RU2046006C1

RU2046006C1 - Membrane apparatus

Info

Publication number: RU2046006C1
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, tubular membrane members, and tubes mounted parallel with the body axis. One tube is detachable. The device has fasteners for the membrane members. The fasteners are flat rings attached to the end-faces. Thrust tubes are rigidly attached to the rings. The free ends of the thrust tubes are threaded. There are sealing members in holes round the tubes, bushings and nuts on the free ends of the thrust tubes. EFFECT: simpler design; higher efficiency. 2 dwg

Description

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

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является мембранный 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 (заклеены) концы расположенных коаксиально 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. При этом у соседних мембранных элементов переточные каналы смещены относительно друг друга на 180^о. По всей поверхности мембранных элементов, кроме торцовых частей, нанесена полупроницаемая мембрана. Разделяемая смесь последовательно проходит все напорные камеры. В переточных каналах поток поворачивает на 180^о, а их 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 выводятся через патрубки из аппарата. Недостатки известного аппарата- недостаточная надежность и сложность изготовления, сборки и эксплуатации: во-первых, до сборки невозможно проверить качество нанесения полупроницаемой мембраны на поверхность мембранного элемента; во-вторых, аппарат состоит не из однотипных мембранных элементов, а из большого числа элементов различных диаметров, что при изготовлении и сборке значительно увеличивает номенклатуру используемой оснастки; в-третьих, при использовании в аппарате высокопроизводительных мембран эффективность аппарата снижается за счет значительного гидравлического сопротивления пористой основы элемента, и поэтому требуется либо увеличение толщины стенки мембранного элемента, либо уменьшения его длины; в четвертых, при повреждении покрытия мембранного элемента невозможно определить, какой из элементов вышел из строя, так как к выступающей из торцовой части элемента практически невозможно герметично присоединить щуп; в пятых, крепление мембранных элементов в трубных досках путем их вклеивания не позволяет заменять элементы без повреждения их или других элементов.The closest in technical essence to the proposed technical solution is a membrane apparatus containing 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 installed tubular membrane are fixed (glued). elements and a nozzle for the 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. Moreover, at adjacent membrane elements, the transfer channels are displaced relative to each other by 180 ^° . A semipermeable membrane is applied over the entire surface of the membrane elements, except for the end parts. The separated mixture passes successively all pressure chambers. In the transfer channels, the flow rotates through 180 ^° , and their last (central) chamber, the flow of the depleted shared mixture is discharged along the axis of the apparatus through the pipe. The compounds (permeate) that have passed through the membrane along the porous body of the membrane elements are discharged to the ends of these elements, collected in the end cap chambers, and discharged through the nozzles from the apparatus. The disadvantages of the known apparatus are the lack of reliability and complexity of manufacture, assembly and operation: firstly, prior to assembly it is impossible to verify the quality of applying a semi-permeable membrane to the surface of the membrane element; secondly, the apparatus does not consist of the same type of membrane elements, but of a large number of elements of various diameters, which in the manufacture and assembly significantly increases the range of equipment used; thirdly, when using high-performance membranes in the apparatus, the efficiency of the apparatus decreases due to the significant hydraulic resistance of the porous base of the element, and therefore either an increase in the wall thickness of the membrane element or a decrease in its length is required; fourthly, if the coating of the membrane element is damaged, it is impossible to determine which element has failed, since it is almost impossible to tightly attach the probe to the protruding from the end part of the element; fifthly, fastening of membrane elements in tube sheets by gluing them does not allow replacing elements without damaging them or other elements.

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 в известном аппарате, содержащем корпус, торцовые крышки с патрубками, трубчатые мембранные элементы, трубные доски и средство для крепления мембранных элементов в трубных досках, трубные доски установлены параллельно оси корпуса и одна из них выполнена съемной. Средство для крепления выполнено в виде прикрепленных к торцам мембранных элементов плоских колец с жестко присоединенным к ним опорными трубками, на свободных концах которых выполнена резьба, уплотнительных элементов, расположенных в отверстиях трубных досок вокруг трубок, установленных коаксиально снаружи трубок нажимных втулок и гаек, установленных на свободных концах опорных трубок и расположенных с внешней стороны трубных досок. Предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение надежности, упрощение изготовления, сборки и эксплуатации, так как: во-первых, на каждый мембранный элемент после закрепления на нем плоских колец с опорными трубками может быть нанесен селективный слой, качество нанесения которого легко может быть проверено, что позволяет гарантировать целостность наносимого слоя при его минимальной толщине; во-вторых, при повреждении селективного слоя какого-либо мембранного элемента, возникшем при сборке, перевозке или эксплуатации, обнаружение этого элемента не представляет сложности, так как к выступающим концам металлических опорных трубок легко и герметично может быть присоединен щуп течеискателя (гелиевого, галлоидного или др.); в-третьих, поврежденный элемент легко может быть извлечен из аппарата и заменен на новый; в-четвертых, герметизация опорных трубок в трубных досках с помощью уплотнительных элементов, прижимаемых с усилием к поверхности металлических опорных трубок, надежно изолирует камеры разделяемого потока и пермеата и позволяет многократно собирать и разбирать аппарат; в-пятых, использование в аппарате однотипных мембранных элементов с минимальной толщиной стенок, определяемой только конструктивной прочностью материала элементов, позволяет повысить эффективность аппарата при минимальных затратах, номенклатуре используемого технического оборудования и занимаемых производственных площадях. This is achieved by the fact that in the known apparatus comprising a housing, end caps with nozzles, tubular membrane elements, pipe boards and means for attaching membrane elements to pipe boards, the pipe boards are mounted parallel to the axis of the housing and one of them is removable. The fastening means is made in the form of flat rings attached to the ends of the membrane elements with support tubes rigidly attached to them, at the free ends of which are threaded, sealing elements located in the holes of the tube plates around the tubes installed coaxially outside the tubes of the pressure bushings and nuts mounted on the free ends of the support tubes and located on the outside of the tube plates. The proposed technical solution provides increased reliability, simplified manufacturing, assembly and operation, since: firstly, on each membrane element, after fixing flat rings with support tubes on it, a selective layer can be applied, the application quality of which can be easily checked, which allows guarantee the integrity of the applied layer with its minimum thickness; secondly, in case of damage to the selective layer of any membrane element that occurred during assembly, transportation or operation, the detection of this element is not difficult, since the probe of the leak detector (helium, galloid or easily) can be attached to the protruding ends of the metal support tubes other); thirdly, the damaged element can easily be removed from the device and replaced with a new one; fourthly, sealing the support tubes in the tube sheets with the help of sealing elements pressed against the surface of the metal support tubes reliably isolates the chambers of the shared flow and permeate and allows you to repeatedly assemble and disassemble the apparatus; fifthly, the use of the same type of membrane elements in the apparatus with a minimum wall thickness, determined only by the structural strength of the material of the elements, allows to increase the efficiency of the apparatus at minimal cost, the range of technical equipment used and occupied production areas.

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

Аппарат состоит из корпуса 1, торцовых крышек 2, 3 для подачи и удаления разделяемой смеси, двух трубных досок 4, 5, одна из которых (5) съемная, а другая (4) жестко соединена с корпусом 1, мембранных элементов 6, плоских колец 7, опорных трубок 8, уплотнительных элементов 9, нажимных втулок 10, гаек 11, крышек 12, 13 с полостями 14, 15, штуцеров 16, 17 для отвода пермеата и подачи удаляющей пермеат среды, прокладок 18-22 и патрубков 23, 24 для подачи и отвода разделяемой смеси, соответственно. The apparatus consists of a housing 1, end caps 2, 3 for supplying and removing a shared mixture, two tube plates 4, 5, one of which (5) is removable and the other (4) is rigidly connected to the housing 1, membrane elements 6, flat rings 7, support tubes 8, sealing elements 9, pressure sleeves 10, nuts 11, covers 12, 13 with cavities 14, 15, fittings 16, 17 for draining the permeate and supplying the permeate-removing medium, gaskets 18-22 and nozzles 23, 24 for supply and discharge of the shared mixture, respectively.

Сборка аппарата осуществляется следующим образом. Мембранные элементы 5 с закрепленными на них плоскими кольцами 7 и опорными трубками после нанесения селективного покрытия на их внешние поверхности и проверки качества покрытия устанавливаются на трубной доске 4, вводя опорные трубки 8 в отверстия трубной доски 4 (трубная доска 5 при этом снята с корпуса 1). С другой стороны трубной доски 4 на опорные трубки 5 надевают уплотнительные элементы 9, нажимные втулки 10 и закрепляют их гайками 11. Затем сверху одевают на свободные конца опорных трубок 8 съемную трубную доску 5 (для более точной и быстрой ориентации трубок 8 в их центральные каналы вставляют направляющие стержни, которые после установки на место трубной решетки 5 удаляются). Закрепляют трубную доску 5 на корпусе 1, надевают с внешней стороны трубной доски 5 на опорные трубки 8 уплотнительные элементы 9, нажимные втулки 10 и закрепляют их гайками 11. Далее закрепляют на корпусе 1 торцовые крышки 2, 3, а на трубных решетках 4, 5 крышки 12, 13. The assembly of the apparatus is as follows. Membrane elements 5 with flat rings 7 fixed on them and supporting tubes after applying selective coating to their external surfaces and checking the quality of the coating are installed on the tube plate 4, introducing the support tube 8 into the holes of the tube plate 4 (the tube plate 5 is removed from the housing 1 ) On the other side of the tube plate 4, sealing elements 9 are put on the support tubes 5, the pressure sleeves 10 and fixed with nuts 11. Then, a removable tube board 5 is put on the free ends of the support tubes 8 from above (for more accurate and faster orientation of the tubes 8 into their central channels insert the guide rods, which after installation in place of the tube sheet 5 are removed). Fix the tube plate 5 on the housing 1, put on the outside of the tube plate 5 on the support tubes 8, the sealing elements 9, the pressure sleeve 10 and fasten them with nuts 11. Next, end caps 2, 3 are fixed to the housing 1, and 4, 5 on the tube sheets lids 12, 13.

Работает предлагаемый аппарат следующим образом. Разделяемый поток через торцовую крышку 2 подается к мембранным элементам 6, обтекает их внешние поверхности и удаляется через торцовую крышку 3 из аппарата. Определенные компоненты из разделяемого потока селективно проникают через мембраны в пористую основу мембранных элементов 6, а из нее в центральные каналы этих элементов, из которых они выдуваются потоком продувочного газа, подаваемого из штуцера 17 через полость 15 в центральные каналы опорных трубок 8. Поток продувочного газа с пермеатом выдувается из мембранных элементов 6 через центральные каналы опорных трубок 8, установленных в отверстиях трубной доски 4, в полость 14, а из нее через штуцер 16 из аппарата. The proposed apparatus works as follows. The separated flow through the end cap 2 is supplied to the membrane elements 6, flows around their outer surfaces and is removed through the end cap 3 from the apparatus. Certain components from the shared stream selectively penetrate through the membranes into the porous base of the membrane elements 6, and from it into the central channels of these elements, from which they are blown by the purge gas stream supplied from the nozzle 17 through the cavity 15 into the central channels of the support tubes 8. The purge gas stream with permeate is blown out of the membrane elements 6 through the central channels of the support tubes 8 installed in the holes of the tube plate 4 into the cavity 14, and from it through the fitting 16 from the apparatus.

Claims

MEMBRANE APPARATUS, comprising a housing, end caps with nozzles, tubular membrane elements, tube plates and means for fastening the membrane elements in tube plates, characterized in that the tube plates are mounted parallel to the axis of the housing and one of them is removable, and the attachment means is made in in the form of flat rings attached to the ends of the membrane elements with support tubes rigidly attached to them, at the free ends of which a thread is made, sealing elements located in the pipe openings boards around the tubes mounted coaxially outside the tubes of the pressure sleeves, and nuts mounted on the free ends of the support tubes and located on the outside of the tube boards.