Мембранний апарат

Корисна модель належить до мембранних апаратів з трубчастими мембранними елементами І може бути використана в хімічній, нафтохімічній, нафтопереробній, харчовій, мікробіологічній та Інших галузях промисловості. Відомий мембранний апарат, що містить вертикальний корпус, кришку і днище зі штуцерами, верхню і нижню трубні решітки із закріпленими в них трубчастими мембранними елементами [Брык М.Т., Цапюк Е.А., Твердый А.А. Мембранная технология в промышленности. - Киев: "Техніка", 1990.-С. 113, рис.3б]. Конструкція апарата не є складною, дозволяє за необхідності досить легко замінювати зруйновані або пошкоджені мембранні елементи, але не може забезпечити високого градієнта температури в напрямку, нормальному поверхні мембрани (тобто в радіальному напрямку трубчастої мембрани), І тому має невисоку ефективність при розділенні рідких систем випаровуванням крізь мембрану. Найбільш близьким за технічною суттю до технічного рішення, що заявляється, є мембранний апарат, що містить вертикальний корпус зі штуцерами підведення та відведення холодоагенту, а також верхньою та проміжною трубними решітками із закріпленими в них теплообмінними трубами, нижню трубну решітку, штуцер відведення пермеату, днище зі штуцером підведення вихідної суміші, кришку зі штуцером відведення концентрату і розміщені в теплообмінних трубах трубчасті мембранні елементи, закріплені у верхній та нижній трубних решітках [Патент України № 102К, кл, В 01 D 63/06, 61/36, від 28.03.97]. Конструкція цього апарата збільшує градієнт температури в напрямку, нормальному до поверхні мембрани (тобто в радіальному напрямку трубчастої мембрани), підвищуючи проникність мембранних елементів та продуктивність апарата. Крім того, конструкція значно спрощує процес встановлення мембранних елементів в аппарат та їх демонтажу. Проте вона не дозво-' ляє регулювати довжину трубчастих мембранних елементів в процесі експлуатації апарата залежно від ступеня набухання матеріалу мембранних елементів в рідині, що обробляється. В основу корисної моделі покладено задачу вдосконалення мембранного апарата, що містить вертикальний корпус зі штуцерами підведення та відведення холодоагенту, а також верхньою та проміжною трубними решітками Із закріпленими в них теплообмінними трубами, нижню трубну решітку, штуцер відведення пермеату, днище зі штуцером підведення вихідної суміші, кришку зі штуцером відведення концентрату і розміщені в теплообмінних трубах трубчасті мембранні елементи, закріплені у верхній та нижній трубних решітках, шляхом встановлення між вертикальним корпусом і днищем царги із внутрішнім .кільцем, закріплення нижньої трубної решітки на внутрішньому кільці за допомогою гнучкоїоболонки, виконання у внутрішньому кільці різьбових отворів з розташованими в них різьбовими стержнями, закріпленими на нижній трубній решітці з можливістю обертання, І розташування штуцера відведення пермеату на царзі над внутрішнім кільцем, що надає можливість регулювати довжину трубчастих мембранних елементів під час експлуатації апарата після зняття днища, тобто значно розширюються технологічні можливості апарата, забезпечуючи обробку в ньому середовищ, які спричинюють різний ступінь набухання (І відповідно зміну довжини) трубчастих мембранних елементів. У найприйнятнішому варіанті виконання апарата гнучку оболонку виконано у вигляді сильфона. Використання мембранного апарата Із вказаними відмітними ознаками дозволяє переміщати нижню трубну решітку вздовж апарата, тобто послабляти натяг мембранних елементів, що полегшує їх заміну, або, навпаки, збільшувати натяг перед обробкою середовищ, що спричиняють набухання матеріалу мембрани. В останньому випадку заздалегідь натягнуті мембранні елементи під час роботи апарата набухають , але гарантована їх співвісність забезпечує надійність 1 ефективність процесу розділення. Так, при повороті різьбових стержнів, вони вільно обертаються відносно нижньої трубної решітки, але завдяки їх різьбовому з'єднанню з внутрішнім кільцем, яке нерухомо закріплено відносно царги, починає переміщатись по висоті апарата саме нижня трубна решітка, натягуючи при цьому трубчасті мембранні елементи, або, навпаки, послаблюючи їх. При цьому, регулювати положення трубної решітки і відповідно ступінь натягу трубчастих мембранних елементів можна тільки за умови знятого днища апарата, але таке виконання забезпечує міцність і жорсткість конструкції. Виготовлення гнучкоїоболонки у вигляді сильфона також сприяє міцності іжорсткості конструкції. Розташування шгуцера відведення пермеату на царзі над внутрішнім кільцем сприяє своєчасному видаленню з апарата речовини, що пройшла крізь трубчасті мембранні елементи. Також в основу корисної моделі покладено задачу вдосконалення вищезгаданого мембранного апарата шляхом встановлення між вертикальним корпусом І днищем царги з принаймні одним гнучким кільцевим елементом, з'єднання між собою вертикального корпуса і днища ззовні вказаного гнучкого кільцевого елемента різьбовими стяжками, закріплення нижньої трубної решітки на царзі під гнучким кільцевим елементом і розташування штуцера відведення пермеату на царзі над нижньою трубною решіткою, що веде до вказаного вище технічного результату. Другий варіант виконання апарата, на відміну від першого, дозволяє регулювати положення нижньої трубної решітки за умови повністю складеного апарата, в тому числі під час його роботи. Проте міцність і жорсткість цього апарата дещо менші через виконання царги гнучкою. Так, при повороті гайок різьбових стяжок, відповідні їх стержні обертаються у різні боки (через те, що у гвинтових стяжках різьбові стержні мають різьби протилежних напрямків). При цьому, завдяки розташуванню нижньої трубної решітки над гнучким кільцевим елементом, вона починає переміщатись по висоті апарата, натягуючи або послаблюючи (залежно від напрямку обертання гайок різьбових стяжок) трубчасті мембранні елементи. Розташування штуцера відведення пермеату на царзі над нижньою трубною решіткою, як І в першому варіанті виконання апарата, сприяє своєчасному видаленню з апарата речовини, що пройшла крізь трубчасті мембранні елементи. Слід також зауважити, що обидва варіанти дозволяють з незначними доробками перетворити вертикальний кожухотрубчастий теплообмінник на мембранний апарат. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, на яких зображено: фіг. 1 - мембранний апарат з царгою між вертикальним корпусом І днищем, зовнішній вид; фіг. 2 -те саме, варіант з плоским днищем; фіг. З мембранний апарат з встановленою між вертикальним корпусом І днищем царгою з гнучким кільцевим елементом, зовнішній вигляд; фіг. 4 - поздовжній розріз нижньої частини мембранного апарата, наведеного на фіг. 1; фіг. 5 - поздовжній розріз нижньої частини мембранного апарата, наведеного на фіг. 3. Мембранний апарат містить вертикальний корпус 1 зі штуцерами підведення 2 та відведення 3 холодоагента, верхню 4 та проміжну 5 трубні решітки Із закріпленими в них теплообмінними трубами 6, нижню трубну решітку 7, днище 8 зі штуцером 9 підведення вихідної суміші, кришку 10 зі штуцером 11 відведення концентрату І розміщені в теплообмінних трубах 6 трубчастими мембранними елементами 12, закріплені за допомогою втулок 13 у верхній І нижній трубних решітках (фіг. 1-5). У першому варіанті виконання між вертикальним корпусом 1 і днищем 8 встановлено царгу 14 з внутрішнім кільцем 15, на якому за допомогою гнучкої оболонки 16 закріплено нижню трубну решітку 7. Висота гнучкої оболонки 16 регулюється за допомогою різьбових стержнів 17, що проходять крізь внутрішнє кільце 14 закріплені на нижній трубній решітці 7. На царзі 14 над внутрішнім кільцем 15 розташовано штуцер 18 відведення пермеату. При цьому гнучка оболонка 16 може бути виконана у вигляді сильфона (фіг. 4), У другому варіанті виконання між вертикальним корпусом 1 і днищем 8 встановлено царгу 14 з принаймні одним гнучким кільцевим елементом 19. Фланці 20121 царги 14 з'єднано різьбовою стяжкою 22, яка дозволяє регулювати висоту царги 141 положення нижньої трубної решітки 7, закріпленої на царзі 14 під гнучким кільцевим елементом 19. На царзі 13 над нижньою трубною решіткою 7 розташовано штуцер 18 відведення пермеату (фіг. 5). Апарат працює таким чином. У першому варіанті виконання мембранного апарата, відповідно до властивостей середовища, що має оброблятись, за допомогою обертання різьбових стержнів 17 за умови знятого днища 8 (фіг. 4) встановлюють нижню трубну решітку 7 у необхідному положенні, регулюючи при цьому попередній натяг трубчастих мембранних елементів 12. Після цього до апарата приєднують днище 8. У другому варіанті мембранного апарата, також відповідно до властивостей середовища, що має оброблятись, при повністю складеному апараті нижню трубну решітку 7 встановлюють у необхідне положення за допомогою різьбових стяжок 22, обертаючи їх гайки (фіг. 5). Далі, незалежно від варіанту виконання мембранного апарата через штуцер 2 підведення холодоагента в міжтрубний простір 23 апарата подається холодоагент. Після охолодження теплообмінних труб 6 з їх зовнішньої сторони холодоагент через штуцер 3 його відведення видаляється з апарата. Рідка система, що підлягає розділенню, подається в штуцер 9 днища 8 та розподіляється між трубчастими мембранними елементами 12. Внаслідок селективних властивостей матеріалу мембран один або декілька компонентів рідкої системи проникають крізь стінки трубчастих мембранних елементів 12 та випаровуються Із зовнішнього боку останніх. Завдяки близькості охолоджуваних теплообмінних труб 6 відбувається своєчасна конденсація пари компонентів системи, що знижує парціальний тиск останніх Із зовнішнього боку трубчастих мембранних елементів 12 та збільшує рушійну силу процесу мембранного розділення. Конденсат, що утворився, стікає по внутрішній поверхні теплообмінних труб 6, потім по нижній трубній решітці 7 І через штуцер 18 видаляється з апарата. Рідина, що не пройшла крізь мембранні елементи 12, виходить з-останніх, збирається в порожнині кришки 10 І через штуцер 11 також видаляється з апарата (фіг. 1,2,4,5). Застосування даного мембранного апарата, нескладного у виробництві І експлуатації, розширює його технологічні властивості.