RU2134609C1

RU2134609C1 - Diaphragm apparatus

Info

Publication number: RU2134609C1
Application number: RU97102222A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Тахистов; А.В. Маркевич; В.С. Леонтьев; Л.П. Боброва; С.В. Тимофеев
Original assignee: Российский научный центр "Прикладная химия"
Priority date: 1997-02-11
Filing date: 1997-02-11
Publication date: 1999-08-20

Abstract

FIELD: separation of liquid and gaseous mixtures; diaphragm separation systems. SUBSTANCE: diaphragm members are made in form of flexible semi-permeable fibres or capillaries wound on bobbins located in housing in staggered order in parallel relative to one another. On one side, bobbins are mounted on retainers rigidly connected with bearing plate and on other side they are engageable with centering members located on cover. Cylindrical bushes in which supply and discharge ends of diaphragm members are bonded are passed through bearing plate forming tube sheets. EFFECT: enhanced reliability, ease in use. 3 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области разделения жидких и газовых смесей, в частности к системам мембранного разделения. The proposed solution relates to the field of separation of liquid and gas mixtures, in particular to membrane separation systems.

Известно большое число мембранных аппаратов, в которых пучок мембранных элементов (трубчатых, капиллярных или половолоконных) размещен в цилиндрическом корпусе параллельно его оси, а концы мембранных элементов закреплены в двух трубных решетках, расположенных в противоположных торцевых частях корпуса (см. А. С. СССР N 1498531, МКИ B 01 D 13/00, 1989 г.; патент СССР N 1134112, МКИ B 01 D 13/00, 1985 г. и др.). Основным недостатком известных аппаратов является выход из строя всего аппарата при разрыве хотя бы одного мембранного элемента или при разрушении трубной решетки. В этих случаях невозможно отремонтировать аппарат или использовать его частично. A large number of membrane devices are known in which a bundle of membrane elements (tubular, capillary or hollow fiber) is placed in a cylindrical body parallel to its axis, and the ends of the membrane elements are fixed in two tube sheets located in opposite end parts of the body (see A. S. USSR N 1498531, MKI B 01 D 13/00, 1989; USSR patent N 1134112, MKI B 01 D 13/00, 1985, etc.). The main disadvantage of the known apparatus is the failure of the entire apparatus when at least one membrane element ruptures or if the tube sheet breaks. In these cases, it is not possible to repair the device or use it partially.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является мембранный аппарат, описанный в патенте РФ N 2023490, МКИ B 01 D 63/06, 1994 г. Аппарат состоит из цилиндрического корпуса, двух торцевых крышек, мембранных элементов, концы которых закреплены в неподвижной и подвижной трубных решетках, штуцеров ввода и вывода разделяемой среды и штуцера для отвода пермеата. На подвижной трубной решетке закреплен стакан с осевым отверстием, к которому присоединен штуцер для отвода пермеата. На этом штуцере закреплена металлическая мембрана, которая по периметру жестко соединена с корпусом аппарата. Известное техническое решение обеспечивает подвижность концов мембранных элементов, что предохраняет мембранные элементы от повреждений (особенно при выполнении их из жестких и хрупких материалов) при сборке, перевозке, воздействии вибрации и изменениях температуры. Однако при разрушении хотя бы одного мембранного элемента аппарат полностью выходит из строя, т. е. не может быть использован даже частично. Фактически аппарат не может быть отремонтирован без полной замены всех мембранных элементов ни при повреждении одного из них, ни при повреждении трубной решетки. Кроме того, при решении ряда задач, например для глубокой очистки смеси от определенных соединений, необходима значительная длина мембранных элементов, а значит, и корпуса аппарата. Поэтому для решения таких задач аппарат неудобен при монтаже и размещении в мобильных системах очистки, на действующих производствах и т.п. The closest in technical essence to the claimed object is a membrane apparatus described in RF patent N 2023490, MKI B 01 D 63/06, 1994. The apparatus consists of a cylindrical body, two end caps, membrane elements, the ends of which are fixed in stationary and movable tube sheets, fittings for input and output of a shared medium and a fitting for draining permeate. A glass with an axial hole is fixed to the movable tube sheet to which a fitting for removing permeate is attached. A metal membrane is fixed on this fitting, which is rigidly connected around the perimeter to the apparatus body. The known technical solution provides mobility of the ends of the membrane elements, which protects the membrane elements from damage (especially when they are made of hard and brittle materials) during assembly, transportation, exposure to vibration and temperature changes. However, when at least one membrane element is destroyed, the apparatus completely fails, that is, cannot be used even partially. In fact, the apparatus cannot be repaired without a complete replacement of all membrane elements, either if one of them is damaged or if the tube sheet is damaged. In addition, in solving a number of problems, for example, for deep cleaning the mixture of certain compounds, a significant length of the membrane elements, and hence the apparatus body, is required. Therefore, to solve such problems, the apparatus is inconvenient during installation and placement in mobile cleaning systems, existing plants, etc.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение надежности и упрощение эксплуатации. Поставленная задача решается за счет того, что в аппарат, содержащий корпус, крышку, мембранные элементы, штуцера ввода и вывода разделяемой смеси и штуцер для отвода пермеата, введены бобины, на которых намотаны мембранные элементы в виде набора гибких полупроницаемых волокон или капилляров, опорная плита, жестко соединенные с опорной плитой фиксаторы, на которых установлены бобины с мембранными элементами, и пропущенные через опорную плиту цилиндрические втулки, в которых вклеены с образованием трубных решеток подводящие и отводящие концы мембранных элементов. При этом бобины расположены в корпусе в шахматном порядке параллельно друг другу, а на крышке размещены центрующие элементы, взаимодействующие с бобинами. Штуцера для ввода и вывода разделяемой смеси присоединены либо непосредственно к цилиндрическим втулкам, либо к фланцам, установленным на опорной плите, и перекрывающим концы цилиндрических втулок, выведенные из опорной плиты. Предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение надежности и упрощение эксплуатации, так как, во-первых, при выходе из строя какого-либо элемента он легко может быть заменен на работоспособный, во-вторых, при сборке и эксплуатации мембранные элементы не подвергаются растягивающим или сжимающим усилиям, так как они свободно намотаны на бобинах, в-третьих, на одном аппарате могут быть реализованы различные схемы включения мембранных элементов (параллельное, последовательное, смешанное), в-четвертых, аппарат компактен и удобен при размещении, так как не требует значительного свободного пространства ни по одной из координат, и в-пятых, использование аппарата позволяет упростить регулировку технологических параметров процесса (скорости потока, перепады давлений), так как длина мембранных элементов может быть изменена в широких пределах. The problem solved by the invention is to increase reliability and simplify operation. The problem is solved due to the fact that bobbins are introduced onto the apparatus containing the housing, the cover, the membrane elements, the nozzle for input and output of the shared mixture and the nozzle for draining the permeate, on which membrane elements are wound as a set of flexible semipermeable fibers or capillaries, a base plate clamps rigidly connected to the base plate, on which bobbins with membrane elements are installed, and cylindrical bushings passed through the base plate, in which the supply and outlet pipes are glued to form tube sheets end of membrane elements. In this case, the bobbins are staggered parallel to each other in the case, and the centering elements interacting with the bobbins are placed on the lid. The fittings for input and output of the shared mixture are connected either directly to the cylindrical bushings or to flanges mounted on the base plate and overlapping the ends of the cylindrical bushings withdrawn from the base plate. The proposed technical solution provides increased reliability and simplified operation, because, firstly, when any element fails, it can easily be replaced by a workable one, and secondly, during assembly and operation, the membrane elements are not subjected to tensile or compressive forces, since they are freely wound on bobbins, thirdly, on one apparatus various schemes for switching on membrane elements can be implemented (parallel, serial, mixed), fourthly, the apparatus is compact and convenient for azmeschenii, since it does not require any significant free space on one of the coordinates, and fifthly, the use of the device allows simplifying adjustment of the process parameters (flow rates, pressure drops), since the length of the membrane elements may be changed within wide limits.

На фиг. 1, 2 представлен сборочный чертеж аппарата при соединении штуцеров непосредственно с цилиндрическими втулками, а на фиг. 3 - разрез части аппарата при соединении штуцеров ввода и вывода разделяемой смеси с фланцами, установленными на опорной плите. In FIG. 1, 2 shows an assembly drawing of the apparatus when connecting the fittings directly to the cylindrical bushings, and in FIG. 3 is a sectional view of a part of the apparatus when connecting the inlet and outlet fittings of a shared mixture with flanges mounted on a base plate.

Аппарат состоит из корпуса 1, крышки 2, опорной плиты 3, мембранных элементов 4-10, каждый из которых включает набор гибких полупроницаемых волокон (капилляров) 11, свободно намотанных на бобины 12, фиксаторов 13, центрирующих элементов 14, цилиндрических втулок 15, 16, в которые вклеены соответственно подводящие 17 и отводящие 18 концы мембранных элементов 4-10 с образованием во втулках 15, 16 трубных решеток 19, 20, штуцера 21 для отвода пермеата и штуцеров 22 и 23 для ввода и вывода разделяемой смеси. Для крепления втулок 15, 16 используются гайки 24. В аппарате, представленном на фиг. 3, все цилиндрические втулки 15 перекрыты фланцем 25, а все втулки 16 - фланцем 26. К этим фланцам присоединены соответственно штуцера 22, 23. The apparatus consists of a housing 1, a cover 2, a base plate 3, membrane elements 4-10, each of which includes a set of flexible semipermeable fibers (capillaries) 11 freely wound on bobbins 12, clips 13, centering elements 14, cylindrical bushings 15, 16 into which respectively the lead-in 17 and the outlet 18 ends of the membrane elements 4-10 are glued with the formation in the sleeves 15, 16 of the tube sheets 19, 20, a fitting 21 for removing permeate and fittings 22 and 23 for introducing and discharging the mixture to be separated. Nuts 24 are used for fastening the bushings 15, 16. In the apparatus shown in FIG. 3, all cylindrical sleeves 15 are overlapped by flange 25, and all sleeves 16 are overlapped by flange 26. To these flanges are connected nipples 22, 23, respectively.

Мембранные элементы 4-10 могут быть включены параллельно (при этом разделяемая смесь подается одновременно во все штуцера 22, проходит параллельными потоками по центральным каналам волокон (капилляров) и удаляется через штуцера 23), либо последовательно (разделяемая смесь при этом подается через штуцер 22 в центральные каналы волокон (капилляр) мембранного элемента 4, проходит по ним и выводится через штуцер 23, далее поступает через другой штуцер 22 в волокна (капилляры) мембранного элемента 5 и т.д.), либо по смешанной схеме, например при которой разделяемая смесь проходит параллельными потоками через волокна (капилляры) мембранных элементов 4-7, а затем поступает в волокна (капилляры) мембранных элементов 8-10, включенных параллельно друг другу. Проникшие через стенки волокон (капилляров) соединения (пермеат) свободно удаляется от внешних поверхностей волокон через зазоры между витками и выводятся из корпуса через штуцер 21. Membrane elements 4-10 can be connected in parallel (while the shared mixture is supplied simultaneously to all the nozzles 22, passes in parallel flows through the central channels of the fibers (capillaries) and is removed through the nozzle 23), or sequentially (the shared mixture is supplied through the nozzle 22 in the central channels of the fibers (capillary) of the membrane element 4, passes through them and is discharged through the nozzle 23, then passes through another nozzle 22 into the fibers (capillaries) of the membrane element 5, etc.), or by a mixed circuit, for example, in which Split panes mixture passes in parallel flows through the fibers (capillaries) membrane elements 4-7, and then enters the fiber (capillaries) membrane elements 8-10, are connected in parallel to each other. The compounds (permeate) penetrated through the walls of the fibers (capillaries) are freely removed from the outer surfaces of the fibers through the gaps between the turns and are discharged from the housing through the fitting 21.

Claims

1. A membrane apparatus comprising a housing, a cover, membrane elements, a nozzle for input and output of a separable mixture and a fitting for removing permeate, characterized in that bobbins are introduced into it, on which membrane elements are wound in the form of flexible semipermeable fibers or capillaries, a base plate, clamps rigidly connected to the base plate, on which bobbins with membrane elements are installed, and cylindrical bushings passed through the base plate, into which the supply and discharge ends of the membranes are glued to form tube sheets x elements, wherein the bobbins disposed in the housing in a staggered parallel to each other, and the lid placed centering elements cooperating with the bobbins.

2. The membrane apparatus according to claim 1, characterized in that the nozzle for input and output of the shared mixture are connected directly to the cylindrical bushings.

3. The membrane apparatus according to claim 1, characterized in that it additionally introduces flanges mounted on the base plate and overlapping the ends of the cylindrical bushings, derived from the base plate.