EA011083B1

EA011083B1 - Мембранный модуль для разделения веществ

Info

Publication number: EA011083B1
Application number: EA200701757A
Authority: EA
Inventors: Штефан Р. Блум
Original assignee: Уайтфокс Текнолоджиз Лтд.
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2008-12-30
Also published as: CN100591409C; WO2006087214A2; EP1853376A2; EA200701757A1; US20080128348A1; WO2006087214A3; CA2601066A1; EP1853376B1; CN101146596A; CA2601066C

Abstract

Мембранный модуль для разделения веществ, в частности, посредством фильтрования поперечного потока, содержащий корпус (1) и по меньшей мере один установленный в нем сменный, самонесущий фильтрующий картридж с расположенными предпочтительно в продольном направлении, полупроницаемыми мембранами (2) из полых волокон, концы которых заделаны компаундной массой (заливкой) (3, 4). Модуль отличается тем, что обе заливки (3, 4) имеют концевые колпачки, в частности, с гильзообразными торцовыми кольцами (7, 8) и что фильтрующий картридж включает в себя держатель (12, 13) для фиксации концевых колпачков или соответственно торцовых колец на заливках.

Description

Изобретение относится к мембранному модулю для разделения веществ, в частности, посредством фильтрования поперечного потока, содержащему корпус и по меньшей мере один установленный в нем сменный, самонесущий фильтрующий картридж с расположенными в продольном направлении полупроницаемыми мембранами из полых волокон, концы которых заделаны компаундной массой (ΡοΙΙίημзаливка).

Такой мембранный модуль известен из АО 00/40325 А1 (В1ит, Неддетапп ОтЬН). На этот документ дана специальная ссылка для дополнения раскрытия.

Кроме того из ΌΕ 3513789 С2 (КгопхЬеш) известна фильтрующая вставка из пучка полых волокон, которая, правда, не предусмотрена для фильтрования поперечного потока.

Если в соответствии с вышеупомянутой международной заявкой внешние стороны заливки непосредственно уплотнены на внутренней стороне корпуса, например, с помощью резиновых колец круглого сечения, происходит то, что при использовании определенных текучих сред и определенных содержащихся в них растворителей уплотнения с внешней стороны заливки и с внутренней стороны корпуса склеиваются. В этом случае фильтрующий картридж можно извлечь из корпуса лишь с большим трудом, или только повредив эти уплотнения и фильтрующие картриджи, поскольку на месте ликвидировать эту склейку без повреждения резиновых колец круглого сечения очень сложно.

Кроме того, невозможно, чтобы в случае фильтрующих картриджей в соответствии с указанной международной заявкой пучок волокон с расположенной на концах заливкой мог бы изготавливаться заранее, храниться и заменяться лишь позднее в случае необходимости, причем эта замена должна осуществляться как можно проще и быстрее.

Поэтому в основу изобретения положена задача решения этой проблемы с помощью мембранного модуля вышеупомянутого типа. При этом одновременно должны быть выполнены и другие требования, указанные в международной заявке. В частности, монтаж и демонтаж картриджа в корпусе, включая все уплотнительные элементы, должны быть возможны только с одной стороны, причем корпус должен открываться только с одного конца. Кроме того, мембраны могут использоваться как при низких температурах, например при -40°С, так и при высоких температурах, например около 400°С. Мембранный модуль и фильтрующий картридж должны обеспечивать также невосприимчивость мембран к гидравлическим ударам.

Эта задача решается в соответствии с изобретением с помощью признаков п.1 формулы изобретения.

Предпочтительно, чтобы держатель фиксировал торцовые кольца на заливке с геометрическим замыканием посредством выступов и выемок.

Кроме того, предлагается, чтобы держатель был выполнен как образующая внешнюю оболочку картриджа промежуточная труба, которая состоит из нескольких соединенных друг с другом и разделенных в продольном направлении чаш, в частности, из двух выполненных в виде полутруб чаш, которые, в частности, имеют отверстия для выхода пермеата.

Предпочтительно, разделенные в продольном направлении чаши разъемно, в частности, с помощью стяжных лент, закреплены на торцовых кольцах и заливках.

Преимуществом разделенной в продольном направлении, разъемно соединенной с торцовыми кольцами и заливками промежуточной трубы, является возможность простого и быстрого демонтажа неисправного картриджа с целью замены неисправного пучка волокон с заливками на новый пучок волокон.

При этом предпочтительно, чтобы заливки были уплотнены относительно торцовых колец. В частности, держатель фиксирует торцовые кольца относительно друг друга.

Таким образом, заливки непосредственно не уплотнены относительно корпуса, а лишь относительно кольцеобразных концевых колпачков. Концевые колпачки сами уплотнены относительно внутренней стороны корпуса.

Предпочтительно, чтобы торцовые кольца, а также держатель, выполнены из металла. Когда фильтрующий картридж необходимо заменить, он без труда может быть извлечен из корпуса вместе с торцовыми кольцами и держателем. При этом, если уплотнения между концевыми колпачками и корпусом окажутся слипшимися, то не является критичным, если уплотнения при замене повреждаются. Металлические уплотнительные поверхности легко поддаются очистке на месте и позволяют устанавливать новые уплотнения. Однако существенно, что расположенные внутри концевых колпачков заливки можно удалить из корпуса без повреждений. Уплотнения, возможно приклеившиеся между заливками и концевыми колпачками, позднее можно без спешки отделить в мастерской с помощью имеющихся специальных вспомогательных средств, не повреждая заливку и мембрану из полых волокон. Благодаря компактной конструкции с торцовыми металлическими колпачками на концах и с держателем возможен также ускоренный монтаж фильтрующего картриджа.

Как уже упоминалось, торцовые кольца, предпочтительно, уплотнены относительно корпуса.

В другом предпочтительном варианте выполнения внутри картриджа устанавливается подводящая и/или отводящая труба, длина которой изменяется автоматически по типу компенсатора и концы которой без возможности аксиального смещения соединены с заливками, причем подводящая или отводящая

- 1 011083 труба предпочтительно имеет по меньшей мере два частично телескопически входящих один в другой отрезка трубы и/или по меньшей мере один компенсатор, действующий в продольном направлении.

Чтобы добиться высокой пропускной способности, типичной для промышленного применения, предпочтительно, чтобы вместо отдельных модулей применялась установка с большим количеством, например, до 20 фильтрующих картриджей с отдельными пучками волокон у каждого. Поэтому предлагается, чтобы корпус имел несколько приемных мест для фильтрующих картриджей.

При этом фильтрующие картриджи могут иметь общее пространство для пермеата за пределами полых волокон. Правда, в этом случае пучки волокон не могут отключаться и подключаться по отдельности. Отключение было бы целесообразным, если отдельные пучки волокон во время эксплуатации не работают больше на полную мощность или повреждаются. Предпочтительно предусмотреть общую подводящую трубу, соединенную с внутренними сторонами полых волокон. Неиспользуемые приемные места могут быть разъемно закрыты, т.е. «фиктивно установлены». Чтобы внутреннее пространство, т.е. пространство для пермеата, могло обогреваться, например, паром продукта, предпочтительно также, чтобы во внутреннем пространстве корпуса имелся теплообменник, т.е. имелась внутренняя система трубопроводов, по возможности, снабженная ребрами.

Чтобы пучки волокон можно было отключать по отдельности, в определенных случаях предпочтительно, чтобы каждое приемное место для фильтрующих картриджей имело отдельную подводящую трубу, снабженную соответствующим запорным клапаном.

Существенными элементами изобретения являются следующие:

монтаж с одной стороны;

отсутствие контакта резиновых колец круглого сечения с корпусом;

удерживаемые с помощью чаш торцовые кольца;

возможность наличия у каждого картриджа нескольких пучков волокон;

возможность наличия у каждого модуля нескольких картриджей.

Помимо этого, важным является следующее:

пучки волокон не должны быть самонесущими, картридж придает устойчивость. Это же является отличительным критерием относительно керамических (жестких) мембран;

хотя описание самих по себе чаш в соотвествии с уровнем техники имеется, оно не относится к чашам, охватывющим торцовые кольца и уже тем более к тому, что монтаж может осуществляться с одной стороны;

возможность монтажа картриджей с одной стороны;

возможность изготовления всех монтажных элементов из металла, а также из пластмассы; необязательность наличия шейки у отдельных пучков волокон (см. мультимодуль, фиг. 5-7); опционная возможность внутреннего обогрева;

центральная труба обладает «самонесущим свойством», которое не является обязательным признаком данного изобретения. Задача компенсатора состоит в том, чтобы имеющийся при определенных условиях поток осадка (5\гсср) отделять от потока продукта. Но и это не является абсолютно необходимым.

Картридж может содержать несколько пучков волокон, например, пучок волокон на картридж, 19 картриджей на модуль;

пучков волокон на картридж, 19 картриджей на модуль;

500 пучков волокон на картридж, 1 картридж на модуль.

Ниже более подробно поясняются три примера выполнения изобретения со ссылкой на чертежи, на которых фиг. 1 изображает детальный продольный разрез мембранного модуля с фильтрующим картриджем в соответствии с первым примером выполнения;

фиг. 2 - поперечный разрез отдельного модуля в соответствии со вторым примером выполнения;

фиг. 3 - продольный разрез по линии А-А на фиг. 2;

фиг. 4 - отдельный модуль в соответствии с фиг. 2 и 3, в перспективе;

фиг. 5 - поперечный разрез мультимодуля в соответствии с третьим примером выполнения;

фиг. 6 - продольный разрез по линии А-А на фиг. 5;

фиг. 7 - мультимодуль в соответствии с фиг. 5 и 6, в перспективе.

На всех чертежах одинаковые ссылочные позиции имеют одинаковое значение и поэтому при данных условиях поясняются лишь один раз.

В цилиндрическом корпусе 1, диаметр которого на фиг. 1 для наглядности сильно увеличен, установлен фильтрующий картридж (фиг. 1). Концы изображенных мембран 2 из полых волокон в одном пучке заделаны соответственно в компаундную массу 3, 4, называемую также заливка (ροΐΐίη§). Диаметр цилиндрической заливки уменьшается наружу, так что образуются своего рода шейки 5, 6. На окружную поверхность этих шеек 5, 6 насаживаются гильзообразные торцовые кольца 7, 8, причем заливки относительно торцовых колец уплотнены с помощью уплотнений 9, 10 (резиновых колец круглого сечения), уложенных в окружные пазы.

Кроме того, обе заливки 3, 4, 5, 6 соединены с подводящей и отводящей трубой 11, которая также заделана в компаундную массу и состоит из двух частично телескопически смещаемых друг в друга от

- 2 011083 резков трубы, как это показано на фиг. 1.

Заливки соединяются друг с другом торцовыми кольцами посредством двух сформированных в виде полутруб чаш 12, 13, образованных путем продольного разреза отрезка трубы.

Для этого служат расположенные на внутренней стороне окружные выступы 14, 15, 16, 17, причем выступы 16, 17 входят в окружные пазы 18, 19 торцовых колец 7, 8. В собранном виде две стяжные ленты 20, 21 заходят в соответствующие окружные пазы 27, 28 чаш 12, 13 и удерживают их жестко, но с возможностью разъема, в их положении.

При установке фильтрующий картридж вставляется в корпус с левой стороны. После этого фильтрующий картридж загерметизирован снаружи с помощью уплотнений 22, 23, установленных между торцовыми кольцами 7, 8 и корпусом 1. Окружной буртик 24 на внешнем конце торцового кольца служит в качестве упора, определяющего желательную глубину установки фильтрующего картриджа в корпус.

В процессе работы подаваемый материал (Гссб) с левой стороны поступает внутрь торцового кольца 7, оттуда в каналы мембран 2 из полых волокон, во внутреннюю полость торцового кольца 8, изображенную на фиг. 1 с правой стороны, а затем покидает фильтрующий картридж в виде остаточной фракции (гс1сШа1). Пермеат, прошедший сквозь мембраны, поступает вначале в полость, образованную чашами 12, 13, а через отверстия 25, 26 в чашах выходит наружу во внутреннее пространство корпуса 1.

Торцовые кольца 7, 8, подводящая и отводящая труба 11, чаши 12, 13 и стяжные ленты 20, 21 сделаны из металла. Заливки 3, 4, 5, 6 состоят из термопластичной полимерной компаундной массы. В качестве мембран из полых волокон могут быть использованы все обычные типы мембран.

Для установки оба замкнутых металлических торцовых кольца 7, 8 надеваются с обеих сторон на шейки 5, 6 заливки. Обе выполненные в виде полутруб чаши 12, 13 с обеих сторон укладываются вокруг пучка волокон с заливками. Чаши 12, 13 имеют два паза 16, 17, входящие в соответствующие пазы 18, 19 торцовых колец 7, 8. Затем две стяжные ленты 20, 21 входят в пазы 27, 28 чаш 12, 13, жестко соединяя их с пучком волокон и заливками.

Второй пример выполнения согласно фиг. 2-4 включает, по сравнению с первым примером выполнения, следующие изменения.

Мембраны из полых волокон, а также подводящая и отводящая труба на фиг. 3 не показаны.

Заливки соединяются друг с другом торцовыми кольцами посредством двух выполненных в виде полутруб чаш 12, 13, образованных путем продольного разреза отрезка трубы. Для этого служат фланцы 38, 39 чаш 12, 13, привинчиваемые к соответствующим фланцам торцовых колец 7, 8.

При установке фильтрующий картридж вставляется в корпус с левой стороны. Затем фильтрующий картридж с помощью уплотнений 22, 23, установленных между торцовыми кольцами 7, 8 и корпусом 1, уплотняется наружу. Фланец 37 и торец 40 на внешнем конце торцовых колец 7, 8 вместе с привинченными упорными кольцами 29, 30 служат для установки фильтрующего картриджа в корпусе 1.

Для установки оба замкнутых металлических торцовых кольца 7, 8 надеваются с обеих сторон на заливки. Обе выполненные в виде полутруб чаши 12, 13 с обеих сторон укладываются вокруг пучка волокон с заливками, а на фланцах 38, 39 привинчиваются к внутренним торцовым поверхностям торцовых колец 7, 8, чтобы жестко фиксировать чаши с пучком волокон и заливками.

Все уплотнения, предпочтительно, выполнены из резины и в виде колец с круглым сечением, уплотняют наружу фильтрующий картридж, располагаются между торцовыми кольцами 7, 8 и корпусом 1, но не касаются заливок. Ни одно уплотнение, соприкасающееся с заливками, не контактирует с корпусом 1, так что склеивание заливки вследствие использующихся при работе растворителей в подаваемом материале при выемке фильтрующего картриджа из корпуса не создает никаких проблем. Как уже было сказано, фильтрующий картридж устанавливается с одной стороны - слева.

Соответствующим образом может быть предусмотрен корпус с несколькими приемными элементами для фильтрующих картриджей, например, для 3, 7, 19 или 55 картриджей (фиг. 4-6). Затем фильтрующие картриджи вставляются, как было описано выше, в корпус мультимодуля. В этом случае все пучки волокон обтекаются материалом, подаваемым только через один патрубок. Пучки волокон делят пространство для пермеата. Правда в этом случае ни один пучок волокон не может быть отключен в отдельности. Если необходимо меньшее количество фильтрующих картриджей, то отдельные приемные места могут быть фиктивно установлены, т.е., закрыты. Корпус при необходимости может иметь внутренние трубы, предпочтительно снабженные ребрами для обогрева внутреннего пространства корпуса, например, за счет пара продукта. Кроме того, отдельные приемные элементы можно также обеспечить отдельными трубами с таким расчетом, чтобы пучки волокон можно было отключать и в отдельности.

Кроме того, у отдельного модуля в соответствии с фиг. 2-4 можно видеть два направляющих скоса 32, 33. Помимо этого, следует указать еще на наличие направляющих планок 34 для установки картриджей.

У мультимодуля в соответствии с фиг. 5-7 (третий пример выполнения) можно видеть 55 картриджей 42, соответствующих картриджу на фиг. 4, с примерно 580 волокнами в каждом, т.е., с общим количеством волокон порядка 32000.

Ниже поясняется аналогия картриджа с отдельным пучком волокон (фиг. 2-4) или с несколькими пучками волокон (фиг. 5-7, мультимодуль). Для простоты используются несколько характеристик (А-Г).

- 3 011083

A. Торцовое кольцо 8 (со стороны остаточной фракции) для отдельного пучка фаз или торцовая пластина 36 (со стороны остаточной фракции) для нескольких пучков волокон, внешний диаметр торцового кольца со стороны остаточной фракции или торцовой пластины со стороны остаточной фракции составляет в этом примере 229 мм.

Б. Торцовое кольцо 7 (со стороны подачи) для отдельного пучка фаз или торцовая пластина 35 (со стороны подачи) для нескольких пучков волокон. При этом следует иметь в виду, что для упрощения монтажа торцовое кольцо со стороны подачи имеет несколько меньший диаметр (см. фиг. 6).

B. Дистанцирующая гильза (чаши 13, 14). При этом следует иметь в виду, что в дополнение к вышеописанному выполнению дистанцирующая гильза также может иметь форму трубы (фиг. 2-4, отдельный модуль), поскольку она может быть привинчена к торцовым кольцам (другой вид геометрического замыкания).

Г. Уплотнение 9, 10 между заливкой и торцовым кольцом или торцовой пластиной.

Перечень ссылочных позиций

- корпус;

- мембрана из полых волокон (трубчатая мембрана);

- заливка;

- шейка заливки;

- торцовое кольцо;

- уплотнение;

- подводящая и отводящая труба;

- чаша (держатель);

- окружной выступ;

- окружной паз;

- стяжная лента;

- уплотнение;

- буртик;

- отверстие;

- паз;

- упорное кольцо;

- направляющий скос;

- направляющая планка;

- торцовая пластина (со стороны подачи);

- торцовая пластина (со стороны остающейся фракции);

- фланец;

- торец;

- пучок волокон;

- картридж.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Мембранный модуль для разделения веществ, в частности, посредством фильтрования поперечного потока, содержащий корпус (1) и по меньшей мере один установленный в нем сменный, самонесущий фильтрующий картридж с расположенными предпочтительно в продольном направлении полупроницаемыми мембранами (2) из полых волокон, концы которых заделаны компаундной массой (заливкой) (3, 4), отличающийся тем, что обе заливки (3, 4) имеют концевые колпачки, в частности, с гильзообраз

- 4 011083 ными торцовыми кольцами (7, 8) и что фильтрующий картридж включает в себя держатель (12, 13) для фиксации концевых колпачков или, соответственно, торцовых колец на заливках.
2. Мембранный модуль по п.1, отличающийся тем, что фильтрующий картридж вставляется в корпус (1) и извлекается из него с одной стороны.
3. Мембранный модуль по п.1 или 2, отличающийся тем, что держатель фиксирует торцовые кольца на заливках с геометрическим замыканием посредством выступов (14, 15, 16, 17) и при необходимости выемок (18, 19).
4. Мембранный модуль по пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что держатель выполнен как образующая внешнюю оболочку картриджа промежуточная труба, которая состоит из нескольких соединенных друг с другом, разделенных в продольном направлении чаш, в частности из двух выполненных в виде полутруб чаш (12, 13), которые, в частности, имеют отверстия (25, 26) для выхода пермеата.
5. Мембранный модуль по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что разделенные в продольном направлении чаши разъемно, в частности с помощью стяжных лент (20, 21) или свинчиваемых фланцев (38, 39), закреплены на торцовых кольцах и заливках.
6. Мембранный модуль по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что заливки уплотнены относительно торцовых колец.
7. Мембранный модуль по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что держатель фиксирует торцовые кольца относительно друг друга.
8. Мембранный модуль по одному из пп.1-7, отличающийся тем, что торцовые кольца состоят из металла.
9. Мембранный модуль по одному из пп.1-8, отличающийся тем, что держатель выполнен из металла.
10. Мембранный модуль по одному из пп.1-9, отличающийся тем, что торцовые кольца уплотнены относительно корпуса.
11. Мембранный модуль по одному из пп.1-10, отличающийся тем, что корпус имеет несколько приемных мест для соответствующего фильтрующего картриджа.
12. Мембранный модуль по п.11, отличающийся тем, что фильтрующие картриджи имеют одно общее пространство для пермеата, расположенное за пределами полых волокон.
13. Мембранный модуль по п.11 или 12, отличающийся тем, что предусмотрена общая подводящая труба, соединенная с внутренними сторонами полых волокон.
14. Мембранный модуль по одному из пп.11-13, отличающийся тем, что неиспользуемые приемные места разъемно закрыты.
15. Мембранный модуль по одному из пп.11-14, отличающийся тем, что внутреннее пространство корпуса имеет теплообменник.
16. Мембранный модуль по одному из пп.11, 12, 14 или 15, отличающийся тем, что каждое приемное место имеет отдельную подводящую трубу.