RU2048868C1

RU2048868C1 - Membrane-type apparatus

Info

Publication number: RU2048868C1
Authority: RU
Inventors: Юрий Васильевич Тахистов; Анатолий Владимирович Маркевич
Original assignee: Юрий Васильевич Тахистов; Анатолий Владимирович Маркевич
Priority date: 1991-12-05
Filing date: 1991-12-05
Publication date: 1995-11-27

Abstract

FIELD: chemical composition separation equipment. SUBSTANCE: apparatus has shell, frames mounted in shell one above the other, diffuser for introducing flow to be separated, converging tube for discharge of flow to be separated, collectors for discharging permeate and supplying permeate removal medium, supporting bars mounted on frames, fastening rolls and retaining plates. Semipermeable membranes retained on supporting bars are formed as curved hoses defining alternating Z-shaped profiles, which divide shell into a set of parallel flow supply cavities. Substrates and retaining plates are positioned within each hose volume containing a set of parallel permeate discharge cavities interconnected at zones adjacent to hose bending points. Hose bendings are made on retaining plates, which are pressed to supporting bars by fastening rolls positioned outside hose. Hose ends are fixed in collector sections for discharge of permeate and supplying of permeate removal medium. Retaining plates are made from porous material or continuous material with a system of channels, which interconnect adjacent permeate discharge cavities. EFFECT: increased efficiency, simplified construction and enhanced reliability in operation. 3 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к разработке способов и аппаратуры для разделения химических соединений, в частности, к аппаратам для мембранного разделения. The proposed solution relates to the development of methods and apparatus for the separation of chemical compounds, in particular, apparatus for membrane separation.

Известен аппарат (авт. св. СССР N 1400637, кл. В 01 D 13/00, 1988), состоящий из мембранных элементов, промежуточных элементов и уплотнительных прокладок. Весь этот набор стягивается при помощи двух фланцев, тяг и гаек. A known apparatus (ed. St. USSR N 1400637, class B 01 D 13/00, 1988), consisting of membrane elements, intermediate elements and gaskets. This whole set is pulled together with two flanges, rods and nuts.

Основным недостатком известного аппарата является сложность сборки и эксплуатации, так как во-первых, в аппарате используется большое число деталей (на каждый элемент набора мембрана, основание, промежуточный элемент и уплотнительная прокладка) со сложное системой каналов; во-вторых, нетехнологична и трудоемка сборка большого числа деталей, в которых необходимо взаимное совмещение их каналов; в-третьих, сложно обеспечить достаточную герметичность при большом числе мембранных элементов в аппарате, значительно возрастает количество уплотняемых поверхностей, что приводит к неравномерности сжатия различных уплотнительных прокладок и увеличивает перекосы при сжатии элементов. The main disadvantage of the known apparatus is the complexity of assembly and operation, since, firstly, the apparatus uses a large number of parts (for each element of the set a membrane, base, intermediate element and gasket) with a complex channel system; secondly, the assembly of a large number of parts in which the mutual combination of their channels is not high-tech and time-consuming; thirdly, it is difficult to ensure sufficient tightness with a large number of membrane elements in the apparatus, the number of sealed surfaces increases significantly, which leads to uneven compression of various gaskets and increases distortions during compression of the elements.

Аналогичные аппараты (патент США N 4715955, кл. В 01 D 13/00, 1987 и авт. св. СССР N 1118388, кл. В 01 D 63/08, 1984) имеют несколько более простую конструкцию и также состоят из набора мембранных элементов, сжимаемых фланцами при помощи тяг и гаек. Similar apparatuses (US patent N 4715955, class B 01 D 13/00, 1987 and auth. St. USSR N 1118388, class B 01 D 63/08, 1984) have a slightly simpler design and also consist of a set of membrane elements compressed by flanges using rods and nuts.

Этим аппаратам присущи те же недостатки, что и известному аппарату. These devices have the same disadvantages as the known device.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является аппарат для разделения жидких и газообразных смесей, включающий корпус, дисковые опоры с укрепленными на них мембранами, образующие стянутый фланцами пакет мембранных элементов и коллектор для отвода пермеата. Внутренний объем опор образует полости для отвода пермеата, которые заполнены пористыми подложками и присоединены к коллектору для отвода пермеата. Между соседними опорами образованы полости для ввода и вывода разделяемого потока, в которых установлены проставки. Опоры имеют периферийные выемки, которые в соседних опорах расположены со смещением. Разделяемый поток проходит последовательно вдоль поверхности всех мембран, проходя по полостям между опорами через периферийные выемки. Closest to the proposed technical solution is an apparatus for separating liquid and gaseous mixtures, including a housing, disk supports with membranes mounted on them, forming a pack of membrane elements tightened by flanges and a collector for permeate removal. The internal volume of the supports forms cavities for removal of permeate, which are filled with porous substrates and attached to the collector for removal of permeate. Between adjacent supports are formed cavities for input and output of a shared stream, in which spacers are installed. The supports have peripheral recesses that are offset in adjacent supports. The separated flow passes sequentially along the surface of all membranes, passing through the cavities between the supports through peripheral recesses.

Основными недостатками известного аппарата являются, во-первых, необходимость изготовления и сборки большого числа (десятков и даже сотен) отдельных мембранных элементов; во-вторых, сборка мембранных элементов требует не только их соответствующей ориентации, но и обеспечения герметичности по всем поверхностям дисковых опор и всем соединениям полостей для отвода пермеата с коллектором; в-третьих, при выходе из строя (повреждении) хотя бы одной мембраны необходима разборка всего пакета мембранных элементов, т.е. всего аппарата. The main disadvantages of the known apparatus are, firstly, the need to manufacture and assemble a large number (tens and even hundreds) of individual membrane elements; secondly, the assembly of membrane elements requires not only their proper orientation, but also the provision of tightness on all surfaces of the disk supports and all cavity connections for the removal of permeate with a collector; thirdly, in case of failure (damage) of at least one membrane, it is necessary to disassemble the entire package of membrane elements, i.e. the whole apparatus.

Целью изобретения является упрощение сборки и эксплуатации аппарата. The aim of the invention is to simplify the assembly and operation of the apparatus.

Цель достигается тем, что в известный аппарат, содержащий полупроницаемые мембраны, полости для подачи разделяемого потока и отвода пермеата, подложки и проставки, введены корпус, рамы, установленные в корпусе одна над другой, диффузор для ввода разделяемого потока, конфузор для отвода разделяемого потока, коллекторы для отвода пермеата и подачи удаляющей пермеат среды, опорные стержни, установленные на рамах, крепежные валики и фиксирующие пластины. Мембраны, удерживаемые на опорных стержнях, выполнены в виде изогнутых рукавов, образующих периодические зигзагообразные фигуры, разделяющие объем корпуса на ряд параллельных полостей для подачи разделяемого потока, а во внутреннем объеме каждого рукава, состоящем из серии параллельных полостей для отвода пермеата, соединенных между собой в местах перегиба рукава, расположены подложки и фиксирующие пластины, причем перегибы рукавов образованы на фиксирующих пластинах, которые прижаты к опорным стержням крепежными валиками, размещаемыми с внешней стороны рукава, концы рукавов закреплены в секции коллекторов для отвода пермеата и подачи удаляющей пермеат среды. Фиксирующие пластины выполнены либо из пористого материала, либо из сплошного материала, в котором выполнена система каналов, сообщающих между собой соседние полости для отвода пермеата. Предлагаемое техническое решение обеспечивает упрощение сборки и эксплуатации аппарата, так как, во-первых, аппарат изготавливается из минимального числа деталей, технологичных и простых (рамы, рукава, стержни, пластины и валики); во-вторых, сборка аппарата заключается в выполнении простых и технологичных операций: установка в рукавах (не изогнутых) фиксирующих пластин и подложек между ними, закрепление фиксирующих пластин на рукаве с помощью опорных стеpжней и крепежных валиков, закрепление концов рукавов в секциях коллекторов, установка рукава на раме с фиксацией опорных стержней в прорезях в рамах и введением проставок между звеньями рукава, соединение секций коллекторов, установка рам в корпус, присоединение диффузора, конфузора и штуцеров; в-третьих, практически полное исключение негерметичности (перетекания среды из разделяемого потока в полости отвода пермеата), так как уплотнению (путем замазывания или заклеивания) подвергаются только концы рукавов; в-четвертых, при возникновении негерметичности из-за возможного при эксплуатации (перевозке, установке аппарата) грубых нарушений правил обращения с мембранными аппаратами поиск поврежденного рукава осуществляется просто и надежно путем подачи в корпус небольшого избыточного давления и последовательного подключения щупа к различным секциям коллектора; в пятых, легко может быть осуществлена замена поврежденного или засорившегося рукава путем изъятия из корпуса соответствующей рамы с этим рукавом и замены на аналогичные взаимозаменяемые узлы. The goal is achieved by the fact that in the known apparatus containing semipermeable membranes, cavities for supplying a shared flow and removal of permeate, a substrate and spacers, a housing, frames mounted in the housing one above the other, a diffuser for introducing a shared flow, a confuser for draining a shared flow, are introduced, manifolds for permeate removal and supply of permeate-removing medium, support rods mounted on frames, mounting rollers and fixing plates. The membranes held on the support rods are made in the form of curved sleeves forming periodic zigzag shapes dividing the body volume into a series of parallel cavities for supplying a shared flow, and in the internal volume of each sleeve consisting of a series of parallel cavities for permeate removal, interconnected in places of the bend of the sleeve, the substrates and the fixing plates are located, and the excesses of the sleeves are formed on the fixing plates, which are pressed to the support rods by fixing rollers, we place From the outer side of the sleeve, the ends of the sleeves are fixed in the collector section for draining the permeate and supplying the permeate-removing medium. The fixing plates are made either of a porous material or of a solid material, in which a system of channels is made, communicating adjacent cavities for permeate removal. The proposed technical solution simplifies the assembly and operation of the apparatus, since, firstly, the apparatus is made of a minimum number of parts, technological and simple (frames, sleeves, rods, plates and rollers); secondly, the assembly of the apparatus consists in performing simple and technological operations: installing fixing plates and substrates between them in the sleeves (not curved), fixing the fixing plates on the sleeve using support rods and fixing rollers, fixing the ends of the sleeves in the collector sections, installing the sleeve on the frame with fixing the support rods in the slots in the frames and the introduction of spacers between the links of the sleeve, the connection of the collector sections, the installation of the frames in the housing, the connection of the diffuser, confuser and fittings; thirdly, the almost complete elimination of leaks (flow of medium from a shared stream into the permeate discharge cavity), since only the ends of the sleeves are sealed (by putting on or gluing); fourthly, in the event of a leak due to possible gross violations of the rules for handling membrane devices during operation (transportation, installation of the apparatus), the search for a damaged sleeve is simple and reliable by applying small excess pressure to the housing and connecting the probe in series to different sections of the collector; fifthly, a damaged or clogged sleeve can easily be replaced by removing the corresponding frame from this sleeve from the case and replacing it with similar interchangeable units.

На фиг.1-3 представлен предлагаемый мембранный аппарат. Figure 1-3 presents the proposed membrane apparatus.

Мембранный аппарат включает корпус 1, рамы 2, установленные в корпус одна на другой, диффузор 3 для ввода разделяемого потока, конфузор 4 для отвода разделяемого потока, коллекторы для отвода пермеата и подачи удаляющей пермеат среды, состоящие из секций 5 и 6 соответственно, мембран в виде изогнутых рукавов 7-10, разделяющие объем корпуса на параллельные полости 11 для подачи разделяемого потока, в которых установлены проставки 12, подложки 13, установленные в полостях 14 для отвода пермеата, опорные стержни 15, к которым с помощью крепежных валиков 16 и гаек 17 прижаты фиксирующие пластины 18, штуцеры 19 и 20 для отвода пермеата и подачи удаляющей пермеат среды и проставки 21 с каналами 22, с помощью которых фиксируются в секциях 5 и 6 коллекторов концы рукавов 7-10. На штуцерах 19 и 20 устанавливаются уплотнители 23, разжимаемые гайками 24. Секции 5 и 6 коллекторов соединяются с помощью штуцеров 25, ниппелей 26 и гаек 27. The membrane apparatus includes a housing 1, frames 2 installed in the housing one on top of another, a diffuser 3 for introducing a shared flow, a confuser 4 for diverting a shared flow, collectors for removing permeate and supplying a permeate-removing medium, consisting of sections 5 and 6, respectively, of membranes in in the form of curved sleeves 7-10, dividing the body volume into parallel cavities 11 for supplying a shared flow, in which spacers 12 are installed, substrates 13 are installed in the cavities 14 for removing permeate, supporting rods 15, to which by means of fixing rollers 16 and nuts 17, the locking plates 18 are pressed, the fittings 19 and 20 for removing permeate and supplying the permeate-removing medium and spacers 21 with channels 22, with which the ends of the arms 7-10 are fixed in sections 5 and 6 of the manifolds. On the fittings 19 and 20 are installed seals 23, expandable by nuts 24. Sections 5 and 6 of the manifolds are connected using fittings 25, nipples 26 and nuts 27.

Сборка аппарата осуществляется следующим образом. The assembly of the apparatus is as follows.

Рукава 7-10 размещают на плоской поверхности и в них располагают на заданном расстоянии фиксирующие пластины 18, а между ними подложки 13. Затем фиксирующие пластины 18 закрепляют на рукавах 7-10 с помощью валиков 16, изогнутые концы которых пропускают через опорные стержни 15 и фиксируют эти концы гайками 17. Далее закрепляют (заклеивают) концы рукавов в секциях 5 и 6 вместе с проставками 21, вводимыми в концы рукавов 7-10. Поочередно устанавливают на раме 2 опорные стержни 15, перегибая при этом рукав и устанавливая проставку 12 после каждого перегиба. После установки на рамах 2 всех рукавов 7-10 соединяют секции 5 и 6 коллекторов, надевают корпус 1 на рамы 2. Затем присоединяют к корпусу диффузор 3 и конфузор 4, ввинчивают штуцера 19 и 20 в секции 5 и 6 коллекторов (через каналы в корпусе), устанавливают уплотнители 23 штуцеров 19 и 20 и разжимают гайками 24. The sleeves 7-10 are placed on a flat surface and the fixing plates 18 are placed at a predetermined distance, and the substrates 13 are between them. Then, the fixing plates 18 are fixed on the sleeves 7-10 using rollers 16, the curved ends of which are passed through the support rods 15 and fixed these ends with nuts 17. Next, the ends of the sleeves are secured (sealed) in sections 5 and 6 together with spacers 21 inserted into the ends of the sleeves 7-10. The support rods 15 are alternately mounted on the frame 2, bending the sleeve and installing a spacer 12 after each bending. After installing all the hoses 7-10 on the frames 2, connect the collector sections 5 and 6, put the housing 1 on the frames 2. Then connect the diffuser 3 and the confuser 4 to the housing, screw the fittings 19 and 20 into the collector sections 5 and 6 (through channels in the housing ), install the seals 23 fittings 19 and 20 and unclench with nuts 24.

Аппарат работает следующим образом. The device operates as follows.

Разделяемый поток поступает в диффузор 3 и из него распределяется по полостям 11 между звеньями рукавов 7 и 8, после чего проходит по этим полостям и попадает в промежуток между рукавами 7, 9 и 8, 10. Далее поток поступает в полости 11 между звеньями рукавов 9 и 10. Прошедший по этим полостям поток собирается в конфузоре 4 и выводится из аппарата. Удаляющая пермеат среда (газ) подается через штуцера 20 в секции 6 коллектора и из них через каналы 22 в проставках 21 продувается по зазорам в подложках 13 (по полостям 14) и через поры (отверстия) в фиксирующих пластинах 18. Проникшие через мембраны соединения подхватываются потоком этого газа и выносятся через каналы 22 в проставках 21 в секции 5 коллекторов, из которого пермеат удаляется через штуцера 19. The separated flow enters the diffuser 3 and from it is distributed into the cavities 11 between the links of the sleeves 7 and 8, after which it passes through these cavities and falls into the gap between the arms 7, 9 and 8, 10. Next, the flow enters the cavity 11 between the links of the arms 9 and 10. The stream passing through these cavities is collected in confuser 4 and is removed from the apparatus. The permeate-removing medium (gas) is supplied through the nozzle 20 in the collector section 6 and from them through the channels 22 in the spacers 21 it is blown through the gaps in the substrates 13 (through the cavities 14) and through the pores (holes) in the fixing plates 18. The compounds penetrated through the membranes the flow of this gas and carried out through the channels 22 in the spacers 21 in the collector section 5, from which the permeate is removed through the nozzle 19.

Claims

1. A MEMBRANE APPARATUS containing semipermeable membranes, substrates, spacers, a manifold for permeate removal and a cavity for input and output of a shared stream and permeate discharge, located in the housing, characterized in that it is equipped with a collector for supplying the permeate-removing medium, frames, mounted one above the other and supporting rods mounted on the frames, the casing is equipped with a diffuser for input and a confuser for outputting the shared flow, the membranes are placed using the supporting rods and are made in the form of iso The sleeves are equipped for fixing their position by plates placed inside, pressed against the rods by means of fixing rollers mounted on the outside of the sleeves, while the substrates are placed inside the sleeves, the collectors are made sectioned, and the ends of the sleeves are fixed in the sections of the collectors.

2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the plates are made of porous material.

3. The apparatus according to claim 1, characterized in that the plates are made with a system of channels connecting adjacent cavities of the arms.