RU2046005C1

RU2046005C1 - Membrane apparatus

Info

Publication number: RU2046005C1
Authority: RU
Inventors: Юрий Васильевич Тахистов; Анатолий Владимирович Маркевич
Original assignee: Юрий Васильевич Тахистов; Анатолий Владимирович Маркевич
Priority date: 1992-04-07
Filing date: 1992-04-07
Publication date: 1995-10-20

Abstract

FIELD: chemical industry; food industry; membrane equipment. SUBSTANCE: membrane apparatus has a body, end-face covers with branch pipes, deflectors dividing the body into chambers, turbulators, and tubular membrane members. On one end the members are plugged, and they are combined in blocks by means of tubes mounted in cylindrical shells. The shells have covers with leadaway branch pipes for permeate. The blocks are mounted in the chambers between the turbulators one above the other, and they are secured on the opposite walls of the body by means of covers and sealing rings. EFFECT: higher efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области способов и устройств для разделения газов и жидкостей, в частности к системам мембранного разделения. The invention relates to the field of methods and devices for the separation of gases and liquids, in particular to membrane separation systems.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является аппарат, содержащий цилиндрический корпус с патрубком для подачи разделяемой смеси, две торцовые крышки с патрубками для отвода фильтрата (пермеата), две трубные доски, в которых закреплены концы коаксиально расположенных трубчатых мембранных элементов и патрубок для отвода разделяемой смеси, жестко закрепленный на одной из трубных досок и пропущенный через одну из торцовых крышек. По всей длине мембранных элементов выполнены переточные каналы в виде щелей, соединяющих последовательно напорные камеры, образуемые между мембранными элементами. Разделяемая смесь последовательно проходит все напорные камеры, поворачивая в переточных каналах на 180^о, а из последней (центральной) камеры поток обедненной разделяемой смеси выводится по оси аппарата через патрубок. Прошедшие через мембрану соединения (пермеат) по пористому телу мембранных элементов выводятся к торцам этих элементов, собираются в камерах торцовых крышек и удаляется через патрубки из аппарата.The closest in technical essence to the claimed technical solution is an apparatus comprising a cylindrical body with a nozzle for supplying a shared mixture, two end caps with nozzles for draining the filtrate (permeate), two tube boards, in which the ends of the coaxially located tubular membrane elements and the nozzle for removal of the shared mixture, rigidly fixed to one of the tube plates and passed through one of the end caps. Overflow channels are made along the entire length of the membrane elements in the form of slots connecting the pressure chambers formed between the membrane elements in series. Shared mixture passes successively all the pressure chambers by rotating a downcoming channels 180 ^on and from the last (central) camera stream lean mixture to be separated is output by the apparatus through the pipe axis. The compounds (permeate) that have passed through the membrane through the porous body of the membrane elements are discharged to the ends of these elements, collected in the end cap chambers, and removed through the nozzles from the apparatus.

Недостатки известного аппарата недостаточная надежность и сложность изготовления, сборки и эксплуатации, так как, во-первых, аппарат состоит не из однотипных мембранных элементов, а из большого числа элементов различного диаметра, что при изготовлении и сборке значительно увеличивает номенклатуру используемой оснастки и трудоемкость проводимых операций, во-вторых, при использовании в аппарате высокопроизводительных мембран эффективность аппарата снижается за счет значительного гидравлического сопротивления пористой основы элементов, и поэтому требуется либо увеличение толщины стенки элементов, либо уменьшения их длины, и, в-третьих, при повреждении покрытия мембранного элемента невозможно определить, какой из элементов вышел из строя, так как к выступающей из трубной доски торцовой части мембранного элемента практически невозможно герметично присоединить щуп течеискателя, т. е. при выходе из строя хотя бы одного элемента аппарат не пригоден к дальнейшей эксплуатации. The disadvantages of the known apparatus is the lack of reliability and complexity of manufacture, assembly and operation, since, firstly, the apparatus does not consist of the same type of membrane elements, but of a large number of elements of different diameters, which, when manufacturing and assembling, significantly increases the range of used equipment and the complexity of the operations secondly, when using high-performance membranes in the apparatus, the apparatus’s efficiency is reduced due to the significant hydraulic resistance of the porous s, and therefore, either an increase in the wall thickness of the elements or a decrease in their length is required, and thirdly, if the coating of the membrane element is damaged, it is impossible to determine which of the elements has failed, since it is practically impossible to face the protruding end of the membrane element from the tube plate tightly connect the probe of the leak detector, i.e., if at least one element fails, the device is not suitable for further operation.

Цель изобретения повышение надежности, упрощение изготовления, сборки и эксплуатации. The purpose of the invention is to increase reliability, simplify manufacturing, assembly and operation.

Это достигается тем, что известный аппарат, содержащий корпус, торцовые крышки с патрубками, трубчатые мембранные элементы и трубные доски, снабжен обтекателями, разделяющими корпус на параллельно расположенные камеры и установленные в последних турбулизаторы. Трубчатые мембранные элементы выполнены заглушенными с одного конца и собраны в блоки посредством трубных досок, установленных в цилиндрических обечайках, имеющих крышку с патрубком для отвода пермеата, и днищ, блоки установлены в камерах между турбулизаторами один над другим, и закреплены на противоположных стенках корпуса посредством крышек и уплотнительных элементов. Изобретение обеспечивает повышение надежности, упрощения изготовления, сборки и эксплуатации, так как: во-первых, легко может быть определен мембранный блок, в котором вышел из строя мембранный элемент путем подключения течеискателя к патрубку для отвода пермеата; во-вторых, аппарат состоит из однотипных блоков, в которых используются мембранные элементы одного размера, что уменьшает номенклатуру используемой оснастки и упрощает проводимые технологические операции; в-третьих, герметизация и закрепление каждого блока отдельно позволяет устанавливать и заменять любой блок, не трогая остальные блоки; в-четвертых, герметизация каждого блока обеспечивает надежную изоляцию полостей аппарата; в-пятых, чередование размещения обечаек, в которых установлены мембранные блоки, расположенные рядом в соседних камерах, на разных стенках корпуса позволяет упростить введение этих блоков в корпус (они вводятся поочередно с разных сторон корпуса) и герметизацию блоков (обеспечивается свободный доступ к гайкам, прижимающим крышки к кольцевым уплотнительным элементам; в-шестых, наличие днища, фиксирующего заглушенные концы мембранных элементов, не только упрочняет конструкцию мембранного блока, но и предохраняет селективные слои крайних мембранных элементов от соприкосновения с обтекателями при введении мембранных блоков в корпус. This is achieved by the fact that the known apparatus comprising a housing, end caps with nozzles, tubular membrane elements and tube boards, is equipped with fairings that divide the housing into parallel chambers and installed in the latter turbulators. The tubular membrane elements are muffled at one end and assembled into blocks by means of tube plates installed in cylindrical shells having a cover with a pipe for removing permeate, and bottoms, blocks are installed in chambers between the turbulators one above the other, and are mounted on opposite walls of the housing by means of covers and sealing elements. The invention provides increased reliability, simplification of manufacture, assembly and operation, since: firstly, a membrane unit can be easily identified in which a membrane element is out of order by connecting a leak detector to a pipe for permeate removal; secondly, the apparatus consists of the same type of units in which membrane elements of the same size are used, which reduces the range of the used equipment and simplifies the ongoing technological operations; thirdly, sealing and securing each block separately allows you to install and replace any block without touching the rest of the blocks; fourthly, sealing of each block provides reliable isolation of cavities of the device; fifthly, the alternation of the arrangement of shells, in which the membrane blocks are located next to each other in adjacent chambers, on different walls of the casing makes it easier to introduce these blocks into the casing (they are introduced alternately from different sides of the casing) and sealing the blocks (free access to nuts is provided, pressing caps to the annular sealing elements; sixth, the presence of a bottom fixing the muffled ends of the membrane elements not only strengthens the design of the membrane block, but also protects the selective layers of extreme membrane elements from contact with fairings when introducing membrane blocks into the housing.

На фиг. 1 представлен мембранный аппарат (разрез А-А на фиг. 2); на фиг. 2 разрез Б-Б на фиг. 1. In FIG. 1 shows a membrane apparatus (section AA in FIG. 2); in FIG. 2, section BB in FIG. 1.

Аппарат состоит из корпуса 1, мембранных блоков 2-10, размещенных в камерах 11-13, ограничиваемых обтекателями 14-19, обечаек 20, крышек 21 с патрубками 22 для отвода пермеата, кольцевых уплотнительных элементов 23, гаек 24, торцовых крышек 25, 26 для подачи и отвода разделяемой смеси и турбулизаторы 27. Каждый мембранный блок включает трубную доску 28, мембранные элементы 29 и днище 30, фиксирующее заглушенные концы мембранных элементов 29. Полости между обтекателями 15 и 16, 17 и 18 и между обтекателями 14, 19 и стенками корпуса заполнены пористым материалом 31 (стекловолокном и т. п. ). К торцовым крышкам 25, 26 присоединены патрубки 32, 33. Сборка аппарата осуществляется следующим образом. На корпусе 1 устанавливается одна из торцовых крышек (26). Затем вводят в корпус сверху обтекатели 14-19 с приваренными к ним турбулизаторами 27 и поочередно вставляют в корпус 1 через обечайки 20 мембранные блоки 2-10. Каждый мембранный блок вводится в корпус 1 до соприкосновения их днищ 30 с противоположной стенкой корпуса 1. Затем устанавливают между обечайками 20 и поверхностью трубных досок 28 кольцевые уплотнительные элементы 23 и кpышками 21 с помощью гаек 24, навинчиваемых по резьбе, выполненной на внешней поверхности обечаек 20, уплотняют кольцевые элементы 23, жестко закрепляя тем самым мембранные блоки в обечайках 20. Затем устанавливают на корпусе торцовую крышку 25 для подачи разделяемой смеси. The apparatus consists of a housing 1, membrane blocks 2-10, placed in chambers 11-13, limited by cowls 14-19, shells 20, covers 21 with nozzles 22 for permeate removal, ring sealing elements 23, nuts 24, end caps 25, 26 for supplying and discharging the separated mixture and turbulators 27. Each membrane block includes a tube plate 28, membrane elements 29 and a bottom 30, fixing the muffled ends of the membrane elements 29. The cavities between the fairings 15 and 16, 17 and 18 and between the fairings 14, 19 and the walls the cases are filled with porous material 31 (glass fiber and r. n.). To the end caps 25, 26 connected pipes 32, 33. Assembly of the apparatus is as follows. One of the end caps (26) is mounted on the housing 1. Then, fairings 14-19 are introduced into the housing from above with turbulators 27 welded to them and membrane blocks 2-10 are inserted into the housing 1 through shells 20 in turn. Each membrane unit is inserted into the housing 1 until their bottoms 30 are in contact with the opposite wall of the housing 1. Then, annular sealing elements 23 are installed between the shells 20 and the surface of the tube plates 28 and the covers 21 with the help of nuts 24 screwed onto the outer surface of the shells 20 seal the annular elements 23, thereby rigidly fixing the membrane blocks in the shells 20. Then, an end cover 25 is mounted on the housing for supplying the mixture to be separated.

Аппарат работает следующим образом. Разделяемая смесь подается через торцовую крышку 25 в камеры 11, 12, 13, проходя по которым поток разделяемой смеси обтекает внешние поверхности мембранных элементов 29, на которые нанесены полупроницаемые мембраны. После прохождения мембранных элементов 29 блоков 8, 9, 10 поток обедненной разделяемой смеси выводится из аппарата через торцовую крышку 26. Определенные компоненты разделяемой смеси селективно проникают через мембраны в пористую основу мембранных элементов 29 и далее в центральные каналы этих элементов, из которых потоки проникших компонентов (пермеат) выводятся через патрубки 22 из аппарата. The device operates as follows. The separated mixture is fed through the end cap 25 into the chambers 11, 12, 13, passing through which the flow of the divided mixture flows around the outer surfaces of the membrane elements 29, on which are semi-permeable membranes. After passing through the membrane elements 29 of blocks 8, 9, 10, the depleted separated mixture stream is removed from the apparatus through the end cap 26. Certain components of the separated mixture selectively penetrate through the membranes into the porous base of the membrane elements 29 and then into the central channels of these elements, from which the flows of penetrated components (permeate) are discharged through nozzles 22 from the apparatus.

Claims

MEMBRANE APPARATUS, comprising a housing, end caps with nozzles, tubular membrane elements and tube boards, characterized in that it is equipped with cowls that divide the housing into parallel chambers and installed in the latter turbulators, tubular membrane elements are muffled from one end and assembled into blocks by means of pipe boards installed in cylindrical shells having a cover with a pipe for removing permeate, and bottoms, the blocks are installed in chambers between the turbulators one above the other fastened on opposite walls of the housing by means of covers and sealing elements.