Устройство для селективного разделения смеси газов

 

Сущность изобретения: устройство для селективного разделения смеси газов содержит корпус с входным, первым и вторым выходными патрубками, установленный в корпусе пакет чередующихся плоских селективных газоразделительных мембран на пористых прокладках и упругих тарельчатых газонепроницаемых диафрагм с центральными отверстиями, срезы которых совмещены с коллекторным каналом, соединенным с первым выходным патрубком. В диафрагмах выполнены дополнительные каналы вокруг центрального отверстия, а периферийные области диафрагм ориентированы вогнутой частью в сторону входного патрубка и расположены вплотную к корпусу. Диафрагмы могут быть выполнены из полистирола, прокладки из металлокерамики, мембрана из поливинилтриметилсилана, а корпус из стеклопластика в форме цилиндра. 4 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технологии разделения смеси газов на парциальные составляющие и может быть использовано, например, для получения азота из воздуха, в технологии хранения скоропортящихся продуктов, а также в медицине.

Известно устройство для разделения смеси газов, содержащее корпус с входными и выходными патрубками, размещенный в корпусе газораспределительный блок, выполненный в виде набора полых волокон (Compressed air magazine. 1985, v. 90, N 7, р. 24).

Недостатком этого устройства является то, что из-за достаточно тонких стенок волокон невозможно использовать высокие давления, а малое поперечное сечение полости волокна не позволяет увеличить мощность потока газа и, как следствие, производительность устройства.

Наиболее близким к изобретению является устройство для селективного разделения смеси газов, содержащее корпус с входными и выходными патрубками, установленный в корпусе пакет плоских газоразделительных мембран на пористых прокладках, срезы центральных отверстий которых совмещены с коллекторным каналом, соединенным с выходным патрубком.

Данное устройство не позволяет увеличить степень разделения газов, так как поток смеси газов недостаточно эффективно взаимодействует с поверхностью мембран; параллельное размещение мембран относительно газового потока не позволяет повысить давление между мембранами, так как возможно их разрушение.

Целью изобретения является повышение степени разделения газов и уменьшение габаритов устройства.

Цель достигается тем, что в известном устройстве для селективного разделения смеси газов, содержащем корпус с входным и двумя выходными патрубками, установленный в корпусе пакет плоских селективных газоразделительных мембран на пористых прокладках, срезы центральных отверстий которых совмещены с коллекторным каналом, соединенным с первым входным патрубком, в пакет введены чередующиеся с мембранами упругие тарельчатые газонепроницаемые диафрагмы с центральными отверстиями, совмещенными с коллекторным каналом, вокруг внешней границы которого в газонепроницаемых диафрагмах выполнены дополнительные каналы для прохода смеси газов, при этом периферийные области диафрагм ориентированы вогнутой частью в сторону входного патрубка и расположены вплотную к корпусу.

Кроме того, тарельчатая диафрагма выполнена из полистирола, в качестве материала прокладки использована металлокерамика, газоразделительная мембрана выполнена из поливинилтриметилсилана (ПВТМС), а корпус из стеклопластика.

Сущность изобретения заключается в том, что газонепроницаемые диафрагмы обеспечивают последовательное перемещение газовой смеси вдоль поверхности селективных мембран, а их тарельчатая форма позволяет достаточно легко размещать пакет в цилиндрическом корпусе и, главное, при подаче смеси газов в устройство периферийная область тарельчатой диафрагмы под воздействием избыточного давления прижимается к стенке корпуса и обеспечивает вакуумную плотность пакета по отношению к стенкам корпуса.

Кроме того, плавный переход от стенки корпуса к поверхности диафрагмы значительно улучшает газодинамические характеристики газоразделительного устройства.

На фиг. 1 показано устройство, разрез; на фиг. 2 конструкция газоразделительной мембраны и пористой прокладки; на фиг. 3 конструкция газонепроницаемой диафрагмы и ее размещение в корпусе.

Устройство для селективного разделения смеси газов содержит корпус 1, выполненный в виде цилиндра из стеклопластика. На корпусе 1 установлен входной патрубок 2 для подачи смеси газов. В корпусе 1 размещен пакет 3, собранный из плоских селективных газоразделительных мембран 4 (фиг. 2) на пористых прокладках 5, выполненных из металлокерамики. Срезы 6 центральных отверстий 7 пористых прокладок 5 с мембранами 4 совмещены с коллекторным каналом 8, который соединен с первым выходным патрубком 9. Между газоразделительными мембранами 4, размещенными на пористых прокладках 5, установлены на газонепроницаемых уплотнительных элементах 10 тарельчатые газонепроницаемые диафрагмы 11 с центральными отверстиями 12, совмещенными с коллекторным каналом 8. В диафрагмах 11 вокруг внешней поверхности коллекторного канала 8 (фиг. 3) выполнены дополнительные каналы 13 для прохода смеси газов. Периферийная область 14 диафрагмы 11 сориентирована вогнутой частью в сторону входного патрубка 2.

Второй выходной патрубок 17 предназначен для вывода второй компоненты газа.

Устройство работает следующим образом.

В коллекторном канале 8 создается пониженное давление по отношению к давлению смеси газов, подаваемой в корпус 1 через патрубок 2. Затем через дополнительные каналы 13 смесь движется между диафрагмами 11 и мембраной 4 вдоль ее поверхности. При этом скорость проникновения одной из составляющих газа сквозь селективную газоразделительную мембрану 4 и через пористую прокладку 5 существенно превышает скорость проникновения другой компоненты, что приводит к разделению газовой смеси. Конфигурация диафрагмы 11, ее упругие свойства и ориентация относительно подаваемого газового потока способствуют дополнительной герметизации места касания диафрагмы 11 и внутренней поверхности корпуса 1, исключает образование турбулентного потока смеси газов, что уменьшает газодинамическое сопротивление пакета 3 и, как следствие, повышает производительность устройства. Кроме того, ламинарный поток смеси газов над мембраной 4 способствует более эффективному разделению газов.

Устройство было использовано для разделения воздуха на азот и кислород. Концентрация азота на выходе устройства равнялась 98%

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ ГАЗОВ, содержащее корпус с входным, первым и вторым выходными патрубками, установленный в корпусе пакет плоских селективных газоразделительных мембран на пористых прокладках с центральными отверстиями, срезы которых совмещены с коллекторным каналом, соединенным с первым выходным патрубком, отличающееся тем, что пакет снабжен чередующимися с мембранами упругими тарельчатыми газонепроницаемыми диафрагмами с центральными отверстиями, совмещенными с коллекторным каналом, вокруг внешней границы которого в диафрагмах выполнены дополнительные каналы, при этом периферийные области диафрагм ориентированы вогнутой частью в сторону входного патрубка и расположены вплотную к корпусу.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что тарельчатая газонепроницаемая диафрагма выполнена из полистирола.

3. Устройство по п.1 отличающееся тем, что в качестве материала прокладки использована металлокерамика.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что газоразделительная мембрана выполнена из поливинилтриметилсилана.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде цилиндра из стеклопластика.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3