DD208555A5

DD208555A5 - Vorrichtung zum abtrennen eines gases aus einem gasgemisch

Info

Publication number: DD208555A5
Application number: DD82246270A
Authority: DD
Inventors: Roger S Otstot; Charles J Runkle
Original assignee: Monsanto Co
Priority date: 1981-12-21
Filing date: 1982-12-20
Publication date: 1984-04-04
Also published as: RO86231A; KR840002664A; RO86231B; EP0082835A1; HU184595B; ZA829345B; IL67518A0; JPS58109119A; JPH0337963B2; US4380460A; NO824278L; AU9175582A; BR8207397A; CA1183782A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung fuer die Abtrennung eines Gases aus einem Gemisch von Gasen, in der ein zylindrischer Mantel mit Oeffnungen fuer die Zuleitung und Entfernung eines Gemisches von Gasen ein Buendel von Hohlfasermembranen umgibt, das sich durch eine in einem Ende des zylindrischen Mantels befestigte Rohrplatte erstreckt.Eine elastische Platte in Form eines Schlitzrohres umgibt das Faserbuendel und ist mit einem Ende an der Rohrplatte befestigt.Das uebrige Schlitzrohr ist frei beweglich, so dass es bis zur Beruehrung mit der Innenflaeche des Mantels ausgedehnt ist.In einer bevorzugten Ausfuehrungsform ist das Schlitzrohr an einem rohrfoermigen Verteilungselement befestigt,dessen eines Ende innerhalb des Schlitzrohres untergebracht ist und dessen anderes Ende an der Rohrplatte befestigt ist, wobei das Verteilungselement mit Oeffnungen versehen ist, die es ermoeglichen, dass das Gasgemisch in das Faserbuendel gelangen kann.

Description

.15 340 55 . .

Vorrichtung zur Abtrennung eines Gases aus einem

Gemisch von Gasen

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung aur Abtrennung eines Gases aus einem Gasgemisch.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen;

Bekannt ist die Anwendung eines in einem zylindrischen Mantel untergebrachten Bündels von Hohlfasermembranen zur Abtrennung eines Gases aus einem Gemisch von Gasen, wobei das eine Gas aus dem Geraisch durch die Wandungen der Hohlfasermembranen zu deren Bohrungen diffundieren kann. Die Hohlfasermembranen werden normalerweise aus einem Polymermaterial hergestellt und neigen infolgedessen zu Beschädigungen während" der Handhabung oder Installation des Bündels in einen Mantel. Auch die für diesen Zweck verwendeten Stahlmäntel weisen häufig Zunder, Rost, Schmutz oder andere feinverteijlte Substanzen auf, die die Hohlfasermembranen während der Montage des Bündels in dem Mantel oder während der nachfolgenden Arbeitsweise der Vorrichtung beschädigen können. Es ist möglich, das Innere des Mantels vor dem Einsetzen des Faserbündels gründlich zu reinigen, das ist aber zeitaufwendig und kostspielig. Es sind verschiedene Versuche unternommen worden, um Hohlfasern oder Rohre in Wärmeaustauschern und Gasdiffusionsvorrichtungen gegenüber Beschädigungen während des Gebrauchs zu schützen.

In der US-PS 3.526.275 wird ein Wärmeaustauscher mit rohrförmigen Polymer-Wärmeaustauschelementen beschrieben. Um die rohrförmigen Elemente während des Versandes zu schützen^ werden die Elemente mit einer perforierten starren Metallmanschette umgeben. Wenn auch dadurch die rohrförmigen

Element© während des Versandes geschützt werden können, bietet es keinen Schutz für die rohrförmigen Elemente gegenüber Zunder und anderen im Stahlmantel vorhandene Ablagerungen, da dieses Material frei durch die Öffnungen in der starren Manschette in das Bündel eindringen kann.

In der ÜS-PS 3.339 =-341 wird eine Permeationsvorriehtung-beschrieben, in der ein Bündel von Hohlfäsermembranen in einem rohrförmigen Mantel untergebracht ist. Zum Schutz des Faserbündels und zur Verringerung der Querschnittsabmessung des Faserbündels während des Einfahrens des Bündels in den Mantel, umgibt ein flexibles poröses Manschettenteil, vorzugsweise in Form einer runden Wirkgewebemanschette, das Faserbündel. Die Hauptaufgabe dieöer Manschette besteht offensichtlich darin, die Querschnittsfläche des Bündels während der Montage in dem Mantel zu verringern. Die PS gibt an, daß diese Manschette auch die Fasern während der Montage und des Betriebes der Vorrichtung schützt. Es wird aber angenommen_s daß diese Manschette den Hohlfasermembranen keinen großen Schutz gegenüber Zunder und anderem körnigen Material, wie es häufig in solchen Mänteln zu finden ist, bietet, da dieses Material frei durch das Gewebematerial hindurchgehen und in das Faserbündel eindringen kann.

Ziel der Erfindung:

Mit der Erfindung sollen die Mängel des Standes der Technik beseitigt werden. ,

Darlegung des Wesens der Erfindung: ^!

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Abtrennung eines Gases aus einem Gemisch von Gasen, in der ein Bündel von Hohlfasermembranen in einem zylindrischen Mantel untergebracht ist, der mit einem Einlaß für die Zuführung eines

.Gasgemisches und einem Auslaß für die Ableitung von nicht permeiertem Gas versehen ist, wobei sich das Bündel der Hohlfasermembranen'durch eine in einem Ende des zylindrischen Mantels befestigte Polymerrohrplatte erstreckt. Sine elastische Platte in Form eines Schlitzrohres, das in dem Mantel in einer das Faserbündel umgebenden Lage angebracht ist, ist mit einem Ende an der Rohrplatte befestigt, und das übrige Schlitzrohr ist uneingespannt und bis zum Kontakt mit der Innenfläche des Mantels ausgedehnt.

Ausführungabeispiel;

An einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Anordnung der verschiedenen erfindungsgemäßen Elemente;

Fig. 2 eine Querschnittansicht auf Linie 2-2 von Fig. 1, die die Art und Weise zeigt, in der das Schlitzrohr· und das Faserbündel bis zum Kontakt mit der Innenfläche des Mantels ausgedehnt sind;

Fig. 3 eine vergrößerte Teilschnittansicht, die die Art und Weise zeigt, in der ein Gasverteilungselement im Ende des Schlitzrohres das Schlitzrohr in Kontakt mit der Innenfläche des Mantels drückt;

Fig. 4 eine Teilansicht, die Ringe zeigt, die dazu dienen, das Schlitzrohr und das Faserbündel während des Transportes der Baugruppe in einem zusammengedruckten Zustand zu halten.

In der Zeichnung wird ein zylindrischer Stahlmantel 11 mit einem erweiterten Endabschnitt 12 gezeigt, der mit einem Einlaß 13 für die Zuführung eines Gasgemisches, aus dem eines der Gase entfernt werden soll, versehen ist. Ein in dem Mantel 11 untergebrachtes und sich über seine länge erstrekkendes Bündel von Hohlfasermembranen 16 verläuft durch eine Polymerrohrplatte 17, die in dem erweiterten Abschnitt 12 so untergebracht ist, daß eine durch die ¥/andungen der Fasern 16 zu deren Bohrungen permeierende Flüssigkeit durch die Rohrplatte 17 zu einer Kammer 18 gelangen kann. Permeiertes Gas von der Kammer 18 tritt aus der Vorrichtung durch einen Auslaß 19 in einer mit Hilfe von Bolzen 21 an dem erweiterten Endabschnitt 12 befestigten Deckplatte 20 aus. Dichtungsringe 22 und eine Abdichtung 23 verhindern den Austritt von Gasen β

Die Rohrplatte 17 ist mit Hilfe von Bolzen 25 an einem ringförmigen Element 26 befestigt, das mit einem zwischen den Dichtungsringen 22 sum Halten der Rohrplatte angebrachten Flansch 27 versehen ist. An den anderen Enden der Bolzen 25 ist ein Ring 30 angebracht, an dem ein Rohr 31 angeschweißt ist, das die Rohrplatte während des Transportes umgibt und schützt. Ein rohrförmiges Verteilungselement 32 ist ebenfalls an dem Ring 30 angeschweißt und erstreckt sich in den erweiterten Endabschnitt 12 des Mantels in eine Position, in der es das Faserbündel 16 umgibt. Das Verteilungselement, das mit der Rohrplatte und dem erweiterten Endabschnitt 12 zur Bildung einer ringförmigen, das Verteilungselement umgebenden Kammer 33 zusammenwirkt, ist mit rahlreichen Öffnungen 34 versehen,, die es ermöglichen, daß die in den Einlaß 13 gelangenden Gase aus der ringförmigen Kammer 33 durch das Verteilungselement in das Faserbündel 16 gelangen können. Die Öffnungen 34 liegen in einer senkrecht zur Achse des Mantels 11 verlaufenden Ebene und sind so angeordnet, daß

0,4 < £ c 1 f.3

0,2 cd_S0,6 -

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worin d die Entfernung von der Stirnfläche der Rohrplatte zur Mitte von öffnung 34 bedeutet, e der Abstand von der Stirnfläche der Rohrplatte zur Mitte des Einlasses 1'3 ist und D der Durchmesser des Faserbündels an der Stirnfläche der Rohrplatte ist. Durch diese Positionierung der Öffnungen 34 wird die Erosion der- Hohlfasern 16 durch des in den Einlaß 13 eintretende Gasgemisch verhindert. Durch diese Anordnung der Öffnungen 34 wird auch die Möglichkeit der Beschädigung der Pasern 16 in der Nähe der Rohrplatte 25 verringert, denn die Pasern 16 sind an dieser Stelle am zerbrechlichsten .

Die Rohrplatte 17 wird so hergestellt, daß das Faserbündel 16 mit dem unteren Ende in eine Form gehängt und dann ein Gießharz in die Form gegossen wird. Vor und während der Erhärtung dieses Harzes zur Bildung der Rohrplatte steigt das Harz durch das Faserbündel nach oben. Das Stück, das das Harz nach oben steigt, nimmt mit dem Findeldurchmesser zu und ist in der Mitte des Bündels am größten. In und in der Nachbarschaft dieses mit Harz durchdrungenen Bereichs sind die Fasern am brüchigsten und schwächsten, vermutlich infolge der während der Aushärtung der Rohrplatte auf die Fasern einwirkenden Wärme. Bezugsziffer 35 bezeichnet das Ende des mit Harz durchdrungenen Bereichs. Durch die Festlegung der Öffnungen 34 wie hier beschrieben wird im wesentlichen die Beschädigung der Fasern durch die in die Vorrichtung mit einer hohen Geschwindigkeit eintretenden Gase ausgeschaltet.

Das gegenüberliegende Ende des Mantels 11 ist mit einer zweiten Deckplatte 37 versehen, die an dem Mantel 11 angeschraubt

-feist und mit einem Auslaß 38 für die Ableitung nicht permeierter Gase aus dem Gasgemisch ausgestattet ist. Eine zwischen dem Mantel 11 und der Deckplatte 37 untergebrachte Dichtung 39 hat die Aufgabe, das Ausströmen des nicht permeierten Gasgemisches zu verhindern. Die Enden der Fasern 16 in der Nähe der Deckplatte.37 sind so abgedichtet, daß der einzige Auslaß für das permeierte Gas aus den Bohrungen der Fasern durch die Rohrplatte 17 möglichjißt.

Das Faserbündel 16 umgebend ist innerhalb des Mantels 11 eine elastische Platte in Form eines Schlitzrohres 41 angebracht, das die Fasern 16 während des Transportes und des Betriebes schützt, wobei dieses Schlitzrohr normalerweise, d.h. wenn es nicht eingespannt ist, einen größeren Durchmesser hat, als der Innendurchmesser des Mantels beträgt. Ein Ende des Schlitzrohres 41 umgibt das ringförmige Verteilungselement 32 und ist daran durch eine Schlauchklemme 42 in einer allgemein bekannten Ausführung befestigt·

Das Schlitzrohr 41 besteht aus einer Platte eines elastischen Materials, z.B. dünnem rostfreiem Stahl, so daß es seitlich zu einer rohrförmigen Konfiguration zusammengedrückt werden kann, deren Durchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Mantels 11. Das Schlitzrohr 41 kann in diesem rohrförmigen Zustand mit überlappten Kanten während des Versandes und der Handhabung gehalten werden. Wenn das Schlitzrohr dann in den Mantel 11 eingesetzt ist und seine Bewegung nicht behindert wird, führt die Elastizität des Schlitzrohres dazu, daß sich dieses bis zur Berührung mit der Innenfläche des Mantels 11 ausdehnt. Das Blech, aus dem das Schutzrohr hergestellt wurde» ist so breit, daß die Kanten sich auch nach der Ausdehnung des Schlitzrohres zur Füllung des Mantels noch überlappen. Die Fasern 16 stehen dadurch mit der glatten sauberen Innenfläche des Schlitzrohres 41 in Berührung, und es können kein Zunder und andere Abfall-

teilchen von dem Mantel 11 in das Faserbündel eindringen. Bei einigen Anwendungsfällen kann das Schlitzrohr 41 perforiert sein, es wird aber bevorzugt, daß es keine Perforation aufweist.

Der Außendurchmesser des rohrförmigen Verteilungselementes 32 ist mindestens so groß wie der Innendurchmesser des Mantels 11, so daß das Schlitzrohr 41 in Kontakt mit dem Ende des zylindrischen Mantels 12 gedruckt wird, um die Möglichkeit zu verringern, daß das Gasgemisch zwischen dem Mantel 11 und dem Schutzrohr 41 austreten kann. Vorzugsweise ist der Außendurchmesser des Verteilungselementes 32 größer als der Innendurchmesser des Mantels 11, so daß das Schutzrohr in sehr engen Kontakt mit dem Ende des zylindrischen Hanteis 11 in der Nähe des erweiterten Endabschnitts 12 gedruckt wird. Das ist am besten in Pig. 3 dargestellt.

Bei Einsatz der Vorrichtung wird eine aus der Rohrplatte 17, dem Verteilungselement 32 und dem das Faserbündel 16 umgebenden Schlitzrohr 41 bestehende Baugruppe zum Einsatzplatz transportiert und an diesem Ort in den Mantel 11 eingesetzt» Während des Transportes ist das Schlitzrohr 41 seitlich um das Faserbündel 16 herum zu einem rohrförmigen Zustand.mit einem kleineren Durchmesser, als der Innendurchmesser des Mantels 11 beträgt, zusammengepreßt. Das Schlitzrohr wird vorzugsweise durch zahlreiche Ringe 45 (Fig. 4)» die das Schlitzrohr in gewissen Abständen umgeben, in dieser seitlich zusammengedrückten Form gehalten. Die Ringe 45 sind verschiebbar auf dem Schlitzrohr angebracht, so daß/beim Einsetzen der Baugruppe in den Mantel nach einem Ende des Schlitzrohres geschoben oder vollkommen entfernt werden können, damit sich das Schlitzrohr ausdehnen und den Mantel füllen kann. Dadurch kann sich das Faserbündel öffnen, so daß sich die Fasern für ein besseres Strömen des Gases durch das Faserbündel voneinander trennen.

70 4 __β._

Ein Gasgemisch wird durch den Einlaß 13 in den Mantel 11 eingeblasen und strömt dann durch die Öffnungen 34 in das Faserbündel. Wenn das Gasgemisch durch den Mantel 11 zu dem Auslaß 38 strömt, wird mindestens eines der Gase durch die Wandungen äer Pasern zu deren Bohrungen permeieren und durch den Auslaß 13 aus der Vorrichtung abgezogen werden.

Claims

Erfindungsanspruch

1. Vorrichtung zur Abtrennung eines Gases aus einem Gasgemisch, gekennzeichnet dadurch, daß sie enthält;

a. einen zylindrischen Mantel mit einem Einlaß zur Zuführung eines Gasgemisches in den Mantel und einem Auslaß zur Entfernung von nicht permeierten Gasen aus dem Mantel,

b. ein Bündel von in dem Mantel untergebrachten Hohlfasermembranen, wobei die Membranen für eines der Gase des Gemisches durchlässiger sind als für die anderen,

c. eine in dem Mantel an einem Ende des Bündels von Hohlfasem untergebrachte Rohrplatte, wobei die Fasern durch die Rohrplatte hindurchgehen,

d. eine elastische Platte in Form eines Schlitzrohres, das in dem Mantel in einer das Faserbündel umgebenden Position untergebracht ist, wobei ein aide des Schlitzrohres an der Rohrplatte befestigt ist, das übrige Schlitzrohr frei beweglich und bis zur Berührung mit der Innenfläche des Mantels ausgedehnt ist.
2. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Schutzrohr normalerweise einen größeren Durchmesser hat, als der Innendurchmesser des Mantels beträgt.
3. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der zylindrische Mantel an einem Ende mit einem erweitei'ten Abschnitt versehen ist, daß sich die Rohrplatte in dem erweiterten Abschnitt befindet, daß ein rohrförmiges Verteilungselement an der Rohrplatte befestigt ist und in das Ende des Schlitzrohres hineinreicht, daß das Schlitzrohr an dem rohrförmigen Verteilungs element befestigt ist, daß sich in dem

27 0 4

rohrförmigen Verteilungselement eine öffnung für die Zuleitung des Gasgemisches aus dem Mantel in das Faserbündel befindet und daß sich der Einlaß im Mantel in dem erweiterten Abschnitt befindet.
4. Vorrichtung nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Länge des rohrförmigen Elementes geringer als die Länge des erweiterten Abschnittes des Mantels ist.
5. Vorrichtung nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Außendurchmesser des rohrförmigen Elementes mindestens so . groß wie der Innendurchmesser des Mantels ist, so daß das Schutzrohr mit der Innenfläche des einen Endes des zylindrischen Mantels in Berührung gehalten wird.
6. Vorrichtung nach Punkt 4» gekennzeichnet dadurch, daß der Außendurchmeseer des rohrförmigen Elementes größer als der Innendurchmesser des zylindrischen Mantels ist.
7. Vorrichtung nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß sich die Kanten der elastischen Platte, aus der das Schlitzrohr gebildet ist j überlappen.
8. Vorrichtung nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Öffnung so angeordnet ist, daß

O,4< e< 1,3

O,2< d< 0,6 D

worin d die Entfernung von der Rohrplatte zu der öffnung ist, e der Abstand von der Rohrplatte zum Einlaß in dem Mantel ist und D der Durchmesser des Paserbündels ist.
9. Vorrichtung nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß das rohrförmige gleraent· mit zahlreichen, in einer Ebene senkrecht zur Achse des rohrförmigen Elementes angeordneten Öffnungen versehen ist,
10. Vorrichtung nach Punkt 8_S gekennzeichnet dadurch, daß sich der Auslaß an dem von dem erweiterten Endabschnitt entfernt liegenden Ende des Mantels befindet»
11. Vorrichtung zur Abtrennung eines Gases aus einem Gasgemisch, gekennzeichnet dadurch, daß sie enthält:

a. einen zylindrischen Mantel mit einem erweiterten Endabschnitt, wobei sich in dem erweiterten Endabschnitt ein Einlaß für die Zuführung des Gasgemisches in den Mantel befindet,

b. ein Bündel von in dem Mantel untergebrachten Hohlfasermembranen, wobei die Membranen für eines der Gase in dem Gasgemisch durchlässiger sind als für die anderen,

c. eine in dem erweiterten Endabschnitt untergebrachte Rohrplatte, wobei sich die Pasern durch die Rohrplatte erstrecken und die gegenüberliegenden Enden der Pasern abgedichtet sind,

d. eine an dem erweiterten Endabschnitt befestigte erste Deckplatte für das Schließen des Bndabschnittes,, wobei die Deckplatte mit einer Auslaßöffnung für perraeiertes Gas versehen ist,

e. ein an der Rohrplatte am Ende des Mantels befestigtes rohrfö'rmiges Element mit einem zwischen der Deckplatte und dem erweiterten Bndabschnitt angebrachten Plansch zum Pesthalten der Rohrplatte,

f. einen an der Rohrplatte innerhalb des erweiterten Endabschnittes angebrachten Ring,

g. ein Rohr, das an dem Ring in einer Position befestigt ist, daß es die Rohrplatte umgibt,

h. ein rohrförmiges Verteilungselement, das an dem Ring befestigt ist und in den erweiterten Endabschnitt hineinreicht, wobei das Verteilungselement mit einer öffnung zur Zuführung des Gasgemisches aus dem Mantel in das Faserbündel versehen ist,

i. eine elastische Platte in Form eines Schlitzrohres, das in dem Mantel in einer das Faserbündel umgebenden Position angebracht ist, wobei das Ende des Schlitzrohres das Ende des rohrförmigen Verteilungselementes umgibt,

j . eine Klemme zum Festhalten des Endes des Schlitzrohres auf dem Ende des Verteilungselementes, wobei das übrige Schiitarohr frei ist und bis zum Kontakt mit der Innenfläche des Mantels ausgedehnt ist, und

k. eine zweite Deckplatte, die neben den abgedichteten Enden der Fasern an dem zylindrischen Mantel befestigt und mit einem Auslaß zur Entfernung von nicht permeierten Gasen aus dem Mantel versehen ist.

- Hierzu 1 Blatt Zeichnungen -