RU2026725C1 - Membrane apparatus for gas separation - Google Patents

Membrane apparatus for gas separation Download PDF

Info

Publication number
RU2026725C1
RU2026725C1 SU4955363A RU2026725C1 RU 2026725 C1 RU2026725 C1 RU 2026725C1 SU 4955363 A SU4955363 A SU 4955363A RU 2026725 C1 RU2026725 C1 RU 2026725C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
membrane
plug
collector
membranes
packets
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.В. Савинов
Е.М. Ковтеба
А.В. Тарасов
Original Assignee
Научно-производственное объединение "Полимерсинтез"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-производственное объединение "Полимерсинтез" filed Critical Научно-производственное объединение "Полимерсинтез"
Priority to SU4955363 priority Critical patent/RU2026725C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2026725C1 publication Critical patent/RU2026725C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

FIELD: gas separation. SUBSTANCE: membrane apparatus for gas separation has pressure body having pipe union for admission of gas mixture to be separated and discharge of separated components. Located in body is membrane roll member in form of central perforated header separated by plug. Wound on header are membrane packs formed by two interconnected membranes with draining channel between them and sheets of turbulator-separator between adjacent packs. Membrane roll member is made of even number of alternating membrane packs formed by two types of membranes with reverse selectivity, sealed by three outer sides and also by side adjacent to header up to plug. For even and odd packs sealing zone adjacent to header is located on different sides of plug. EFFECT: higher efficiency. 7 dwg

Description

Изобретение относится к аппаратурному оформлению процесса диффузионного разделения газовых смесей, а именно к конструкции мембранного аппарата для разделения газов. The invention relates to hardware design of the process of diffusion separation of gas mixtures, and in particular to the design of a membrane apparatus for gas separation.

Наиболее распространенная конструкция мембранных аппаратов с элементами рулонного типа состоит из напорного корпуса, имеющего штуцера ввода разделяемой газовой смеси и вывода апермеата. The most common design of membrane devices with elements of a roll type consists of a pressure head housing having a fitting for introducing a shared gas mixture and for discharging an apermeate.

В корпусе размещен рулонный элемент, содержащий один или несколько мембранных пакетов, образованных двумя мембранами с дренажным каналом между ними, а также листов турбулизатора-разделителя между смежными пакетами. Изготавливается такой рулонный элемент следующим образом. Лист мембраны складывается пополам активной стороной внутрь, в середину кладется лист турбулизатора-разделителя, таким образом получается мембранная заготовка. Мембранные заготовки в чередовании с дренажными материалами образуют мембранный канал или мембранный пакет рулонного элемента. Мембранные пакеты герметизированы с трех сторон периметра. A roll element is placed in the housing, containing one or more membrane bags formed by two membranes with a drainage channel between them, as well as sheets of a separator between adjacent bags. Such a roll element is made as follows. The membrane sheet is folded in half with the active side inward, a sheet of turbulizer-separator is placed in the middle, thus obtaining a membrane preform. Membrane blanks in alternation with drainage materials form a membrane channel or membrane package of a roll element. Membrane bags are sealed on three sides of the perimeter.

Описанная конструкция навита на перфорированный коллектор [1,2,3,4]. Отличительные особенности конструкций следующие: усовершенствован коллектор [3] , дренажный канал [2,3,4] , предложен способ герметизации дренажного канала [5]. The described design is wound onto a perforated collector [1,2,3,4]. Distinctive features of the structures are as follows: the collector [3], the drainage channel [2,3,4] have been improved, and a method for sealing the drainage channel [5] has been proposed.

Общий недостаток этих конструкций - частое повреждение мембраны в месте перегиба, особенно при использовании асимметричной мембраны. A common drawback of these designs is the frequent damage to the membrane at the inflection point, especially when using an asymmetric membrane.

Известна конструкция мембранного аппарата [6] с рулонным элементом, в котором мембранная заготовка образована соединением двух листов мембран клейкой лентой и согнута пополам в месте нахождения ленты таким образом, что клейкая лента находится с внутренней стороны. На центральный перфорированный коллектор спирально намотаны мембранные пакеты, образованные двумя мембранами с дренажным каналом между ними, и листы турбулизатора-разделителя между смежными пакетами. Три кромки пакетов герметизированы. A known design of the membrane apparatus [6] with a roll element, in which the membrane preform is formed by joining two sheets of membranes with adhesive tape and bent in half at the location of the tape so that the adhesive tape is on the inside. Membrane packets formed by two membranes with a drainage channel between them and sheets of a turbulizer-separator between adjacent packets are spirally wound onto a central perforated collector. The three edges of the bags are sealed.

Недостатки данной конструкции - невысокая разделяющая способность аппарата и низкая степень извлечения целевого компонента. The disadvantages of this design are the low separation ability of the apparatus and the low degree of extraction of the target component.

Цель изобретения - повышение эффективности работы аппарата путем увеличения его разделяющей способности и степени извлечения целевого компонента. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the apparatus by increasing its separating ability and the degree of extraction of the target component.

Цель достигается за счет использования в мембранном рулонном элементе двух типов мембран из которых одна более проницаема по одному компоненту, а вторая - по другому компоненту газовой смеси, а также за счет возможности получать более двух потоков продукта. The goal is achieved through the use of two types of membranes in the membrane roll element, one of which is more permeable to one component, and the second to the other component of the gas mixture, and also due to the ability to receive more than two product streams.

Поставленная цель достигается тем, что в мембранном аппарате рулонный элемент состоит из четного числа чередующихся мембранных пакетов, образованных двумя типами мембран с обратной селективностью. Коллектор разделен поперек заглушкой и служит для вывода двух потоков пермеата разного состава. Мембранный пакет имеет дополнительную зону герметизации, прилегающую к коллектору параллельно его оси. Зона расположена между внешней герметизированной стороной и заглушкой. This goal is achieved by the fact that in the membrane apparatus the roll element consists of an even number of alternating membrane packets formed by two types of membranes with reverse selectivity. The collector is divided across by a plug and serves to output two permeate flows of different composition. The membrane package has an additional sealing zone adjacent to the collector parallel to its axis. The zone is located between the outer sealed side and the plug.

Таким образом, предлагается мембранный аппарат для разделения газов, который содержит напорный корпус, имеющий штуцера ввода разделяемой газовой смеси и вывода апермеата, размещенный в корпусе мембранный рулонный элемент, в котором соединены поверхности двух мембран посредством липкой ленты, с центральным перфорированным коллектором, на который спирально намотаны мембранные пакеты, образованные двумя мембранами с дренажным каналом между ними, и листы турбулизатора-разделителя между смежными пакетами. Мембранный рулонный элемент состоит из четного числа чередующихся мембранных пакетов, образованных двумя типами мембран с обратной селективностью. Коллектор разделен поперек заглушкой, мембранный пакет имеет зону герметизации, прилегающую к коллектору параллельно его оси. Thus, a membrane gas separation apparatus is proposed that includes a pressure head housing having a nozzle for introducing a shared gas mixture and an apermeate outlet, a membrane roll element located in the housing, in which the surfaces of two membranes are connected by means of adhesive tape, with a central perforated collector onto which is helically wound membrane bags formed by two membranes with a drainage channel between them, and sheets of turbulator separator between adjacent packages. The membrane roll element consists of an even number of alternating membrane packets formed by two types of membranes with reverse selectivity. The collector is divided across by a plug, the membrane package has a sealing zone adjacent to the collector parallel to its axis.

Отличительные признаки данного технического решения: четное число чередующихся мембранных пакетов; мембранные пакеты образованы двумя типами мембран с обратной селективностью; коллектор разделен поперек заглушкой и служит для вывода двух потоков пермеата разного состава; имеется дополнительная зона герметизации мембранного пакета, прилегающая к коллектору и параллельная его оси. Зона расположена между внешней герметизированной стороной и заглушкой, по разные стороны от заглушки для четных и нечетных пакетов. Distinctive features of this technical solution: an even number of alternating membrane bags; membrane packets are formed by two types of membranes with reverse selectivity; the collector is divided across by a plug and serves to output two permeate flows of different composition; there is an additional zone of sealing the membrane package adjacent to the collector and parallel to its axis. The zone is located between the outer sealed side and the plug, on opposite sides of the plug for even and odd packets.

На фиг.1 показан мембранный аппарат, общий вид; на фиг.2 - схема укладки мембранных пакетов; на фиг.3 - коллектор рулонного элемента; на фиг.4 - две мембраны; на фиг.5 - организация потоков в рулонном элементе. Figure 1 shows a membrane apparatus, a General view; figure 2 is a diagram of the laying of membrane bags; figure 3 - the collector of the roll element; figure 4 - two membranes; figure 5 - organization of threads in the roll element.

Мембранный аппарат для разделения газов состоит из напорного корпуса 1, торцовых крышек 2 со штуцерами ввода исходной газовой смеси 3 и вывода апермеата 4. В корпусе аппарата размещен рулонный элемент 5. Манжета 6 делит область высокого и низкого давлений в корпусе аппарата. Коллектор 10 рулонного элемента разделен поперек с помощью заглушки 12. Симметрично заглушке выполнена перфорация 13. Две мембраны 7 и 8 с обратной селективностью соединены между собой посредством клейкой ленты 9, сварки, склейки и т.д. Между мембранами помещен лист турбулизатора-разделителя 16. Получается мембранная заготовка, представляющая напорный канал рулонного элемента. The membrane apparatus for gas separation consists of a pressure head housing 1, end caps 2 with fittings for inputting the initial gas mixture 3 and outlet apermeate 4. A roll element 5 is placed in the body of the device. The cuff 6 divides the high and low pressure region in the body of the device. The collector 10 of the roll element is divided transversely by means of a plug 12. Perforation 13 is performed symmetrically to the plug. Two membranes 7 and 8 with inverse selectivity are interconnected by means of adhesive tape 9, welding, gluing, etc. A sheet of turbulizer-separator 16 is placed between the membranes. A membrane blank is obtained which represents the pressure channel of the roll element.

К коллектору 10 приваривается несущий дренаж 14 канавками вверх, на него кладется лист промежуточного дренажа типа "Tricot" канавками вниз. Затем кладется мембранная заготовка таким образом, чтобы сверху оказалась мембрана 7, сверху два листа дренажа 15 канавками друг к другу. С трех сторон периметра и непосредственно у коллектора 10 справа параллельно оси наносится герметик 17. Bearing drainage 14 is welded to the collector 10 with grooves upward, a sheet of intermediate drainage of the “Tricot” type is grooved downwards. Then, the membrane preform is placed so that the membrane 7 is on top, and two sheets of drainage 15 are grooved to each other on top. On three sides of the perimeter and directly at the collector 10, a sealant 17 is applied to the right parallel to the axis.

Затем кладется вторая заготовка так, чтобы сверху оказалась мембрана 8. Кладутся два листа дренажа. Снова наносится герметик с трех сторон периметра и непосредственно у коллектора слева параллельно его оси; образуется мембранный пакет, состоящий из мембран 8. Далее цикл операций повторяется и заканчивается укладкой мембранной заготовки мембраной 8 сверху, т.е. укладкой четного числа пакетов с чередованием мембран. Затем описанная сборка навивается на коллектор. Then the second blank is placed so that the membrane 8 is on top. Two sheets of drainage are laid. Again, sealant is applied on three sides of the perimeter and directly at the collector on the left parallel to its axis; a membrane package consisting of membranes 8 is formed. Next, the cycle of operations is repeated and ends with the membrane preform being laid by the membrane 8 from above, i.e. stacking an even number of packets with alternating membranes. Then the assembly described is wound onto the collector.

Описанная схема укладки пакетов позволяет организовать потоки следующим образом. The described package stacking scheme allows you to organize the flows as follows.

Разделяемая газовая смесь через штуцер 3 подается в напорный корпус 1, поступает в напорные каналы рулонного элемента. В напорных каналах часть потока проходит через мембрану 8, более проницаемую по одну (целевому) компоненту. Пермеат-1 по дренажному каналу 14 движется от периферии к центру рулона, попадая в левую часть коллектора 10. Часть исходного потока проникает под мембрану 8, более проницаемую по другому компоненту смеси; по дренажному каналу 15 пермеат-2 попадает в правую часть коллектора и оба потока выводятся из аппарата через штуцеры 18 и 19 соответственно пермеат-1 и пермеат-2
Предлагаемый мембранный аппарат для разделения газов имеет более высокую разделяющую способность и обеспечивает более высокую степень извлечения целевого продукта по сравнению с аппаратом-прототипом.The separated gas mixture through the nozzle 3 is fed into the pressure housing 1, enters the pressure channels of the roll element. In the pressure channels, part of the flow passes through the membrane 8, which is more permeable along one (target) component. Permeate-1 through the drainage channel 14 moves from the periphery to the center of the roll, falling into the left side of the collector 10. A part of the initial stream penetrates under the membrane 8, which is more permeable along the other component of the mixture; through drainage channel 15, permeate-2 enters the right side of the collector and both flows are removed from the apparatus through fittings 18 and 19, respectively, permeate-1 and permeate-2
The proposed membrane apparatus for gas separation has a higher separation ability and provides a higher degree of extraction of the target product in comparison with the apparatus of the prototype.

На ЭВМ проведены расчеты задачи мембранного разделения газов гелий-метан на предлагаемом мембранном аппарате (вариант 1) и на аппарате-прототипе (вариант 2). On a computer, the tasks of the membrane separation of helium-methane gases were calculated on the proposed membrane apparatus (option 1) and on the prototype apparatus (option 2).

В а р и а н т 1 (фиг.6). Предлагаемый мембранный аппарат с рулонным элементом, состоящим из шести чередующихся мембранных пакетов, три из которых изготовлены из композитной кремнийорганической мембраны типа МДК "лестосил" с производительностью: по гелию - 0,15 м3/м2˙ч ˙ат; по метану - 0,3 м3/м2˙ч˙ ат. Три пакета изготовлены из асимметричной ацетатцеллюлозной мембраны с производительностью: по гелию - 0,3 м3/м2˙ч˙ат.; по метану - 0,007 м3/м2˙ч˙ат. Общая площадь мембран в аппарате -2,38 м2 (по 1,19 м2). На фиг.6 приведены следующие обозначения:
Qиск - расход исходного потока; Qп1 - расход пермеата-1; Qп2 - расход пермеата-2; Qа - поток апермеата. Целевой поток - пермеат-1.In a r and a t 1 (Fig.6). The proposed membrane apparatus with a roll element consisting of six alternating membrane bags, three of which are made of composite membrane type MDK "stelosil" with a capacity of: helium - 0.15 m 3 / m 2 ˙h ˙at; methane - 0.3 m 3 / m 2 ˙ h˙ at. Three bags are made of an asymmetric cellulose acetate membrane with a productivity of: helium - 0.3 m 3 / m 2 ˙ h˙at .; for methane - 0.007 m 3 / m 2 ˙h˙at. The total membrane area in the apparatus is 2.38 m 2 (1.19 m 2 each). Figure 6 shows the following notation:
Q lawsuit is the flow rate of the source stream; Q p1 - consumption of permeate-1; Q P2 - permeate-2 consumption; Q a is the apermeate flow. The target stream is permeate-1.

Степень извлечения гелия - СИНе =

Figure 00000001
= 30%
В а р и а н т 2 (фиг.7). Мембранный аппарат-прототип, все шесть пакетов изготовлены из асимметричной ацетатцеллюлозной мембраны площадью 2,38 м2.The degree of extraction of helium - SI Not =
Figure 00000001
= 30%
In a r and a n t 2 (Fig.7). The prototype membrane apparatus, all six packages are made of an asymmetric cellulose acetate membrane with an area of 2.38 m 2 .

Qп1 = 0,023 нм3/ч
Степень извлечения гелия в аппарате-прототипе составляет 9%.Q p1 = 0.023 nm 3 / h
The degree of extraction of helium in the apparatus of the prototype is 9%.

СИНе =

Figure 00000002
= 9%
Приведенные примеры наглядно показывают преимущества предлагаемого аппарата.SI Not =
Figure 00000002
= 9%
The above examples clearly show the advantages of the proposed device.

Claims (1)

МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ, содержащий напорный корпус, имеющий штуцера ввода разделяемой газовой смеси и вывода апермеата, размещенный в корпусе мембранный рулонный элемент в виде центрального перфорированного коллектора, на который спирально намотаны герметизированные с трех сторон периметра мембранные пакеты, образованные двумя соединенными между собой мембранами с дренажным каналом между ними, и листы турбулизатора-разделителя, расположенные между смежными пакетами, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности в работе аппарата путем увеличения его разделяющей способности и степени извлечения целевого компонента, мембранный рулонный элемент выполнен из четного числа чередующихся мембранных пакетов, образованных двумя типами мембран с обратной селективностью, коллектор разделен поперек заглушкой, а мембранные пакеты имеют прилегающую к коллектору дополнительную зону герметизации, при этом дополнительная зона герметизации параллельна оси коллектора и для четных и нечетных пакетов находится с разных сторон заглушки. A GAS SEPARATION MEMBRANE APPARATUS, comprising a pressure head housing having a nozzle for inputting a shared gas mixture and an apermeate outlet, a membrane roll element located in the housing in the form of a central perforated manifold, onto which membrane packets sealed on three sides of the perimeter are formed, formed by two interconnected membranes with a drainage channel between them, and sheets of turbulator-separator located between adjacent packages, characterized in that, in order to increase the efficiency the operation of the apparatus by increasing its separation ability and the degree of extraction of the target component, the membrane roll element is made of an even number of alternating membrane packets formed by two types of membranes with reverse selectivity, the collector is divided across by a plug, and the membrane packets have an additional sealing zone adjacent to the collector, the additional sealing zone is parallel to the axis of the collector and for even and odd packets is located on different sides of the plug.
SU4955363 1991-06-27 1991-06-27 Membrane apparatus for gas separation RU2026725C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4955363 RU2026725C1 (en) 1991-06-27 1991-06-27 Membrane apparatus for gas separation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4955363 RU2026725C1 (en) 1991-06-27 1991-06-27 Membrane apparatus for gas separation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2026725C1 true RU2026725C1 (en) 1995-01-20

Family

ID=21584383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4955363 RU2026725C1 (en) 1991-06-27 1991-06-27 Membrane apparatus for gas separation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2026725C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130098829A1 (en) * 2011-10-19 2013-04-25 General Electric Company Spiral wound membrane element and permeate carrier
RU2593769C2 (en) * 2011-11-04 2016-08-10 Ппг Индастриз Огайо, Инк. Microporous material with filtration and adsorption properties, and use thereof in methods of cleaning fluid flows
US9546326B2 (en) 2011-11-04 2017-01-17 Ppg Industries Ohio, Inc. Fluid emulsion purification processes using microporous materials having filtration and adsorption properties
US9896353B2 (en) 2011-11-04 2018-02-20 Ppg Industries Ohio, Inc. Hydrocarbon waste stream purification processes using microporous materials having filtration and adsorption properties

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Патент США N 3417870, кл. 210-320, 1968. *
2. Патент США N 4476022, кл. B 01B 31/60, 1984. *
3. Патент США N 3813334, кл. B 01D 13/00, 1974. *
4. Патент США N 4802982, кл. B 01D 13/00, 1989. *
5. Патент США N 3966616, кл. B 01D 31/00, 1976. *
6. Заявка Японии N 60-84106, кл. B 01D 13/00, 1985. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130098829A1 (en) * 2011-10-19 2013-04-25 General Electric Company Spiral wound membrane element and permeate carrier
RU2593769C2 (en) * 2011-11-04 2016-08-10 Ппг Индастриз Огайо, Инк. Microporous material with filtration and adsorption properties, and use thereof in methods of cleaning fluid flows
US9546326B2 (en) 2011-11-04 2017-01-17 Ppg Industries Ohio, Inc. Fluid emulsion purification processes using microporous materials having filtration and adsorption properties
US9896353B2 (en) 2011-11-04 2018-02-20 Ppg Industries Ohio, Inc. Hydrocarbon waste stream purification processes using microporous materials having filtration and adsorption properties

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6238561B1 (en) Corrugated axial filter with simple fold pattern and method of making it
US5458774A (en) Corrugated spiral membrane module
US5580452A (en) Moving liquid membrane modules
CN106110894A (en) Spiral wound reverse-osmosis membrane element, filter element and anti-penetration water purifier
EP3624921B1 (en) Improved low-pressure drop structure of particle adsorbent bed for adsorption gas separation process
CN102574043A (en) Filter cartridge with seal member and methods
EP0111423B1 (en) Transfer membrane apparatus
RU2026725C1 (en) Membrane apparatus for gas separation
CN103796743B (en) Lipophilicity infiltration vaporization membrane module
WO2023246738A1 (en) End surface confluence-type filter element assembly and filter element
EP0591116A1 (en) A membrane module and a method for its manufacture
CN106219681A (en) Reverse-osmosis membrane element, filter element and anti-penetration water purifier
JP7348692B2 (en) Cross flow membrane module
US4304669A (en) Device for the mass transfer between fluids
CN207237724U (en) Efficient collapsible membrane separator internals
JP2573670B2 (en) Spiral type membrane separation device
JPH06246125A (en) Gas separation membrane module
RU97115354A (en) MEMBRANEAN ROLL GAS-SEPARATING ELEMENT
KR900006015A (en) Thin film separator
JPH01288303A (en) Fluid separation element
JPH04330920A (en) Membrane separator
RU2033188C1 (en) Multichamber membrane filter
JPS5931282Y2 (en) liquid separator
RU2121393C1 (en) Membrane coiled member to separate gases and vapors
JPS6447405A (en) Spiraled membrane module