Мембранний апарат

Изобретение относится к массообменному оборудованию, в частности к устройствам для разделения жидких и газообразных сред, и может быть использовано при мембранном разделении жидких и газообразных смесей на предприятиях химической, нефте- и газоперерабатывающей, пищевой, а также смежных с ними отраслях промышленности. Известен мембранный аппарат, содержащий корпус, днище, крышку, две тр убные решетки и закрепленные в них своими концами трубчатые мембранные элементы [Авт. св. СССР №1095927, кл. В 01 D 13/00,1984]. Трубные решетки установлены вблизи друг друга, а трубчатые мембранные элементы расположены концентричными парами, образующими между собой камеры отвода пермеата. Аппарат имеет большую удельную поверхность массообмена, однако обработка в таком аппарате жидкостей и газов, вызывающих набухание материала мембраны, приводит к увеличению линейных размеров и, в первую очередь, длины мембран. При этом последние испытывают хаотические колебания, изгибаются и скручиваются, что приводит к образованию микротрещин в стенках мембран (особенно в местах их крепления), их механическому повреждению и, как следствие, значительному снижению срока службы аппарата в целом. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению является мембранный аппарат, содержащий корпус, днище, крышку, две трубные решетки и закрепленные в них своими концами трубчатые мембранные элементы [Патент США №4610792. кл. В 01 D 13/00, 1986]. Недостаток указанного аппарата заключается в том, что при обработке сред, вызывающих набухание мембранных элементов, происходит увеличение линейных размеров последних, что приводит к перегибам, взаимным соударениям и переплетению мембранных элементов с их последующим механическим разрушением, что резко снижает срок службы мембран и надежность работы аппарата. Кроме того, в случае контакта мембранных элементов между собой уменьшается эффективная поверхность массообмена. Цель изобретения - усовершенствование конструкции мембранного аппарата, содержащего корпус, днище, крышку, две трубные решетки и закрепленные в них своими концами эластичные трубчатые мембранные элементы, в котором путем выполнения корпуса аппарата с поперечными гофрами обеспечивается фиксация формы мембран в осевом направлении и возможность регулирования поверхности массообмена, и, за счет этого повышение срока службы и надежности работы, а также расширение технологических возможностей аппарата. Поставленная цель достигается тем, что в массообменном аппарате для разделения жидких и газообразных смесей, содержащем корпус, днище, крышку, две трубные решетки и закрепленные в них своими концами эластичные трубчатые мембранные элементы, корпус аппарата выполнен с поперечными гофрами, а в предпочтительном варианте исполнения с гофрами в виде непрерывной винтовой поверхности. Выполнение корпуса аппарата с поперечными гофрами позволяет изменять его длину, а значит, регулировать форму и длину эластичных трубчатых мембранных элементов, Так, при обработке в аппарате сред, вызывающих набухание материала мембраны, увеличением длины корпуса аппарата можно поддерживать прямолинейную форму мембран, что исключает их перегибы, скручивание, взаимные соударения и значительно уменьшает воспринимаемые ими знакопеременные нагрузки. Это позволяет повысить срок службы мембран, стоимость которых составляет 30-40% стоимости всего мембранного аппарата, а значит, надежность и срок службы аппарата в целом. Кроме того, варьированием длины мембран в достаточно широком диапазоне путем изменения расстояния между трубными решетками можно изменять рабочую поверхность мембран, увеличивая тем самым производительность аппарата. Выполнение гофр корпуса аппарата в виде непрерывной винтовой поверхности исключает образование застойных зон, способствуя направленному стеканию среды и, тем самым, ее своевременному удалению из аппарата, что повышает надежность и эффективность работы последнего. Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен продольный разрез аппарата, корпус которого имеет поперечные гофры; на фиг. 2 - вариант формы корпуса аппарата с гофрами, выполненными в виде непрерывной винтовой поверхности. Мембранный аппарат для разделения жидких и газообразных смесей (фиг. 1) содержит корпус 1, выполненный с поперечными гофрами 2, или с гофрами в виде непрерывной винтовой поверхности (фиг. 2), днище 3, крышку 4 и трубные решетки 5, 6 с закрепленными в них своими концами эластичными трубчатыми мембранными элементами 7. Корпус 1 может быть снабжен гофрированной теплообменной рубашкой 8 со штуцерами 9 и 10, предназначенными для подвода и отвода хладагента. Днище 3 снабжено штуцером 11 для подвода разделяемой смеси, крышка 4 - штуцером 12 для отвода концентрата, а корпус 1 - штуцером 13 для отвода пермеата и воздушным клапаном (не показан). Изменение расстояния между трубными решетками 5 и 6 можно фиксировать с помощью винтовых стяжек 14. Аппарат работает следующим образом. Через штуцер 11 в полость днища 3 подают смесь, подлежащую разделению. После заполнения полости днища 3 смесь поступает в тр убчатые мембранные элементы 7. В процессе контакта с мембранными элементами 7 часть компонентов смеси (пермеат) проникает через них и отводится через штуцер 13. Остатки смеси (концентрат) отводятся через штуцер 12 крышки 4. При отводе проникших через мембрану компонентов смеси в виде паров гофрированная теплообменная рубашка 8 обеспечивает их конденсацию (процесс термопервапорации). Расстояние между тр убными решетками 5 и 6 регулируют и фиксируют винтовыми стяжками 14. Выполнение корпуса 1 аппарата с гофрами 2 в виде непрерывной винтовой поверхности (фиг. 2) обеспечивает направленное стекание пермеата к штуцеру 13 и движение хладагента в рубашке 8 от штуцера 9 к штуцеру 10. В конкретном варианте исполнения аппарата в качестве трубчатых мембранных элементов 7 использовались трубки из резины на основе винилсодержащего силиконового каучука, удлинение которой в среде толуола составляет 100%, в среде четыреххлористого углерода - 110%, в среде метиленхлорида 180% [Милс Р. Н., Льюис Ф. М. Силиконы / Пер. с анг. - М.: Химия, 1964. - С. 57]. Использование аппарата предлагаемой конструкции, несложного в изготовлении и эксплуатации, позволит повысить надежность и эффективность его работы и существенно расширить технологические возможности.