Изобретение относится к системам для разделения газов и жидкостей, в частности к аппаратам для мембранного разделения. The invention relates to systems for the separation of gases and liquids, in particular to apparatus for membrane separation.
Целью изобретения является повышение надежности при разделении высокоагрессивных и токсичных сред при повышенных температурах. The aim of the invention is to increase reliability in the separation of highly aggressive and toxic environments at elevated temperatures.
Поставленная цель достигается тем, что известный аппарат, содержащий трубчатый корпус, две торцевые крышки, размещенные у одного из торцевых крышек подвижную трубную решетку, в которой закреплены концы пучка мембраны элементов, кольцевой разделительный элемент, периферийная часть которого соединена со стенкой корпуса, штуцеры ввода и вывода разделяемой смеси и штуцер вывода пермеата, дополнительно снабжен второй подвижной трубной решеткой, в которой закреплены свободные концы мембранных элементов, укрепленные на подвижных трубных решетках стаканами с осевыми отверстиями, к которым присоединены штуцеры ввода и вывода разделяемой смеси, дополнительным кольцевым разделительным элементом. Оба разделительных элемента выполнены в виде металлических мембран и по внутреннему периметру присоединены к стаканам в донной части вокруг штуцера ввода разделяемой смеси и штуцера вывода разделяемой смеси. Зазоры между разделительными элементами и соответствующими торцевыми крышками δ меньше 0,8 ( δ p- 1/2 Δт ), где Δт - максимальное изменение длины мембранных элементов относительно корпуса в диапазоне рабочих температур; δp - максимальное значение прогиба разделительного элемента, при котором напряжение в его материале достигает допустимой величины. Разделительные элементы выполнены плоскими, гофрированными или в виде колпачков.This goal is achieved by the fact that the known apparatus comprising a tubular body, two end caps placed at one of the end caps a movable tube sheet, in which the ends of the membrane bundle of elements are fixed, an annular separation element, the peripheral part of which is connected to the wall of the housing, input fittings and the outlet of the shared mixture and the permeate outlet fitting, is additionally equipped with a second movable tube sheet, in which the free ends of the membrane elements are fixed, mounted on the movable tube etkah glasses with axial holes, which are attached to input and output fittings separated mixture, additional annular spacer member. Both separation elements are made in the form of metal membranes and are connected along the inner perimeter to the cups in the bottom around the nozzle for the input of the shared mixture and the nozzle for the output of the shared mixture. The gaps between the dividing elements and the corresponding end caps δ are less than 0.8 (δ p - 1/2 Δ t ), where Δ t is the maximum change in the length of the membrane elements relative to the housing in the operating temperature range; δ p - the maximum value of the deflection of the separation element, at which the voltage in its material reaches an acceptable value. The separation elements are made flat, corrugated or in the form of caps.
Техническое решение обеспечивает повышение надежности при разделении высокоагрессивных и токсичных сред при повышенных температурах за счет создания подвижности установленных в трубных решетках концов трубчатых или волоконных мембранных элементов, выполненных из керамики, углеграфитовых материалов, стекла или жестких полимеров, и компенсации технологических и конструктивных погрешностей (эксцентриситетов, овальностей, отклонений размеров и т. п. ) изготовления узлов и деталей аппарата (трубных решеток, стаканов, корпуса, фланцев) с помощью узлов с мембранными разделительными элементами, характеризуемыми описанным выше выполнением и взаимосвязью с другими деталями и узлами аппарата. Это позволяет избежать повреждений и разрушений мембранных и нанесенных на них слоев (что приводит к снижению надежности, особенно при воздействии высокоагрессивных сред при повышенных температурах) при сборке, перевозке, при воздействии вибрации и ударных нагрузок. Обеспечиваемая подвижность концов мембранных элементов позволяет компенсировать их перемещение относительно корпуса при изменении температуры из-за различия температурных коэффициентов расширения материалов мембранных элементов и корпуса. The technical solution provides increased reliability in the separation of highly aggressive and toxic environments at elevated temperatures by creating the mobility of the ends of tubular or fiber membrane elements installed in the tube sheets made of ceramics, carbon-graphite materials, glass or hard polymers, and compensating for technological and structural errors (eccentricities, ovality, size deviations, etc.) of the manufacture of units and parts of the apparatus (tube sheets, glasses, housing, flanges) with omoschyu nodes with membrane separation elements, characterized by the implementation described above and the relationship with other parts of the apparatus and nodes. This avoids damage and destruction of the membrane and the layers deposited on them (which leads to a decrease in reliability, especially when exposed to highly aggressive environments at elevated temperatures) during assembly, transportation, under the influence of vibration and shock loads. The provided mobility of the ends of the membrane elements allows you to compensate for their movement relative to the housing when the temperature changes due to differences in temperature expansion coefficients of the materials of the membrane elements and the housing.
На фиг. 1 представлен общий вид аппарата с плоскими разделительными элементами; на фиг. 2, 3 - закрепление в аппарате одного из гофрированных разделительных элементов и одного из разделительных элементов в виде колпачка. In FIG. 1 shows a General view of the apparatus with flat dividing elements; in FIG. 2, 3 — fixing in the apparatus of one of the corrugated separation elements and one of the separation elements in the form of a cap.
Аппарат состоит из трубчатого корпуса 1, мембранных элементов 2, представляющий собой стержни из пористого материала с системой продольных каналов 3, на поверхности которых нанесен селективный слой, двух трубных решеток 4, 5, в которых закреплены, например вклеены, мембранные элементы 2, двух стаканов 6, 7 с штуцерами 8, 9 ввода и вывода разделяемой среды, двух разделительных элементов 10, 11, закрепленных по центру вокруг штуцеров 8,9 с помощью гаек 12, 13 и втулок 14, 15, двух торцевых крышек 16, 17, двух фланцев 18, 19 корпуса 1, в одном 19 из которых выполнен канал 20, соединяющий камеру пермеата 21 с штуцером 22 вывода пермеата, и двух прокладок 23, 24 между трубными решетками 4, 5 и стаканами 6, 7. The apparatus consists of a tubular body 1, membrane elements 2, which is a rod of porous material with a system of longitudinal channels 3, on the surface of which a selective layer is applied, two tube sheets 4, 5, in which, for example, membrane elements 2, two glasses are fixed, glued 6, 7 with fittings 8, 9 for input and output of the shared medium, two separation elements 10, 11, fixed centrally around the fittings 8.9 using nuts 12, 13 and bushings 14, 15, two end caps 16, 17, two flanges 18, 19 of building 1, in one of which 19 can al 20 connecting the permeate chamber 21 with the permeate outlet fitting 22, and two gaskets 23, 24 between the tube sheets 4, 5 and the glasses 6, 7.
Работает аппарат следующим образом. Разделяемая среда, подаваемая в штуцер 8, распределяется в камере между стаканом 6 и трубной решеткой 4 и поступает из нее в продольные каналы 3 мембранных элементов 2. Компоненты разделяемой смеси из потоков, проходящих по каналам 3, селективно проникают через слои на поверхности этих каналов в пористую основу мембранных элементов 2 и далее в камеру между мембранными элементами 2 и корпусом 1 (камеру пермеата 21). Прошедшие по каналам 3 потоки собираются в камере между трубной решеткой 5 и стаканом 7 и выводятся через штуцер 9. Пермеат из камеры 21 по каналу 20 выводится через штуцер 22 из аппарата. The device operates as follows. The separated medium supplied to the nozzle 8 is distributed in the chamber between the glass 6 and the tube sheet 4 and enters from it into the longitudinal channels 3 of the membrane elements 2. The components of the separated mixture from the flows passing through the channels 3 selectively penetrate through the layers on the surface of these channels into the porous base of the membrane elements 2 and further into the chamber between the membrane elements 2 and the housing 1 (permeate chamber 21). The flows passing through channels 3 are collected in the chamber between the tube sheet 5 and the glass 7 and are discharged through the nozzle 9. The permeate from the chamber 21 through the channel 20 is discharged through the nozzle 22 from the apparatus.
