RU171611U1 - Gas separation membrane module - Google Patents
Gas separation membrane module Download PDFInfo
- Publication number
- RU171611U1 RU171611U1 RU2017104894U RU2017104894U RU171611U1 RU 171611 U1 RU171611 U1 RU 171611U1 RU 2017104894 U RU2017104894 U RU 2017104894U RU 2017104894 U RU2017104894 U RU 2017104894U RU 171611 U1 RU171611 U1 RU 171611U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas separation
- separation membrane
- membrane module
- module according
- housing
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
- B01D63/02—Hollow fibre modules
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к устройствам для мембранного разделения газовых смесей при помощи половолоконных мембран, а именно к газоразделительным модулям, и может быть использована в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.Газоразделительный мембранный модуль состоит из горизонтально расположенного цилиндрического корпуса с торцевыми крышками, включающего симметрично расположенные торцевые участки и центральный участок, имеющий постоянный по его длине внутренний и наружный диаметры, внутри которого, зеркально по отношению к центральной поперечной оси, установлены два картриджа, каждый из которых содержит цилиндрический пучок полых волокон, намотанных на опорную трубу. Концы полых волокон загерметизированы в торцевой глухой заливке, расположенной на центральном участке корпуса, и в торцевой пермеатной заливке, расположенной на торцевом участке корпуса. В центре корпуса установлен коллектор сбора ретентата, герметично соединенный с хвостовиками опорных труб и сообщенный со штуцером выхода ретентата, напротив которого установлен штуцер входа сырьевого потока.Повышение надежности работы модуля по параметрам долговечности, безотказности и сохраняемости элементов его конструкции при эксплуатации в условиях высокого перепада давления достигается за счет усовершенствования конструкции торцевой зоны модуля, обусловленной размещением штуцеров выхода пермеата на внешней поверхности торцевых участков корпуса, а также введения в конструкцию ограничительного элемента, исключающего перемещение картриджа в сторону центра корпуса при возникновении эффекта противодавления; предохранительного элемента, предохраняющего торцевую поверхность пермеатной заливки от разрушения высоким рабочим давлением и механическим воздействием упорного элемента. Боковая поверхность пучка полых волокон состоит из газонепроницаемой зоны и входной зоны, покрытой фильтрующим полотном, предохраняющим волокна от механическикой пыли. Использование указанных вариантов центрирующих устройств на элементах конструкции модуля способствует точности монтажа и надежности уплотнений. 23 з.п. ф-лы, 1 ил.The invention relates to devices for membrane separation of gas mixtures using hollow fiber membranes, namely gas separation modules, and can be used in gas, oil, chemical and other industries. The gas separation membrane module consists of a horizontally arranged cylindrical body with end caps, including symmetrically located end sections and a central section having a constant inner and outer diameters along its length, inside of which, mirrors In relation to the central transverse axis, two cartridges are installed, each of which contains a cylindrical bundle of hollow fibers wound around a support tube. The ends of the hollow fibers are sealed in the end blind filling, located on the Central part of the body, and in the end permeate filling, located on the end part of the body. A collector for retentate collection is installed in the center of the housing, hermetically connected to the shanks of the support pipes and connected to the retentate outlet fitting, opposite which a raw material inlet fitting is installed. achieved by improving the design of the end zone of the module, due to the placement of permeate outlet fittings on the outer surface of the torus central sections of the housing, as well as the introduction of a restrictive element in the design, which excludes the movement of the cartridge towards the center of the housing when a backpressure effect occurs; a safety element that protects the end surface of the permeate fill from destruction by high working pressure and mechanical impact of the thrust element. The lateral surface of the bundle of hollow fibers consists of a gas-tight zone and an entrance zone covered with a filter cloth that protects the fibers from mechanical dust. The use of these options centering devices on the structural elements of the module contributes to the accuracy of installation and reliability of the seals. 23 s.p. f-ly, 1 ill.
Description
Полезная модель относится к устройствам для мембранного разделения газовых смесей при помощи половолоконных мембран, а именно к газоразделительным модулям, и может быть использована в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.The utility model relates to devices for membrane separation of gas mixtures using hollow fiber membranes, namely to gas separation modules, and can be used in gas, oil, chemical and other industries.
Основными элементами типовой конструкция мембранного газоразделительного модуля являются цилиндрический корпус, торцевые крышки, один или два мембранных картриджа, установленных внутри корпуса и выполненных в виде пучка полых полимерных волокон, расположенных вокруг осевой перфорированной трубы, которые своими концами загерметизированы в торцевых заливках. Как правило, на торцевой поверхности заливки, расположенной возле торцевой крышки модуля, концы загерметизированных полых волокон открыты (пермеатная заливка), а в торцевой заливке на противоположном конце картриджа у центра модуля концы полых волокон загерметизированы полностью (глухая заливка). Поверхность пучка полых волокон каждого картриджа между торцевыми заливками имеет зону, закрытую газонепроницаемым покрытием, и входную зону, открытую для прохода газа в межволоконное пространство пучка полых волокон. Ввод сырьевого газа, вывод пермеата и ретентата осуществляются через каналы соответствующих штуцеров.The main elements of a typical design of a membrane gas separation module are a cylindrical body, end caps, one or two membrane cartridges installed inside the body and made in the form of a bundle of hollow polymer fibers located around an axial perforated pipe, which are sealed at their ends in end-faces. As a rule, on the end surface of the filling, located near the end cover of the module, the ends of the sealed hollow fibers are open (permeate filling), and in the end filling on the opposite end of the cartridge at the center of the module, the ends of the hollow fibers are completely sealed (blind filling). The surface of the hollow fiber bundle of each cartridge between the end fillings has a zone closed by a gas-tight coating and an inlet zone open for gas to pass into the interfiber space of the hollow fiber bundle. Input of raw gas, output of permeate and retentate are carried out through the channels of the respective fittings.
Одним из основных технических требований, предъявляемых к мембранным модулям как к основным узлам газоразделительного оборудования, являются простота конструкции, с одной стороны, и обеспечение надежности работы модуля в процессе газоразделения в условиях воздействия больших перепадов давления, с другой стороны. Поэтому при разработке или усовершенствования конструкции единичного мембранного модуля стоит задача повышения его надежности и долговечности при сохранении простоты конструкции, удобства монтажа и изготовления.One of the main technical requirements for membrane modules as the main components of gas separation equipment is the simplicity of design, on the one hand, and ensuring the reliability of the module during gas separation under the influence of large pressure drops, on the other hand. Therefore, when developing or improving the design of a single membrane module, the task is to increase its reliability and durability while maintaining the simplicity of design, ease of installation and manufacture.
Известен мембранный газоразделительный модуль, включающий цилиндрический горизонтально расположенный корпус, содержащий два симметрично расположенных торцевых участка большего диаметра, сопряженных коническими переходами с центральным участком меньшего диаметра и торцевыми крышками, внутри которого зеркально относительно его центральной поперечной оси расположены два мембранных картриджа. Мембранный картридж представляет собой пучок полых полимерных волокон, расположенных вокруг осевой перфорированной трубы, которые своими концами загерметизированы в торцевых заливках, причем пермеатная торцевая заливка пучка полых волокон каждого картриджа находится возле торцевой крышки модуля, а глухая заливка расположена на противоположном конце картриджа у центра модуля.Known membrane gas separation module, comprising a cylindrical horizontally located housing containing two symmetrically located end sections of a larger diameter, conjugated by conical transitions with a Central section of a smaller diameter and end caps, inside of which two membrane cartridges are located specularly relative to its central transverse axis. A membrane cartridge is a bundle of hollow polymer fibers located around an axial perforated pipe, which are sealed at their ends with end-ends, the permeate end-filling of the hollow fiber bundle of each cartridge located near the end cover of the module, and the blind filling is located at the opposite end of the cartridge at the center of the module.
Поверхность пучка полых волокон каждого картриджа между торцевыми заливками делится на газонепроницаемую зону, занимающую большую часть всей поверхности пучка, и значительно меньшую по длине открытую входную зону, предназначенную для прохода газа в межволоконное пространство пучка полых волокон. Газонепроницаемая зона характеризуется наличием внешнего экрана, выполненного из газонепроницаемого материала, и закрыта фильтрующим полотном для улавливания механической пыли. Входная зона не имеет такого покрытия и открыта для прохода газа в межволоконное пространство пучка полых волокон. При этом каждый картридж располагается внутри корпуса таким образом, что входная зона находится на торцевом участке корпуса модуля вблизи пермеатной заливки, а экранированная газонепроницаемая зона - на центральном участке.The surface of the bundle of hollow fibers of each cartridge between the end fills is divided into a gas-tight zone, which occupies most of the entire surface of the bundle, and a significantly smaller open entrance zone, designed for gas to pass into the interfiber space of the bundle of hollow fibers. The gas-tight zone is characterized by the presence of an external screen made of a gas-tight material, and is covered by a filter cloth for trapping mechanical dust. The entrance zone does not have such a coating and is open for the passage of gas into the interfiber space of the hollow fiber bundle. Moreover, each cartridge is located inside the housing in such a way that the entrance zone is located on the end portion of the module housing near the permeate fill, and the shielded gas-tight zone is located on the central section.
Длина торцевых участков с большим диаметром соответствует длине, ограниченной торцом корпуса и входной зоной. Внутренний диаметр центрального участка корпуса соответствует внешнему диаметру экранированной зоны и выполнен с возможностью одновременного обеспечения свободного монтажа/демонтажа мембранных картриджей и их плотной посадки в месте уплотнения кольцевыми прокладками, для установки которых на торцевых заливках картриджей выполнены проточки. После места уплотнения внутренний диаметр центральной части корпуса уменьшен до оптимального размера, обеспечивающего плотную посадку мембранных картриджей в корпусе.The length of the end sections with a large diameter corresponds to the length limited by the end of the housing and the entrance zone. The inner diameter of the central portion of the housing corresponds to the outer diameter of the shielded zone and is capable of simultaneously providing free mounting / dismounting of the membrane cartridges and their tight fit in the seal with ring gaskets, for installation of which grooves are made on the end faces of the cartridges. After the seal, the inner diameter of the central part of the housing is reduced to the optimum size, ensuring a tight fit of the membrane cartridges in the housing.
Между торцевой пермеатной заливкой каждого картриджа и соответствующей торцевой крышкой в корпусе установлены упорные элементы, выполненные, например, в виде цилиндрической втулки с отверстием для прохода пермеата в соответствующие штуцера.Between the end permeate filling of each cartridge and the corresponding end cover in the housing are mounted stop elements made, for example, in the form of a cylindrical sleeve with an opening for passage of permeate into the corresponding fittings.
На корпусе модуля перпендикулярно его продольной оси расположены штуцеры входа сырья и выхода пермеата и ретентата. При этом два штуцера входа сырья расположены на его торцевых участках напротив входных зон пучка полых волокон картриджей. Штуцер выхода ретентата расположен в центре корпуса модуля, а два штуцера выхода пермеата расположены на торцевых участках корпуса вблизи торцевых крышек (патент РФ на изобретение №2595699, B01D 63/04, 05.06.2015).On the module housing, perpendicular to its longitudinal axis, there are fittings for the input of raw materials and the output of permeate and retentate. In this case, two fittings for the input of raw materials are located at its end sections opposite the input zones of the bundle of hollow fiber cartridges. The retentate outlet fitting is located in the center of the module housing, and two permeate outlet fittings are located at the end sections of the housing near the end caps (RF patent for the invention No. 2595699, B01D 63/04, 06/05/2015).
Конструктивная особенность известного устройства состоит в расположении штуцеров пермеата на цилиндрическом корпусе модуля, что позволило снизить трудоемкость работ при монтаже/демонтаже мембранных картриджей в корпус модуля.A design feature of the known device is the location of the permeate fittings on the cylindrical module housing, which reduced the laboriousness of the installation / dismantling of the membrane cartridges in the module housing.
Однако известная конструкция модуля имеет ряд недостатков, касающихся обеспечения ее надежности и выполнения требуемых функций в условиях его применения:However, the known design of the module has several disadvantages regarding its reliability and performance of the required functions in the conditions of its application:
- изменение конструкции торцевого участка из-за расположения штуцеров выхода пермеата на цилиндрическом корпусе модуля и добавление в нее упорного элемента отрицательно сказалось на надежности работы модуля в целом. Фиксация пермеатной заливки со стороны торцевой крышки при помощи упорного элемента и непосредственный контакт торцевой поверхности заливки с ним приводит к тому, что в процессе эксплуатации модуля при резком падении давления сырьевого потока давление в пермеатной зоне становится выше, чем в межволоконном пространстве и возникает противодавление. Поскольку пермеатная заливка не имеет ограничений по осевому перемещению в сторону центра модуля, она будет смещаться в этом направлении, из-за чего упорный элемент потеряет сцепление с заливкой и, в зависимости от конструкции, центровку. При восстановлении рабочего перепада давления и возвращении пермеатной заливки в исходное состояние, особенно если такое возвращение будет происходить быстро, ее торцевая поверхность с открытыми концами полых волокон может быть повреждена или даже разрушена упорным элементом, что приведет к выходу модуля из строя. Аналогичные повреждения могут быть вызваны и перепадом давлений при нормальной работе модуля, когда давление в межволоконном пространстве пучка полых волокон значительно превышает давление в пермеатной зоне. Под действием рабочего перепада давлений торцевая поверхность будет испытывать на себе встречное давление упорного элемента, что также приведет к ее разрушению;- a change in the design of the end section due to the location of the permeate outlet fittings on the cylindrical module case and the addition of a thrust element to it negatively affected the reliability of the module as a whole. The fixation of permeate filling from the side of the end cap with the help of a stop element and direct contact of the end surface of the pouring with it leads to the fact that during operation of the module with a sharp drop in pressure of the feed stream, the pressure in the permeate zone becomes higher than in the interfiber space and backpressure occurs. Since the permeate filling has no restrictions on axial movement towards the center of the module, it will move in this direction, as a result of which the thrust element will lose adhesion to the filling and, depending on the design, alignment. When restoring the working pressure drop and returning the permeate filling to its original state, especially if such a return will occur quickly, its end surface with the open ends of the hollow fibers can be damaged or even destroyed by the stop element, which will lead to the failure of the module. Similar damage can be caused by pressure drop during normal operation of the module, when the pressure in the interfiber space of the bundle of hollow fibers significantly exceeds the pressure in the permeate zone. Under the action of the working differential pressure, the end surface will experience counter pressure of the thrust element, which will also lead to its destruction;
- дополнительным фактором, увеличивающим риск повреждения торцевой пермеатной заливки, прочность которой ослаблена наличием на ее торцевой поверхности открытых концов полых волокон, является и малая площадь ее контакта с упорным элементом, на которую при высоком перепаде рабочих давлений будет приходиться существенная нагрузка;- an additional factor that increases the risk of damage to the end permeate fill, the strength of which is weakened by the presence of open ends of hollow fibers on its end surface, is also the small area of its contact with the thrust element, which will bear a significant load at a high pressure drop;
- недостаточная надежность уплотнения по глухой торцевой заливке из-за неудобства ее монтажа, вызванного сложной конструкцией цилиндрического корпуса модуля; имеющего несколько участков разного диаметра и конические переходы между ними; такая конфигурация существенно затрудняет вставку и последующее уплотнение длинного картриджа в корпус модуля, особенно в условиях ограниченного пространства корпуса, когда установленная в соответствующую проточку на глухой заливке картриджа кольцевая прокладка должна преодолеть по внутренней поверхности корпуса до места уплотнения расстояние, равное длине картриджа, испытывая при этом его вес. Поскольку вероятность перекоса и/или повреждения прокладки в этой ситуации довольно высока, необходимая надежность уплотнения может быть не достигнута;:- insufficient reliability of sealing on blind end casting due to the inconvenience of its installation caused by the complex design of the cylindrical module housing; having several sections of different diameters and conical transitions between them; this configuration makes it very difficult to insert and subsequently seal a long cartridge into the module case, especially in conditions of limited space of the case, when the ring gasket installed in the corresponding groove on the blind filling of the cartridge must cover the distance equal to the length of the cartridge along the inner surface of the case to the seal, while experiencing its weight. Since the probability of distortion and / or damage to the gasket in this situation is quite high, the necessary reliability of the seal may not be achieved ;:
- точное и надежное сопряжения всех элементов данного уплотнения требует высокой чистоты обработки внутренней поверхности корпуса, соответствия ее размеров размерам глухой заливки, а также точности выполнения кольцевой проточки на ее поверхности. Несоответствие точности выполнения хотя бы одного из этих элементов может привести к недостаточной герметичности и надежности уплотнения и, следовательно, к выходу модуля из строя в процессе эксплуатации;- accurate and reliable pairing of all the elements of this seal requires high purity of processing the inner surface of the housing, matching its dimensions to the dimensions of blind filling, as well as the accuracy of making an annular groove on its surface. Inconsistency in the accuracy of at least one of these elements may lead to insufficient tightness and reliability of the seal and, consequently, to the failure of the module during operation;
- расположение штуцеров входа сырьевого газа в корпусе модуля непосредственно напротив открытых зон на поверхности пучка полых волокон картриджа, предназначенных для входа сырья в межволоконное пространство, также снижает надежность модуля, так как в процессе работы модуля такая подача сырья приведет к быстрому разрушению волокна и выходу модуля из строя. Причиной этого является механическое воздействие струи входного сырьевого потока непосредственно на волокно в открытой зоне, а также его термическое воздействие в период пуска, когда на холодный непрогретый пучок полых волокон картриджа с высокой скоростью подается горячий поток сырьевого газа;- the location of the raw gas inlet fittings in the module case directly opposite the open areas on the surface of the cartridge hollow fiber bundle, designed to allow the raw materials to enter the interfiber space, also reduces the reliability of the module, since during the operation of the module such a supply of raw materials will lead to rapid destruction of the fiber and the module exit out of service. The reason for this is the mechanical effect of the jet of the input feed stream directly on the fiber in the open zone, as well as its thermal effect during the start-up period, when a hot stream of raw gas is supplied at a high speed to the cold unheated bundle of hollow fiber of the cartridge;
- наличие фильтрующего полотна на поверхности экранированной газонепроницаемой зоны картриджа, в то время как волокно входной зоны лишено такого покрытия и не защищено от механической пыли, что, безусловно, приведет к его быстрому износу;- the presence of a filter cloth on the surface of the shielded gas-tight zone of the cartridge, while the fiber of the entrance zone is deprived of such a coating and is not protected from mechanical dust, which, of course, will lead to its rapid wear;
- сплошная перфорация опорной трубы, которая приводит к неравномерности прохождения сырьевого потока в межволоконном пространстве пучка и возникновению застойных зон и локальных напряжений.- continuous perforation of the support pipe, which leads to uneven passage of the feed stream in the interfiber space of the beam and the occurrence of stagnant zones and local stresses.
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является мембранный модуль в составе устройства для многостадийной очистки газовой смеси, включающий горизонтально расположенный цилиндрический корпус, содержащий центральный участок, симметрично расположенные торцевые участки и торцевые крышки. Центральный участок корпуса выполнен с постоянным внутренним и наружным диаметром. Внутри корпуса, зеркально по отношению к центральной поперечной оси, установлены два картриджа. Каждый картридж представляет собой пучок полых волокон, намотанных на перфорированную опорную трубу. Концы волокон пучка загерметизированы в двух торцевых заливках. На поверхности пермеатной заливки, расположенной в торцевом участке корпуса около крышки модуля, концы загерметизированных полых волокон открыты, что позволяет потоку пермеата свободно выходить из внутреннего волоконного пространства пучка волокон; а на поверхности глухой заливки на конце картриджа на центральном участке модуля концы полых волокон полностью загерметизированы. Пермеатные заливки являются границами между торцевыми и центральным участками корпуса.The closest analogue to the claimed technical solution is a membrane module as part of a device for multi-stage cleaning of the gas mixture, including a horizontally arranged cylindrical body containing a central section, symmetrically located end sections and end caps. The central section of the housing is made with a constant inner and outer diameter. Inside the case, two cartridges are mounted mirror-like with respect to the central transverse axis. Each cartridge is a bundle of hollow fibers wound around a perforated support tube. The ends of the beam fibers are sealed in two end fills. On the surface of the permeate filling, located in the end portion of the housing near the module cover, the ends of the sealed hollow fibers are open, which allows the flow of permeate to freely leave the inner fiber space of the fiber bundle; and on the surface of the blind fill at the end of the cartridge in the central portion of the module, the ends of the hollow fibers are completely sealed. Permeate fillings are the boundaries between the end and central sections of the body.
В центральной части корпуса и соосно ему установлен коллектор сбора ретентата, соединенный со штуцером выхода ретентата, расположенным на корпусе перпендикулярно его продольной оси. Напротив штуцера выхода ретентата, также перпендикулярно продольной оси корпуса, расположен штуцер сырьевого потока. Коллектор герметично соединен с хвостовиками концов опорных труб картриджей. Штуцеры пермеата размещены на торцевых крышках корпуса на его продольной оси (Полезная модель РФ 149982, B01D 63/02, 18.07.2014).In the central part of the casing and coaxially to it, a retentate collection collector is installed, connected to a retentate outlet fitting located on the casing perpendicular to its longitudinal axis. Opposite the retentate outlet fitting, also perpendicular to the longitudinal axis of the housing, there is a fitting for the feed stream. The collector is hermetically connected to the shanks of the ends of the cartridge support tubes. Permeate fittings are placed on the end caps of the housing on its longitudinal axis (Utility Model of the Russian Federation 149982, B01D 63/02, 07/18/2014).
Преимуществом прототипа, по сравнению с аналогом, является упрощенная форма обечайки корпуса и размещение коллектора сбора ретентата в центре корпуса. Совокупность указанных элементов конструкции устройства позволяет произвести монтаж и уплотнение картриджа в корпус без риска повреждения кольцевой прокладки, а также осуществить уплотнение полости ретентата по хвостовику опорной трубы картриджа, а не по глухой заливке, как в конструкции аналога, что обеспечивает более надежную герметизацию уплотнения и повышает надежность работы модуля в целом.The advantage of the prototype, compared with the analogue, is the simplified shape of the shell of the housing and the placement of the collector of the collection of retentate in the center of the housing. The combination of these structural elements of the device allows you to install and seal the cartridge in the housing without risk of damage to the annular gasket, as well as to seal the retentate cavity by the shank of the cartridge support tube, and not by blind filling, as in the analogue design, which provides more reliable sealing of the seal and increases reliability of the module as a whole.
Другим достоинством прототипа является наличие только одного штуцера сырьевого потока и его размещение в центральной части корпуса. Это позволяет обеспечить более равномерное распределение газового потока по периферии пучка полых волокон картриджа за счет снижения скорости и температуры потока газа при входе в корпус модуля и предохраняет незащищенное волокно во входной зоне пучка картриджа от повреждений из-за локального перегрева и механического воздействия входного потока, повышая тем самым надежность работы модуля.Another advantage of the prototype is the presence of only one fitting of the feed stream and its placement in the Central part of the body. This allows for a more uniform distribution of the gas flow along the periphery of the cartridge hollow fiber bundle by lowering the gas flow rate and temperature at the entrance to the module housing and protects the unprotected fiber in the input region of the cartridge bundle from damage due to local overheating and mechanical impact of the input flow, increasing thereby the reliability of the module.
Однако конструкция прототипа не лишена недостатков, негативно влияющих на надежность работы модуля и частично повторяющих вышеуказанные недостатки аналога: отсутствие фиксации пермеатной заливки картриджей в корпусе модуля, которая может вызвать их смещение в сторону торцевых крышек или в сторону центра при перепадах давления; отсутствие фильтрующего покрытия входной зоны пучка полых волокон; сплошная перфорация опорной трубы.However, the prototype design is not without drawbacks that adversely affect the reliability of the module and partially repeating the above disadvantages of the analogue: the lack of fixation of permeate filling of cartridges in the module housing, which can cause them to shift towards the end caps or towards the center with pressure drops; the absence of a filter coating for the entrance area of the hollow fiber bundle; continuous perforation of the support pipe.
Специфическим недостатком конструкции модуля прототипа, влияющим на надежность эксплуатации модуля в условиях высоких перепадов давлений газа, является размещение штуцеров пермеата на торцевых крышках корпуса. Такое расположение штуцеров не позволяет открывать крышки без демонтажа присоединенных к ним коммуникаций, что затрудняет монтаж/демонтаж картриджей в корпус модуля и усложняет запуск оборудования в эксплуатацию, особенно в составе газоразделительного блока, состоящего из нескольких модулей. Поскольку указанные операции ослабляют надежность уплотнений коммуникаций газоразделительного блока, после масштабного демонтажа оборудования требуется тщательная проверка герметичности уплотнений всех вновь собранных коммуникаций для обеспечения безотказности работы блока, что сказывается на надежности эксплуатации модуля в составе газоразделительного блока.A specific design flaw in the prototype module that affects the reliability of the module in conditions of high pressure drops is the placement of permeate fittings on the end caps of the housing. Such an arrangement of the fittings does not allow opening the covers without dismantling the communications connected to them, which complicates the assembly / disassembly of the cartridges in the module housing and complicates the commissioning of the equipment into operation, especially as part of a gas separation unit consisting of several modules. Since these operations weaken the reliability of the seals of the communications of the gas separation unit, after large-scale dismantling of the equipment, a thorough check of the tightness of the seals of all newly assembled communications is required to ensure the failure-free operation of the unit, which affects the reliability of operation of the module in the gas separation unit.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является усовершенствование конструкции мембранного модуля с целью обеспечения надежности его работы в процессе длительной эксплуатации в составе блочного газоразделительного устройстваThe technical problem to which the claimed utility model is directed is to improve the design of the membrane module in order to ensure the reliability of its operation during long-term operation as part of a block gas separation device
Технический результат состоит в повышении надежности работы модуля по параметрам долговечности, безотказности и сохраняемости элементов его конструкции при эксплуатации в условиях высокого перепада давления.The technical result consists in increasing the reliability of the module in terms of durability, reliability and retention of the elements of its structure during operation in conditions of high pressure drop.
Указанная задача решается за счет того, что в газоразделительном мембранном модуле, состоящем из горизонтально расположенного цилиндрического корпуса, включающего симметрично расположенные торцевые участки и центральный участок, имеющий постоянный по его длине внутренний и наружный диаметр, на внешней поверхности которого, в центре корпуса и перпендикулярно его продольной оси, размещены штуцеры входа сырьевого потока и выхода ретентата, а внутри которого, зеркально по отношению к центральной поперечной оси, установлены два картриджа, каждый из которых содержит цилиндрический пучок полых волокон, намотанных на опорную трубу, и торцевые заливки, в которых загерметизированы концы полых волокон, при этом на поверхности торцевой пермеатной заливки, расположенной на торцевом участке корпуса, концы загерметизированных полых волокон открыты, в то время как в торцевой глухой заливке, расположенной на центральном участке корпуса, концы полых волокон загерметизированы полностью, а в центре корпуса и соосно ему установлен коллектор сбора ретентата, герметично соединенный с хвостовиками опорных труб и сообщенный со штуцером выхода ретентата; а также торцевых крышек и штуцеров выхода пермеата, согласно полезной модели, штуцеры выхода пермеата расположены на внешней поверхности торцевых участков корпуса перпендикулярно его продольной оси; внутри корпуса, на границе центрального и каждого торцевого участка, выполнен ограничительный элемент, предназначенный для фиксации торцевой пермеатной заливки; между торцевой пермеатной заливкой и торцевой крышкой установлен упорный элемент, выполненный с возможностью прохождения пермеата в штуцер выхода пермеата; между упорным элементом и торцевой пермеатной заливкой дополнительно установлен предохранительный элемент с отверстиями, а боковая поверхность пучка полых волокон состоит из газонепроницаемой зоны и входной зоны, покрытой фильтрующим полотном.This problem is solved due to the fact that in the gas separation membrane module, consisting of a horizontally arranged cylindrical body, including symmetrically located end sections and a central section having a constant inner and outer diameter along its length, on the outer surface of which, in the center of the housing and perpendicular to it the longitudinal axis, the fittings for the inlet of the feed stream and the outlet of the retentate are placed, and inside of which, two cartridges are installed mirror-like with respect to the central transverse axis , each of which contains a cylindrical bundle of hollow fibers wound around the support tube, and end fillings in which the ends of the hollow fibers are sealed, while on the surface of the end permeate fill located on the end portion of the body, the ends of the sealed hollow fibers are open, while in the end blind filling located on the central part of the body, the ends of the hollow fibers are completely sealed, and in the center of the body and coaxially to it a collector for retentate collection is installed, hermetically connected to x ostovikami support tubes and communicated with the output fitting of the retentate; as well as end caps and permeate outlet fittings, according to a utility model, permeate outlet fittings are located on the outer surface of the end sections of the housing perpendicular to its longitudinal axis; inside the case, at the border of the central and each end section, a restrictive element is made, intended for fixing the end permeate fill; between the end permeate filling and the end cover is installed a stop element made with the possibility of passage of permeate into the outlet outlet of permeate; a safety element with holes is additionally installed between the stop element and the end permeate filling, and the side surface of the hollow fiber bundle consists of a gas-tight zone and an entrance zone covered with a filter cloth.
Дополнительное повышение надежности конструкции достигается за счет следующих признаков:An additional increase in the reliability of the design is achieved due to the following features:
- газонепроницаемая зона боковой поверхности пучка полых волокон также покрыта фильтрующим полотном;- the gas-tight zone of the lateral surface of the bundle of hollow fibers is also covered with a filter cloth;
- для увеличения площади входной зоны боковая поверхность пучка полых волокон не имеет газонепроницаемого участка и может состоять только из входной зоны, полностью открытой для входа газа;- to increase the area of the inlet zone, the lateral surface of the bundle of hollow fibers does not have a gas-tight section and can consist only of the inlet zone, completely open for gas inlet;
- опорная труба может иметь перфорацию только на участке, непосредственно примыкающем к торцевой глухой заливке, или по всей ее длине в межволоконном пространстве;- the support pipe may have perforation only in the area directly adjacent to the end blind filling, or along its entire length in the interfiber space;
- для центрирования хвостовика опорной трубы на него надевается дополнительная съемная направляющая; которая может быть выполнена в виде салазок или ролика. Центрирующая направляющая хвостовика также может иметь несъемную конструкцию;- to center the shank of the support pipe an additional removable guide is put on it; which can be made in the form of a slide or roller. The centering guide of the shank may also have a fixed structure;
- для обеспечения центровки картриджа при его установке в корпус могут быть выполнены центрирующие направляющие на боковой цилиндрической поверхности глухой заливки или центрирующие направляющие на внутренней поверхности обечайки корпуса;- to ensure alignment of the cartridge when it is installed in the housing, centering guides on the lateral cylindrical surface of the blind fill or centering guides on the inner surface of the shell of the housing can be made;
- центральный и торцевой участки корпуса модуля изготовлены в виде цилиндра, имеющего одинаковый постоянный наружный диаметр, при этом торцевой участок имеет увеличенный внутренний диаметр, благодаря чему на границе с центральным участком образуется ограничительный элемент в форме уступа, предназначенный для фиксации торцевой пермеатной заливки. В качестве ограничительного элемента могут быть использованы стопорное кольцо, установленное в проточенную на внутренней стороне корпуса канавку, или пружина, установленная на хвостовике опорной трубы картриджа;- the central and end sections of the module housing are made in the form of a cylinder having the same constant outer diameter, while the end section has an increased inner diameter, due to which a boundary element in the form of a step is formed at the border with the central section for fixing the end permeate fill. As a restrictive element, a circlip installed in a groove grooved on the inside of the housing or a spring mounted on the shank of the cartridge support tube can be used;
- упорный элемент может быть снабжен направляющими, которые центрируют его при монтаже модуля, при этом центрирующие направляющие упорного элемента могут быть съемной и несъемной конструкции;- the stop element can be provided with guides that center it during module installation, while the centering guides of the stop element can be of a removable and non-removable structure;
- предпочтительно, чтобы предохранительный элемент с отверстиями, установленный между упорным элементом и торцевой поверхностью пермеатной заливки, имел форму диска;- it is preferable that the safety element with holes mounted between the thrust element and the end surface of the permeate fill, has the form of a disk;
- предохранительный элемент и упорный элемент могут быть выполнены как единая конструкция, при этом предохранительный элемент дополнительно выполняет функцию направляющих;- the safety element and the thrust element can be made as a single design, while the safety element additionally serves as guides;
- предохранительный элемент с отверстиями, установленный между упорным элементом и торцевой поверхностью пермеатной заливки, может быть выполнен из металла, керамики, полимера или другого подходящего по прочности материала;- a safety element with holes installed between the thrust element and the end surface of the permeate fill may be made of metal, ceramic, polymer or other material of suitable strength;
- внешний размер упорного элемента максимально приближен к внутреннему диаметру торцевого участка корпуса, обеспечивая его центровку при монтаже в отсутствие направляющих;- the outer dimension of the thrust element is as close as possible to the inner diameter of the end portion of the housing, ensuring its alignment during installation in the absence of guides;
- цилиндрический корпус модуля может иметь вертикальное расположение. В этом случае в корпус устанавливается только один картридж, а вместо второго картриджа, со стороны глухой заливки после коллектора сбора ретентата, корпус заканчивается днищем.- the cylindrical housing of the module may have a vertical arrangement. In this case, only one cartridge is installed in the housing, and instead of the second cartridge, from the blind fill side after the retentate collection manifold, the housing ends with a bottom.
Устройство поясняется чертежом, на котором представлен газоразделительный мембранный модуль, включающий горизонтально расположенный цилиндрический корпус 1, содержащий центральный участок 2, симметрично расположенные торцевые участки 3 и торцевые крышки 4. Внутри корпуса, зеркально по отношению к его центральной поперечной оси, установлены два картриджа 5, каждый из которых представляет собой пучок полых волокон, намотанных на опорную трубу 6. Концы волокон пучка загерметизированы в двух торцевых заливках, причем на поверхности торцевой пермеатной заливки 7, расположенной на торцевом участке корпуса возле крышки модуля, концы загерметизированных полых волокон открыты, а на поверхности глухой торцевой заливки 8 на другом конце картриджа, на центральном участке модуля, концы полых волокон загерметизированы полностью. Поверхность пучка полых волокон между глухой и пермеатной заливками включает газонепроницаемую зону 9, изолированную от внешней среды с помощью специального газонепроницаемого покрытия, и свободную от указанного покрытия входную зону 10. Входная зона закрыта фильтрующим полотном.The device is illustrated in the drawing, which shows a gas separation membrane module, including a horizontally arranged cylindrical body 1, containing a Central section 2, symmetrically located
В центральной части корпуса и соосно ему установлен коллектор 11 сбора ретентата, в котором при помощи кольцевой прокладки 13, установленной в канавке, выполненной на его внешней поверхности, произведено кольцевое уплотнение хвостовика 12 открытого конца опорной трубы, проходящего через глухую заливку. Другой конец опорной трубы герметично заглушен в пермеатной заливке. В центральной части корпуса перпендикулярно его продольной оси расположены штуцер 14 входа сырьевого потока и штуцер 15 выхода ретентата, соединенный с коллектором сбора ретентата. Штуцеры 16 выхода пермеата расположены на торцевых участках корпуса вблизи торцевых крышек перпендикулярно его продольной оси. По внутренней поверхности торцевого участка корпуса при помощи кольцевой прокладки 17, установленной в канавку на боковой цилиндрической поверхности пермеатной заливки, выполнено уплотнение пермеатной заливки. Пермеатная заливка упирается в ограничительный элемент 18, имеющийся на внутренней поверхности торцевой части корпуса на границе центрального и торцевого участков каждого картриджа. Между торцевой крышкой и торцевой поверхностью глухой заливки расположен упорный элемент 19, выполненный с возможностью прохождения потока пермеата в штуцер выхода пермеата. Между торцевой поверхностью глухой заливки и упорным элементом установлен предохранительный элемент 20, имеющий отверстия для свободного выхода пермеатного потока из внутренних каналов полых волокон. Упорный элемент может быть снабжен направляющими, расположенными на его внешней поверхности для облегчения центровки. На участке опорной трубы картриджа, примыкающем к глухой заливке, выполнена перфорация 21. На боковой цилиндрической поверхности глухой заливки могут быть установлены направляющие 22, не препятствующие свободному прохождению сырьевого потока в кольцевом канале между глухой заливкой и внутренней стенкой корпуса.In the central part of the casing and coaxially to it, a
Мембранный газоразделительный модуль работает следующим образом.Membrane gas separation module operates as follows.
Поток сырьевого газа с относительно высоким давлением и высокой температурой поступает в центральную часть корпуса через штуцер 5 входа сырьевого потока. Затем поток равномерно распределяется в кольцевом канале между глухой заливкой 8 каждого картриджа и внутренней поверхностью корпуса 1 модуля и, стабилизируясь по температуре, движется вдоль изолированной газонепроницаемым материалом зоны 9 пучка волокон, и равномерно, со всех сторон, поступает в межволоконное пространство пучка через входную зону 10 картриджа, закрытую слоем фильтрующего полотна, на котором происходит механическая очистка сырьевого потока от примесей. Наличие указанных элементов конструкции модуля повышает надежность его работы за счет предохранения открытой поверхности волокна от повреждений термического характера, которые возникают при подаче горячего потока в холодный модуль, а также от механических повреждений частицами пыли. Затем, в межволоконном пространстве сырьевой газ начинает двигаться вдоль полых волокон в обратном направлении, в сторону центра модуля. При этом легкопроникающие компоненты (пермеат) начинают преимущественно проникать через стенку мембраны, концентрируясь в каналах полых волокон. В конце своего движения в межволоконном пространстве вдоль полых волокон сырьевой поток, обедненный по легкопроникающим компонентам, через частичную перфорацию 21 в опорной трубе 6, расположенную вблизи глухой заливки, и через ее внутренний канал, через хвостовик 12 покидает картридж в виде ретентата и поступает в коллектор 11 сбора ретентата. Сконцентрированные в каналах полых волокон легкопроникающие компоненты в виде потока пермеата с относительно низким давлением выходят через открытые концы полых волокон на торцевой поверхности пермеатной заливки 7, проходят через отверстия предохранительного элемента 20 и покидают модуль через отверстие в упорном элементе 19 и штуцер 16 выхода пермеата.The flow of raw gas with a relatively high pressure and high temperature enters the Central part of the housing through the nozzle 5 of the inlet of the feed stream. Then, the flow is evenly distributed in the annular channel between the
Второй картридж работает аналогичным образом, при этом ретентат второго картриджа через соответствующий патрубок поступает в коллектор 11 сбора ретентата, а затем выходит из модуля через штуцер 15 выхода ретентата в виде объединенного потока из двух картриджей. Пермеат второго картриджа выходит из модуля через второй штуцер 16 выхода пермеата.The second cartridge works in a similar way, with the retentate of the second cartridge through the corresponding pipe enters the
Таким образом, в результате усовершенствования конструкции торцевой зоны модуля, обусловленной установкой штуцеров выхода пермеата на внешней поверхности торцевых участков корпуса, также повышается надежность его работы: наличие ограничительного элемента, например, в виде уступа 18, исключает перемещение картриджа в сторону центра корпуса из-за противодавления, которое может возникнуть при работе модуля; предохранительный элемент 20 с отверстиями, установленный между упорным элементом 19 и торцевой поверхностью пермеатной заливки 7, предохраняет последнюю от разрушения высоким рабочим давлением и механическим воздействием упорного элемента.Thus, as a result of the improvement in the design of the end zone of the module due to the installation of permeate outlet fittings on the outer surface of the end sections of the housing, the reliability of its operation also increases: the presence of a restrictive element, for example, in the form of a
Использование указанных вариантов центрирующих устройств на картридже, упорном элементе и хвостовике опорной трубы способствует точности монтажа и надежности уплотнений.The use of these options centering devices on the cartridge, thrust element and the shank of the support pipe contributes to the accuracy of installation and reliability of the seals.
Выполнение перфорации 21 опорной трубы только на коротком участке вблизи глухой заливки 8 позволяет оптимизировать движение потоков в межволоконном пространстве пучка полых волокон, что также способствует надежности работы модуля в процессе газоразделения.Performing
Усовершенствованная конструкция заявляемого мембранного газоразделительного модуля обеспечивает надежность его работы в процессе длительной эксплуатации в составе блочного газоразделительного устройства, обеспечивает долговечность, безотказность и сохраняемость элементов его конструкции при использовании в условиях высоких перепадов давления.The improved design of the inventive membrane gas separation module ensures the reliability of its operation during long-term operation as part of a block gas separation device, ensures the durability, reliability and retention of its structural elements when used in conditions of high pressure drops.
Claims (24)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017104894U RU171611U1 (en) | 2017-02-15 | 2017-02-15 | Gas separation membrane module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017104894U RU171611U1 (en) | 2017-02-15 | 2017-02-15 | Gas separation membrane module |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU171611U1 true RU171611U1 (en) | 2017-06-07 |
Family
ID=59032777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017104894U RU171611U1 (en) | 2017-02-15 | 2017-02-15 | Gas separation membrane module |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU171611U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU181320U1 (en) * | 2018-02-14 | 2018-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ВЭЛТЕКС" | Membrane gas separation module |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010227837A (en) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Toray Ind Inc | Hollow fiber membrane module |
| RU115239U1 (en) * | 2011-12-15 | 2012-04-27 | Закрытое Акционерное Общество "Грасис" | MEMBRANE GAS SEPARATING MODULE |
| RU149982U1 (en) * | 2014-07-18 | 2015-01-27 | Закрытое Акционерное Общество "Грасис" | DEVICE FOR CLEANING THE GAS MIXTURE |
| WO2016195535A1 (en) * | 2015-06-05 | 2016-12-08 | Publichnoe Aktsionernoe Obschestvo "Gazprom" | Membrane gas separation module |
-
2017
- 2017-02-15 RU RU2017104894U patent/RU171611U1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010227837A (en) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Toray Ind Inc | Hollow fiber membrane module |
| RU115239U1 (en) * | 2011-12-15 | 2012-04-27 | Закрытое Акционерное Общество "Грасис" | MEMBRANE GAS SEPARATING MODULE |
| RU149982U1 (en) * | 2014-07-18 | 2015-01-27 | Закрытое Акционерное Общество "Грасис" | DEVICE FOR CLEANING THE GAS MIXTURE |
| WO2016195535A1 (en) * | 2015-06-05 | 2016-12-08 | Publichnoe Aktsionernoe Obschestvo "Gazprom" | Membrane gas separation module |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU181320U1 (en) * | 2018-02-14 | 2018-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ВЭЛТЕКС" | Membrane gas separation module |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5650767B2 (en) | Filtration device | |
| US5891222A (en) | Device for separating mixtures using stacked spaced membrane elements | |
| US4812235A (en) | Filter element assembly replaceable mesh pack | |
| RU2595699C1 (en) | Membrane gas-separating module | |
| KR102502797B1 (en) | Flexible adjustable membrane cartridges for separation of fluids | |
| RU171611U1 (en) | Gas separation membrane module | |
| RU154005U1 (en) | CONE FILTER | |
| EP3369469A1 (en) | Filter device | |
| JP4910179B2 (en) | Flow sensor | |
| KR20090038397A (en) | A filter candle comprising an elongated mesh pack | |
| WO2009109435A1 (en) | An elongate mesh pack for use as part of a filter candle | |
| US4622143A (en) | Double-ended hollow fiber permeator | |
| US20150240720A1 (en) | Inlet air filter arrangement, inlet air filter cartridge, and equipment for supporting inlet air filter cartridges for a gas turbine or a combustion turbine | |
| CN210410231U (en) | Ultrafiltration membrane filter and water purification system | |
| CN102802756A (en) | Filter | |
| EP3096855B1 (en) | Filter element having cover portion and filter assembly | |
| CN208512046U (en) | A kind of piping filter | |
| EP3539643B1 (en) | Dehumidifying element and dehumidifying device having same | |
| SE430654B (en) | PERMEATORAPPARAT | |
| US3121685A (en) | Filter | |
| US20200086243A1 (en) | Housing for filter element; filter element; methods of use and making | |
| US2789699A (en) | Candle filter | |
| US11918956B2 (en) | Membrane module | |
| CN210090078U (en) | Cross tank sampling probe | |
| JP2017006903A (en) | Filtering device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD9K | Change of name of utility model owner |