальное азот. Производительность этого аппарата по проникшему потоку не превышала 2,1 м³/ч.

Таким образом, даже на экспериментальном аппарате длиной 1500 мм предлагаемая конструкция аппарата позволяет повысить производительность на 20% при более высоком качестве конечного продукта.

Формула изобретения

МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ, содержащий корпус, крышки, штуцеры ввода и вывода смеси газов, пучки полых волокон, открытые концы которых закреплены в блоках из герметизирующего материала, штуцер вывода проникшего потока, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности аппарата при сохранении его удельной металлоемкости, в корпусе аппарата коаксиально расположен коллектор в виде трубы, на котором установлены газораспределительные перегородки в виде сегментов и штуцеры сбора проникшего потока, к которым присоединены обоймы, содержащие блоки из герметизирующего материала, причем открытые концы пучков полых волокон выведены внутрь коллектора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2