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



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к аппаратам для очистки газовых потоков и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности для очистки потоков газа

Изобретение относится к объединенным мультимембранным проницаемым модулям из полых волокон, содержащим по меньшей мере две различные проницаемые мембраны в объединенной мультимембранной проницаемой ячейке

Изобретение относится к аппаратам для диффузионного разделения многокомпонентных жидких или газовых смесей с использованием полых волокон и может быть использовано в газовой, нефтяной, нефтеперерабатывающей , нефтехимической и других отраслях промышленности

Изобретение относится к очистке фильтра на основе полых волокон

Изобретение относится к фильтрующему устройству для отделения частиц от жидкости и может найти применение при отделении биомассы от воды и сточных вод

Изобретение относится к изготовлению устройств для разделения жидких или газообразных сред (например, для очистки воды, воздуха, разделения крови при плазмаферезе и др.) с помощью мембранных элементов складчатого типа

Изобретение относится к пленочному фильтрационному устройству (7) из полых волокон для фильтрации исходного раствора путем его прохождения через пленку из полых волокон, погруженную в рабочую ванну (24)

Изобретение относится к устройствам для разделения газовых смесей с помощью половолоконных мембран. Мембранный газоразделительный модуль содержит горизонтально расположенный корпус с торцовыми крышками и мембранными картриджами, выполненными из пучка полых волокон и расположенными зеркально относительно центра. Корпус содержит симметрично расположенные торцовые участки большего диаметра, сопряженные коническими переходными участками с центральным участком меньшего диаметра. При этом длина торцовых участков соответствует длине, ограниченной торцом корпуса и входной зоной мембранных картриджей, а внутренний диаметр центрального участка выполнен с возможностью одновременного обеспечения свободного монтажа/демонтажа мембранных картриджей и их плотной посадки в месте уплотнения кольцевыми прокладками. Штуцеры входа сырьевого газа расположены на торцовых участках корпуса перпендикулярно его продольной оси напротив входных зон мембранных картриджей, штуцеры выхода пермеата расположены на торцовых участках корпуса вблизи торцовых крышек перпендикулярно продольной оси корпуса. Технический результат - уменьшение массогабаритных характеристик мембранного модуля и всего газоразделительного устройства в целом. 1 ил.

Изобретение относится к мембранному разделению газоразделения газов. Мембранный модуль разделения газов, содержащий: элемент из полых волокон, имеющий пучок полых волокон, состоящий из нескольких полых волоконных мембран, и трубную решетку, расположенную на конце пучка полых волокон для скрепления полых волоконных мембран; корпус, имеющий отверстие, предназначенное для вставления или извлечения через него элемента из полых волокон; защитный элемент, имеющий образованный в нем выпуск газа и прикрепленный для укрывания отверстия корпуса; и перфорированную плиту, имеющую несколько сквозных отверстий для образования в ней газовых каналов, при этом перфорированная плита установлена между трубной решеткой и защитным элементом; при этом мембранный модуль разделения газов предназначен для разделения газов посредством подачи смешанного газа в полые волоконные мембраны, причем перфорированная плита имеет: (a) плоский участок на поверхности вблизи защитного элемента, при этом после установки плоский участок выполнен с возможностью, в общем, контакта с защитным элементом; и (b) образующий канал углубленный участок, который образован на участке поверхности ближе к защитному элементу, чем плоский участок, для образования газового канала; (c) сквозное отверстие, продолжающееся на плоском участке и углубленном участке для образования канала на виде сверху перфорированной плиты, так чтобы сквозное отверстие имело возможность сообщения с образующим канал углубленным участком. Технический результат – сдерживание деформации перфорированной плиты. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области разделения газовых смесей и может быть использовано в газовой, нефтяной и химической отраслях промышленности. Осуществляют трестадийную обработку гелийсодержащего природного газа. Проникающий газ (5) после первой газоразделительной мембраны (3) сжимают в компрессоре (13) и направляют на вторую газоразделительную мембрану (17). Проникающий газ (19) из второй газоразделительной мембраны (17) извлекают как гелийсодержащий газ. Непроникающий газ (21) из второй газоразделительной мембраны (17) направляют на третью газоразделительную мембрану (23). Непроникающие газы (7 и 25) из первой и третьей газоразделительных мембран (3 и 23) объединяют, получая товарный природный газ (27). Проникающий газ (9) из третьей газоразделительной мембраны (23) объединяют с проникающим газом (5) из первой газоразделительной мембраны (3). Обеспечивается высокий уровень извлечения гелия с концентрацией 99 мол.%, а также минимальная теплоемкость очищенного природного газа при использовании только одного компрессора. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к процессам и аппаратам химической технологии и может быть использовано для разделения газовых смесей с помощъю полупроницаемых мембран

Наверх