RU2121393C1

RU2121393C1 - Membrane coiled member to separate gases and vapors

Info

Publication number: RU2121393C1
Application number: RU97114909A
Authority: RU
Inventors: А.И. Костин; Е.Э. Дерягина; С.Б. Масленин; А.В. Тарасов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Новые Мембранные Системы"
Priority date: 1997-09-05
Filing date: 1997-09-05
Publication date: 1998-11-10

Abstract

FIELD: separation of gases in chemical, petrochemical and gas industries, in mechanical engineering, in medicine, in gas analyzing equipment. SUBSTANCE: membrane coiled member to separate gases and vapors has perforated collector with coiled bearing drainage in the form of external spacers and intermediate spacers put between them and folded sheets of flat membranes between which vortex generator is positioned. Bearing drainage and sheets of flat membranes are sealed over perimeter forming membrane package whose length exceeds its width. Collector mat have partitions. One of them is installed inside it to form inlet of additional flow directed by countercurrent flow to feeding flow and the other one is located inside membrane package and is directed towards periphery of membrane package stopping short of sealing seam parallel to collector. Such design of membrane coiled member makes it feasible to increase productivity and efficiency in separation of gases and vapors by 2- 3 times.. EFFECT: increased productivity and efficiency of membrane coiled member. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области мембранного газоразделения и может быть использовано в химической, нефтехимической, газовой промышленности, в машиностроении, медицине, газоаналитической технике. The invention relates to the field of membrane gas separation and can be used in the chemical, petrochemical, gas industry, in mechanical engineering, medicine, gas analysis technology.

Известны мембранные рулонные элементы для разделения газовых и жидких смесей (а. с. NN 583809, 585855, 1614237, пат. России NN 2026725, 2069085, пат. США NN 3813334, 44476022, 4802982). Общий недостаток этих конструкций - невозможность организации режима противотока и большое пневматическое сопротивление дренажа. Известна конструкция рулонного мембранного газоразделительного элемента (а.с. 1655728), состоящего из перфорированного коллектора с навитыми на него сложенными листами плоских мембран, между которыми расположен турбулизатор, наружных прокладок, прилегающих к мембране соседних, сложенных вдвое листов, и промежуточных прокладок, размещенных между наружными, в которой в известной степени устранен последний недостаток. За счет переменных по толщине промежуточных прокладок, помещенных в дренажах, уменьшено пневматическое сопротивление и увеличена производительность мембранного рулонного элемента. Однако и данная конструкция не обеспечивает режима противотока. Known membrane roll elements for the separation of gas and liquid mixtures (a.a. NN 583809, 585855, 1614237, US Pat. NN 2026725, 2069085, US Pat. NN 3813334, 44476022, 4802982). A common drawback of these designs is the inability to organize a counterflow regime and the large pneumatic drainage resistance. A known design of a rolled membrane gas separation element (AS 1655728), consisting of a perforated collector with folded sheets of flat membranes wound on it, between which there is a turbulator, external gaskets adjacent to the membrane of adjacent double folded sheets, and intermediate gaskets located between external, in which the last drawback is to a certain extent eliminated. Due to the thickness variables of the intermediate gaskets placed in the drains, the pneumatic resistance is reduced and the productivity of the membrane roll element is increased. However, this design does not provide a counterflow mode.

Задачей изобретения является повышение производительности и эффективности мембранного рулонного элемента. The objective of the invention is to increase the productivity and efficiency of the membrane roll element.

Для решения этой задачи предлагается мембранный рулонный элемент для разделения газов и паров, содержащий перфорированный коллектор с навитыми на него несущим дренажом, в виде наружных прокладок и расположенных между ними промежуточных прокладок, и сложенными вдвое листами плоских мембран, между которыми размещен турбулизатор. Несущий дренаж и листы плоских мембран герметизированы по периметру, образуя мембранный пакет. Через мембрану и несущий дренаж проходит проникший поток. Для того, чтобы проникший поток был направлен навстречу питающему потоку, коллектор выполнен с перегородками, одна из которых установлена внутри него, образуя ввод дополнительного потока, направленного противотоком к питающему потоку, а другая расположена на коллекторе внутри мембранного пакета и направлена к периферии мембранного пакета, не доходя до параллельного коллектору герметизирующего шва. To solve this problem, a membrane roll element for separating gases and vapors is proposed, containing a perforated collector with supporting drainage wound on it, in the form of external gaskets and intermediate gaskets located between them, and double-folded sheets of flat membranes between which there is a turbulator. Bearing drainage and sheets of flat membranes are sealed around the perimeter, forming a membrane package. The penetrated stream passes through the membrane and the supporting drain. In order for the penetrated stream to be directed towards the supply stream, the collector is made with partitions, one of which is installed inside it, forming the input of an additional stream directed countercurrent to the supply stream, and the other is located on the collector inside the membrane package and is directed to the periphery of the membrane package, not reaching the parallel to the collector of the sealing joint.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 изображен мембранный рулонный элемент, состоящий из коллектора 1 с отверстиями 2, прикрепленного к нему мембранного пакета, в виде несущего дренажа, содержащего наружные прокладки 3 и промежуточные прокладки 4, и сложенного вдвое листа плоской мембраны 5. Мембранные пакеты 6 герметизированы с трех не касающихся коллектора сторон. Между листами мембран расположен турбулизатор 7. Стрелками на фиг.2 указано направление сворачивания мембранных пакетов. The invention is illustrated by drawings, where Figures 1 and 2 show a membrane roll element consisting of a collector 1 with holes 2, a membrane package attached to it, in the form of a supporting drainage containing outer gaskets 3 and intermediate gaskets 4, and a sheet of a flat membrane folded in half 5. Membrane bags 6 are sealed on three sides not touching the collector. A turbulator 7 is located between the membrane sheets. The arrows in FIG. 2 indicate the direction of folding of the membrane bags.

Питающий поток подается в один из торцов (фиг.1 и 4) и, проходя между мембранами 5 через турбулизатор 7, выходит с другого торца элемента, причем направление питающего потока параллельно коллектору 1. Проникающий через мембрану поток собирается в коллекторе и выводится наружу. Известно [С.-Т. Хванг, К. "Химия", 1981, стр.332], что из всех режимов организации потоков наиболее эффективен режим противотока, когда проникший и питающий потоки движутся на встречу друг другу. Для организации такого режима в конструкцию элемента введены внутренняя перегородка в коллектор 8 и внешняя по отношению к коллектору перегородка 9, разделяющая мембранный пакет. При работе мембранного рулонного элемента питающий поток Q_пит газовой или паровой смеси поступает в напорный канал 10, образованный турбулизатором 7 и мембранами 5. При закрытом вводе дополнительного потока 11 проникший поток Q_пр газов или паров огибает перегородку 9, движется противотоком к питающему потоку и удаляется через выход 12 коллектора. Этим обеспечивается режим противотока, причем чем больше отношение длинны A мембранного пакета к его ширине B, тем на большем участке пути потоков обеспечивается этот режим. Для интенсификации удаления проникших газов и паров и уменьшения их концентрации в проникшем потоке одновременно во ввод 11 коллектора подают дополнительный Q_д поток газа. Этот режим эффективен при большой разнице в проникающих способностях компонентов газовой или паровой смеси. В частности, для таких смесей, как воздух - пары воды, воздух - пары бензина, воздух - двуокись серы, метан - гелий и др.The feed stream is supplied to one of the ends (FIGS. 1 and 4) and, passing between the membranes 5 through the turbulator 7, leaves the other end of the element, and the direction of the feed stream is parallel to the collector 1. The flow penetrating through the membrane is collected in the collector and discharged to the outside. It is known [S.-T. Hwang, K. "Chemistry", 1981, p. 323], that of all the regimes of organizing flows, the counterflow regime is most effective when the infiltrated and supply flows move towards each other. To organize such a regime, an internal partition into the collector 8 and a partition 9 external to the collector, separating the membrane package, are introduced into the element structure. During the operation of the membrane roll element, the feed stream Q _{pit of the} gas or vapor mixture enters the pressure channel 10 formed by the turbulator 7 and membranes 5. When the additional stream 11 is closed, the penetrated stream Q _{pr of} gases or vapors bends around the partition 9, moves countercurrently to the feed stream and is removed through the output of 12 collectors. This provides a counterflow mode, and the larger the ratio of the length of the membrane pack A to its width B, the greater is the flow pattern provided. To intensify the removal of permeated gases and vapors and reduce their concentration in the permeated stream, an additional Q _d gas stream is simultaneously supplied to the manifold inlet 11. This mode is effective when there is a large difference in the penetrating ability of the components of the gas or vapor mixture. In particular, for mixtures such as air - water vapor, air - gasoline vapor, air - sulfur dioxide, methane - helium, etc.

Пример 1. Мембранный рулонный элемент без перегородок 8 и 9 площадью 2,05 м², диаметром 0,09 м, при перепаде давления 4,2 атм., θ = Q_пр/Q_пит = 0,5 (Q_пр, Q_пит - соответственно величины проникшего и питающего потоков) осушает питающий поток Q_пит = 2,8 м³ с влажностью 100% отн. при 20^oC до величины 6% отн. Мембранный рулонный элемент с перегородками 8 и 9 с теми же параметрами и при тех же условиях (без подачи дополнительного потока в коллектор) осушает питающий поток Q_пит = 2,8 м³ с влажностью 100% отн. при 20^oC до величины 4,5% отн.Example 1. Membrane roll element without partitions 8 and 9 with an area of 2.05 m ² , diameter 0.09 m, with a pressure drop of 4.2 atm., Θ = Q _pr / Q _pit = 0.5 (Q _pr , Q _pit - respectively, the amount of infiltrated and feed flows) drains the feed stream Q _pit = 2.8 m ³ with a humidity of 100% rel. at 20 ^o C to a value of 6% Rel. Membrane roll element with partitions 8 and 9 with the same parameters and under the same conditions (without supplying an additional stream to the collector) drains the feed stream Q _pit = 2.8 m ³ with a humidity of 100% rel. at 20 ^o C to a value of 4.5% Rel.

При подаче дополнительного потока (дополнительный поток - это часть питающего потока, прошедшего через мембранный рулонный элемент и сдросселированного до давления, равного давлению на вводе 11) в коллектор 0,9 м³, этот же мембранный рулонный элемент осушает питающий поток Q_пит = 4,6 м³ при 0 = 0,5 с влажностью 100% отн. при 20^oC до величины 2% отн.When applying the additive fluid (additional flow - is part of the feed stream passed through a membrane roll member and throttled to a pressure equal to the pressure at the input 11) to the collector of 0.9 m ^3, the same membrane element dehumidifies roll feed stream _pit Q = 4, 6 m ³ at 0 = 0.5 with humidity 100% rel. at 20 ^o C to a value of 2% Rel.

Таким образом, введение в конструкцию дополнительных перегородок 8 и 9, позволяющих организовать режим противотока и обдувку мембранного полотна дополнительным потоком, создает более эффективный и производительный режим работы мембранного рулонного элемента. Thus, the introduction of additional baffles 8 and 9 into the design, which makes it possible to organize a counterflow regime and blowing the membrane web with an additional flow, creates a more efficient and productive operating mode of the membrane roll element.

Пример 2. Три мембранных рулонных элемента с перегородками 8 и 9, одинаковой площади, равной 0,4 м², с одним, двумя и четырьмя мембранными (т.е. с разным соотношением A : B) пакетами осушают питающий поток Q_пит = 0,9 м³ с влажностью 100% при 20^oC и дополнительным потоком Q_д = 0,25 м³ при θ = = 0,5 до величины 7,0%, 5,5% и 3% соответственно. Следовательно, чем больше отношение A к B, тем эффективнее работает мембранный рулонный элемент.EXAMPLE 2. Three roll membrane element with partitions 8 and 9, the same area of 0.4 m ^2, with one, two and four membrane (i.e. with different ratios of A: B) packet dried feed stream _pit Q = 0 , 9 m ³ with a humidity of 100% at 20 ^o C and an additional flow Q _d = 0.25 m ³ at θ = 0.5 to 7.0%, 5.5% and 3%, respectively. Therefore, the greater the ratio of A to B, the more efficiently the membrane roll element works.

Таким образом, использование изобретения позволяет повысить производительность и эффективность мембранного рулонного элемента в 2-3 раза. Thus, the use of the invention improves the productivity and efficiency of the membrane roll element by 2-3 times.

Claims

1. Membrane roll element for separating gases and vapors, containing a perforated manifold with a supporting drainage wound thereon, in the form of external gaskets and intermediate gaskets located between them, and double-folded sheets of flat membranes, between which a turbulator is located, characterized in that the carrier drainage and sheets of flat membranes are sealed around the perimeter, forming a membrane package, and the collector is made with partitions, one of which is installed inside it, forming the input of an additional flow directed countercurrent to the feed stream, and the other is located on it, inside the membrane stack, and is directed toward the periphery of the membrane stack, before reaching the collector parallel to the sealing seam.

2. The element according to claim 1, characterized in that the width of the membrane package is less than its length.