RU2052279C1

RU2052279C1 - Membrane apparatus

Info

Publication number: RU2052279C1
Application number: RU92016135A
Authority: RU
Inventors: Юрий Васильевич Тахистов; Анатолий Владимирович Маркевич
Original assignee: Юрий Васильевич Тахистов; Анатолий Владимирович Маркевич
Priority date: 1992-12-24
Filing date: 1992-12-24
Publication date: 1996-01-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: membrane apparatus has a rectangular dismountable housing, face covers, tubular membrane members, rectangular members in the form of skids mounted on the opposite walls of the housing. In the skids body longitudinal channels are made and holes for the hermetic fastening in them of the face ends of membrane members of one row and for the communication of their inner cavities with channels. The apparatus also has collectors mounted from the exterior side of the housing for feeding the discharging agent and tapping the permeate. The collectors are in communication with the channels by means of branch pipes having thickenings. Two more variants of the execution of the given apparatus are shown. EFFECT: simpler design. 4 cl, 14 dwg

Description

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

Наиболее близким по технической сущности к изобретению 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 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, а из последней (центральной) поток выводится по оси аппарата через патрубок. Прошедшие через мембрану соединения (пермеат) по пористому телу мембранных элементов выводится к торцам этих элементов, собираются в камерах торцовых крышек и выводятся через патрубки из аппарата.The closest in technical essence to the invention 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 elements are fixed, and a 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. 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 the pressure chambers, and from the last (central) stream, it is discharged along the axis of the apparatus through the nozzle. The compounds passing through the membrane (permeate) through 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.

Основными недостатками известного аппарата являются упрощение изготовления, сборки и эксплуатации, так как, 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 различного диаметра, что при изготовлении и сборке повышает трудоемкость и увеличивает номенклатуру используемой оснастки; в-третьих, при использовании в аппарате высокопроизводительных мембран эффективность аппарата снижается за счет значительного гидравлического сопротивления пористой основы элементов, и поэтому требуется либо увеличение толщины стенки мембранного элемента, либо уменьшение его длины; в-четвертых, при повреждении покрытия мембранного элемента невозможно определить какой из элементов вышел из строя, так как к выступающим частям элементов невозможно герметично присоединить щуп; в-пятых, после сборки и во время экспуатации невозможна визуальная проверка качества мембранного покрытия, так как все элементы распложены коаксиально. The main disadvantages of the known apparatus are the simplification of manufacture, assembly and operation, since, 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 increases the complexity and 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 elements, 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 of the elements has failed, since it is impossible to tightly attach the probe to the protruding parts of the elements; fifthly, after assembly and during operation, it is not possible to visually check the quality of the membrane coating, since all the elements are arranged coaxially.

Задачей, решаемой изобретением, является упрощение изготовления, сборки и эксплуатации аппарата. The problem solved by the invention is to simplify the manufacture, assembly and operation of the apparatus.

Это достигается тем, что известный аппарат, содержащий корпус, торцовые крышки с патрубками и трубчатые мембранные элементы, снабжен установленными на противоположных стенках корпуса прямоугольными элементами в виде брусьев, в теле которых выполнены продольные каналы и отверстия для герметичного крепления в них торцов мембранных элементов одного ряда и сообщения внутренних полостей последних с каналами и установленными с внешней стороны стенок коллекторами для подачи удаляющего агента и отвода пермеата, сообщенных с каналами посредством патрубков, имеющих уплотнения, установленных на внешних стенках корпуса, при этом корпус выполнен прямоугольным и разъемным. This is achieved by the fact that the known apparatus, comprising a housing, end caps with nozzles and tubular membrane elements, is provided with rectangular elements in the form of bars installed on opposite walls of the housing, in the body of which longitudinal channels and holes are made for hermetically securing the ends of the membrane elements of one row in them and communication of the internal cavities of the latter with channels and collectors mounted on the outside of the walls for supplying a removal agent and removal of permeate communicated with the channels in the middle Twomey nozzles having seals installed on the outer walls of the housing, the housing is rectangular and detachably.

Кроме того, аппарат может быть снабжен прямоугольными элементами в виде брусьев, в теле которых выполнены продольные каналы и отверстия для герметичного крепления в них торцов мембранных элементов одного ряда и сообщения внутренних полостей последних с каналами, стержнями для соединения брусьев в рамы и установленными у противоположных внутренних стенок корпуса коллекторами для подачи удаляющего агента и отвода пермеата, сообщенных с каналами посредством патрубков, имеющих уплотнения, при этом корпус выполнен прямоугольным и разъемным. In addition, the apparatus can be equipped with rectangular elements in the form of bars, in the body of which longitudinal channels and holes are made for hermetically securing the ends of the membrane elements of one row in them and communicating the internal cavities of the latter with channels, rods for connecting the bars into the frames and installed at opposite internal the walls of the housing by collectors for supplying a removing agent and removal of permeate communicated with the channels through pipes having seals, while the housing is rectangular and detachable oh.

Предлагаемый аппарат может быть снабжен установленным с внешней стороны противоположных стенок корпуса коллекторами для подачи удаляющего агента и отвода пермеата. Трубчатые мембранные элементы собраны в блоки посредством трубных решеток, к внешним сторонам которых жестко присоединены плиты, в теле которых выполнены каналы, сообщенные с внутренними полостями мембранных элементов и посредством патрубков с коллекторами, при этом блоки установлены на направляющих и закреплены в нем посредством уплотнительных элементов, а корпус выполнен прямоугольным и разъемным. Торцы мембранных элементов могут закрепляться в отверстиях брусьев (трубных решеток) либо непосредственно, либо через втулки, закрепляемые на торцах пористых цилиндров мембранных элементов. The proposed apparatus can be equipped with collectors installed on the outside of the opposite walls of the housing for supplying a removing agent and removal of permeate. The tubular membrane elements are assembled into blocks by means of tube sheets, to the outer sides of which plates are rigidly connected, in the body of which are channels connected to the internal cavities of the membrane elements and by means of nozzles with collectors, while the blocks are mounted on rails and secured therein by means of sealing elements, and the case is made rectangular and detachable. The ends of the membrane elements can be fixed in the holes of the bars (tube sheets) either directly or through bushings fixed to the ends of the porous cylinders of the membrane elements.

Первый и второй варианты изобретений обеспечивают упрощение изготовления, сборки и эксплуатации, так как: во-первых, аппарат состоит из однотипных мембранных элементов, что снижает трудоемкость изготовления и сборки и уменьшает число используемых при этом приспособлений, во-вторых, на мембранные элементы одного ряда (после закрепления их в отверстиях брусьев) легко и надежно может быть нанесен селективный слой при небольших количествах покрывающего раствора; в-третьих, селективное покрытие может быть проверено визуально или с помощью оптических приборов на наличие дефектов (трещин, раковин, пузырей), которые сразу могут быть устранены; в-четвертых, неисправный мембранный элемент легко может быть обнаружен, для чего определяется ряд, в котором этот элемент находится (путем отсоединения патрубков от коллекторов и присоединения к ним течеискателя); в-пятых, неисправный элемент легко удаляется из аппарата (вместе со всем рядом), т.е. замене подлежит только один ряд мембранных элементов. The first and second variants of the inventions simplify the manufacture, assembly and operation, since: firstly, the apparatus consists of the same type of membrane elements, which reduces the complexity of manufacturing and assembly and reduces the number of devices used in this case, and secondly, on membrane elements of the same row (after fixing them in the holes of the bars) a selective layer can be easily and reliably applied with small amounts of coating solution; thirdly, the selective coating can be checked visually or using optical instruments for defects (cracks, sinks, bubbles) that can be immediately eliminated; fourthly, a faulty membrane element can easily be detected, for which the row in which this element is located is determined (by disconnecting the nozzles from the collectors and attaching a leak detector to them); fifthly, the defective element is easily removed from the apparatus (along with everything nearby), i.e. only one row of membrane elements must be replaced.

В первом варианте изобретения ряды мембранных элементов устанавливаются в корпус путем введения каждого ряда элементов по соответствующим направляющим, а во втором варианте ряды мембранных элементов вместе с брусьями и стержнями закрепляются на коллекторах, после чего этажерка из рядов мембранных элементов охватывается стенками корпуса. Третий вариант изобретения обеспечивает упрощение изготовления, сборки и эксплуатации, так как, во-первых, аппарат состоит из мембранных элементов только одного типоразмера, во-вторых, на мембранные элементы нескольких рядов, закрепленных в соответствующей паре трубных решеток, легко и надежно может быть нанесен селективный слой при небольших расходах покрывающего раствора; в-третьих, блоки мембранных элементов легко устанавливаются в корпусе путем введения и по соответствующим направляющим и при этом гарантируется отсутствие повреждений и разрушений мембранных элементов и мест их заделки; в-четвертых, выступающие из корпуса патрубки просто и надежно герметизируются; в-пятых, неисправный мембранный элемент легко может быть обнаружен и заменен, для чего после отсоединения патрубков от коллекторов с помощью течеискателя определяетя мембранный блок, в котором находится этот элемент, и затем данный блок удаляется из аппарата и заменяется на новый, причем остальные мембранные блоки неподвергаются воздействиям. In the first embodiment of the invention, the rows of membrane elements are installed in the housing by introducing each row of elements along the respective guides, and in the second embodiment, the rows of membrane elements together with bars and rods are fixed on the collectors, after which a shelf of rows of membrane elements is covered by the walls of the housing. The third embodiment of the invention provides simplification of manufacture, assembly and operation, since, firstly, the apparatus consists of membrane elements of only one standard size, and secondly, membrane elements of several rows fixed in the corresponding pair of tube sheets can be easily and reliably applied a selective layer at low flow rates of the coating solution; thirdly, the blocks of membrane elements are easily installed in the housing by introducing and along the appropriate guides, while guaranteeing the absence of damage and destruction of the membrane elements and places of their sealing; fourthly, the nozzles protruding from the housing are simply and reliably sealed; fifthly, a defective membrane element can easily be detected and replaced, for which, after disconnecting the nozzles from the collectors using a leak detector, the membrane block in which this element is located is determined and then this block is removed from the apparatus and replaced with a new one, with the remaining membrane blocks are not affected.

На фиг.1-4 представлен предлагаемый аппарат, первый вариант; на фиг.5-8 то же, второй вариант; на фиг.9-14 то же, третий вариант. Figure 1-4 presents the proposed apparatus, the first option; figure 5-8 is the same, the second option; Figures 9-14 are the same, the third option.

Аппараты по первому и второму варианту включают корпус, состоящий из стенок 1-4, две торцевые крышки 5, 6 с патрубками 7, 8 для подачи разделяемой смеси и отвода концентрата, трубчатые мембранные элементы 9, размещенные рядами 10-14, брусья 15, 16 с отверстиями 17 и продольными каналами 18, коллекторы 19, 20, для подачи удаляющего агента и отвода пермеата, патрубки 21, 22, жестко соединенные с брусьями 15, 16, ниппеля 23, 24, жестко соединенные с коллекторами 19, 20, гаек 25 и уплотнительных прокладок 26. Apparatuses according to the first and second embodiment include a housing consisting of walls 1-4, two end caps 5, 6 with nozzles 7, 8 for supplying a separable mixture and discharge of concentrate, tubular membrane elements 9 placed in rows 10-14, bars 15, 16 with holes 17 and longitudinal channels 18, collectors 19, 20, for supplying the removing agent and removal of permeate, pipes 21, 22, rigidly connected to the beams 15, 16, nipples 23, 24, rigidly connected to the collectors 19, 20, nuts 25 and gaskets 26.

Селективное покрытие нанесено на внешние поверхности мембранных элементов 9, которые могут быть оборудованы втулками 27, прикрепленными к торцам цилиндра. В первом варианте аппарата уплотнение корпуса по патрубкам 21, 22 осуществляется с помощью прокладок 28 и гаек 29, а на стенках 1,3 выполнены направляющие 30, взаимодействующие с пазами в брусьях 15, 16. A selective coating is applied to the outer surfaces of the membrane elements 9, which can be equipped with bushings 27 attached to the ends of the cylinder. In the first embodiment of the apparatus, the housing is sealed along the nozzles 21, 22 by means of gaskets 28 and nuts 29, and on the walls 1.3 guides 30 are made, interacting with the grooves in the bars 15, 16.

Во втором варианте аппарата брусья 15, 16 скреплены в рамы с помощью стержней 28, 29 с одной стороны сваркой, а с другой винтами 30, при этом под торцовыми крышками 5, 6 установлены прокладки 31. In the second embodiment of the apparatus, the beams 15, 16 are fastened to the frames using rods 28, 29 on the one hand by welding, and on the other by screws 30, while gaskets 31 are installed under the end caps 5, 6.

Аппараты по первому и второму варианту работают следующим образом. The devices according to the first and second embodiment work as follows.

Разделяемая смесь подается по патрубку 7 через торцовую крышку 5 к мембранным элементам 9, при обтекании внешних поверхностей которых через селективное покрытие в их центральные каналы проникают определенные соединения. Сконцентрированная смесь, прошедшая между мембранными элементами всех рядов, удаляется через торцовую крышку 6 и патрубок 8 из аппарата. Удаляющий агент (газ или жидкость) распределяется к каждому ряду элементов через ниппеля 23 и патрубки 21, а затем по каналам 18 и отверстиям 17 попадает в внутренние полости каждого элемента 9. Удаляющий агент вытесняет пермеат из внутренних полостей мембранных элементов 9 через отверстия 17 и каналы 18 в патрубки 22 и далее через ниппеля 24 в коллектор 20 для удаления пермеата. The mixture to be separated is fed through the pipe 7 through the end cap 5 to the membrane elements 9, during the flow around the external surfaces of which through a selective coating certain compounds penetrate into their central channels. The concentrated mixture passing between the membrane elements of all rows is removed through the end cap 6 and the pipe 8 from the apparatus. The removal agent (gas or liquid) is distributed to each row of elements through the nipples 23 and nozzles 21, and then through the channels 18 and openings 17 it enters the internal cavities of each element 9. The removal agent displaces the permeate from the internal cavities of the membrane elements 9 through openings 17 and channels 18 to the nozzles 22 and then through the nipple 24 to the collector 20 to remove permeate.

Аппарат по третьему варианту включает корпус, состоящий из четырех стенок 1-4, торцовые крышки 5, 6 с патрубками 7, 8 для подачи разделяемой смеси и отвода концентрата, трубчатые мембранные элементы 9, собранные в блоки 10, 11, с помощью трубных решеток 12, 13, и плиты 14, 15 с системой каналов 16, стержни 17, закрепляемые винтами 18 на трубных решетках 12, 13, коллекторы 19, 20 для подачи удаляющего агента и отвода пермеата, патрубки 21, 22, жестко соединенные с плитами 14, 15, ниппеля 23, 24, жестко соединенные с коллекторами 19, 20, гайки 25 и прокладки 26, разжимаемые гайками 27. The apparatus according to the third embodiment includes a housing consisting of four walls 1-4, end caps 5, 6 with nozzles 7, 8 for supplying the mixture to be separated and for concentrate discharge, tubular membrane elements 9 assembled into blocks 10, 11, using tube sheets 12 , 13, and plates 14, 15 with a system of channels 16, rods 17 fixed by screws 18 on the tube sheets 12, 13, manifolds 19, 20 for supplying a removing agent and removal of permeate, pipes 21, 22, rigidly connected to the plates 14, 15 , nipples 23, 24, rigidly connected to the collectors 19, 20, nuts 25 and gaskets 26, expandable by nuts 27.

Для уплотнения корпуса по стенке 4 служит прокладка 28. Мембранные элементы 9 могут быть оборудованы втулками 29, прикрепленными к торцам пористых цилиндров мембранных элементов. Селективное покрытие нанесено на внешние поверхности мембранных элементов 9. На стенках 1,3 выполнены пазы 40, служащие направляющими для выступов на трубных решетках 10, 11. To seal the housing along the wall 4, a gasket 28 is used. Membrane elements 9 can be equipped with bushings 29 attached to the ends of the porous cylinders of the membrane elements. A selective coating is applied to the outer surfaces of the membrane elements 9. On the walls 1.3, grooves 40 are made, which serve as guides for the protrusions on the tube sheets 10, 11.

Аппарат по третьему варианту работает следующим образом. Разделяемая смесь подается по патрубку 7 через торцовую крышку 5 к мембранным элементам 9 и проходит между элементами всех рядов. Определенные соединения через селективное покрытие мембранных элементов 9 проникают в пористую основу этих элементов, в из нее во внутреннюю полость. Удаляющий агент (газ или жидкость) по коллектору 19 поступает в ниппеля 23 и патрубки 21, распределяется по каналам 16 в плитах 14 и попадает во внутренние полости мембранных элементов 9, вытесняет из них пермеат в каналы 16 плит 15. После чего через патрубки 22 и ниппеля 24 пермеат удаляется в коллектор 20. Сконцентрированная смесь выводится из аппарата через торцовую крышку 6 и патрубок 8. The apparatus according to the third embodiment works as follows. The separated mixture is fed through the pipe 7 through the end cap 5 to the membrane elements 9 and passes between the elements of all rows. Certain compounds through the selective coating of membrane elements 9 penetrate into the porous base of these elements, from it into the internal cavity. The removal agent (gas or liquid) through the collector 19 enters the nipples 23 and nozzles 21, is distributed through the channels 16 in the plates 14 and enters the internal cavities of the membrane elements 9, displaces the permeate from them into the channels 16 of the plates 15. Then through the nozzles 22 and the permeate nipple 24 is removed into the collector 20. The concentrated mixture is discharged from the apparatus through the end cap 6 and the pipe 8.

Claims

1. Membrane apparatus comprising a housing, end caps with nozzles and tubular membrane elements, characterized in that it is equipped with rectangular elements mounted on opposite walls of the housing in the form of bars, in the body of which longitudinal channels and holes are made for hermetically securing the ends of the membrane elements in them one row and communication of internal cavities with channels, and collectors mounted on the outside of the walls for supplying a removing agent and removal of permeate communicated with the channels by means of a tube having a seal mounted on the outer walls of the housing, the housing is rectangular and detachably.

2. A membrane apparatus comprising a housing, end caps with nozzles and tubular membrane elements, characterized in that it is provided with rectangular elements in the form of bars, in the body of which longitudinal channels and holes are made for hermetically securing the ends of the membrane elements of the same row and communicating internal the cavities of the latter with channels, rods for connecting the bars into the frame and collectors installed at the opposite inner walls of the housing for supplying a removing agent and removal of permeate communicated with the channel Alami through pipes having seals, while the housing is made rectangular and detachable.

3. A membrane apparatus comprising a housing, end caps with nozzles and tubular membrane elements, characterized in that it is equipped with collectors mounted on the outside of the opposite walls of the housing for supplying a removal agent and removal of permeate, the tubular membrane elements are assembled into blocks by means of tube sheets, to the outer sides of which are rigidly connected to the plate, in the body of which there are channels connected to the internal cavities of the membrane elements, and by means of nozzles to collectors, while Mounted on the rails and fixed in them by means of sealing elements, and the housing is made rectangular and detachable.

4. The apparatus according to claims 1 to 3, characterized in that the tubular membrane element is made in the form of a porous cylinder with a selective coating deposited on its surface.

5. The apparatus according to claims. 1-3, characterized in that the tubular membrane element is made in the form of a porous cylinder with a selective coating deposited on its surface and bushings attached to the ends of the cylinder.