УСТРОЙСТВО РАЗДЕЛЕНИЯ ТЕКУЧИХ СРЕД, ВКЛЮЧАЮЩЕЕ МЕМБРАНУ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ТЕКУЧИХ СРЕД, И МЕМБРАННЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ТЕКУЧИХ СРЕД
FLUID SEPARATION DEVICE COMPRISING MEMBRANE FOR SEPARATION OF FLUIDS, AND MEMBRANE MODULE FOR SEPARATION OF FLUIDS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Идея настоящего изобретения относится к устройству разделения текучих сред, включающему мембрану для разделения текучих сред, и к мембранному модулю для разделения текучих сред.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Парниковый эффект, вызываемый газообразными диоксидом углерода, метаном и т.д., вносит существенный вклад в глобальное потепление, которое в настоящее время является предметом всеобщей заинтересованности. Глобальное потепление не только нарушает равновесие экосистем, но и оказывает влияние на социальную жизнь людей. Следовательно, прикладываются различные усилия, направленные на снижение выбросов парниковых газов в атмосферу.
Диоксид углерода недавно стал одним из наиболее привлекающих внимания парниковых газов. Диоксид углерода может образовываться при сжигании отходов на установках очистки канализационных сточных вод, установках очистки сточных вод и на свалках. Кроме этого, диоксид углерода может в больших количествах образовываться на тепловых электростанциях или сталелитейных заводах. Следовательно, изучаются технологии отделения и удаления из отходящего газа только диоксида углерода. Помимо диоксида углерода, также привлекает внимание технология отделения газообразного водорода, так как растет интерес к водородному топливу. Кроме того, поскольку полностью отделенный кислород или азот могут быть использованы в различных областях, продолжаются исследования способов отделения кислорода или азота. В будущем, по мере развития технологий использования конкретных газов или жидкостей, ожидается возникновение потребности в технологиях разделения самых разных текучих сред.
Отделение определенной текучей среды не может быть использовано в промышленности просто путем реализации теории разделения. Например, технологии отделения диоксида углерода, такие как способ абсорбции, способ адсорбции, криогенный способ и способ мембранного разделения, предложены уже давно. Однако, немногие из указанных способов используются в коммерческих масштабах из-за практических ограничений, таких как потребление слишком большого количества энергии, наличие побочных эффектов и трудность реализации крупногабаритных установок.
Тем не менее, поскольку в способе мембранного разделения потребляется относительно небольшое, по сравнению с другими способами, количество энергии, он оценивается как пригодный для коммерческого использования. До сих пор способ мембранного разделения развивали, главным образом, в направлении повышения эффективности разделения мембраны. Первичной целью усовершенствования способа мембранного разделения является создание разделительной мембраны малого размера (например, 1 дюйм х 1 дюйм, 2,54 см), которая бы обладала эффективностью разделения 90% или более в лабораторных условиях. Тогда как ее увеличение и коммерческое воплощение считается следующим шагом.
Чтобы получить эффективность разделения 90% или более в лабораторных условиях, многие исследователи пытались сделать мембрану тоньше, а перепад давления внутри и снаружи мембраны больше. Однако, с уменьшением толщины и увеличением давления износостойкость разделительной мембраны уменьшается. Следовательно, некоторые исследователи также изучают материалы мембран, износостойкие даже в указанных условиях.
Однако даже если высокоэффективная мембрана создана на лабораторном уровне, коммерческое воплощение высокоэффективной мембраны является отдельной задачей. Прежде всего, очень сложно производить тонкую разделительную мембрану в больших количествах. Кроме этого, поскольку приходится использовать дорогие исходные материалы, ее себестоимость очень высока. Кроме этого, при применении тонкой разделительной мембраны в крупногабаритном оборудовании требуется соединение большого количества разделительных мембран, в результате чего увеличивается время сборки и стоимость сборки. Кроме этого, использование высокого давления для постижения высокой эффективности увеличивает затраты на обработку. Даже при том, что разделение возможно теоретически, реальное коммерческое воплощение при слишком больших себестоимости и затратах на обработку невозможно.
Следовательно, требуется создание такой технологии разделения текучих сред, которой свойственны низкие затраты на обработку, рентабельная эффективность разделения и возможность применения в коммерческом масштабе.
ОПИСАНИЕ
Техническая задача
Благодаря различным аспектам идеи настоящего изобретения, им обеспечивается устройство разделения текучих сред с повышенной эффективностью разделения, способное разделять большое количество текучей среды и пригодное для серийного производства.
Благодаря различным аспектам идеи настоящего изобретения, также обеспечивается мембранный модуль для разделения текучих сред с повышенной эффективностью разделения, способный разделять большое количество текучей среды и пригодный для серийного производства.
Благодаря различным аспектам идеи настоящего изобретения, также обеспечивается очиститель воздуха, способный осуществлять эффективное отделение вредных газов.
Однако, аспекты идеи изобретения не ограничиваются изложенными. Указанные выше и другие аспекты идеи изобретения станут более понятны специалистам в области, к которой относится идея изобретения, при рассмотрении подробного описания изобретения, приведенного ниже.
Техническое решение
В соответствии с одним из аспектов идеи изобретения, им обеспечивается устройство разделения текучих сред, включающее мембрану для разделения текучих сред, протяженную в одном направлении и имеющую поперечное сечение в форме замкнутой кривой, при этом, толщина мембраны для разделения текучих сред составляет от 0,1 мм до 2 мм, наружный диаметр от 60 мм до 360 мм, когда поперечное сечение приведено к круглой форме.
В соответствии с другим аспектом идеи изобретения, им обеспечивается устройство разделения текучих сред, включающее: камеру; первую траекторию потока, которая ведет в камеру и предназначена для смешанной текучей среды, содержащей множество типов текучих сред, включающих подлежащую отделению целевую текучую среду; узел разделения текучей среды, находящийся в камере, который включает множество разделительных элементов, отделяющих, по меньшей мере, часть целевой текучей среды от смешанной текучей среды; вторую траекторию потока, по которой целевая текучая среда, отделенная в узле разделения текучей среды, выходит из камеры; третью траекторию потока, по которой оставшаяся в камере текучая среда выходит из камеры, при этом, каждый из разделительных элементов включает множество мембран для разделения текучих сред, расположенных в камере, изогнутых, по меньшей мере, один раз в форме U и соединенных со второй траекторией потока, при этом, каждая из мембран для разделения текучих сред позволяет, по меньшей мере, части целевой текучей среды перемещаться из смешанной текучей среды, текущей снаружи мембраны для разделения текучих сред, внутрь мембраны для разделения текучих сред.
В соответствии с другим аспектом идеи изобретения, им обеспечивается устройство разделения текучих сред, включающее: мембранный модуль для разделения текучих сред, который включает мембрану для разделения текучих сред; подающий трубопровод, расположенный на стороне впуска мембранного модуля для разделения текучих сред; отводящий трубопровод, расположенный на стороне выпуска мембранного модуля для разделения текучих сред; и компрессор, соединенный с мембранным модулем для разделения текучих сред подающим трубопроводом и создающий давление текучей среды, при этом, по меньшей мере, часть подающего трубопровода и, по меньшей мере, часть отводящего трубопровода расположены друг рядом с другом, образуя теплообменник.
В соответствии с другим аспектом идеи изобретения, им обеспечивается мембранный модуль для разделения текучих сред, включающий: множество разделительных мембран, расположенных последовательно, чтобы перекрывать друг друга; множество межслоевых разделителей, каждый из которых расположен между разделительными мембранами и включает несущую часть и центральную часть, окруженную несущей частью и, по меньшей мере, частично открытую; и сборочную трубу, пронизывающую разделительные мембраны и межслоевые разделители, при этом, разделительные мембраны расположены на обеих поверхностях несущей части.
В соответствии с другим аспектом идеи изобретения, им обеспечивается мембранный модуль для разделения текучих сред, включающий: множество разделительных мембран, уложенных расположенных последовательно, чтобы перекрывать друг друга; и множество межслоевых разделителей, каждый из которых расположен между разделительными мембранами и включает несущую часть, центральную часть, окруженную несущей частью и, по меньшей мере, частично открытую, и боковое отверстие, проходящее сквозь несущую часть в поперечном направлении.
В соответствии с другим аспектом идеи изобретения, им обеспечивается мембранный модуль для разделения текучих сред, включающий: множество трубчатых разделительных мембран, расположенных последовательно, чтобы перекрывать друг друга; концевой разделитель, установленный на обоих концах каждой из разделительных мембран; межтрубный разделитель, расположенный между соседними разделительными мембранами внахлест с концевым разделителем; и сборочную трубу, пронизывающую концевой разделитель и межтрубный разделитель.
В соответствии с другим аспектом идеи изобретения, им обеспечивается воздухоочиститель, включающий: устройство разделения текучих сред, которое включает мембрану для разделения текучих сред; вакуумный насос, который выводит воздух, разделенный в устройстве разделения текучих сред, наружу; и трубопровод, соединяющий устройство разделения текучих сред с вакуумным насосом.
Указанные выше и другие аспекты идеи изобретения станут более понятны при рассмотрении подробного описания идеи изобретения и прилагаемых чертежей.
Преимущества изобретения
Устройство разделения текучих сред и мембранный модуль для разделения текучих сред, соответствующие вариантам осуществления идеи изобретения, характеризуются повышенной эффективностью разделения, пригодны для разделения большого количества текучей среды и могут быть без труда произведены серийно.
Кроме того, воздухоочиститель, соответствующий одному из вариантов осуществления идеи изобретения, способен эффективным образом уменьшать концентрацию диоксида углерода, диоксида серы и т.д. в замкнутом пространстве.
Однако, преимущества идеи изобретения не ограничиваются вышеизложенными. Указанные и другие преимущества идеи изобретения станут более понятны при рассмотрении подробного описания идеи изобретения, приводимого ниже.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 представляет собой схему устройства разделения текучих сред, соответствующего одному из вариантов осуществления идеи изобретения;
Фиг. 2 представляет собой схему устройства разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 3 представляет собой схему устройства разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 4 представляет собой вид в перспективе мембраны для разделения текучих сред, соответствующей одному из вариантов осуществления идеи изобретения;
Фиг. 5 представляет собой вид в поперечном сечении по V-V' на фиг. 4;
Фиг. 6 представляет собой вид в перспективе мембраны для разделения текучих сред, соответствующей другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 7 представляет собой вид в поперечном сечении по VII-VII' на фиг. 6;
Фиг. 8 представляет собой схему, отражающую соотношение пространства, занимаемого кругом и эллипсом;
Фиг. 9 и 10 представляют собой вид в поперечном сечении мембран для разделения текучих сред в соответствии с различными вариантами осуществления идеи изобретения;
Фиг. 11 представляет собой вид в перспективе, на котором показан мембранный разделитель, установленный в мембране для разделения текучих сред фиг. 6;
Фиг. 12 представляет собой вид сверху мембранного разделителя фиг. 11;
Фиг. 13 представляет собой вид в поперечном сечении по XIII-XIII' на фиг. 11;
Фиг. 14 представляет собой вид в перспективе, отражающий процесс установки мембранного разделителя в мембрану для разделения текучих сред;
Фиг. 15 представляет собой вид в перспективе, отражающий мембрану для разделения текучих сред и мембранный разделитель, установленный в мембране для разделения текучих сред, в соответствии с другим вариантом осуществления идеи изобретения;
Фиг. 16 представляет собой вид в поперечном сечении по XVI-XVI' на фиг. 15;
Фиг. 17 представляет собой вид в перспективе трубчатой мембраны для разделения текучих сред, соответствующей другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 18 представляет собой вид в перспективе пластинчатой мембраны для разделения текучих сред, соответствующей другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 19 представляет собой вид в поперечном сечении по XIX-XIX' на фиг. 18;
Фиг. 20 представляет собой вид в поперечном сечении мембраны для разделения текучих сред, соответствующей другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 21 представляет собой вид в поперечном сечении, отражающий состояние, в котором мембранный разделитель установлен в мембране для разделения текучих сред фиг. 17;
Фиг. 22 представляет собой вид в перспективе трубчатой мембраны для разделения текучих сред и разделителя, расположенного в трубчатой мембране для разделения текучих сред в соответствии с другим вариантом осуществления идеи изобретения;
Фиг. 23 представляет собой вид сверху разделителя, показанного на фиг. 22;
Фиг. 24 представляет собой вид в перспективе области «А» на фиг. 23;
Фиг. 25 представляет собой вид в перспективе мембранного разделителя, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 26 представляет собой вид в перспективе с пространственным разделением деталей мембраны для разделения текучих сред и мембранного разделителя в соответствии с другим вариантом осуществления идеи изобретения;
Фиг. 27 представляет собой вид в поперечном сечении мембраны для разделения текучих сред и мембранного разделителя, показанных на фиг. 26;
Фиг. 28 представляет собой вид в перспективе опорной мембраны, соответствующей другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 29 представляет собой вид в поперечном сечении опорной мембраны, показанной на фиг. 28;
Фиг. 30 представляет собой вид в перспективе мембраны для разделения текучих сред, соответствующей другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 31 представляет собой вид в поперечном сечении по XXXI-XXXI' на фиг. 30;
Фиг. 32 представляет собой вид в поперечном сечении мембранного разделителя, установленного в мембране для разделения текучих сред фиг. 30;
Фиг. 33 представляет собой схему устройства разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 34 представляет собой схему устройства разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 35 представляет собой схему устройства разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 36 представляет собой схему внутренней конфигурации камеры устройства разделения текучих сред фиг. 35;
Фиг. 37 представляет собой вид в перспективе элемента для разделения текучих сред, показанного на фиг. 36;
Фиг. 38 представляет собой вид спереди, демонстрирующий установление соединения между подвеской разделительной трубки и держателем подвески фиг. 37;
Фиг. 39 и 40 представляют собой вид спереди, демонстрирующий установление соединения между подвеской разделительной трубки и держателем подвески в соответствии с другими вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 41 представляет собой вид в поперечном сечении мембраны для разделения текучих сред, показанной на фиг. 37;
Фиг. 42 представляет собой вид сверху коллекторного узла отделенной текучей среды, показанного на фиг. 37;
На фиг. 43 показан пример, в котором устройства разделения текучих сред, соответствующие одному из вариантов осуществления идеи изобретения, при использовании соединены последовательно;
Фиг. 44 представляет собой схему внутренней конфигурации устройства разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 45 представляет собой схему внутренней конфигурации устройства разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 46 представляет собой вид сверху, демонстрирующий установление соединения между первым коллекторным узлом отделенной текучей среды и вторым коллекторным узлом отделенной текучей среды;
Фиг. 47 представляет собой схематичный вид спереди элемента для разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 48 представляет собой схематичный вид сверху узла рассеивания смешанной текучей среды фиг. 45, соответствующего идее изобретения;
Фиг. 49 представляет собой схематичный вид сверху коллекторного узла оставшейся текучей среды, показанного на фиг. 45;
Фиг. 50 представляет собой схему клапанов первой траектории потока и третьей траектории потока;
Фиг. 51 представляет собой схему мембранного модуля для разделения текучих сред, соответствующего одному из вариантов осуществления идеи изобретения;
Фиг. 52 представляет собой вид в перспективе мембранного модуля для разделения текучих сред, соответствующего одному из вариантов осуществления идеи изобретения;
Фиг. 53 представляет собой вид спереди мембранного модуля для разделения текучих сред, показанного на фиг. 52;
Фиг. 54 представляет собой вид в перспективе с частичным пространственным разделением деталей мембранного модуля для разделения текучих сред, показанного на фиг. 52;
Фиг. 55 представляет собой вид сверху мембраны для разделения текучих сред, соответствующей одному из вариантов осуществления идеи изобретения;
Фиг. 56 представляет собой вид сверху первого межслоевого разделителя, показанного на фиг. 52;
Фиг. 57 представляет собой вид сверху второго межслоевого разделителя, показанного на фиг. 52;
Фиг. 58 представляет собой частичный вид в перспективе области «А» фиг. 56;
Фиг. 59 представляет собой частичный вид в перспективе области «В» фиг. 56;
Фиг. 60 представляет собой вид в перспективе области «С» фиг. 56;
Фиг. 61 представляет собой вид в перспективе несущей сборочной трубы, показанной на фиг. 52;
Фиг. 62 представляет собой вид в поперечном сечении по LXII-LXII' на фиг. 52;
Фиг. 63 представляет собой вид в перспективе с пространственным разделением деталей мембранного модуля для разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 64 представляет собой вид в перспективе мембранного разделителя, показанного на фиг. 63;
Фиг. 65 представляет собой схематичный вид сверху, на котором показана разделительная мембрана, второй межслоевой разделитель и мембранный разделитель, показанный на фиг. 63;
Фиг. 66 представляет собой схематичный вид сверху, на котором показана разделительная мембрана, второй межслоевой разделитель и мембранный разделитель мембранного модуля для разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 67 представляет собой частичный вид в поперечном сечении мембранного модуля для разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 68 представляет собой вид в перспективе с пространственным разделением деталей первого межслоевого разделителя, разделительной мембраны и второго межслоевого разделителя, показанного на фиг. 67;
Фиг. 69 представляет собой вид в перспективе мембранного модуля для разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 70 представляет собой вид в поперечном сечении по LXХ-LXХ' на фиг. 69;
Фиг. 71 представляет собой вид в перспективе с пространственным разделением деталей мембранного модуля для разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 72 представляет собой вид сверху первого межслоевого разделителя, показанного на фиг. 71;
Фиг. 73 представляет собой вид сверху второго межслоевого разделителя, показанного на фиг. 71;
Фиг. 74 представляет собой вид в перспективе области «D» на фиг. 72;
Фиг. 75 представляет собой вид в поперечном сечении по LXХV-LXХV' на фиг. 74;
Фиг. 76 представляет собой вид сбоку мембранного модуля для разделения текучих сред, показанного на фиг. 71;
Фиг. 77 представляет собой вид в поперечном сечении соединительной части между коллектором и первым межслоевым разделителем, показанным на фиг. 71;
Фиг. 78 представляет собой схематичный вид сверху, демонстрирующий разделительную мембрану и второй межслоевой разделитель фиг. 71 одновременно;
Фиг. 79 представляет собой вид сбоку мембранного модуля для разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 80 представляет собой вид в перспективе с пространственным разделением деталей первого межслоевого разделителя, разделительной мембраны и второго межслоевого разделителя мембранного модуля для разделения текучих сред, показанного на фиг. 79;
Фиг. 81 представляет собой схематичный вид мембранного модуля для разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 82 представляет собой вид в перспективе мембранного модуля для разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 83 представляет собой вид спереди мембранного модуля для разделения текучих сред, показанного на фиг. 82;
Фиг. 84 представляет собой вид сбоку мембранного модуля для разделения текучих сред, показанного на фиг. 82;
Фиг. 85 представляет собой вид сверху мембранного модуля для разделения текучих сред, показанного на фиг. 82;
Фиг. 86 представляет собой вид в поперечном сечении по LXХXVI-LXXХVI' на фиг. 82;
Фиг. 87 представляет собой вид в перспективе концевого разделителя, показанного на фиг. 82;
Фиг. 88 представляет собой вид в поперечном сечении по LXХXVIII-LXXХVIII' на фиг. 87;
Фиг. 89 представляет собой вид в перспективе межтрубного разделителя, показанного на фиг. 82;
Фиг. 90 представляет собой вид в перспективе сборочной трубы, показанной на фиг. 82;
Фиг. 91 и 92 представляют собой частичный вид сбоку концевых разделителей, соответствующих другим вариантам осуществления идеи изобретения;
Фиг. 93 представляет собой вид сбоку концевого разделителя, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 94 представляет собой вид сбоку межтрубного разделителя, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 95 представляет собой вид в поперечном сечении по XCV-XCV' на фиг. 94;
Фиг. 96 представляет собой вид сверху концевого разделителя и межтрубного разделителя, соответствующих другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 97 представляет собой вид сверху концевого разделителя и межтрубного разделителя, соответствующих другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 98 представляет собой схематичный вид, демонстрирующий состояние, в котором множество концевых разделителей и множество межтрубных разделителей фиг. 97 соединены друг с другом;
Фиг. 99 представляет собой вид сверху концевого разделителя, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 100 представляет собой вид сбоку фиг. 99;
Фиг. 101 представляет собой частичный вид сверху мембранного модуля для разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 102 представляет собой вид спереди мембранного модуля для разделения текучих сред, показанного на фиг. 101;
Фиг. 103 представляет собой частичный вид сбоку мембранного модуля для разделения текучих сред, показанного на фиг. 101;
Фиг. 104 представляет собой вид в перспективе сборочной трубы, показанной на фиг. 101;
Фиг. 105 представляет собой вид сбоку концевого разделителя, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения;
Фиг. 106 представляет собой вид спереди, демонстрирующий установление соединения между разделительной мембраной фиг. 26 и 27 и концевым разделителем фиг. 105;
Фиг. 107 представляет собой схему тепловой энергетической установки, включающей устройство разделения текучих сред, соответствующее одному из вариантов осуществления идеи изобретения; и
Фиг. 108 представляет собой схему устройства разделения текучих сред, соответствующего одному из вариантов осуществления идеи изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Преимущества и отличительные особенности идеи настоящего изобретения и способы его реализации станут более понятны по рассмотрении следующего подробного описания примерных вариантов его осуществления и прилагаемых чертежей. Однако, идея изобретения может быть воплощена во множестве разнообразных форм и не должна рассматриваться как ограниченная приводимыми в настоящем документе вариантами осуществления. Напротив, эти варианты осуществления приведены для полноты и законченности настоящего описания и точности восприятия идеи изобретения специалистами в данной области, и идея изобретения определяется только прилагаемой формулой изобретения.
Следует понимать, что когда элемент или слой упоминается как находящийся «на» другом элементе или слое, этот элемент или слой может находиться непосредственно на другом элементе или слое или при наличии промежуточных элементов или слоев. Одинаковыми номерами во всем описании обозначены одинаковые элементы.
Следует понимать, что хотя термины первый, второй, третий и т.д. могут быть использованы в настоящем документе для описания различных компонентов, эти компоненты не ограничиваются данными терминами. Эти термины использованы только для того, чтобы отличать один компонент от другого. Так, первый компонент, описываемый ниже, может быть назван вторым компонентов без отступления от положений идеи изобретения.
Далее со ссылкой на прилагаемые чертежи описаны варианты осуществления идеи изобретения.
Фиг. 1 представляет собой схему устройства разделения текучих сред, соответствующего одному из вариантов осуществления идеи изобретения. Как показано на фиг. 1, устройство 1 разделения текучих сред является устройством, используемым для отделения конкретной текучей среды от смеси текучих сред MF.
Текучая среда может представлять собой газ или жидкость. Смесь текучих сред MF включает множество разных текучих сред. Например, смесь текучих сред MF может являться отходящим газом тепловой электростанции или завода, автомобильным выхлопным газом, газообразным побочным продуктом, свалочным газом, сточными водами и т.п.
Множество газов может быть смешано полностью и однородно, однако, это необязательно. Например, в пространстве, где находится смесь текучих сред, содержащая первую текучую среду и вторую текучую среду, только первая текучая среда может находиться в одной конкретной области, и только вторая текучая среда может находиться в другой конкретной области. Кроме того, содержание первой текучей среды в конкретной области может быть больше, чем в другой конкретной области.
Отделение конкретной текучей среды от смеси текучих сред MF включает не только полное отделение конкретной текучей среды от смеси текучих сред MF, но и получение (производство) смеси текучих сред MF1 или MF2 с увеличенным содержанием конкретной текучей среды из исходной (подаваемой) смеси текучих сред MF. Например, когда исходная смесь текучих сред MF содержит азот и диоксид углерода в соотношении 3:1, если какая-либо одна из получаемых текучих сред и получаемых смесей текучих сред MF1 или MF2 является 100% диоксидом углерода или содержит азот и диоксид углерода в соотношении менее 3:1, это означает, что диоксид углерода был отделен. Если какая-либо одна из получаемых текучих сред и получаемых смесей текучих сред MF1 или MF2 является 100% азотом или содержит азот и диоксид углерода в соотношении более 3:1, это означает, что азот был отделен. Кроме того, поскольку содержание конкретной текучей среды в значительной степени увеличено, это означает, что эффективность отделения конкретной текучей среды выше.
4
10
2
6
14
2
Помимо упомянутых выше диоксида углерода и азота, могут быть отделены различные текучие среды. Примерами текучей среды, подлежащей отделению, могут служить, помимо прочего, ацетон, аммиак, аргон, бензол, бутан (n-СН), дисульфид углерода (CS), монооксид углерода, этан, этилен, гелий, гексан (n-СН), водород, сероводород, метан, метанол, монооксид азота, диоксид азота, гемиоксид азота (NO), октан, кислород, пентан, пропан, диоксид серы, толуол и пары воды.
Устройство 1 разделения текучих сред включает камеру 20 и мембрану 10 для разделения текучих сред, расположенную в камере 20. Мембрана для разделения текучих сред может иметь трубчатую форму или пластинчатую форму. В данном варианте осуществления изобретения в качестве примера будет описан случай использования трубчатой мембраны 10 для разделения текучих сред. Хотя на чертеже это не показано, мембранный разделитель может находиться внутри трубчатой мембраны 10 для разделения текучих сред для предотвращения контакта внутренний стенок мембраны 10 для разделения текучих сред друг с другом.
Внутреннее пространство 10s1 мембраны 10 для разделения текучих сред и наружное пространство 10s2 мембраны 10 для разделения текучих сред физически разделены стенками мембраны для разделения текучих сред, образованными самой мембраной 10 для разделения текучих сред. То есть, пространство внутри камеры 20 разделено мембраной 10 для разделения текучих сред. По меньшей мере, часть текучей среды может перемещаться между внутренним и наружным пространством 10s1 и 10s2 мембраны 10 для разделения текучих сред, проходя сквозь мембрану 10 для разделения текучих сред, и ее параметры используются для отделения конкретной текучей среды.
Камера 20 обеспечивает ограниченное пространство. Пространство внутри камеры 20 физически отделено от пространства снаружи камеры 20. Камера 20 пространственно ограничивает перемещение текучей среды, подаваемый в камеру 20. Кроме этого, камера 20 позволяет осуществлять регулирование различных технологических параметров, таких как температура, давление и влажность, внутри камеры независимо и иначе, нежели снаружи камеры 20. Ограничение пространства камеры 20 не обязательно означает замкнутость пространства, и может также включать пространство, открытое наружу.
Например, камера 20 может включать, по меньшей мере, три канала для текучей среды (21, 22 и 25). В примерном варианте осуществления изобретения камера 20 включает впуск 25 текучей среды, первый выпуск 21 текучей среды и второй выпуск текучей среды 22.
Первый выпуск 21 текучей среды и второй выпуск 22 текучей среды являются каналами, по которым смесь текучих сред или текучая среда выводится из камеры наружу. Пространство внутри мембраны 10 для разделения текучих сред частично соединено с первым выпуском 21 текучей среды. Второй выпуск 22 текучей среды не соединен с пространством внутри мембраны 10 для разделения текучих сред.
Впуск 25 текучей среды является каналом, по которому смесь текучих сред MF поступает (вводится) в камеру 20. В одном из вариантов осуществления изобретения впуск 25 текучей среды не соединен со внутренним пространством мембраны 10 для разделения текучих сред, как показано на фиг. 1. В этом случае, смесь текучих сред MF вводится в камеру 20, а также в наружное пространство 10s2 мембраны 10 для разделения текучих сред через впуск 25 текучей среды. Из смеси текучих сред, введенной в камеру 20, те компоненты текучих сред, которые поступают во внутреннее пространство 10s1 мембраны 10 для разделения текучих сред через стенки мембраны 10 для разделения текучих сред, выводятся к первому выпуску 21 текучей среды (см. «MF1»), а компоненты текучих сред, оставшиеся в наружном пространстве 10s2 мембраны 10 для разделения текучих сред, могут быть выведены ко второму выпуску 22 текучей среды (см. «MF2»). Если смесь текучих сред MF, поданная через впуск 25 текучей среды, содержит азот и диоксид углерода, и если мобильность диоксида углерода через мембрану 10 для разделения текучих сред выше, чем азота, концентрация азота в наружном пространстве 10s2 мембраны 10 для разделения текучих сред становится относительно высокой, тогда как концентрация диоксида углерода в наружном пространстве 10s2 мембраны 10 для разделения текучих сред становится относительно низкой. С другой стороны, концентрация азота во внутреннем пространстве 10s1 мембраны 10 для разделения текучих сред становится относительно низкой, тогда как концентрация диоксида углерода во внутреннем пространстве 10s1 мембраны 10 для разделения текучих сред становится относительно высокой. Следовательно, смесь текучих сред MF2 с относительно высоким содержанием азота может быть выведена через второй выпуск 22 текучей среды, смесь текучих сред MF1 с относительно высоким содержанием диоксида углерода может быть выведена через первый выпуск 21 текучей среды.
Концентрация конкретных компонентов в каждой из смесей текучих сред MF1 и MF2, выводимых через первый выпуск 21 и второй выпуск 22 текучей среды, относительно выше, чем в подаваемой смеси текучих сред MF. Если смесь текучих сред MF1 или MF2, выводимая через первый выпуск 21 и второй выпуск 22 текучей среды, повторно подается в устройство 1 разделения текучих сред или подается в другое устройство разделения текучих сред более одного раза, концентрация конкретных компонентов может быть дополнительно увеличена. Смеси текучих сред MF1 и MF2, выводимые через первый выпуск 21 и второй выпуск 22 текучей среды, избирательно могут отводиться или направляться на хранение в резервуар или, при необходимости, могут быть использованы в различных других областях.
Фиг. 2 представляет собой схему устройства разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения.
Как показано на фиг. 2, устройство 2 разделения текучих сред, соответствующее данному варианту осуществления, отличается от варианта осуществления, показанного на фиг. 1, тем, что смесь текучих сред MF вводится во внутреннее пространство 11s1 мембраны 11 для разделения текучих сред.
Данный вариант осуществления подобен варианту, показанному на фиг. 1, тем, что конец 11Е1 мембраны 11 для разделения текучих сред пространственно соединен с первым выпуском 21 текучей среды или проходит через первый выпуск 21 текучей среды вовне камеры 20, и что второй выпуск 22 текучей среды пространственно не соединен с мембраной 11 для разделения текучих сред. Однако, данный вариант осуществления отличается от показанного на фиг. 1 тем, что внутреннее пространство мембраны 11 для разделения текучих сред соединено со впуском 25 текучей среды.
Смесь текучих сред MF вводится во внутреннее пространство 11s1 мембраны 11 для разделения текучих сред через впуск 25 текучей среды. Из смеси текучих сред, введенной во внутреннее пространство 11s1 мембраны 11 для разделения текучих сред, компоненты текучих сред, проникающие в наружное пространство 11s2 мембраны 11 для разделения текучих сред сквозь мембрану 11 для разделения текучих сред, могут быть выведены ко второму выпуску 22 текучей среды (см. «MF2»), а компоненты текучих сред, оставшиеся во внутреннем пространстве 11s1 мембраны 11 для разделения текучих сред, могут быть выведены к первому выпуску 21 текучей среды (см. «MF1»). Если смесь текучих сред MF, поданная через впуск 25 текучей среды, содержит азот и диоксид углерода, и если мобильность диоксида углерода через мембрану 11 для разделения текучих сред выше, чем азота, концентрация азота во внутреннем пространстве 11s1 мембраны 11 для разделения текучих сред становится относительно высокой, тогда как концентрация диоксида углерода во внутреннем пространстве 11s1 мембраны 11 для разделения текучих сред становится относительно низкой. С другой стороны, концентрация азота в наружном пространстве 11s2 мембраны 11 для разделения текучих сред становится относительно низкой, тогда как концентрация диоксида углерода в наружном пространстве 11s2 мембраны 11 для разделения текучих сред становится относительно высокой. Следовательно, смесь текучих сред MF1 с относительно высоким содержанием азота может быть выведена через первый выпуск 21 текучей среды, смесь текучих сред MF2 с относительно высоким содержанием диоксида углерода может быть выведена через второй выпуск 22 текучей среды.
Фиг. 3 представляет собой схему устройства разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения.
Как показано на фиг. 3, устройство 3 разделения текучих сред, соответствующее данному варианту осуществления, отличается от варианта осуществления, показанного на фиг. 1, тем, что в нем использована пластинчатая мембрана 12 для разделения текучих сред.
Пластинчатая мембрана 12 для разделения текучих сред разделяет пространство внутри камеры 20. В данном варианте осуществления одна сторона мембраны 12 для разделения текучих сред соответствует пространству снаружи мембраны 10 для разделения текучих сред фиг. 1, другая сторона мембраны 12 для разделения текучих сред соответствует пространству внутри мембраны 10 для разделения текучих сред фиг. 1. Впуск 25 текучей среды и первый выпуск 21 текучей среды расположены на одной стороне мембраны 12 для разделения текучих сред, а второй выпуск 22 текучей среды расположен на другой стороне мембраны 12 для разделения текучих сред. Хотя на чертеже это не показано, мембрана 12 для разделения текучих сред может иметь модулярную форму, а не полностью разделять внутреннее пространство камеры 20. Модуль может быть расположен внутри камеры 20, мембрана 12 для разделения текучих сред может разделять пространство внутри модуля. Модуль может включать наружную крышку, которая отделяет и герметизирует наружное пространство. В этом случае камера 20 может быть исключена.
В описанных выше вариантах осуществления изобретения, показанных на фиг. 1-3, мембрана 10, 11 или 12 для разделения текучих сред может быть обеспечена в камере 20 во множестве экземпляров. В случае трубчатых мембран 10 и 11 для разделения текучих сред, множество мембран 10 или 11 для разделения текучих сред может располагаться друг рядом с другом. В случае пластинчатой мембраны 12 для разделения текучих сред, множество мембран 12 для разделения текучих сред может располагаться параллельно друг другу с заданными интервалами и разделять внутреннее пространство камеры 20 на множество пространств. В качестве альтернативы, множество мембран 12 для разделения текучих сред может быть уложено друг на друга и обеспечено в модулярной форме. В этом случае мембранный разделитель (не показан) может располагаться между мембранами 12 для разделения текучих сред с целью предотвращения контакта мембран 12 для разделения текучих сред друг с другом.
Мембрана для разделения текучих сред далее описана более подробно.
Фиг. 4 представляет собой вид в перспективе мембраны для разделения текучих сред, соответствующей одному из вариантов осуществления идеи изобретения. Фиг. 5 представляет собой вид в поперечном сечении по V-V' на фиг. 4. На фиг. 4 и 5 показана трубчатая мембрана для разделения текучих сред.
Как показано на фиг. 4 и 5, мембрана 100 для разделения текучих сред может простираться в направлении Z. Мембрана 100 для разделения текучих сред может простираться в направлении длины камеры, но также может быть согнута один или несколько раз.
Конец 100Е1 мембраны 100 для разделения текучих сред открыт. Открытый конец 100Е1 мембраны 100 для разделения текучих сред пространственно соединен с первым выпуском текучей среды устройства разделения текучих сред или выведен вовне камеры через первый выпуск текучей среды. Другой конец 100Е2 мембраны 100 для разделения текучих сред может быть закрытым или открытым.
Поперечное сечение мембраны 100 для разделения текучих сред, перпендикулярное направлению Z, в котором простирается мембрана 100 для разделения текучих сред, образует замкнутую кривую. Поперечное сечение мембраны 100 для разделения текучих сред может быть круглым. Однако, поперечное сечение мембраны 100 для разделения текучих сред не ограничивается круглой формой, оно может иметь другую форму замкнутой кривой, например, эллиптическую форму. Со ссылкой на фиг. 4 и 5 в качестве примера будет описан случай, когда поперечное сечение мембраны 100 для разделения текучих сред круглое.
Стенки 100w трубчатой мембраны 100 для разделения текучих сред могут быть выполнены цельными вдоль наружной окружности трубчатой мембраны 100 для разделения текучих сред. В данном случае, если стенки 100w трубчатой мембраны 100 для разделения текучих сред выполнены цельными, это не означает, что множество мембран для разделения текучих сред соединено с образованием трубки, или что одна мембрана для разделения текучих сред свернута, и оба конца одной мембраны для разделения текучих сред соединены с образованием трубки, напротив, означает, что стенки 100w трубчатой мембраны 100 для разделения текучих сред выполнены вдоль наружной окружности как единое целое без соединения частей. Например, стенки 100w трубчатой мембраны 100 для разделения текучих сред могут быть изначально выполнены трубчатыми таким способом, как экструдирование.
Толщина d мембраны 100 для разделения текучих сред, другими словами, толщина стенок 100w, зависит от способа производства мембраны 100 для разделения текучих сред. Как описано выше, мембрана 100 для разделения текучих сред может быть произведена способом экструдирования, пригодным для массового производства. Например, полимерный материал, такой как силоксановый полимер, может иметь толщину d 0,1 мм или более, так что ему легко придать трубчатую форму способом экструдирования. Если полимерный материал имеет толщину d 0,4 мм или более, возможно массовое производство в коммерческом масштабе. С другой стороны, с увеличением толщины d мембраны 100 для разделения текучих сред расстояние, которое должна преодолеть текучая среда, увеличивается, поэтому снижается эффективность разделения. Было подтверждено, что если толщина мембраны 100 для разделения текучих сред превышает 2 мм, мобильность текучей среды в устройстве разделения текучих сред с низкими затратами энергии значительно уменьшается, площадь контакта между текучей средой и поверхностью мембраны 100 для разделения текучих сред относительно занимаемого ею пространства также уменьшается, следовательно снижается эффективность разделения текучей среды. Поэтому является предпочтительным, чтобы толщина d мембраны 100 для разделения текучих сред была выбрана из диапазона от 0,1 до 2 мм или от 0,4 до 2 мм.
Размер (ширина) мембраны 100 для разделения текучих сред зависит от длины наружной окружности поперечного сечения мембраны 100 для разделения текучих сред. Длина наружной окружности круглого поперечного сечения мембраны 100 для разделения текучих сред составляет π наружных диаметров (внешних диаметров) R1 мембраны 100 для разделения текучих сред. В том варианте осуществления изобретения, в котором поперечное сечение мембраны для разделения текучих сред представляет собой замкнутую кривую, но не круг, длина наружной окружности поперечного сечения может составлять π наружных диаметров мембраны для разделения текучих сред, когда поперечное сечение мембраны для разделения текучих сред приведено к форме круга.
Если наружный диаметр R1 мембраны 100 для разделения текучих сред слишком мал, внутренний диаметр R2 мембраны 100 для разделения текучих сред становится слишком маленьким относительно толщины d мембраны 100 для разделения текучих сред. Из-за этого уменьшается эффективность перемещения текучей среды. С другой стороны, если наружный диаметр R1 мембраны 100 для разделения текучих сред слишком велик, площадь поверхности мембраны 100 для разделения текучих сред, обращенная к текучей среде, относительно занимаемого ею пространства уменьшается, тем самым, снижая эффективность перемещения текучей среды. Ввиду вышеизложенного, наружный диаметр R1 мембраны 100 для разделения текучих сред может составлять от 60 до 360 мм.
Если длина L мембраны 100 для разделения текучих сред, протяженной в направлении Z, слишком мала, необходимо увеличивать число отдельно устанавливаемых мембран 100 для разделения текучих сред, что невыгодно с точки зрения сборки и обслуживания. Следовательно, является предпочтительным, чтобы длина L мембраны 100 для разделения текучих сред составляла 500 мм или более. С другой стороны, если длина мембраны 100 для разделения текучих сред слишком велика, трудно обеспечить отведение текучей среды, поданной внутрь мембраны 100 для разделения текучих сред только с малыми затратами энергии. Кроме того, трудно равномерно регулировать концентрацию конкретной текучей среды внутри мембраны 100 для разделения текучих сред. Следовательно, является предпочтительным, чтобы длина мембраны 100 для разделения текучих сред составляла 5000 мм или менее.
Механическая прочность мембраны 100 для разделения текучих сред может быть разной во время производства и по окончании производства. Например, когда трубчатую мембрану 100 для разделения текучих сред производят способом экструдирования, материал трубки во время изготовления может находиться в расплавленном или полурасплавленном состоянии. В этом случае механическая прочность мембраны 100 для разделения текучих сред меньше, чем по завершении отверждения. Если абсолютная механическая прочность мембраны 100 для разделения текучих сред невелика, мембраны 100 для разделения текучих сред может разрушаться под действием собственного веса, давления экструзии, других внешних сил или локального напряжения. Следовательно, необходимо обеспечить достаточную механическую прочность, чтобы предотвратить разрушение трубки во время производства.
Механическая прочность S мембраны 100 для разделения текучих сред во время производства увеличивается с увеличением толщины d мембраны 100 для разделения текучих сред и уменьшается с увеличением диаметра R1 и длины L мембраны 100 для разделения текучих сред. Чтобы обеспечить механическую прочность S мембраны 100 для разделения текучих сред, достаточную для предотвращения разрушения трубки во время производства, толщина d, диаметр R1 и длина L мембраны для разделения текучих сред должны удовлетворять следующему соотношению:
S ∝ d/(L x R1) ≥ 1/3000000 (1)
В камере может располагаться множество мембран 100 для разделения текучих сред. Мембраны 100 для разделения текучих сред могут находиться друг рядом с другом. В одном из примерных вариантов осуществления изобретения зазор между соседними мембранами 100 для разделения текучих сред может быть больше или равен толщине d стенок 100w мембраны 100 для разделения текучих сред и меньше или равен π/2 диаметров R1 мембран 100 для разделения текучих сред. Например, зазор между соседними мембранами 100 для разделения текучих сред, вообще, может лежать в диапазоне от 0,1 мм до 500 мм. Когда зазор между соседними мембранами 100 для разделения текучих сред составляет 0,1 мм или более, может быть исключен контакт между соседними мембранами 100 для разделения текучих сред. Следовательно, предотвращается уменьшение эффективной площади поверхности мембран 100 для разделения текучих сред, через которую проходит текучая среда. При установлении зазора между соседними мембранами 100 для разделения текучих сред 500 мм или менее, площадь контакта между текучей средой и поверхностью каждой из мембран 100 для разделения текучих сред в ограниченном пространстве камеры может быть в достаточной степени увеличена.
Множество мембран 100 для разделения текучих сред может образовывать колонну. Кроме этого, множество колонн из мембран 100 для разделения текучих сред может быть размещено в камере на одной прямой.
Мембрана 100 для разделения текучих сред обеспечивает проникновение конкретной текучей среды. Мембрана 100 для разделения текучих сред может обеспечивать перемещение конкретной текучей среды между внутренним 100s1 и наружным 100s2 пространствами мембраны 100 для разделения текучих сред. Мембрана 100 для разделения текучих сред может включать микропоры, так что конкретная текучая среда может проходить через микропоры. Однако, идея изобретения не ограничивается этим случаем, могут быть использованы другие способы, обеспечивающие перемещение конкретной текучей среды через стенки 100w мембраны 100 для разделения текучих сред. Например, конкретная текучая среда может проникать в стенки 100w путем растворения, абсорбции или адсорбции в стенках 100w мембраны 100 для разделения текучих сред или может проходит сквозь мембрану 100 для разделения текучих сред посредством химического связывания и разложения. Текучая среда может перемещаться способом диффузии, такой как диффузия Кнудсена, молекулярная диффузия, поверхностная диффузия или диффузия в супермикропорах или таким способом, как фильтрация или осмос.
Энергия, необходимая для того, чтобы конкретная текучая среды прошла сквозь мембрану 100 для разделения текучих сред, может быть обеспечена, помимо прочего, за счет перепада давления или концентрации текучей среды между внутренним 100s1 и наружным 100s2 пространствами мембраны 100 для разделения текучих сред, кинетической энергии текучих сред или физической или химической энергии взаимодействия между текучей средой и мембраной 100 для разделения текучих сред.
Мембрана 100 для разделения текучих сред может включать полимерный материал, такой как ацетат целлюлозы, полисульфоновый или силоксановый полимер, или неорганический материал, такой как керамика на основе оксида кремния, стекло на основе оксида кремния, керамика на основе оксида алюминия, пористая нержавеющая сталь, пористый титан или пористое серебро. Материал, который образует мембрану 100 для разделения текучих сред, может быть выбран с учетом не только типа смешанной текучей среды и селективности в отношении подлежащей отделению текучей среды, но и простоты производства, возможности массового производства, износостойкости и т.д. Вообще, полимерный материал более прост в изготовлении, чем неорганический материал. Например, в случае силоксанового полимера, необходимую форму легко получить способом экструдирования, массовое производство также не затруднено. Хотя в зависимости от типа и способа производства силоксанового полимера его свойства меняются, нетрудно изготовить силоксановый полимер с селективностью в отношении диоксида углерода и азота, примерно, 3:1 или даже 5:1 или более. Следовательно, силоксановый полимер легко использовать для отделения диоксида углерода от смеси диоксида углерода и азота.
Мембрана 100 для разделения текучих сред может быть изготовлена из гибкого материала. Если материал мембраны 100 для разделения текучих сред является гибким, мембрану 100 для разделения текучих сред легко сгибать. Следовательно, мембрана 100 для разделения текучих сред может быть легко установлена в различных формах. Кроме того, мембрана 100 для разделения текучих сред может быть изготовлена из материала, обладающего гибкостью и эластичностью. Если мембрана 100 для разделения текучих сред обладает гибкостью и эластичностью, то когда мембранный разделитель установлен во внутреннем пространстве 100s1 мембраны 100 для разделения текучих сред, мембрана 100 для разделения текучих сред может растягиваться в направлении ширины мембранного разделителя, и движение мембранного разделителя может быть ограничено силой восстановления формы. Поскольку силоксановый полимер обладает всеми указанными выше характеристиками, он может быть использован как очень подходящий материал для мембраны 100 для разделения текучих сред.
Мембрана 100 для разделения текучих сред может дополнительно, помимо указанных выше материалов, включать нанокерамический материал. Благодаря нанокерамическому материалу может быть увеличена прочность мембраны 100 для разделения текучих сред и сродство к конкретной текучей среде.
2
3
2
2
3
2
3
2
2
Оксиды на основе Fe, Pd, Ti и Al, которые являются нанокерамическими материалами, также являются дружественными по отношению к диоксиду углерода и могут быть применены в мембране 100 для разделения текучих сред с целью отделения диоксида углерода. Например, может быть использован любой из FeO, TiO, PdO, AlO, MgO, NiO, YO, SiO, ZrO и цеолитов, которые являются нанокерамическими материалами, или смесь этих материалов.
Нанокерамический материал может быть использован в количестве от 0,001 до 10% вес. относительно общего веса полимерного материала, такого как силоксановый полимер.
Нанокерамический материал может быть смешан с полимерным материалом, таким как силоксановый полимер, и обработан соответствующим образом. Например, мембрана 100 для разделения текучих сред может быть произведена путем экструдирования смеси силоксанового полимера и нанокерамического материала. В этом случае нанокерамический материал может быть распределен в полимерном материале.
Нанокерамический материал также может быть обеспечен в форме слоя покрытия. Например, после производства трубки путем экструдирования полимерного материала она может быть погружена в суспензию разбавленного нанокерамического порошка. В качестве альтернативы, суспензия может быть нанесена на трубку путем распыления, обливания или валкового крашения, либо нанокерамический материал может быть непосредственно осажден на трубке.
Слой нанокерамического покрытия может быть образован только на внутренних стенках трубки или на наружных стенках трубки или и на внутренних, и на наружных стенках. Место нанесения слоя нанокерамического покрытия может быть надлежащим образом выбрано в соответствии с пространством, в которое подается смесь текучих сред, и простотой производства. Например, когда смесь диоксида углерода и азота подают в наружное пространство 100s2 мембраны 100 для разделения текучих сред, с точки зрения селективного отделения диоксида углерода является выгодным создание слоя нанокерамического покрытия с большим сродством к диоксиду углерода на наружных стенках трубки. Однако, идея изобретения не ограничивается этим случаем, также возможно нанесение нанокерамического материала на внутренние и наружные стенки трубки, принимая во внимание эффективность разделения и простоту производства.
Фиг. 6 представляет собой вид в перспективе мембраны для разделения текучих сред, соответствующей другому варианту осуществления идеи изобретения. Фиг. 7 представляет собой вид в поперечном сечении по VII-VII' на фиг. 6.
Как показано на фиг. 6 и 7, данный вариант осуществления изобретения отличается от варианта, показанного на фиг. 5, тем, что поперечное сечение мембраны 101 для разделения текучих сред, перпендикулярное направлению Z, в котором простирается мембрана 101 для разделения текучих сред, имеет форму замкнутой кривой, а не форму круга. То есть, поперечное сечение мембраны 101 для разделения текучих сред имеет форму, искривленную по сравнению с кругом. Одним из примеров формы поперечного сечения мембраны 101 для разделения текучих сред является форма эллипса.
Фиг. 8 представляет собой схему, отражающую соотношение пространства, занимаемого кругом и эллипсом. Как показано на фиг. 8, при условии, что наружная окружность эллипса EL и наружная окружность круга CI одинаковы, пространство, занимаемое Эллипсом EL, меньше, чем пространство, занимаемое кругом CI. Следовательно, в одном и том же пространстве может быть размещено больше эллипсов EL, чем кругов CI.
Снова обратимся в фиг. 6 и 7; поскольку текучая среда проходит сквозь стенки 101w мембраны 101 для разделения текучих сред, чем больше площадь стенок 101w мембраны 101 для разделения текучих сред, доступная для текучей среды, тем большее количество текучей среды проходит сквозь них. Если наружная окружность мембраны 101 для разделения текучих сред одинакова, количество проходящей текучей среды, теоретически, одно и то же, поскольку мембрана 101 для разделения текучих сред имеет одну и ту же площадь поверхности независимо от того, является ли поперечное сечение мембраны 101 для разделения текучих сред круглым или эллиптическим. Однако, если поперечное сечение мембраны 101 для разделения текучих сред эллиптическое, большее количество мембран 101 для разделения текучих сред может быть размещено в одном и том же пространстве. Следовательно, общая площадь поверхности может быть увеличена. Кроме того, даже если число мембран 101 для разделения текучих сред одно и то же, мембрана 101 для разделения текучих сред может иметь большую наружную окружность, то есть, большую площадь поверхности в одном и том же пространстве при эллиптическом поперечном сечении, нежели при круглом поперечном сечении. Следовательно, понятно, что эффективность перемещения текучей среды относительно пространства больше в случае эллиптического поперечного сечения, чем в случае круглого поперечного сечения.
Фиг. 9 и 10 представляют собой вид в поперечном сечении мембран для разделения текучих сред, соответствующих различным вариантам осуществления идеи изобретения.
Поперечное сечение мембраны 102 для разделения текучих сред может иметь форму не только эллипса, но также и прямоугольника, прямоугольника со скругленными углами или замкнутой кривой с относительно большой протяженностью в одном направлении, как показано на фиг. 9. Даже в этом случае эффективность перемещения текучей среды относительно пространства может быть повышена по сравнению со случаем круглого поперечного сечения. В качестве альтернативы, стенки 103w мембраны 103 для разделения текучих сред могут иметь складчатую форму, как показано на фиг. 10. Когда стенки 103w имеют складчатую форму, трубка 102 для разделения текучих сред может иметь большую площадь поверхности относительно занимаемого ею пространства.
В следующих вариантах осуществления изобретения в качестве примера будет описан случай, когда мембрана для разделения текучих сред имеет поперечное сечение эллиптической формы. Кроме того, направление, в котором поперечное сечение имеет наибольший размер, обозначено как первое направление Х (направление длинного диаметра), а направление, перпендикулярное указанному, обозначено как второе направление Y. Обратимся к фиг. 7; ширина W1 мембраны 101 для разделения текучих сред в первом направлении Х больше, чем ширина W2 мембраны 101 для разделения текучих сред во втором направлении Y. Ширина W1 мембраны 101 для разделения текучих сред в первом направлении Х, теоретически, больше, чем 1/2π длины наружной окружности поперечного сечения мембраны 101 для разделения текучих сред, и меньше или равна 1/2 длины наружной окружности поперечного сечения мембраны 101 для разделения текучих сред. Случай, когда ширина W1 мембраны 101 для разделения текучих сред в первом направлении Х составляет 1/2π длины наружной окружности поперечного сечения мембраны 101 для разделения текучих сред, соответствует случаю, когда поперечное сечение мембраны 101 для разделения текучих сред круглое, а случай когда ширина W1 мембраны 101 для разделения текучих сред в первом направлении Х равна 1/2 длины наружной окружности поперечного сечения мембраны 101 для разделения текучих сред, соответствует случаю, когда стенки 100w мембраны 101 для разделения текучих сред, по существу, находятся в непосредственном контакте друг с другом. В одном из вариантов осуществления изобретения отношение ширины W1 мембраны 101 для разделения текучих сред в первом направлении Х к длине наружной окружности поперечного сечения мембраны 101 для разделения текучих сред может быть установлено в пределах диапазона от 1/4 до 49/100. Когда это отношение составляет 1/4 или более, эффективность перемещения текучей среды относительно пространства может быть повышена. Сохранение величины этого отношения меньшим или равным 49/100 позволяет предотвратить вступление стенок 101w мембраны 101 для разделения текучих сред в непосредственный контакт друг с другом и, таким образом, смыкание внутреннего пространства мембраны 101 для разделения текучих сред.
Является предпочтительным, чтобы наружный диаметр мембраны 101 для разделения текучих сред составлял от 60 до 300 мм, когда поперечное сечение мембраны 101 для разделения текучих сред приведено к форме круга. Если наружный диаметр меньше 60 мм, внутренний диаметр мембраны 101 для разделения текучих сред может быть слишком мал по сравнению с толщиной стенок 101w, из-за чего снижется эффективность перемещения текучей среды. С другой стороны, если наружный диаметр мембраны 101 для разделения текучих сред слишком велик, может уменьшаться площадь поверхности мембраны 101 для разделения текучих сред, доступная для текучей среды, относительно занимаемого пространства, тем самым, снижается эффективность перемещения текучей среды.
Толщина d1 или d2 стенок 101w мембраны 101 для разделения текучих сред может быть однородной вдоль наружной окружности мембраны 101 для разделения текучих сред, но это необязательно так. Например, толщина d1 или d2 мембраны 101 для разделения текучих сред может быть, вообще, однородной (см. «d1») вдоль первого направления Х и может быть относительно больше или меньше (см. «d2») в части 101F, загнутой под относительно небольшим углом на обоих концах в первом направлении Х.
Фиг. 11 представляет собой вид в перспективе, на котором показан мембранный разделитель, установленный в мембране для разделения текучих сред фиг. 6. Фиг. 12 представляет собой вид сверху мембранного разделителя фиг. 11. Фиг. 13 представляет собой вид в поперечном сечении по XIII-XIII' на фиг. 11.
Как показано на фиг. 11-13, мембранный разделитель 150 расположен внутри мембраны 101 для разделения текучих сред. Мембранный разделитель 150 устанавливают внутри мембраны 101 для разделения текучих сред для предотвращения вступления стенок 101w мембраны 101 для разделения текучих сред в непосредственный контакт друг с другом и, таким образом, смыкания мембраны 101 для разделения текучих сред.
Мембранный разделитель 150 может иметь ту же длину, что и мембрана 101 для разделения текучих сред, и располагаться вдоль всего направления Z протяжения мембраны 101 для разделения текучих сред. Однако, идея изобретения не ограничивается этим случаем, мембранный разделитель 150 также может располагаться в одной части, например, в центральной части мембраны 101 для разделения текучих сред, и может отсутствовать вблизи одного конца или обоих концов мембраны 101 для разделения текучих сред. В качестве альтернативы, множество мембранных разделителей 150 может быть расположено в направлении длины Z. Мембранные разделители 150 могут отстоять друг от друга.
Направление ширины W3 мембранного разделителя 150 может соответствовать первому направлению Х мембраны 101 для разделения текучих сред, направление толщины мембранного разделителя 150 может соответствовать второму направлению Y мембраны 101 для разделения текучих сред. Ширина W3 мембранного разделителя 150 меньше или равна внутреннему диаметру (= W1-2 * d2) мембраны 101 для разделения текучих сред в первом направлении Х. Когда ширина W3 мембранного разделителя 150 равна или близка к величине внутреннего диаметра мембраны 101 для разделения текучих сред в первом направлении Х, предотвращается перемещение мембранного разделителя 150 наружу 101s1 мембраны 101 для разделения текучих сред, а степень, до которой стенки 101w мембраны 101 для разделения текучих сред вступают в непосредственный контакт друг с другом в пространстве, где мембранный разделитель 150 в направлении ширины W3 отсутствует, может быть уменьшена. Установлено, что когда ширина W3 мембранного разделителя составляет 0,5 или более внутреннего диаметра мембраны 101 для разделения текучих сред в первом направлении Х, это оказывает значительный эффект на предотвращение движения мембранного разделителя 150 и на предотвращение вступления стенок 101w мембраны 101 для разделения текучих сред в непосредственный контакт друг с другом. Ввиду вышеизложенного, ширина W3 мембранного разделителя 150 может составлять от 0,5 до 1 внутреннего диаметра мембраны 101 для разделения текучих сред в первом направлении Х.
В некоторых вариантах осуществления изобретения мембранный разделитель 150 может быть согнут или сложен один или несколько раз внутри мембраны 101 для разделения текучих сред. Например, если максимальная ширина мембранного разделителя 150, когда он развернут, больше, чем максимальная ширина W1 мембраны 101 для разделения текучих сред, мембранный разделитель 150 может быть согнут или сложен один или несколько раз так, чтобы его можно было вставить внутрь мембраны 101 для разделения текучих сред. В этом случае ширина W3 мембранного разделителя 150 определяется как ширина мембранного разделителя 150 в первом направлении Х в состоянии, когда мембранный разделитель 150 согнут или свернут внутри мембраны 101 для разделения текучих сред.
В мембранном разделителе 150 имеется множество отверстий 153cb, через которые текучая среда может проходить в направлении толщины (второе направление Y). В одном из примерных вариантов осуществления изобретения мембранный разделитель может иметь форму сетки. Отверстия 153cb обеспечивают наличие пространства, в котором текучая среда может находиться или перемещаться внутри мембраны 101 для разделения текучих сред.
Мембранный разделитель 150 может обеспечивать наличие каналов 154 для текучей среды в направлении Z. Канал 154 для текучей среды в направлении длины Z внутри мембраны 101 для разделения текучих сред нужен для передачи отделенной текучей среды к одному из концов мембраны 101 для разделения текучих сред. Когда стенки 101w мембраны 101 для разделения текучих сред вступают в полный контакт с мембранным разделителем 150 из-за перепада давления между внутренним и наружным пространством мембраны 101 для разделения текучих сред, если для текучей среды доступны только отверстия 153cb в направлении толщины мембранного разделителя 150, текучая среда задерживается в отверстиях 153cb мембранного разделителя 150 и с трудом перемещается к одному из концов мембраны 101 для разделения текучих сред. Чтобы это предотвратить, мембранный разделитель 150 может иметь конструкцию, обеспечивающую наличие канало 154 для текучей среды в направлении длины Z. В качестве примера такой конструкции, мембранный разделитель 150 может иметь структуру плетеной сетки.
Как показано в увеличенном виде на фиг. 12, структура плетеной сетки образуется, когда нити 150а сетки в одном направлении и нити 150b сетки в другом направлении попеременно пересекаются друг с другом снизу и сверху. Следовательно, даже если стенки 101w мембраны 101 для разделения текучих сред плотно прилегают к мембранному разделителю 150, в месте пересечения нитей 150а и 150b могут сохраняться зазоры. Эти зазоры и обеспечивают каналы 154 для текучей среды в направлении длины Z.
В некоторых вариантах осуществления изобретения мембранный разделитель 150 также может обеспечивать наличие каналов для текучей среды в направлении W3 (первое направление Х). Поскольку структура плетеной сетки, показанная на фиг. 12, обеспечивает сохранение зазоров в местах пересечения нитей 150а и 150b, она может обеспечивать наличие не только каналов 154 для текучей среды в направлении длины Z, но и каналов для текучей среды в направлении ширины W3.
Мембранный разделитель 150 может быть изготовлен из полимерного материала, такого как синтетическая резина, найлон или полиэстер, или может быть изготовлен из металлического материала.
Фиг. 14 представляет собой вид в перспективе, отражающий процесс установки мембранного разделителя в мембрану для разделения текучих сред. Когда мембрана для разделения текучих сред с самого начала имеет эллиптическое поперечное сечение, мембранный разделитель 150 может быть вставлен внутрь мембраны для разделения текучих сред после того, как направление ширины W3 мембранного разделителя 150 совмещено с направлением длинного диаметра внутреннего диаметра мембраны 101 для разделения текучих сред.
Однако, как показано на фиг. 14, может иметься мембрана 100Р для разделения текучих сред с круглым поперечным сечением. Трубки, изготовленные из гибкого материала способом экструдирования сохраняют круглую форму поперечного сечения, если на них не действуют внешние силы. В этом случае готовят мембранный разделитель 150, ширина которого больше внутреннего диаметра мембраны 100Р для разделения текучих сред, и вставляют его в мембрану 100Р для разделения текучих сред, в результате чего поперечное сечение мембраны 100Р для разделения текучих сред приобретает искривленную форму. Если мембранный разделитель 150 изготовлен из материала с большим сопротивлением деформированию, чем мембрана 100Р для разделения текучих сред, и если сопротивление изгибу мембранного разделителя 150 в направлении ширины больше, чем сила восстановления формы искривленной мембраны 100Р для разделения текучих сред, мембранный разделитель 150 сохраняет свою форму без деформации в направлении ширины W3, а мембрана 100Р для разделения текучих сред соответствующим образом растянута и имеет поперечное сечение искривленной формы.
Часть мембраны 101 для разделения текучих сред, расположенная у конца мембранного разделителя 150 в направлении ширины W3, может подвергаться действию относительно более высокого давления, чем другие части, и может быть больше растянута. Следовательно, даже если круглое поперечное сечение мембраны 100Р для разделения текучих сред имеет однородную толщину, после установки мембранного разделителя 150 толщина указанной части мембраны 101 для разделения текучих сред может становиться относительно малой. То есть, толщина мембраны 101 для разделения текучих сред, вообще, может быть однородной в первом направлении, но может быть относительно небольшой в части, загнутой под относительно малым углом на обоих концах в первом направлении.
Ширина W3 мембранного разделителя 150 больше внутреннего диаметра круглой мембраны 100Р для разделения текучих сред. Ширина W3 мембранного разделителя 150 может быть меньше или равна π/2 внутренних диаметров круглой мембраны 100Р для разделения текучих сред, чтобы предотвратить разрушение из-за избыточного напряжения мембраны 101 для разделения текучих сред. Однако, если мембрана 101 для разделения текучих сред обладает достаточной эластичность и прочностью, ширина W3 мембранного разделителя 150 может быть больше, чем π/2 внутренних диаметров круглой мембраны 100Р для разделения текучих сред. Например, если стенки 101w мембраны 101 для разделения текучих сред изготовлены из силоксанового полимера и имеют толщину от 25 до 100 мм, они могут обладать достаточной эластичностью и прочностью. Следовательно, мембрана 101 для разделения текучих сред может быть наложена на мембранный разделитель 150 различной ширины. Кроме этого, поскольку мембрана 101 для разделения текучих сред в указанном диапазоне обладает превосходной селективностью в отношении азота по сравнению с диоксидом углерода, она может быть надлежащим образом применена в устройстве для отделения диоксида углерода от смеси азота и диоксида углерода.
Фиг. 15 представляет собой вид в перспективе, отражающий мембрану для разделения текучих сред и мембранный разделитель, вставленный в мембрану для разделения текучих сред, в соответствии с другим вариантом осуществления идеи изобретения. Фиг. 16 представляет собой вид в поперечном сечении по XVI-XVI' на фиг. 15.
Как явствует из фиг. 15 и 16, данный вариант осуществления изобретения отличается от варианта фиг. 11 тем, что мембрана 104 для разделения текучих сред, соответствующая этому варианту, включает множество выступов и углублений 104а и 104b на поверхности и множество внутренних пор 104с в стенках 104w мембраны.
Внутренние поры 104с могут быть распределены внутри стенок 104w мембраны 104 для разделения текучих сред. Внутренние поры 104с могут быть замкнутыми порами. Внутренние поры 104с могут иметь сферическую или частично сферическую форму, эллиптическую или частично эллиптическую форму или аморфную произвольную форму.
Внутренние поры 104с, расположенные вблизи поверхности мембраны 104 для разделения текучих сред, вызывают нарушение поверхности мембраны 104 для разделения текучих сред. Так, части, выступающие из поверхности мембраны 104 для разделения текучих сред, названы выступами 104b на поверхности. С другой стороны, внутренние поры 104с, контактирующие с поверхностью или прилегающие к поверхности мембраны 104 для разделения текучих сред, перестают быть замкнутыми порами. То есть, эти внутренние поры 104с образуют открытые поры, Таким образом, поверхность мембраны 104 для разделения текучих сред прогибается. Части, вогнутые внутрь от поверхности мембраны 104 для разделения текучих сред, названы углублениями 104а. Поверхностные углубления и выступы 104 и 104b могут быть созданы на обеих поверхностях мембраны 104 для разделения текучих сред.
Плотность поверхностных выступов 104b на поверхности мембраны 104 для разделения текучих сред может быть, помимо прочего, больше плотности поверхностных углублений 104а на поверхности мембраны 104 для разделения текучих сред.
Размер (максимальная ширина) внутренних пор 104с может быть меньше толщины стенок 104w мембраны 104 для разделения текучих сред. Внутренние поры 104с могут быть образованы порообразователем. Размер внутренних пор 104c, образованных порообразователем, может составлять от 0,1 мкм до 1 мм. Когда размер внутренних пор 104с составляет 0,1 мкм или более, может быть увеличена эффективная площадь поверхности внутренних пор 104, а толщина внутренних пор 104с может быть уменьшена. Когда размер внутренних пор 104с составляет 1 мм или менее, это благоприятно с точки зрения предотвращения образования каналов в направлении толщины. Ширина и глубина поверхностных углублений 104а может быть меньше или равна размеру внутренних пор 104с.
Несмотря на присутствие поверхностных углублений и выступов 104а и 104b и внутренних пор 104с, мембрана 104 для разделения текучих сред может не иметь сквозных отверстий, идущих от одной до другой поверхности мембраны 104 для разделения текучих сред в направлении толщины. То есть, поверхностные углубления 104а и внутренние поры 104с могут накладываться друг на друга в направлении толщины. Однако, поскольку пространство поверхностных углублений 104а и внутренних пор 104с окружено стенками 104w, которые образуют мембрану 104 для разделения текучих сред, они не соединяются друг с другом. В этом случае, эффективная площадь для проникновения текучей среды на всей поверхности мембраны 104 для разделения текучих сред не включает прямых каналов в направлении толщины. Следовательно, текучая среда может проходить только через стенки 104w мембраны 104 для разделения текучих сред.
Эффективность разделения, или мобильность текучей среды через мембрану 104 для разделения текучих сред, вообще, пропорциональна площади контакта мембраны 104 для разделения текучих сред и обратно пропорциональна толщине мембраны 104 для разделения текучих сред. Когда мембрана 104 для разделения текучих сред включает поверхностные углубления и выступы 104а и 104b, эффективность разделения текучих сред может быть повышена, так как площадь контакта между текучей средой и мембраной 104 для разделения текучих сред увеличена. Кроме того, траектория, проходящая через поверхностные углубления и выступы 104а и 104b и/или внутренние поры 104с, представляет собой траекторию через стенки 104w мембраны 104 для разделения текучих сред существенно меньшей длины. Следовательно, поскольку реальная толщина стенок 104w мембраны 104 для разделения текучих сред, через которую проходит текучая среда, уменьшена, эффективность разделения текучих сред может быть увеличена.
Хотя общая толщина стенок 104w мембраны, через которые проходит текучая среда, уменьшена благодаря наличию поверхностных углублений и выступов 104а и 104b и внутренних пор 104с, средняя толщина мембраны 104 для разделения текучих сред в целом может оставаться больше, чем общая толщина. Это положительно влияет на прочность мембраны 104 для разделения текучих сред. Другими словами, в тонкой мембране может быть достигнут эффект механически толстой и износостойкой мембраны. Следовательно, мембрана 104 для разделения текучих сред проста в производстве и обращении, может быть увеличена и может применяться в промышленном масштабе.
Объем внутренних пор 104с может составлять от 0,1 до 20%, более предпочтительно, от 1 до 10% общего объема мембраны 104 для разделения текучих сред. Внутренние поры 104с, занимающие объем 0,1% или более, предпочтительно, 1% или более, положительно влияют на увеличение эффективной площади поверхности и создают эффект тонкой мембраны. Чтобы внутренние поры 104с не были слишком большими или не соединялись с образованием нежелательных сквозных каналов в направлении толщины, объем внутренних пор 104с может составлять 20% или менее, предпочтительно, 10% или менее.
Описанная выше мембрана 104 для разделения текучих сред может быть произведена следующим образом. Сначала готовят жидкий материал мембраны для разделения текучих сред, например, смесь жидкого силоксанового полимера и порообразователя. Примерами порообразователя могут служить [4,4'-оксибис(бензолсульфонил гидразид) (OBSH), [4-метилбензол сульфонгидразид] (TSH), азодикарбонамид и п-толуолсульфонил семикарбазид (PTSS). Соотношение количества материала мембраны 104 для разделения текучих сред и порообразователя может составлять от 0,1 до 20%.
Затем, после начального формования разделительной мембраны некоторым способом, таким как экструдирование, осуществляют процесс раздува с целью создания поверхностных углублений и выступов 104а и 104b и внутренних пор 104с.
После этого мембрана 104 для разделения текучих сред, помимо основного материала стенок 104w мембраны, может дополнительно включать остаточный компонент порообразователя. Остаточный компонент порообразователя может представлять собой компонент порообразователя, изначально смешанный с материалом мембраны 104 для разделения текучих сред и затем оставшийся после процесса раздува и образования поверхностных углублений и выступов 104а и 104b и внутренних пор 104с, или может представлять собой компонент порообразователя, оставшийся неизрасходованным из-за отсутствия реакции раздува.
Фиг. 17 представляет собой вид в перспективе трубчатой мембраны для разделения текучих сред, соответствующей другому варианту осуществления идеи изобретения. Фиг. 18 представляет собой вид в перспективе пластинчатой мембраны для разделения текучих сред, соответствующей другому варианту осуществления идеи изобретения. Фиг. 19 представляет собой вид в поперечном сечении по XIX-XIX' на фиг. 18. Поскольку вид в поперечном сечении трубчатой мембраны для разделения текучих сред фиг. 17, по существу, такой же, как фиг. 19, он не показан. Фиг. 20 представляет собой вид в поперечном сечении мембраны для разделения текучих сред, соответствующей другому варианту осуществления идеи изобретения.
Как показано на фиг. 17-19, каждая из мембран 105 и 106 для разделения текучих сред включает опорную часть SP с отверстиями ОР и часть FS разделительной мембраны, покрывающую опорную часть SP.
Толщина опорной части SP может составлять от 10 мкм до 1 мм. Опорная часть SP с толщиной 10 мкм или более обладает преимуществом с точки зрения обеспечения механической прочности мембран 105 и 106 для разделения текучих сред. Если опорная часть SP слишком толстая, доля части FS тонкой разделительной мембраны уменьшается. Следовательно, трудно ожидать высокой эффективности разделения текучих сред. Ввиду вышеизложенного, толщина опорной части SP может составлять 1 мм или менее.
Зазор между областями опорной части SP, другими словами, ширина каждого отверстия ОР, может составлять от 0,1 до 10 мм. Когда ширина w отверстий ОР составляет 0,1 мм или более, может быть обеспечена достаточная эффективная площадь для перемещения текучей среды. Когда ширина w отверстий ОР составляет 10 мм или менее, это благоприятным образом обеспечивает механическую прочность мембран 105 и 106 для разделения текучих сред.
Подобно сетке или противомоскитной сетке, опорная часть SP может иметь отверстия определенной формы. В приведенном выше примере опорная часть SP может иметь структуру плетеной сетки, сплетенной из основы и утка.
В другом примере опорная часть SP, подобно нетканому полотну, может иметь отверстия ОР произвольной формы. В любом случае, по меньшей мере, часть отверстий ОР открыты в направлении толщины.
Опорная часть SP может быть изготовлена из материала, через который не может проходить текучая среда. Например, опорная часть SP может быть изготовлена из натурального волокна или синтетической резины. Опорная часть SP может быть изготовлена, например, из манильской пеньки, технической целлюлозы, вискозы, ацетатного волокна, полиэфирного волокна, поливинилспиртового волокна, полиамидного волокна или полиолефинового волокна индивидуально или в сочетании. Опорная часть SP также может быть изготовлена из металлического материала. Примерами металлического материала могут служить нержавеющая сталь (SUS), железо, алюминий и сплавы этих материалов.
Часть FS разделительной мембраны образована так, что закрывает отверстия ОР. В одном из вариантов осуществления изобретения, часть FS разделительной мембраны может быть образована на верхней поверхности и нижней поверхности опорной части SP и покрывать опорную часть SP, заполняя отверстия ОР. То есть часть FS разделительной мембраны может представлять собой единое целое.
В другом варианте осуществления изобретения часть FS разделительной мембраны может быть физически отделенной в каждом отверстии ОР, как показано на фиг. 20. То есть, часть FS разделительной мембраны может не быть образованной на верхней поверхности и нижней поверхности опорной части SP, напротив, может только заполнять отверстия ОР. В этом случае верхняя поверхность и нижняя поверхность опорной части SP может быть открыта, по меньшей мере частично, и не покрыта частью FS разделительной мембраны.
В другом варианте осуществления изобретения часть FS разделительной мембраны может быть образована на верхней поверхности и нижней поверхности опорной части SP в некоторых областях опорной части SP и может отсутствовать на верхней поверхности и/или нижней поверхности опорной части SP в некоторых других областях опорной части SP, оставляя верхнюю поверхность и/или нижнюю поверхность опорной части SP открытой.
Часть FS разделительной мембраны может быть образована с использованием поверхностного натяжения жидкого материала разделительной мембраны, как будет описано далее. Благодаря этому способу, возможно массовое производство ультратонких разделительных мембран. Поскольку мобильность текучей среды увеличивается с уменьшением толщины части FS разделительной мембраны, эффективность разделения может быть повышена.
Толщина части FS разделительной мембраны может изменяться в зависимости от положения. Например, толщина d221 части FS разделительной мембраны, которая не покрывает опорную часть SP в направлении толщины и находится вокруг опорной части SP, относительно велика. Толщина d22 части FS разделительной мембраны, расположенной в центральной части каждого отверстия ОР между областями опорной части SP, относительно мала. Толщина d22 части FS разделительной мембраны в центральной части каждого отверстия ОР между областями опорной части SP может быть меньше, чем толщина d24 опорной части SP. Часть FS разделительной мембраны может становится тоньше с увеличением расстояния от наружной границы опорной части SP.
В некоторых вариантах осуществления изобретения часть FS разделительной мембраны также может располагаться на верхней и нижней поверхностях опорной части SP. Толщина d23 части FS разделительной мембраны на верхней и нижней поверхностях опорной части SP может быть относительно небольшой. Толщина d23 части FS разделительной мембраны на верхней и нижней поверхностях опорной части SP может быть меньше толщины d22 части FS разделительной мембраны в центральной части каждого отверстия ОР. В некоторых вариантах осуществления изобретения часть FS разделительной мембраны может отсутствовать на верхней и нижней поверхностях опорной части SP (см. фиг. 20), как описано выше. В этом случае толщина части FS разделительной мембраны на верхней и нижней поверхностях опорной части SP считается равной нулю.
Общая толщина каждой из мембран 105 и 106 для разделения текучих сред может быть наибольшей в той области, где находится опорная часть SP, то есть, области где на верхней и нижней поверхностях опорной части SP образована часть FS разделительной мембраны, и может быть наименьшей в центральной части каждого отверстия ОР.
Толщина части FS разделительной мембраны может составлять от 5 до 200 мкм на верхней и нижней поверхностях (d23) опорной части SP, может составлять от 10 до 200 мкм в центральной части (d22) каждого отверстия ОР и может составлять от 10 мкм до 1 мм на наружной границе (d221) опорной части SP, где часть FS не покрывает опорную часть SP. Если часть FS разделительной мембраны относительно тонкая в центральной части каждого отверстия ОР, как описано выше, может быть увеличена мобильность текучей среды через часть FS разделительной мембраны.
Часть FS разделительной мембраны может быть изготовлена из материалов, перечисленных при описании варианта осуществления изобретения, представленного на фиг. 4.
Описанные выше мембраны 105 и 106 для разделения текучих сред могут быть использованы вместе с разделителем, описанным выше со ссылкой на фиг. 11-13. В случае трубчатой мембраны 105 для разделения текучих сред, мембранный разделитель вставлен внутрь мембраны 105 для разделения текучих сред. В случае пластинчатой мембраны 106 для разделения текучих сред, множество мембран 106 для разделения текучих сред может быть уложено друг на друга, при этом, мембранный разделитель располагают между мембранами 106 для разделения текучих сред.
Фиг. 21 представляет собой вид в поперечном сечении, отражающий состояние, в котором мембранный разделитель установлен в мембране для разделения текучих сред фиг. 17.
2
2
2
Как показано на фиг. 21, как и в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1, когда смешанную текучую среду подают в наружное пространство мембраны 105 для разделения текучих сред, давление снаружи мембраны 105 для разделения текучих сред может быть задано большим, чем давление внутри мембраны 105 для разделения текучих сред, чтобы увеличить мобильность конкретной текучей среды. Если перепад давления между внутренним и наружным пространством мембраны 105 для разделения текучих сред установлен равным, примерно, 0,5 кгс/см, может быть достигнута эффективность разделения, приемлемая для коммерческих целей. В одном из вариантов осуществления изобретения снаружи мембраны 105 для разделения текучих сред может быть приложено давление от 0 до 4 кгс/см, внутри мембраны 105 для разделения текучих сред может быть приложено давление от 0 до -1 кгс/см.
Когда внутри мембраны 105 для разделения текучих сред приложено отрицательное давление, мембрана 105 для разделения текучих сред, обладающая гибкостью, может изгибаться, из-за чего внутренние стенки части FS разделительной мембраны вступают в контакт друг с другом. Если мембрана 105 для разделения текучих сред изогнута, то при наличии множества мембран 105 для разделения текучих сред может увеличиваться плотность компоновки мембран 105 для разделения текучих сред, то есть, увеличивается эффективность разделения на единицу площади.
Когда внутренние стенки части FS разделительной мембраны вступают в полный контакт друг с другом в какой-либо области, текучая среда не может поступать к внутренним стенкам части FS разделительной мембраны в этой области. Если область, где внутренние стенки части FS разделительной мембраны контактируют друг с другом, увеличивается, площадь разделения текучих сред снижается, уменьшая, таким образом, эффективность разделения. Более того, затрудняется отведение отделенной текучей среды, так как канал в направлении длины части FS разделительной мембраны блокирован. Следовательно, для предотвращения вступления внутренних стенок мембраны 105 для разделения текучих сред в контакт друг с другом и, таким образом, перекрывания мембраны 105 для разделения текучих сред, в мембрану 105 для разделения текучих сред вставляют мембранный разделитель 150.
Толщина мембранного разделителя 150 может быть больше, чем максимальная толщина мембраны 105 для разделения текучих сред (т.е., толщина мембраны 105 для разделения текучих сред на опорной части). Кроме этого, отверстия 153cb мембранного разделителя 150 могут быть больше, чем отверстия ОР мембраны 105 для разделения текучих сред.
Далее описан примерный способ производства мембран для разделения текучих сред, представленных на фиг. 17 и 18.
Сначала подготавливают водяной резервуар, содержащий опорную часть SP со множеством отверстий ОР и материал разделительной мембраны, такой как расплавленный силоксановый полимер. Когда опорную часть SP, погруженную в водяной резервуар, вынимают, жидкий материал разделительной мембраны осаждается на отверстиях ОР опорной части SP под действием поверхностного натяжения. В результате образуется тонкая мембрана. Затем, жидкий материал тонкой разделительной мембраны отверждают с образованием мембраны 105 или 106 для разделения текучих сред, представленной на фиг. 17 или 18. То есть, мембрана для разделения текучих сред, включающая опорную часть SP и часть FS разделительной мембраны, может быть без труда произведена простым способом с использованием поверхностного натяжения жидкого материала разделительной мембраны. Следовательно, стоимость производства сокращается, эффективность процесса повышается, что, в свою очередь, делает возможным массовое производство мембраны для разделения текучих сред в коммерческом масштабе.
В качестве альтернативы, тонкая мембрана может быть образована в отверстиях ОР опорной части SP путем наложения или разбрызгивания жидкого материала части FS разделительной мембраны на опорную часть SP. Затем, тонкая мембрана может быть отверждена с образованием мембраны для разделения текучих сред, представленной на фиг. 17 или 18.
Фиг. 22 представляет собой вид в перспективе трубчатой мембраны для разделения текучих сред и разделителя, расположенного в трубчатой мембране для разделения текучих сред в соответствии с другим вариантом осуществления идеи изобретения. Фиг. 23 представляет собой вид сверху разделителя, показанного на фиг. 22. Фиг. 24 представляет собой вид в перспективе области «А» на фиг. 23.
Как показано на фиг. 22-24, мембрана 101 для разделения текучих сред, соответствующая данному варианту осуществления изобретения, аналогична мембране для разделения текучих сред, показанной на фиг. 11, но отличается от нее конструкцией мембранного разделитель 153са.
Мембранный разделитель 153са расположен внутри мембраны 101 для разделения текучих сред. Мембранный разделитель 153са может включать стержневые части ST. Стержневые части ST образованы полыми. Полое пространство внутри стержневых частей ST может быть использовано в качестве каналов для текучей среды.
Стержневые части ST могут быстро отводить отделенную текучую среду, поступающую в трубку мембраны 101 для разделения текучих сред. Отделенная текучая среда, поступившая в трубку мембраны 101 для разделения текучих сред, выводится через второй выпуск текучей среды, как описано выше со ссылкой на фиг. 1. Для облегчения отведения текучей среды снаружи второго выпуска для текучей среды может быть установлен откачивающий насос. Однако, хотя текучая среда может быть без труда отведена из области, близкой ко второму выпуску текучей среды, благодаря большому отрицательному давлению, создаваемому откачивающим насосом, относительно трудно перемещать текучую среду из областей, находящихся далеко от второго выпуска текучей среды, из-за недостаточного давления. В частности, чем больше длина и диаметр мембраны 101 для разделения текучих сред, тем меньше давление в областях, удаленных от откачивающего насоса. Следовательно, усилие, прилагаемое для отведения текучей среды, передается не достаточно. Кроме того, сетчатая часть BR мембранного разделителя 153са может препятствовать движению текучей среды.
Стержневые части ST позволяют решить указанную проблему падения давления. Поскольку стержневые части ST полые, текучая среда может быстро отводиться при помощи откачивающего насоса лишь малого объема. Если текучая среды отводится быстро, давление внутри мембраны 101 для разделения текучих сред может поддерживаться равным установленной величине, тем самым, повышается эффективность разделения. В частности, даже когда длина мембраны 101 для разделения текучих сред установлена равной от 500 до 5000 мм для применения в коммерческом масштабе, неравномерность давления в направлении длины может быть выровнена благодаря быстрому отведению текучей среды. Следовательно, таким образом можно сгладить снижение эффективности разделения из-за увеличения длины. Ввиду вышеизложенного, может быть предпочтительным, чтобы второй выпуск текучей среды был соединен со стержневыми частями ST мембранного разделителя 153са.
Стержневые части ST могут включать, по меньшей мере, одну вертикальную стержневую часть STV, проходящую в направлении длины Z, и множество горизонтальных стержневых частей STH, проходящих в направлении ширины Х. Вертикальная стержневая часть STV и горизонтальные стержневые части STH могут пересекаться друг с другом. Полое пространство внутри вертикальной стержневой части STV и горизонтальных стержневых частей STH может соединяться друг с другом в местах пересечения вертикальной стержневой части STV и горизонтальных стержневых частей STH.
Вертикальная стержневая часть STV обеспечивает канал для текучей среды в направлении длины Z. Один конец вертикальной стержневой части STV соединен с одним из концов мембраны 101 для разделения текучих сред или с наружным пространством мембраны 101 для разделения текучих сред. Вертикальная стержневая часть STV может располагаться в центре или на краю мембранного разделителя 153са в направлении длины Z. Внутренний диаметр вертикальной стержневой части STV может быть больше, чем у горизонтальных стержневых частей STH.
Направление, в котором проходят горизонтальные стержневые части STH, не обязательно точно совпадает с направлением ширины Х. Горизонтальные стержневые части STH могут проходить в некотором направлении, находящемся под определенным углом к направлению ширины. Кроме того, горизонтальные стержневые части STH могут проходить не по прямой, а по изогнутой линии.
В одном из вариантов осуществления изобретения горизонтальные стержневые части STH могут располагаться параллельно друг другу с одинаковыми интервалами. Однако, идея изобретения не ограничивается этим случаем, горизонтальные стержневые части STH также могут располагаться с переменным интервалом. Например, горизонтальные стержневые части STH могут располагаться с большим интервалом в области, находящейся ближе к одному из концов (ближе к откачивающему насосу), и могут располагаться с меньшим интервалом в областях, удаленных от этого конца.
Вертикальная стержневая часть STV может включать множество отверстий STV_H. Отверстия STV_H вертикальной стержневой части ST проходят сквозь стенки вертикальной стержневой части STV в направлении толщины и соединяют пространство снаружи вертикальной стержневой части STV с полым пространством внутри вертикальной стержневой части STV.
Отверстия STV_H могут располагаться вблизи сетчатой части BR, или вблизи сетчатой части BR они могут располагаться с большей плотностью, чем в других областях. Когда в трубке мембраны 101 для разделения текучих сред создано отрицательное давление, верхний и нижний участки вертикальной стержневой части STV вступают в непосредственный контакт со стенками соседней мембраны 101 для разделения текучих сред, таким образом, трудно сохранять пространство для движения текучей среды между ними. С другой стороны, относительно широкое пространство можно обеспечить на стороне вертикальной стержневой части STV, примыкающей к сетчатой части BR, так как вертикальная стержневая часть STV толще, чем сетчатая часть BR. Следовательно, отверстия STV_H располагают в этой области, чтобы отделенная текучая среда, поступающая в трубку мембраны 101 для разделения текучих сред, эффективным образом проникала в вертикальную стержневую часть STV. Однако, отверстия STV_H также могут располагаться на верхнем и нижнем участках вертикальной стержневой части STV дополнительно к области вокруг сетчатой части BR. Например, отверстия STV_H могут быть расположены равномерно по всей вертикальной стержневой части STV.
Каждая из горизонтальных стержневых частей STH также может включать множество отверстий STH_H. Отверстия STH_H горизонтальных стержневых частей STH проходят сквозь стенки горизонтальных стержневых частей STH в направлении толщины и соединяют пространство снаружи горизонтальных стержневых частей STH с полым пространством внутри горизонтальных стержневых частей. Как и отверстия STV_H вертикальной стержневой части STV, отверстия STH_H могут располагаться только вблизи сетчатой части BR, или вблизи сетчатой части BR они могут располагаться с большей плотностью, чем в других областях.
В другом варианте осуществления изобретения горизонтальные стержневые части STH могут не использоваться в качестве каналов для текучей среды, а осуществлять только функцию соединения между вертикальными стержневыми частями STV. В этом случае внутреннее пространство горизонтальных стержневых частей STH может быть заполненным или может не быть пространственно соединенным с вертикальными стержневыми частями STV в областях, где горизонтальные стержневые части STH пересекаются с вертикальными стержневыми частями STV. Кроме того, отверстия STH_H горизонтальных стержневых частей STH могут отсутствовать.
Когда мембранный разделитель 153са включает вертикальные стрежневые части STV и горизонтальные стержневые части STH, как описано выше, текучая среда, которая проходит сквозь мембрану 101 для разделения текучих сред, может быть быстро выведена наружу по кратчайшему расстоянию.
Мембранный разделитель 153са дополнительно к стержневым частям ST может включать сетчатую часть BR. Сетчатая часть BR может быть полой или заполненной. В сетчатой части BR имеется множество отверстий OPR, через которые может перемещаться текучая среда. Даже когда внутренние стенки мембраны 101 для разделения текучих сред вступают в непосредственный контакт друг с другом, отверстия OPR обеспечивают определенное пространство между внутренними стенками мембраны 101 для разделения текучих сред.
Сетчатая часть ВR может иметь сетчатую форму. Например, сетчатая часть BR может иметь плетеную сетчатую структуру. Наружный диаметр нитей, образующих сетку сетчатой части BR, может быть меньше диаметра стержневых частей ST. В отличие от стержневых частей ST, внутреннее пространство сетчатой части BR может быть заполненным.
Сетчатая часть BR может располагаться в пространстве между стержневыми частями ST. В одном из вариантов осуществления изобретения, одна сетчатая часть BR может находиться в каждом из пространств, образующихся между стержневыми частями ST. В этом случае каждая сетчатая часть BR может быть соединена с прилегающими стержневыми частями ST. Сетчатая часть BR может быть прикреплена и зафиксирована на стержневых частях ST при помощи, помимо прочего, крепежных нитей или проволоки или клея.
В другом варианте осуществления изобретения сетчатая часть BR может представлять собой единое целое. То есть, одна сетчатая часть BR может располагаться поверх множества пространств, образующихся между стержневыми частями ST. В этом случае сетчатая часть BR может перекрывать стержневые части ST. Хотя сетчатая часть BR может быть прикреплена к стержневым частям ST при помощи крепежных нитей, крепежной проволоки, клея и т.п., сетчатая часть BR и стержневые части ST также может быть размещены друг рядом с другом без прикрепления друг к другу.
Стержневые части ST и сетчатая часть BR мембранного разделителя 153са могут быть изготовлены из полимерного материала, такого как синтетическая резина, найлон или полиэфир, или металлического материала. Стержневые части ST и сетчатая часть BR мембранного разделителя 153са могут быть изготовлены, помимо прочего, из одного и того же материала.
В данном варианте осуществления изобретения были описаны трубчатая мембрана 101 для разделения текучих сред и мембранный разделитель 153са, вставленный в трубчатую мембрану 101 для разделения текучих сред. Однако, специалистам в данной области понятно, что мембранный разделитель, по существу, той же конструкции, что и мембранный разделитель 153са, также может быть помещен в мембранный модуль с пластинчатой мембраной для разделения текучих сред.
Фиг. 25 представляет собой вид в перспективе мембранного разделителя, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения.
Как показано на фиг. 25, мембранный разделитель 153cb, соответствующий данному варианту осуществления, отличается от варианта, показанного на фиг. 24 тем, что вертикальная стержневая часть STV дополнительно включает отверстие STV_IN для установки сетки. Кроме того, горизонтальные стержневые части на фиг. 25 отсутствуют.
Вертикальная стержневая часть STV, расположенная по краям мембранного разделителя 153cb, снабжена отверстием STV_IN для установки сетки на внутренней стороне вертикальной стержневой части STV. Отверстие STV_IN для установки сетки ориентировано в направлении протяженности вертикальной стержневой части STV. Отверстие STV_IN для установки сетки пространственно соединено с полым пространством внутри вертикальной стержневой части. Ширина отверстия STV_IN для установки сетки может быть меньше внутреннего диаметра вертикальной стержневой части STV.
Вертикальная стержневая часть STV, расположенная в центре мембранного разделителя 153cb, может быть снабжена отверстием STV_IN для установки сетки с обеих сторон. То есть, вертикальная стержневая часть STV, расположенная в центре, образована путем соединения двух трубок, и отверстие STV_IN для установки сетки может располагаться на обеих сторонах вертикальной стержневой части STV. В этом случае, вертикальная стержневая часть STV, расположенная в центре, может иметь два канала для текучей среды.
Сетчатая часть BR может быть вставлена в отверстие STV_IN для установки сетки прилегающей вертикальной стержневой части STV и может быть зафиксирована путем сжатия отверстия STV_IN для установки сетки. Хотя сетчатая часть BR вставлена в отверстие STV_IN для установки сетки вертикальной стержневой части STV, пространство между сетчатой частью BR и вертикальной стержневой частью STV закрыто не полностью. Напротив, между сетчатой частью BR и вертикальной стержневой частью STV образуется зазор. Следовательно, текучая среда может поступать в вертикальную стержневую часть STV через этот зазор. Хотя на чертеже это не показано, вблизи отверстия STV_IN для установки сетки также может находиться множество отверстий.
В данном варианте осуществления изобретения текучая среда может быть быстро отведена через полое пространство внутри вертикальной стержневой части STV, а сетчатая часть BR может быть легко соединена с вертикальной стержневой частью STV.
Фиг. 26 представляет собой вид в перспективе с пространственным разделением деталей мембраны для разделения текучих сред и мембранного разделителя в соответствии с другим вариантом осуществления идеи изобретения. Фиг. 27 представляет собой вид в поперечном сечении мембраны для разделения текучих сред и мембранного разделителя, показанных на фиг. 26.
Как показано на фиг. 26 и 27, мембрана 107 для разделения текучих сред, соответствующая данному варианту осуществления изобретения, включает опорную мембрану 107b и тонкую разделительную мембрану 107а.
2
Опорная мембрана 107b может быть изготовлена из пористого материала с неровной поверхностью. Опорная мембрана 107b может включать от 50 до 10000 неровностей поверхности на см. Неровности поверхности могут иметь высоту от 1 до 500 мкм.
Опорная мембрана 107b может включать множество отверстий, пронизывающих опорную мембрану 107b в направлении толщины. Через эти отверстия текучая среда может перемещаться с одной стороны на другую сторону опорной мембраны 107b. Размер отверстий может составлять от 1 до 200 мкм.
Тонкая разделительная мембрана 107а является частью, которая фактически осуществляет разделение текучей среды, и может быть изготовлена из силоксанового полимера, описанного выше. Тонкая разделительная мембрана 107а расположена на неровной поверхности опорной мембраны 107b.
В одном из примерных вариантов осуществления изобретения, для производства одной мембраны 107 для разделения текучих сред подготавливают две опорных мембраны 107b и две тонких разделительных мембраны 107а. Тонкие разделительные мембраны 107а помещают на наружные поверхности двух опорных мембран 107b, и две опорных мембраны 107b оказываются между тонкими разделительными мембранами 107а. Затем две обращенных друг к другу стороны (относительно длинные вертикальные стороны) опорных мембран 107b соединяют и герметизируют при помощи клея. Оставшиеся две негерметизированные стороны используют в качестве вентиляционных отверстий 107Н. Общая форма мембраны 107 для разделения текучих сред трубчатая.
При необходимости, внутри мембраны 107 для разделения текучих сред может быть размещен мембранный разделитель 150. Мембранный разделитель 150 может быть помещен между двумя опорными мембранами 107b.
В другом варианте осуществления разделения тонкая разделительная мембрана 107а может быть образована непосредственно на опорной мембране 107b. То есть, жидкий материал тонкой разделительной мембраны может быть нанесен в виде покрытия на опорную мембрану 107b, затем высушен и/или отвержден с образованием твердой тонкой разделительной мембраны 107а, имеющей малую толщину. В этом случае опорная мембрана 107b и тонкая разделительная мембрана 107а, непосредственно нанесенная в виде покрытия на опорную мембрану 107b, могут подвергаться обработке как единая мембрана. Когда используется этот способ, тонкая разделительная мембрана 107а может иметь намного меньшую толщину, чем в случае, когда тонкую разделительную мембрану 107а формируют отдельно.
Фиг. 28 представляет собой вид в перспективе опорной мембраны, соответствующей другому варианту осуществления идеи изобретения. Фиг. 29 представляет собой вид в поперечном сечении опорной мембраны, показанной на фиг. 28.
Как показано на фиг. 28 и 29, опорная мембрана 107b_1, соответствующая данному варианту осуществления изобретения, имеет первую поверхность 107b_1а и вторую поверхность 107b_1b. Первая поверхность 107b_1а опорной мембраны 107b_1 неровная, как описано выше со ссылкой на фиг. 27. С другой стороны, вторая поверхность 107b_1b опорной мембраны 107b_1 включает линейные выступы 107b_1L, идущие в одном направлении. Первая неровная поверхность 107b_1а опорной мембраны 107b_1 в разделительной мембране 107 является наружной поверхностью, на которой образована тонкая разделительная мембрана 107а, а вторая поверхность 107b_1b опорной мембраны 107b_1 с выступами 107b_1L является внутренней поверхностью, обращенной к пространству внутри разделительной мембраны 107.
Внутренние поверхности двух опорных мембран 107b_1, входящих в одну разделительную мембрану 107, обращены друг к другу. Выступы 107b_1L, образованные на второй поверхности 107b_1b каждой из двух опорных мембран 107b_1, обращенных друг к другу, могут идти в одном и том же или в разных направлениях относительно выступов 107b_1L, образованных на второй поверхности 107b_1b другой опорной мембраны 107b_1.
Например, одна из двух обращенных друг к другу опорных мембран 107b_1 может включать горизонтальные выступы, а другая может включать вертикальные выступы, пересекающие горизонтальные выступы. В этом случае, благодаря пересекающимся выступам, выполняющим роль мембранного разделителя, может быть образовано пространство для движения текучей среды.
Если все выступы двух обращенных друг к другу опорных мембран 107b_1 являются горизонтальными выступами, может понадобиться мембранный разделитель. Даже в этом случае, чтобы обеспечить пространство для движения текучей среды, может быть выбран мембранный разделитель с вертикальными нитями. Однако, идея изобретения этим случаем не ограничивается, и возможны разнообразные иные модификации.
Фиг. 30 представляет собой вид в перспективе мембраны для разделения текучих сред, соответствующей другому варианту осуществления идеи изобретения.
Как показано на фиг. 30, мембрана 110 для разделения текучих сред, вообще, простирается в направлении Z. Мембрана 110 для разделения текучих сред включает множество разделительных мембран, простирающихся в направлении Z. Как показано на фиг. 30, мембрана 110 для разделения текучих сред включает три разделительных мембраны, т.е., первую разделительную мембрану 111, вторую разделительную мембрану 112 и третью разделительную мембрану 113. Однако, мембрана 110 для разделения текучих сред также может включать две разделительных мембраны или четыре разделительных мембраны.
Каждая из разделительных мембран 111-113 имеет форму полой трубки. Каждая из разделительных мембраны 111-113 выполняет, по существу, ту же функцию, что и описанная выше со ссылкой на фиг. 4 мембрана 100 для разделения текучих сред.
Первая разделительная мембрана 111 находится в наиболее удаленном положении, вторая разделительная мембрана 112 вставлена в первую разделительную мембрану 111, третья разделительная мембрана 113 вставлена во вторую разделительную мембрану 112. Благодаря такой структуре, первая разделительная мембрана 111, вторая разделительная мембрана 112 и третья разделительная мембрана 113 могут располагаться, перекрывая друг друга.
Если мембрана 110 для разделения текучих сред применяется в варианте осуществления изобретения, представленном на фиг. 1, первая разделительная мембрана 111 выполняет роль первичной разделительной мембраны, которая первой осуществляет разделение текучей среды. Вторая разделительная мембрана 112 выполняет роль вторичной разделительной мембраны, третья разделительная мембрана 113 выполняет роль третичной разделительной мембраны. Если мембрана 110 для разделения текучей среды применена в варианте осуществления изобретения, представленном а фиг. 2, смешанная текучая среда поступает в третью разделительную мембрану 113. В этом случае третья разделительная мембрана 113 выполняет роль первичной разделительной мембраны, которая первой осуществляет разделение текучей среды. Точно так же, вторая разделительная мембрана 112 выполняет роль вторичной разделительная мембраны, первая разделительной мембрана 111 выполняет роль третичной разделительной мембраны. Далее в качестве примера описан случай, в котором мембрана 110 для разделения текучей среды применена в варианте осуществления изобретения, представленном на фиг. 1.
Разделительные мембраны с первой по третью 111-113 могут быть изготовлены из материала мембраны 100 для разделения текучих сред фиг. 4. Разделительные мембраны с первой по третью 111-113 могут быть изготовлены из одного и того же материала или из разных материалов.
Соответствующие концы разделительных мембран с первой по третью 111-113 в направлении длины могут быть герметизированы силоксаном или клеем, в герметизированных концах могут быть размещены первый отводящий трубопровод 111а отделенной текучей среды, второй отводящий трубопровод 112а отделенной текучей среды и третий отводящий трубопровод 113а отделенной текучей среды. Однако, идея изобретения не ограничивается этим случаем, и отводящие трубопроводы 111а - 113а отделенной текучей среды также могут быть, соответственно, размещены в стенках разделительных мембран 111-113, а не в герметизированных концах, и соответствующие концы разделительных мембран с первой по третью 111-113 могут быть открыты.
Фиг. 31 представляет собой вид в поперечном сечении по XXXI-XXXI' на фиг. 30, этот вид в поперечном сечении предназначен для пояснения механизма разделения высококонцентрированной текучей среды с использованием мембраны для разделения текучих сред. На фиг. 31 процесс, в котором конкретную текучую среду разделяют при помощи мембраны 110 для разделения текучих сред за множество стадий, показан на основании предположения, что разделительные мембраны с первой по третью 111-113 изготовлены из силоксанового полимера, для которого селективность по отношению к диоксиду углерода и азоту соотносится как 3:1. Как показано на фиг. 31, когда смешанный газ, содержащий диоксид углерода и азот в соотношении 1:1 подают в наружное пространство мембраны 110 для разделения текучих сред, смешанный газ проходит через первую разделительную мембрану 111 в соответствии с ее селективностью. В результате, соотношение содержания диоксида углерода и азота в первично отделенном газе внутри первой разделительной мембраны 111 становится равным, примерно, 3:1. Если первично отделенный газ проходит через вторую разделительную мембрану 112, соотношение содержания диоксида углерода и азота во вторично отделенном газе внутри второй разделительной мембраны 112 становится равным, примерно, 9:1. Точно так же, если вторично отделенный газ проходит через третью разделительную мембрану 113, соотношение содержания диоксида углерода и азота в отделенном в третий раз газе внутри третьей разделительной мембраны 113 становится равным, примерно, 27:1. Следовательно, внутри третьей разделительной мембраны 113 диоксид углерода намного более концентрирован, чем позволяет селективность индивидуальной разделительной мембраны.
Для облегчения перемещения текучей среды извне первой разделительной мембраны 111 внутрь третьей разделительной мембраны 113, между наружным пространством первой разделительной мембраны 111 и внутренним пространством третьей разделительной мембраны 113 может поддерживаться заданный перепад давления. Например, внутри третьей разделительной мембраны 113 относительно более низкое давление, чем снаружи первой разделительной мембраны 111, может быть создано при помощи нагнетательного насоса или откачивающего насоса. Давление газа может уменьшаться последовательно от пространства снаружи первой разделительной мембраны 111 к пространству внутри первой разделительной мембраны 111, внутри второй разделительной мембраны 112 и внутри третьей разделительной мембраны 113 в указанном порядке.
Как описано выше, отводящие трубопроводы 111а - 113а отделенной текучей среды установлены на концах разделительных мембран с первой по третью 111-113. Следовательно, могут быть получены разделенные газы с различным соотношением содержания. Газ, отделенный на каждой из разделительных мембран с первой по третью 111-113, может быть рециркулирован или направлен на хранение в отдельную камеру.
Наружный диаметр каждой из разделительных мембран с первой по третью 111-113, когда каждая из разделительных мембран с первой по третью 111-113 приведена к круглой форме, может быть выбран из диапазона от 60 до 500 мм.
Когда каждая из разделительных мембран с первой по третью 111-113 приведена к круглому сечению, наружный диаметр первой разделительной мембраны 111 может быть больше, чем наружный диаметр второй разделительной мембраны 112, наружный диаметр второй разделительной мембраны 112 может быть больше, чем наружный диаметр третьей разделительной мембраны 113. Когда наружный диаметр разделительной мембраны, расположенной на наружной стороне, большой, разделительная мембрана меньшего размера может быть вставлена внутрь этой разделительной мембраны. Однако, идея изобретения не ограничивается этим случаем, и наружные диаметры разделительных мембран с первой по третью 111-113 могут быть равны. В качестве альтернативы, наружный диаметр разделительной мембраны, вставленной в другую разделительную мембрану, может быть больше наружного диаметра другой разделительной мембраны. В этом случае разделительная мембрана, расположенная внутри другой разделительной мембраны, может быть более смята или иметь больше поверхностных складок, чем другая разделительная мембрана.
Фиг. 32 представляет собой вид в поперечном сечении мембранного разделителя, установленного в мембране для разделения текучих сред фиг. 30.
Как показано на фиг. 32, поскольку мембрана 110 для разделения текучих сред, соответствующая данному варианту осуществления изобретения, включает разделительные мембраны с первой по третью 111-113, перекрывающие друг друга, множество мембранных разделителей может быть установлено между разделительными мембранами с первой по третью 111-113. Например, мембранные разделители могут включать первый мембранный разделитель 153а, второй мембранный разделитель 153b и третий мембранный разделитель 153с.
Первый мембранный разделитель 153а расположен внутри первой разделительной мембраны 111 и, в то же время, снаружи второй разделительной мембраны 112 для предотвращения вступления первой разделительной мембраны 111 и второй разделительной мембраны 112 в непосредственный контакт друг с другом. Второй мембранный разделитель 153b расположен внутри второй разделительной мембраны 112 и, в то же время, снаружи третьей разделительной мембраны 113 для предотвращения вступления второй разделительной мембраны 112 и третьей разделительной мембраны 113 в непосредственный контакт друг с другом. Третий мембранный разделитель 153с расположен внутри третьей разделительной мембраны 113 для предотвращения вступления внутренних стенок третьей разделительной мембраны 113 в непосредственный контакт друг с другом.
Пространство, в котором расположены первый мембранный разделитель 153а и второй мембранный разделитель 153b, имеет кольцеобразную полую замкнутую форму. Следовательно, как и разделительные мембраны с первой по третью 111-113, первый мембранный разделитель 153а и второй мембранный разделитель 153b могут иметь трубчатую форму, поперечное сечение которой образует замкнутую кривую, как показано на фиг. 32. С другой стороны, поскольку третий мембранный разделитель 153с расположен в кольцевом или эллиптическом полом пространстве, он может иметь пластинчатую форму, как показано на фиг. 32.
Однако, идея изобретения не ограничивается приведенным выше примером, третий мембранный разделитель 153с также может иметь трубчатую форму. В этом случае внутренние стенки трубчатого третьего мембранного разделителя 153с могут находиться в непосредственном контакте друг с другом и, таким образом, по существу, не образовывать внутреннее сквозное отверстие. В этом случае третий мембранный разделитель 153с может выполнять функцию разделения подобно двум пластинчатым мембранным разделителям.
Первый мембранный разделитель 153а и второй мембранный разделитель 153b также могут иметь пластинчатую, а не трубчатую форму. В этом случае пластинчатый разделитель может быть скатан в трубку, в форме которой он заполняет кольцеобразное полое пространство. Два конца пластинчатого разделителя могут вступать в контакт друг с другом или, по меньшей мере частично, перекрывать друг друга, когда пластинчатый разделитель скатан в трубку, либо могут быть отделены друг от друга. В некоторых случаях два или более мембранных разделителя могут быть помещены в направлении скатывания в трубку.
Пластинчатый мембранный разделитель 153 может быть вставлен в третью разделительную мембрану 113, круглое поперечное сечение которой меньше, чем третий мембранный разделитель 153. Следовательно, поперечное сечение третьей разделительной мембраны 113 может измениться и принять искривленную или эллиптическую форму с большим диаметром в одном из направлений. Если третья разделительная мембрана 113 с эллиптическим поперечным сечением из-за наличия третьего мембранного разделителя 153, вставленного в третью разделительную мембрану 113, одновременно вставлена во вторую разделительную мембрану 112 и в первую разделительную мембрану 111, поперечное сечение второй разделительной мембраны 112 и первой разделительной мембраны 111 также может стать искривленным или эллиптическим.
В данном варианте осуществления изобретения, поскольку мембрана 110 для разделения текучих сред включает перекрывающиеся разделительные мембраны 111-113, может быть без труда осуществлено разделения высококонцентрированной текучей среды.
Далее описаны мембранный модуль для разделения текучих сред и устройство разделения текучих сред, включающие мембраны для разделения текучих сред, соответствующие различным вариантам осуществления идеи изобретения, описанным выше.
Фиг. 33 представляет собой схему устройства разделения текучих сред, соответствующего одному из вариантов осуществления идеи изобретения.
Как показано на фиг. 33, устройство 901 разделения текучих сред, соответствующее данному варианту осуществления изобретения, включает камеру 940, мембрану 100 для разделения текучих сред, расположенную внутри камеры 940, разделитель 150, вставленный в мембрану 100 для разделения текучих сред, впуск 951 текучей среды и вторые выпуски 922 текучей среды, которые расположены с одной стороны камеры 940, и первый выпуск 911 текучей среды, который расположен с другой стороны камеры 940; кроме этого, включает резервуар 950 смеси текучих сред, расположенный снаружи камеры 940, резервуар 910 хранения оставшейся текучей среды, резервуар 920 хранения отделенной текучей среды и множество насосов 931-933.
Резервуар 950 смеси текучих сред предназначен для хранения смеси текучих сред и обеспечения подачи смеси текучих сред в камеру 940. Резервуар 950 смеси текучих сред соединен с первым впуском 951 посредством первого трубопровода 952 текучей среды. Первый насос 931 установлен на первом трубопроводе 952 текучей среды.
Резервуар 920 хранения отделенной текучей среды предназначен для хранения текучей среды, поданной внутрь мембраны 100 для разделения текучих сред. Резервуар 920 хранения отделенной текучей среды пространственно соединен с пространством внутри мембраны 100 для разделения текучих сред посредством второго трубопровода 922 текучей среды. Второй насос 932 установлен на втором трубопроводе 922 текучей среды.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 33, в камере 940 имеется два вторых выпуска 921 текучей среды, мембрана 100 для разделения текучих сред, оба конца которой открыты, согнута один раз. Второй трубопровод 922 текучей среды разветвляется на два ответвления трубопровода вблизи камеры 940, ответвления второго трубопровода 922 текучей среды вставлены во вторые выпуски 921 текучей среды, соответственно. Оба конца мембраны 100 для разделения текучих сред соединены с разными ответвлениями второго трубопровода 922 текучей среды, соответственно.
Резервуар 910 хранения оставшейся текучей среды предназначен для хранения текучей среды, оставшейся снаружи мембраны 100 для разделения текучих сред, а также внутри камеры 940. Резервуар 910 хранения оставшейся текучей среды соединен с первым выпуском 911 текучей среды посредством третьего трубопровода 912 текучей среды. Третий насос 933 может быть установлен на третьем трубопроводе 912 текучей среды.
В некоторых вариантах осуществления изобретения первый выпуск 911 текучей среды расположен над впуском 951 текучей среды. В этом случае смешанная текучая среда перемещается вверх.
2
Первый насос 931 обеспечивает увеличение давления смеси текучих сред, подаваемой в камеру 940. Когда давление внутри камеры 940 увеличено, между внутренним и наружным пространствами мембраны 100 для разделения текучих сред возникает перепад давления, благодаря чему интенсифицируется поток текучей среды через мембрану 100 для разделения текучих сред. Однако, если приложено слишком высокое давление, не только увеличиваются производственные издержки, но и чрезмерно увеличивается расход текучей среды. Таким образом, количество текучей среды, проходящей через мембрану 100 для разделения текучих сред может быть уменьшено. Ввиду этого, пригодное давление текучей среды, создаваемое внутри камеры 940 первым насосом 931, может составлять от 0 до 4 кгс/см.
2
Второй насос 932 обеспечивает поддержание перепада давления между внутренним и наружным пространством мембраны 100 для разделения текучих сред путем создания отрицательного давления внутри мембраны 100 для разделения текучих сред и эффективным образом отводит текучую среду, присутствующую внутри мембраны для разделения текучих сред, в резервуар 920 хранения отделенной текучей среды. Быстрое выведение текучей среды, присутствующей внутри мембраны 100 для разделения текучих сред, не только повышает скорость процесса, но и позволяет поддерживать низкую концентрацию конкретной текучей среды внутри мембраны 100 для разделения текучих сред. Сохранение низкой концентрации конкретной текучей среды внутри мембраны 100 для разделения текучих сред благоприятно с точки зрения эффективности движения текучей среды под действием диффузии или осмотического давления. Давление, создаваемое вторым насосом 932, может лежать в диапазоне от 0 до -1 кгс/см.
2
2
2
2
Перепад давления между внутренним и наружным пространством мембраны 100 для разделения текучих сред, равный, примерно, 0,5 кгс/см, может давать приемлемую для коммерческих целей эффективность разделения. Например, когда давление, создаваемое насосом 931, равно 0,5 кгс/см, а отрицательное давление, создаваемое вторым насосом 932, равно, примерно, -0,5 кгс/см, может быть достигнута приемлемая для коммерческих целей эффективность разделения. Если перепад давления между внутренним и наружным пространством мембраны 100 для разделения текучих сред больше указанного выше уровня, эффективность разделения может быть повышена, но производственные издержки также могут возрасти из-за потребления большого количества энергии. Перепад давления между внутренним и наружным пространством мембраны 100 для разделения текучих сред, приемлемый с точки зрения производственных издержек и эффективности разделения в коммерческом масштабе, может лежать в диапазоне от 0,5 до 2 кгс/см.
2
Третий насос 933 обеспечивает быстрое отведение текучей среды, оставшейся в камере 940, наружу. Когда конкретная текучая среды в смеси текучих сред, поданной в камеру 940, проходит через мембрану 100 для разделения текучих сред внутрь мембраны 100 для разделения текучих сред, концентрация этой конкретной текучей среды в оставшейся смеси текучих сред становится низкой. Если оставшаяся смесь текучих сред остается в камере 940 длительное время, эффективность разделения на мембране для разделения текучих сред снижается, а вероятность того, что конкретная текучая среды будет перемещаться обратно изнутри мембраны 100 для разделения текучих сред в камеру 940, возрастает. Быстрое отведение оставшейся текучей среды в надлежащем временном режиме существенно влияет на эффективность процесса. Следовательно, когда третий насос 933 создает давление, примерно, от 0 до 2 кгс/см, оставшаяся текучая среда может быть выведена надлежащим образом. Однако, данный вариант осуществления изобретения не ограничивается этим случаем, третий насос 933 может быть исключен или заменен клапаном.
Если отделенная текучая среда, выведенная через первый выпуск 911 текучей среды или вторые выпуски 921 текучей среды устройства 901 разделения текучих сред, не подлежит хранению, резервуар для хранения отделенной текучей среды может отсутствовать. Например, в том случае, когда диоксид углерода должен быть отделен от смеси газообразного азота и диоксида углерода, и когда в качестве мембраны 100 для разделения текучих сред используется материал, обладающий высокой селективностью по отношению к диоксиду углерода, текучая среда с высоким содержанием диоксида углерода, выводимая через вторые выпуски 921 текучей среды, направляется на хранение в резервуар 920 хранения отделенной текучей среды, а текучая среда с высоким содержанием азота, выводимая через первый выпуск 911 текучей среды, может быть сброшена через вытяжную трубу. В этом случае резервуар 910 оставшейся текучей среды может отсутствовать.
Во время процесса разделения текучих сред температура внутри камеры 940 может поддерживаться в диапазоне от 0 до 60°С. В одном из примерных вариантов осуществления изобретения температуру внутри камеры 940 поддерживают в диапазоне от 20 до 40°С. Такая относительно низкая температура способствует снижению затрат, поддержанию износостойкости внутренних элементов камеры 940 и мембраны 100 для разделения текучих сред и подавлению нежелательных реакций текучих сред внутри камеры 940.
Фиг. 34 представляет собой схему устройства разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения. В устройстве 902 разделения текучих сред, представленном на фиг. 34, использована мембрана 110 для разделения текучих сред, представленная на фиг. 30, а не мембрана 100 для разделения текучих сред, как в устройстве 901 разделения текучих сред, представленном на фиг. 33.
Следовательно, устройство 902 разделения текучих сред, соответствующее данному варианту осуществления изобретения, может включать первый резервуар 920а хранения отделенной текучей среды, второй резервуар 920b хранения отделенной текучей среды и третий резервуар 920с хранения отделенной текучей среды. Первый резервуар 920а хранения отделенной текучей среды предназначен для хранения первично отделенной текучей среды, поступившей в пространство внутри первой разделительной мембраны 111 и снаружи второй разделительной мембраны 112 через первую разделительную мембрану 111. Второй резервуар 920b хранения отделенной текучей среды предназначен для хранения вторично отделенной текучей среды, поступившей в пространство внутри второй разделительной мембраны 112 и снаружи третьей разделительной мембраны 113 через вторую разделительную мембрану 112. Третий резервуар 920с хранения отделенной текучей среды предназначен для хранения в третий раз отделенной текучей среды, поступившей внутрь третьей разделительной мембраны 113 через третью разделительную мембрану 113. Второй насос 932 установлен между третьей разделительной мембраной 113 и третьим резервуаром 920с хранения отделенной текучей среды.
Другие компоненты, по существу, не отличаются от компонентов варианта осуществления изобретения, представленного на фиг. 33, поэтому избыточное описание этих компонентов опускается.
Фиг. 35 представляет собой схему устройства разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения.
Как показано на фиг. 35, устройство 300 разделения текучих сред, соответствующее этому варианту осуществления идеи изобретения, включает камеру 310, в которой имеется впуск 311 смешанной текучей среды, выпуски 312а и 312b оставшейся текучей среды и выпуск 313 отделенной текучей среды.
Впуск 311 смешанной текучей среды образует часть первой траектории потока F1, по которой смешанная текучая среды поступает в камеру 310.
Первая траектория потока F1 может быть соединена с резервуаром (не показан), в котором хранится смешанный газ, и насосом (не показан), который осуществляет подачу смешанного газа ко впуску 311 смешанной текучей среды.
В камере 310 имеется элемент 140 для разделения текучих сред (см. фиг. 36). Элемент 140 для разделения текучих сред обеспечивает отделение диоксида углерода, который представляет собой подлежащую отделению текучую среду, от смешанного газа, поданного в камеру 310 через впуск 311 смешанной текучей среды. Элемент 140 для разделения текучих сред обеспечивает отделение, по меньшей мере, части диоксида углерода от смешанного газа, находящегося внутри камеры 310. Газ, отделенный от смешанного газа при помощи элемента 140 для разделения текучих сред, может содержать, помимо диоксида углерода, другие газы.
Газ, отделенный от смешанного газа при помощи элемента 140 для разделения текучих сред, выводят вовне камеры 310 через выпуск 313 отделенной текучей среды, который образует часть второй траектории потока F3.
Выпуски 312а и 312b оставшейся текучей среды образуют третью траекторию потока F2, по которой оставшийся в камере 310 газ выходит из камеры 310. Выражение «оставшийся газ» означает газ, который не был отделен элементом 140 для разделения текучих сред от смешанного газа, поданного в камеру 310. Третья траектория потока F2 может быть соединена с резервуаром (не показан), в котором собирается оставшийся газ, выводимый из камеры 310.
Поскольку в устройстве 1 разделения текучих сред, соответствующем данному варианту осуществления изобретения, может использоваться множество камер 310, находящихся одна над другой, впуск 311 смешанной текучей среды, выпуски 312а и 312b оставшейся текучей среды и выпуск 313 отделенной текучей среды могут располагаться на боковой поверхности, передней поверхности или задней поверхности камеры 310, как показано на фиг. 35.
Кроме того, как показано на фиг. 35, выпуски 312а и 312b оставшейся текучей среды могут располагаться на передней поверхности и задней поверхности камеры 310, соответственно. В зависимости от окружающей среды, в которой установлена камера 310, выпуски 312а и 312b оставшейся текучей среды, соответственно, расположенные на передней поверхности и задней поверхности камеры 310, могут использоваться оба, или может использоваться один из них. Например, когда трудно смонтировать трубопровод для образования третьей траектории потока F2 на задней поверхности камеры 310 из-за параметров места установки камеры 310, оставшийся газ может быть выведен только через выпуск 312а оставшейся текучей среды, находящийся на передней поверхности камеры 310.
Хотя на чертеже это не показано, впуск 311 смешанной текучей среды и/или выпуск 313 отделенной текучей среды также могут располагаться на передней и задней поверхностях камеры 310, соответственно.
Как показано на фиг. 35, вторая траектория потока F3 может быть соединена с насосом 320 и резервуаром 330.
Насос 320 поддерживает во второй траектории потока F3 и пространстве, соединенном со второй траекторией потока F3, отрицательное давление. Отрицательное давление, создаваемое насосом 320, обеспечивает выведение газа, отделенного элементом 140 для разделения текучих сред, вовне камеры 310 более плавно. Кроме того, отрицательное давление, создаваемое насосом 320, обеспечивает наличие перепада давления между смешанным газом и отделенным газом, тем самым, интенсифицируя серию процессов, в ходе которых диоксид углерода отделяется от смешанного газа.
Отделенный газ, выведенный из камеры 310 по второй траектории потока F3, накапливают в резервуаре 330.
Фиг. 36 представляет собой схему внутренней конфигурации камеры устройства разделения текучих сред, представленного на фиг. 35.
Как показано на фиг. 36, элемент 140 для разделения текучих сред устройства 300 разделения текучих сред включает мембрану 108 для разделения текучих сред, установленную в камере 310 так, что имеется область В1 сгиба в форме U к нижней части камеры 310.
Мембрана 108 для разделения текучих сред может представлять собой любую трубчатую мембрану для разделения текучих сред из мембран для разделения текучих сред, соответствующих различным вариантам осуществления изобретения, описанным выше.
Как показано на фиг. 36, оба конца мембраны 108 для разделения текучих сред соединены со второй траекторией потока F3. Для простоты соединения обоих концов мембраны 108 для разделения текучих сред со второй траекторией потока F3 может быть предусмотрено наличие переходных трубок 120 и 130, внутренний и наружный диаметры которых меньше, чем внутренний диаметр мембраны 108 для разделения текучих сред, на обоих концах мембраны 108 для разделения текучих сред, соответственно, как показано на фиг. 36.
Пространство внутри камеры 310 разделено на первое пространство, образованное внутренним пространством мембраны 108 для разделения текучих сред и второй траекторией потока F3, и второе пространство, соединенное с первой траекторией потока F1 и третьей траекторией потока F2.
Поскольку во второй траектории потока F3, соединенной с насосом 320, насосом 320 создается отрицательное давление, отрицательное давление устанавливается в первом пространстве, соединенном со второй траекторией потока F3. Отрицательное давление, примерно, -1 бар или более может быть установлено во внутреннем пространстве мембраны 108 для разделения текучих сред, которая образует часть первого пространства.
В отличие от первого пространства, во втором пространстве камеры 310, которое соединено с первой траекторией потока F1 и третьей траекторией потока F2, может быть создано положительное давление. Для создания положительного давления в первом пространстве компрессор (не показан), предназначенный для сжатия смешанного газа, может быть соединен с первой траекторией потока F1, по которой подается смешанный газ. В первом пространстве может быть создано положительное давление от 0 до 4 бар.
Смешанный газ, поданный в камеру 310 через впуск 311 смешанной текучей среды по первой траектории потока F1, движется в направлении выпуска 12 оставшейся текучей среды, одновременно вступая в контакт с мембраной 108 для разделения текучих сред. Впуск 311 смешанной текучей среды и выпуск 12 оставшейся текучей среды могут отстоять друг от друга в диагональном направлении камеры 310 так, что смешанный газ может равномерно распределяться в камере 310.
Кроме того, когда смешанный газ обладает свойством растекаться, поднимаясь в атмосфере вверх, впуск 311 смешанной текучей среды может быть помещен в нижней части камеры 310, а выпуск 12 оставшейся текучей среды может быть помещен в верхней части камеры 310, как показано на фиг. 36. И наоборот, когда смешанный газ обладает свойством растекаться, опускаясь в атмосфере вниз, впуск 311 смешанной текучей среды может быть помещен в верхней части камеры 310, а выпуск 12 оставшейся текучей среды может быть помещен в нижней части камеры 310.
Мембрана 108 для разделения текучих сред может вступать в контакт со смешанным газом в камере 310 и обеспечивать отделение диоксида углерода от смешанного газа за счет проникновения диоксида углерода, содержащегося в смешанном газе, в пространство внутри мембраны 108 для разделения текучих сред. Это возможно благодаря параметрам силоксана, являющегося основным компонентом мембраны 108 для разделения текучих сред, как описано выше, и селективности силоксана в отношении диоксида углерода.
Кроме того, поскольку в первом пространстве (снаружи мембраны 108 для разделения текучих сред) внутри камеры 310, в которую поступает смешанный газ, создано положительное давление, а в пространстве внутри мембраны 108 для разделения текучих сред создано отрицательное давление, диоксид углерода может плавно проходить из смешанного газа внутрь мембраны 108 для разделения текучих сред под действием перепада давления между внутренним и наружным пространством мембраны 108 для разделения текучих сред.
При этом, как показано на фиг. 36, мембрана 108 для разделения текучих сред, соответствующая данному варианту осуществления изобретения, установленная в камере 310, имеет U-образную область В1 сгиба.
Как показано на фиг. 36, мембрана 108 для разделения текучих сред установлена так, что имеется область В1 одиночного сгиба, а U-образная форма в целом обеспечивает большую площадь контакта со смешанным газом, чем разделительная трубка, установленная вдоль прямой линии, хотя разделительная трубка, установленная вдоль прямой линии имеет те же внутренний и наружный диаметры, что и мембрана 108 для разделения текучих сред в форме U. Следовательно, повышается эффективность отделения диоксида углерода.
Кроме того, мембрану 108 для разделения текучих сред проще устанавливать, сгибая мембрану 108 для разделения текучих сред один раз, как показано на фиг. 36, чем устанавливать две мембраны 107 для разделения текучих сред вдоль прямой линии. Следовательно, работа по установке мембраны 108 для разделения текучих сред в камере 310 может быть упрощена.
Кроме того, когда мембрана для разделения текучих сред установлена вдоль прямой линии, концы мембраны для разделения текучих сред находятся в верхней части и нижней части камеры 310, соответственно. Следовательно, конструкция соединения обоих концов мембраны для разделения текучих сред и второй траектории потока F3 усложнена. С другой стороны, когда мембрана 108 для разделения текучих сред установлена так, что имеет область В1 одиночного сгиба и общую форму U, как показано на фиг. 36, оба конца мембраны 108 для разделения текучих сред находятся в нижней части камеры 310. Следовательно, конструкция соединения концов мембраны 108 для разделения текучих сред и второй траектории потока F3 относительно проста.
Как показано на фиг. 36, оба конца мембраны 108 для разделения текучих сред соединены со второй траекторией потока F3 так, что диоксид углерода отделяется от смешанного газа вследствие того, что диоксид углерода, содержащийся в смешанном газе, проникает во внутреннее пространство мембраны 108 для разделения текучих сред. Однако, оба конца мембраны 108 для разделения текучих сред также могут быть соединены с первой траекторией потока F1 и третьей траекторией потока F2, соответственно, так что смешанный газ может поступать во внутреннее пространство мембраны 108 для разделения текучих сред, а диоксид углерода, содержащийся в смешанном газе, выходить вовне мембраны 108 для разделения текучих сред.
Фиг. 37 представляет собой вид в перспективе элемента для разделения текучих сред, показанного на фиг. 36.
Как показано на фиг. 37, элемент 140 для разделения текучих сред, соответствующий данному варианту осуществления изобретения, включает множество мембран 108 для разделения текучих сред, крепежный узел (240 и 250) разделительных трубок, который поддерживает мембраны 108 для разделения текучих сред, и коллекторный узел 260 отделенной текучей среды, в который поступает газ, отделенный от смешанного газа мембранами 108 для разделения текучих сред.
Как показано на фиг. 37, мембраны 108 для разделения текучих сред могут располагаться двумя колоннами. Крепежный узел (240 и 250) разделительных трубок включает держатель 240 подвески, имеющийся в каждой колонне мембран 108 для разделения текучих сред, и множество подвесок 250 разделительной трубки, поддерживаемых держателем 240 подвески.
Фиг. 38 представляет собой вид спереди, демонстрирующий установление соединения между подвеской разделительной трубки и держателем подвески фиг. 37.
Как показано на фиг. 37 и 38, каждая из подвесок 250 разделительной трубки поддерживает центральную часть мембраны 108 для разделения текучих сред, благодаря чему мембрана 108 для разделения текучих сред остается изогнутой в форме U.
Каждая подвеска 250 разделительной трубки включает опорную часть 251, на которую в одной точке опирается мембрана 108 для разделения текучих сред, и пару крюковых частей 252а и 252b, отходящих вверх от обоих концов опорной части 251. Пара крюковых частей 252а и 252b может располагаться в направлении сближения друг с другом, так что подвеска 250 разделительной трубки в целом имеет форму С.
Как показано на фиг. 37 и 38, держатель 240 подвески имеет форму балки, протяженной в некотором направлении, на обеих сторонах держателя 240 подвески образованы приемные части 241а и 241b, на которые опираются крюковые части 252а и 252b подвески 250 разделительной трубки, в виде углублений в держателе 240 подвески. Приемные части 241а и 241b также имеют протяженность в некотором направлении.
Когда подвеска 250 разделительной трубки поддерживает мембрану 108 для разделения текучих сред так, что мембрана 108 для разделения текучих сред изогнута в форме U, концы крюковых частей 252а и 252b подвески 250 разделительной трубки вставляют в передние концы приемных частей 241а и 241b держателя 240 подвески, соответственно. Затем вставленные концы крюковых частей 252а и 252b сдвигают к заднему концу держателя 240 подвески вдоль приемных частей 241а и 241b. Таким образом, множество подвесок 250 разделительной трубки располагают линейно в держателе 240 подвески, как показано на фиг. 37. При этом, мембраны 108 для разделения текучих сред могут быть расположены так, что зазор между мембранами 108 для разделения текучих сред больше или равен толщине каждой из мембран 108 для разделения текучих сред и меньше или равен диаметру или ширине каждой из мембран 108 для разделения текучих сред. Например, зазор между мембранами 108 для разделения текучих сред может быть установлен в диапазоне от 0,1 до 500 мм. Когда зазор между мембранами 108 для разделения текучих сред меньше 0,1 мм, мембраны 108 для разделения текучих сред могут вступать в непосредственный контакт друг с другом, тем самым, уменьшая эффективную площадь поверхности мембран 108 для разделения текучих сред. Когда зазор между мембранами 108 для разделения текучих сред превышает 500 мм, количество мембран 108 для разделения текучих сред, установленных в камере 310 снижается более необходимого. Из-за этого снижается эффективность разделения текучей среды.
Фиг. 39 и 40 представляют собой вид спереди, демонстрирующий установление соединения между подвеской разделительной трубки и держателем подвески в соответствии с другими вариантами осуществления изобретения.
Как показано на фиг. 39, в качестве другого варианта осуществления, подвеска 250_1 разделительной трубки может состоять из кольцеобразной опорной части 252_1 и Т-образной крюковой части (253_1 и 254_1).
Мембрана 108 для разделения текучих сред вставлена в отверстие 251_1 кольцевой опорной части 252_1. Нижний конец опорной части 252_1 поддерживает центральную часть мембраны 108 для разделения текучих сред, благодаря чему мембрана 108 для разделения текучих сред остается изогнутой в форме U.
Крюковая часть (253_1 и 254_1) состоит из вертикальной балки 253_1, отходящей вверх от центральной части верхнего конца опорной части 252_1, и горизонтальной балки 254_1, протяженной в обе стороны от одного из концов вертикальной балки 253_1.
Как показано на фиг. 39, держатель 240_1 подвески включает петлеобразную часть 241_1, протяженную в некотором направлении, и пару крепежных частей 243а_1 и 243b_1, отходящих вниз от обоих концов петлеобразной части 241_1. Пара крепежных частей 243а_1 и 243b_1 может располагаться в направлении сближения друг с другом, так что держатель 240_1 подвески в целом имеет форму С.
Приемная часть 242_1 держателя 240_1 подвески образована в пространстве между петлеобразной частью 241_1 и крепежными частями 243а_1 и 243b_1, горизонтальная балка 254_1 подвески 250_1 разделительной трубки с возможностью скольжения устанавливается в приемную часть 242_1.
Как показано на фиг. 40, в другом варианте осуществления подвески разделительной трубки подвеска 250_2 разделительной трубки включает опорную часть 251_2, на которую в одной точке опирается мембрана 108 для разделения текучих сред, и пару крюковых частей 251а_2 и 251b_2, которые отходят вверх от обоих концов опорной части 251_2. Крюковые части 251а_2 и 251b_2 загнуты в форме S и по горизонтали симметричны друг другу. Таким образом, концы крюковых частей 251а_2 и 251b_2 вставляются в приемную часть 242_1 держателя 240_1 подвески.
Фиг. 41 представляет собой вид в поперечном сечении мембраны для разделения текучих сред, показанной на фиг. 37.
Как показано на фиг. 41, мембрана 108 для разделения текучих сред может быть заблокирована в точке, в которой она опирается на опорную часть 251 в области В1 сгиба. Поскольку мембрана 108 для разделения текучих сред представляет собой трубку, основным компонентом которой является силоксановый полимер, она обладает достаточной эластичностью. Таким образом, точка, контактирующая с опорной частью 251, может быть заблокирована под действием веса мембраны 108 для разделения текучих сред.
Поскольку некоторая область мембраны 108 для разделения текучих сред заблокирована, пространство внутри мембраны 108 для разделения текучих сред разделено на два пространства 108а и 108b. Содержащий диоксид углерода отделенный газ, поступающий в каждое из пространство 108а и 108b, сквозь мембрану 108 для разделения текучих сред, движется от заблокированной точки к обоим концам мембраны 108 для разделения текучих сред.
Поскольку центральная часть мембраны 108 для разделения текучих сред заблокирована так, что пространство внутри мембраны 108 для разделения текучих сред разделено на два пространства 108а и 108b, и отделенный газ выводится из пространств 108а и 108b, эффективность выведения отделенного газа увеличена.
Отделенный газ, подошедший к обоим концам мембраны 108 для разделения текучих сред, выводится в коллекторный узел 260 отделенной текучей среды через переходные трубки 120 и 130.
Фиг. 42 представляет собой вид сверху коллекторного узла отделенной текучей среды, показанного на фиг. 37.
Как показано на фиг. 37 и 42, коллекторный узел 260 отделенной текучей среды включает множество передаточных трубок 261, которые взаимно однозначно соединены с переходными трубками 120 и 130, основной корпус 263, на поверхности которого размещены переходные трубки 261, и выпуск 262 основного корпуса, размещенный на боковой стороне основного корпуса 263.
Передаточные трубки 261 передают отделенный газ, движущийся изнутри мембраны 108 для разделения текучих сред через переходные трубки 120 и 130, внутрь основного корпуса 263. С этой целью передаточные трубки 261 соединены с внутренним пространством основного корпуса 263. Передаточные трубки 261 и переходные трубки 120 и 130, естественно, герметизированы с целью сохранения перепада давления между пространством внутри них и снаружи.
В основном корпусе 263 имеется удерживающее пространство (не показано), в которое через передаточные трубки 261 поступает отделенный газ. Удерживающее пространство может представлять одно пространство, соединенное с передаточными трубками.
Выпуск 262 основного корпуса соединен с удерживающим пространством и обеспечивает выведение отделенных газов, поступивших в удерживающее пространство. Выпуск 262 основного корпуса непосредственно или косвенно соединен с выпуском 313 отделенной текучей среды камеры 310 с целью подачи отделенного газа в выпуск 313 отделенной текучей среды.
Коллекторный узел 260 отделенной текучей среды образует часть второй траектории потока F3. Коллекторный узел 260 отделенной текучей среды расположен между мембранами 108 для разделения текучих сред, при этом, количество мембран 108 для разделения текучих сред больше, чем количество выпусков 313 отделенной текучей среды. Коллекторный узел 260 отделенной текучей среды обеспечивает сбор газа, поступившего в каждую из мембран 108 для разделения текучих сред, и подачу собранного газа в выпуск 313 отделенной текучей среды. Поскольку мембраны 108 для разделения текучих сред соединяются со второй траекторией потока F3 просто путем присоединения передаточных трубок 261 к переходным трубкам 120 и 130, элемент 140 для разделения текучих сред может быть без труда установлен в камере 310.
На фиг. 43 показан пример, в котором устройства отделения текучей среды, соответствующие одному из вариантов осуществления идеи изобретения, при использовании соединены последовательно.
Как показано на фиг. 43, устройства отделения текучей среды, соответствующие одному из вариантов осуществления идеи изобретения, могут быть использованы путем последовательного соединения двух камер 310.
Для простоты описания камера 310, расположенная на фиг. 43 слева, далее именуется первая камера, а камера 310, расположенная справа, далее именуется вторая камера.
Для последовательного соединения первой камеры и второй камеры первую камеру и вторую камеру размещают друг рядом с другом и устанавливают соединительную трубу 314, соединяющую выпуск 313 отделенной текучей среды первой камеры со впуском 311 смешанной текучей среды второй камеры.
Газ (первично отделенная текучая среда), отделенный в разделительной трубке (первая разделительная трубка) в первой камере, подается в качестве смешанного газа во вторую камеру по соединительной трубе 314.
Поскольку первично отделенная текучая среда содержит диоксид углерода, первично отделенный в первой камере, содержание диоксида углерода в первично отделенной текучей среде высокое.
В разделительной трубке (второй разделительной трубке) второй камеры происходит отделение, по меньшей мере, части диоксида углерода, содержащегося в первично отделенной текучей среде. Таким образом, газ (вторично отделенная текучая среда), отделенный во второй разделительной трубке, характеризуется более высоким содержанием диоксида углерода, чем первично отделенная текучая среда.
Если траекторию потока F3, по которой вторично отделенная текучая среда направляется вовне второй камеры, назвать четвертой траекторией потока, насос 320 и резервуар 330 могут быть установлены на четвертой траектории потока. Отрицательное давление, создаваемое насосом 320, может быть приложено к первой разделительной трубке и второй разделительной трубке.
Если траекторию потока F2, по которой газ, оставшийся во второй камере, направляется вовне второй камеры, назвать пятой траекторией потока, пятая траектория потока может быть соединена с резервуаром (не показан), предназначенным для сбора оставшихся газов, это же относится к третьей траектории потока F2, по который оставшийся в первой камере газ направляется вовне первой камеры.
Как показано на фиг. 43, первая камера и вторая камера размещены горизонтально, однако, первая камера и вторая камеры могут быть поставлены друг на друга.
Кроме этого, хотя на фиг. 43 показаны две камеры, соединенные последовательно, также могут быть соединены последовательно три или более камер в зависимости от необходимой концентрации диоксида углерода в конечном отделенном газе.
Фиг. 44 представляет собой схему внутренней конфигурации устройства разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения.
Как показано на фиг. 44, элемент 141 для разделения текучих сред устройства 301 разделения текучих сред, соответствующего данному варианту осуществления изобретения, включает мембрану 109 для разделения текучих сред, установленную в камере так, что имеется две области В1 и В2 сгиба в форме U. Следовательно, мембрана 109 для разделения текучих сред, соответствующая данному варианту осуществления изобретения, по существу, в целом изогнута в форме S.
По сравнению с мембраной 108 для разделения текучих сред, показанной на фиг. 36, мембрана 109 для разделения текучих сред, соответствующая данному варианту осуществления изобретения, дополнительно включает область В2 сгиба. Следовательно, один конец мембраны 109 для разделения текучих сред расположен в нижней части камеры 310_1, а другой конец расположен в верхней части камеры 310_1.
Следовательно, выпуски 313а и 313b отделенной текучей среды в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения могут находиться в верхней и нижней части камеры 310_1, соответственно. Отделенные газы, выведенные через выпуски 313а и 313b отделенной текучей среды могут быть объединены во второй траектории потока F3 вне камеры 310_1 и могут перемещаться по второй траектории потока F3.
В качестве альтернативы, камера 310_1 может включать один выпуск 313 отделенной текучей среды, как показано на фиг. 36, и отделенные газы, выведенные через оба конца мембраны 109 для разделения текучих сред, могут быть объединены внутри камеры 310_1 и выведены через выпуск 313 отделенной текучей среды.
Случай, в котором мембрана для разделения текучих сред согнута три раза, четыре раза или более раз может быть вполне ожидаем на основании рассмотрения мембраны 108 для разделения текучих сред фиг. 36 и мембраны 109 для разделения текучих сред фиг. 44.
Фиг. 45 представляет собой схему внутренней конфигурации устройства разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения.
Как показано на фиг. 45, в камере 310_2 устройства разделения текучих сред, соответствующего данному варианту осуществления идеи изобретения, имеется узел 270 рассеивания смешанной текучей среды, соединенный со впуском 311 смешанной текучей среды с образованием части первой траектории потока F1, узел разделения текучих сред, образованный из множества элементов 140 для разделения текучих сред, предназначенных для отделения диоксида углерода от смешанного газа, подаваемого в камеру 310_2 через узел 270 рассеивания смешанной текучей среды, и коллекторный узел 280 оставшейся текучей среды, соединенный с выпуском 312 оставшейся текучей среды с образованием части третьей траектории потока F3.
На фиг. 45 для простоты описания показан узел разделения текучих сред, образованный из четырех элементов 140 для разделения текучих сред. Однако, количество элементов 140 для разделения текучих сред, установленных в камере 310_2, может изменяться в зависимости от размера камеры 310_2 и/или размера каждого из элементов 140 для разделения текучих сред.
Пространство внутри камеры 310_2 разделено на первое пространство, соединенное со второй траекторией потока F3, и второе пространство, соединенное с первой траекторией потока F1 и третьей траекторией потока F2.
Первое пространство образовано внутренними пространствами элементов 140 для разделения текучих сред и второй траектории потока F3, второе пространство образовано пространствами внутри камеры, которые соединены с узлом 270 рассеивания смешанной текучей среды и коллекторным узлом 280 оставшейся текучей среды.
Когда смешанный газ обладает свойством растекаться, поднимаясь в атмосфере вверх, впуск 311 смешанной текучей среды и узел 270 рассеивания смешанной текучей среды могут быть расположены в нижней части камеры 310_2, а выпуск 312 оставшейся текучей среды и коллекторный узел 280 оставшейся текучей среды могут быть расположены в верхней части камеры 310_2, как показано на фиг. 45.
И наоборот, когда смешанный газ обладает свойством растекаться, опускаясь в атмосфере вниз, впуск 311 смешанной текучей среды и узел 270 рассеивания смешанной текучей среды могут быть расположены в верхней части камеры 310_2, а выпуск 312 оставшейся текучей среды и коллекторный узел 280 оставшейся текучей среды могут быть расположены в нижней части камеры 310_2.
Как показано на фиг. 45, нижняя поверхность 315 камеры 310_2 в середине может быть изогнута вниз. Выпуск 316 сконденсированной воды соединен с внутренним пространством камеры 310_2 в центральной части нижней поверхности и обращен к нижней части камеры 310_2.
Выпуск 316 сконденсированной воды образует канал, через который из камеры 310_2 выводят сконденсированную воду, образующуюся при охлаждении смешанного газа и/или оставшегося газа в камере 310_2.
Другие компоненты внутри и снаружи камеры 310_2, по существу, такие же, как описанные выше со ссылкой на фиг. 35-37, поэтому избыточное описание этих компонентов опускается. Однако, далее подробно описаны узел 270 рассеивания смешанной текучей среды и коллекторный узел 280 оставшейся текучей среды.
Фиг. 46 представляет собой вид сверху, демонстрирующий установление соединения между первым коллекторным узлом отделенной текучей среды и вторым коллекторным узлом отделенной текучей среды. В соответствии с фиг. 45 и 46, устройство разделения текучих сред, соответствующее данному варианту осуществления изобретения, дополнительно включает второй коллекторный узел 270 отделенной текучей среды, соединенный с каждым из элементов 140 для разделения текучих сред.
Второй коллекторный узел 270 отделенной текучей среды образует часть второй траектории потока F3 и включает коллектор 272, соединенный с выпуском 313 отделенной текучей среды в камере 310_2, и множество ответвлений 271, которые ответвляются от коллектора 272 и соединены с выпусками 163 основного корпуса элемента 140 для разделения текучих сред, соответственно.
Ответвления 271 соединены с коллектором 272. Следовательно, отделенные газы, выведенные через соответствующие выпуски 163 основного корпуса элемента 140 для разделения текучих сред, поступают в коллектор 272 по ответвлениям 271, соответственно. Затем отделенные газы выводятся из камеры 310_2 через выпуск 313 отделенной текучей среды.
Первый коллекторный узел 260 отделенной текучей среды и второй коллекторный узел 270 отделенной текучей среды образуют часть второй траектории потока F3 и размещены между множеством мембран 108 для разделения текучих сред, при этом, количество мембран 108 для разделения текучих сред больше, чем количество выпусков 313 отделенной текучей среды. Первый коллекторный узел 260 отделенной текучей среды и второй коллекторный узел 270 отделенной текучей среды осуществляют сбор отделенного газа, накопившегося в каждой из мембран 108 для разделения текучих сред, и подведение отделенного газа к выпуску 313 отделенной текучей среды. Кроме этого, поскольку мембраны 108 для разделения текучих сред соединены со второй траекторией потока F3 просто путем соединения передаточных трубок 262 с переходными трубками 120 и 130 и соединения выпусков 263 основного корпуса с ответвлениями 271, элемент 140 для разделения текучих сред может быть без труда установлен в камере 310_2.
Фиг. 47 представляет собой схематичный вид спереди элемента для разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения.
Как показано на фиг. 47, элемент 142 для разделения текучих сред, соответствующий данному варианту осуществления изобретения, по сравнению с элементами 140 для разделения текучих сред, показанными на фиг. 46, дополнительно включает каркас 280.
Каркас 280 представляет собой конструкцию, обеспечивающую крепление основного корпуса 261 первого коллекторного узла 260 отделенной текучей среды к держателю 240 подвески.
Поскольку первый коллекторный узел 260 отделенной текучей среды и крепежный узел (240 и 250) разделительных трубок зафиксированы друг относительно друга при помощи каркаса 280, элемент 142 для разделения текучих сред может быть установлен в камере 310_2 и демонтирован как единый модуль.
То есть, как показано на фиг. 47, первый коллекторный узел 260 отделенной текучей среды может быть зафиксирован в нижней части каркаса 280, держатель 240 подвески может быть зафиксирован в верхней части каркаса 280. В этом случае множество мембран 108 для разделения текучих сред поддерживаются подвесками 250 разделительной трубки, а подвески 250 разделительной трубки могут быть вставлены в держатель 240 подвески. Затем элемент 142 для разделения текучих сред может быть установлен в камере 310_2 как единый модуль. Следовательно, подвышается удобство монтажа элемента 142 для разделения текучих сред.
Кроме того, поскольку каждый элемент 142 для разделения текучих сред может быть независимо удален из камеры 310_2 или заменен, его техническое обслуживание несложно.
Фиг. 48 представляет собой схематичный вид сверху узла рассеивания смешанной текучей среды фиг. 45, соответствующего идее изобретения.
Как показано на фиг. 45 и 48, узел 270 рассеивания смешанной текучей среды образует часть первой траектории потока F1 и включает первый направляющий трубопровод 271 смешанной текучей среды, который соединен со впуском 311 смешанной текучей среды камеры 310_2, и множество вторых направляющих трубопроводов 272 смешанной текучей среды, которые ответвляются от первого направляющего трубопровода 271 смешанной текучей среды.
Узел 270 рассеивания смешанной текучей среды предназначен для однородного рассеивания в камере 310_2 смешанного газа, подаваемого в камеру 310_2 через впуск 311 смешанной текучей среды.
С этой целью первый направляющий трубопровод 271 смешанной текучей среды может иметь длину, соответствующую ширине камеры 310_2. Вторые направляющие трубопроводы 272 смешанной текучей среды могут быть расположены с одинаковыми интервалами и идти в направлении, перпендикулярном первому направляющему трубопроводу 271 смешанной текучей среды.
Как показано на фиг. 45 и 48, вторые направляющие трубопроводы 271 смешанной текучей среды могут быть снабжены множеством рассеивающих отверстий 273, обращенных к элементам 140 для разделения текучих сред.
Фиг. 49 представляет собой схематичный вид сверху коллекторного узла оставшейся текучей среды, показанного на фиг. 45.
Как показано на фиг. 45 и 49, коллекторный узел 280 оставшейся текучей среды образует часть третьей траектории потока F2 и включает первый направляющий трубопровод 281 оставшейся текучей среды, который соединен с выпуском 312 оставшейся текучей среды камеры 310_2, и множество вторых направляющих трубопроводов 282 оставшейся текучей среды, которые ответвляются от первого направляющего трубопровода 281 оставшейся текучей среды.
Коллекторный узел 280 оставшейся текучей среды предназначен для более эффективного выведения оставшегося в камере 310_2 газа из камеры 310_2.
С этой целью первый направляющий трубопровод 281 оставшейся текучей среды может иметь длину, соответствующую ширине камеры 310_2. Вторые направляющие трубопроводы 282 оставшейся текучей среды могут располагаться с одинаковыми интервалами и идти в направлении, перпендикулярном первому направляющему трубопроводу 271 смешанной текучей среды.
Как показано на фиг. 45 и 49, множество коллекторных отверстий 283, обращенных к элементу 140 для разделения текучих сред, может быть образовано во вторых направляющих трубопроводах 282 оставшейся текучей среды.
Фиг. 50 представляет собой схему клапанов первой траектории потока и третьей траектории потока.
Как показано на фиг. 50, на первой траектории потока F1 может быть предусмотрено наличие первого регулировочного клапана 317, предназначенного для открывания и закрывания первой траектории потока F1.
Для безопасного функционирования устройства 302 разделения текучих сред первый регулировочный клапан 317 производит регулирование открытия и закрытия первой траектории потока F1 так, что давление смешанного газа, подаваемого в камеру 310_2, поддерживается меньшим, чем величина предельного давления.
Следовательно, первый регулировочный клапан 317 открывает первую траекторию потока F1, когда давление смешанного газа, перемещающегося по первой траектории потока F1, меньше или равно величине предельного давления, и закрывает первую траекторию потока F1, когда давление смешанного газа превышает величину предельного давления.
Кроме того, на третьей траектории потока F2 может быть предусмотрено наличие второго регулировочного клапана 318, предназначенного для открывания и закрывания третьей траектории потока F2.
Второй регулировочный клапан 318 обеспечивает регулирование выведения оставшегося газа через третью траекторию потока F2 так, что в первом пространстве камеры 310_2 поддерживается необходимое избыточное давление.
Следовательно, второй регулировочный клапан 318 закрывает третью траекторию потока F2, когда давление в первом пространстве камеры 310_2 ниже, чем заданное давление, и открывает третью траекторию потока F2, когда давление в первом пространстве камеры 310_2 выше заданного давления.
Далее описан мембранный модуль для разделения текучих сред, составленный путем включения описанных выше мембран для разделения текучих сред и примененный к устройству разделения текучих сред.
Фиг. 51 представляет собой схему мембранного модуля для разделения текучих сред, соответствующего одному из вариантов осуществления идеи изобретения. Как показано на фиг. 51, мембранный модуль 30 для разделения текучих сред представляет собой устройство, используемое для отделения конкретной текучей среды от смеси текучих сред MF посредством использования множества мембран 30с для разделения текучих сред, уложенных одна на другую.
Мембранный модуль 30 для разделения текучих сред включает мембраны 30с для разделения текучих сред, уложенные одна на другую, и множество межслоевых разделителей 30а и 30b. Каждая из мембран 30с для разделения текучих сред может иметь пластинчатую форму. Мембраны 30с для разделения текучих сред расположены так, что перекрывают друг друга.
Одна сторона и другая сторона каждой мембраны 30с для разделения текучих сред физически разделены стенками самой мембраны 30с для разделения текучих сред. По меньшей мере, часть текучей среды может перемещаться с одной стороны мембраны 30с для разделения текучих сред на другую, проходя сквозь мембрану 30с для разделения текучих сред, и это свойство используется для отделения конкретной текучей среды. Межслоевой разделитель 30а или 30b установлен между соседними мембранами 30с для разделения текучих сред с целью соединения соседних мембран 30с для разделения текучих сред, при этом, образуя пространство между соседними мембранами 30с для разделения текучих сред. В контексте настоящего описания, пространство, окруженное соседними мембранами 30с для разделения текучих сред и межслоевым разделителем 30а или 30b, именуется «единичное ограниченное пространство».
Множество единичных ограниченных пространств, перекрывающих друг друга, образовано в направлении наложения. Единичные ограниченные пространства включают первое единичное ограниченное пространство ULS1 и второе единичное ограниченное пространство ULS2.
Первое единичное ограниченное пространство ULS1 представляет собой пространство, в которое непосредственно поступает смесь текучих сред MF. С этой целью первое единичное ограниченное пространство ULS1 включает впуск FS текучей среды. Кроме того, первое единичное ограниченное пространство ULS1 включает первый выпуск FD1 текучей среды, предназначенный для выведения оставшейся текучей среды MF1, оставшейся после разделения.
Второе единичное ограниченное пространство ULS2 представляет собой пространство, в которое непосредственно не поступает смесь текучих сред MF. Следовательно, второе единичное ограниченное пространство ULS2 не имеет впуска текучей среды. Второе единичное ограниченное пространство ULS2 снабжено вторым выпуском FD2 текучей среды, предназначенным для выведения отделенной текучей среды MF2.
Первое единичное ограниченное пространство ULS1 и второе единичное ограниченное пространство ULS2 находятся друг рядом с другом. Например, множество первых единичных ограниченных пространств ULS1 и множество вторых единичных ограниченных пространств ULS2 могут быть размещены попеременно. Первое единичное ограниченное пространство ULS1 и второе единичное ограниченное пространство ULS2, соседние друг с другом, могут соотноситься с одной мембраной 30с для разделения текучих сред, и текучая среда может перемещаться через общую мембрану 30с для разделения текучих сред.
Например, в случае, когда смесь текучих сред MF, поступающая через впуск FS текучей среды первого единичного ограниченного пространства ULS1, содержит азот и диоксид углерода, и когда мобильность диоксида углерода через мембрану 30с для разделения текучих сред выше, чем азота, концентрация азота в первом единичном ограниченном пространстве ULS1 становится относительно высокой, тогда как концентрация диоксида углерода в первом единичном ограниченном пространстве ULS1 становится относительно низкой. Кроме этого, концентрация азота во втором единичном ограниченном пространстве ULS2, соседним с первым единичным ограниченным пространством ULS1, становится относительно низкой, тогда как концентрация диоксида углерода во втором единичном ограниченном пространстве ULS2 становится относительно высокой. Следовательно, смесь текучих сред MF1 с относительно высоким содержанием азота выводится через первый выпуск FD1 текучей среды, а смесь текучих сред MF2 с относительно высоким содержанием диоксида углерода выводится через второй выпуск FD2 текучей среды.
Каждое из первого и второго единичных ограниченных пространств ULS1 и ULS2 включает две наложенных друг на друга мембраны 30с для разделения текучих сред. Следовательно, текучая среда может перемещаться в обе стороны через две мембраны 30с для разделения текучих сред. То есть, поскольку вторые единичные ограниченные пространства ULS2 расположены по обеим сторонам одного первого единичного ограниченного пространства ULS1, часть смешанной текучей сред MF, поданной в первое единичное ограниченное пространство ULS1, может перемещаться во вторые единичные ограниченные пространства ULS2 по обеим сторонам. Кроме этого, поскольку два первых единичных ограниченных пространства ULS1 расположены по обеим сторонам одного второго единичного ограниченного пространства ULS2, часть смешанной текучей среды MF может перемещаться во второе единичное ограниченное пространство ULS2 из первых единичных ограниченных пространств ULS1 с обеих сторон.
В мембранном модуле 30 для разделения текучих сред, соответствующем данному варианту осуществления изобретения, множество единичных ограниченных пространств образовано в направлении наложения. Следовательно, в одном модуле может быть обеспечено множество разделительных пространств. Количество наложенных единичных ограниченных пространств может составлять, например, от нескольких десятков до нескольких тысяч. При увеличении количества наложенных единичных ограниченных пространств производительность разделения также увеличивается. Следовательно, может быть разделено большое количество текучей среды.
Конструкция описанного выше мембранного модуля для разделения текучих сред далее описана более подробно.
Фиг. 52 представляет собой вид в перспективе мембранного модуля для разделения текучих сред, соответствующего одному из вариантов осуществления идеи изобретения. Фиг. 53 представляет собой вид спереди мембранного модуля для разделения текучих сред, показанного на фиг. 52. Фиг. 54 представляет собой вид в перспективе с частичным пространственным разделением деталей мембранного модуля для разделения текучих сред, показанного на фиг. 52.
Как показано на фиг. 52-54, мембранный модуль 1100 для разделения текучих сред, соответствующий данному варианту осуществления изобретения, включает множество мембран 1200 для разделения текучих сред, множество первых межслоевых разделителей 1300, множество вторых межслоевых разделителей 1400 и одну или несколько сборочных труб 1610 и 1621-1624.
Поскольку мембраны 1200 для разделения текучих сред те же, что и описанные выше, избыточное описание мембран 1200 для разделения текучих сред опускается.
Фиг. 55 представляет собой вид сверху мембраны для разделения текучих сред, соответствующей одному из вариантов осуществления идеи изобретения.
Как показано на фиг. 52-55, мембрана 1200 для разделения текучих сред имеет форму прямоугольной пластины, четыре стороны и четыре вершины по четырем углам. В контексте настоящего описания, часть, образующая вершину многоугольника на виде сверху, именуется «угол». Из четырех углов, верхний левый угол именуется первый угол V1. Соответственно, другие углы последовательно в направлении против часовой стрелки именуются второй угол V2, третий угол V3 и четвертый угол V4.
Мембрана 1200 для разделения текучих сред включает множество отверстий (СОР и РОР). На чертежах в качестве примера показаны одно центральное отверстие СОР и четыре периферийных отверстия РОР (угловые отверстия). Однако, количество и расположение отверстий СОР и РОР мембраны 1200 для разделения текучих сред этим примером не ограничивается и может быть различным образом модифицировано.
Центральное отверстие СОР расположено в центре прямоугольной мембраны 1200 для разделения текучих сред. Центральное отверстие СОР может быть расположено в центре тяжести прямоугольной формы. Центральная сборочная труба 1610 вставлена в центральное отверстие СОР мембраны 1200 для разделения текучих сред.
Периферийные отверстия РОР расположены вблизи сторон или углов мембраны 1200 для разделения текучих сред. На чертежах показано, что в качестве периферийного отверстия РОР на каждом углу имеется одно угловое отверстие РОР. Несущие сборочные трубы 1621 и 1623 с отверстиями, соответствующими каждому первому единичному ограниченному пространству ULS1, вставлены, соответственно, в первое угловое отверстие РОР1 и третье угловое отверстие РОР3, противостоящие друг другу в диагональном направлении, несущие сборочные трубы 1622 и 1624 с отверстиями, соответствующими каждому второму единичному ограниченному пространству ULS2, вставлены, соответственно, во второе угловое отверстие РОР2 и четвертое угловое отверстие РОР4.
Первые межслоевые разделители 1300 и вторые межслоевые разделители 1400 наложены попеременно. Первые межслоевые разделители 1300 определяют наличие первых единичных ограниченных пространств ULS1, вторые межслоевые разделители 1400 определяют наличие вторых единичных ограниченных пространств ULS2. Каждая из мембран 1200 для разделения текучих сред находится между первым и вторым межслоевыми разделителями 1300 и 1400.
Фиг. 56 представляет собой вид сверху первого межслоевого разделителя, показанного на фиг. 52. Фиг. 57 представляет собой вид сверху второго межслоевого разделителя, показанного на фиг. 52. Как показано на фиг. 52-57, каждый из первых и вторых межслоевых разделителей 1300 и 1400 имеет прямоугольную несущую (рамочную) часть ВА, центральная часть СА, окруженная несущей частью ВА, по меньшей мере частично, открыта. Мембраны 1200 для разделения текучих сред расположены на обеих поверхностях (верхней и нижней поверхностях) несущей части ВА каждого из первых и вторых межслоевых разделителей 1300 и 1400. В данной конструкции размер каждой из мембран 1200 для разделения текучих сред может быть меньше или равен размеру несущей части ВА каждого из первых и вторых межслоевых разделителей 1300 и 1400 и может быть больше размера центральной части СА, окруженной несущей частью ВА.
Когда мембранный модуль 1100 для разделения текучих сред надежно закреплен сборочными трубами 1610 и 1621-1624, мембраны 1200 для разделения текучих сред могут вступать в полный контакт с обеими поверхностями несущей части ВА каждого из первого и второго межслоевых разделителей 1300 и 1400. Следовательно, движение текучей среды между мембранами 1200 для разделения текучих сред и несущей частью ВА, контактирующей с мембранами 1200 для разделения текучих сред, блокируется, тем самым, образуется, по существу, герметичное пространство.
Поскольку центральная часть СА каждого из первого и второго межслоевых разделителей 1300 и 1400 открыта, когда мембраны 1200 для разделения текучих сред установлены с обеих сторон (на верхней и нижней поверхностях несущей части ВА) каждого из первого и второго межслоевых разделителей 1300 и 1400, между мембранами 1200 для разделения текучих сред может сохраняться пространство, в котором может перемещаться или находиться текучая среда.
В каждом из первого и второго межслоевых разделителей 1300 и 1400 имеется множество отверстий ВТО, образованных в несущей части ВА. Отверстия ВТО проходят через несущую часть ВА в направлении толщины несущей части ВА. Когда в каждой из мембран 1200 для разделения текучих сред имеется четыре угловых отверстия РОР, каждый из первого и второго межслоевых разделителей 1300 и 1400 также может иметь четыре отверстия ВТО, то есть, с первого по четвертое отверстия ВТО1 - ВТО4, которые расположены в соответствии с четырьмя угловыми отверстиями РОР. Отверстия ВТО каждого из первого и второго межслоевых разделителей 1300 и 1400 при наложении совпадают с соответствующими угловыми отверстиями РОР каждой из мембран 1200 для разделения текучих сред, соответственно.
Фиг. 58 представляет собой частичный вид в перспективе области «А» фиг. 56. Фиг. 59 представляет собой частичный вид в перспективе области «В» фиг. 56.
Как показано на фиг. 52-59, угловые части первого и второго межслоевых разделителей 1300 и 1400, в которых имеются отверстия ВТО, могут вдаваться внутрь. Если внутренние углы первого и второго межслоевых разделителей 1300 и 1400 имеют выступающую форму, на углах просто обеспечить отверстия надлежащего размера. На чертежах внутренние углы первого и второго межслоевых разделителей 1300 и 1400 представляют собой криволинейные поверхности, выгнутые внутрь. Однако, внутренние углы первого и второго межслоевых разделителей 1300 и 1400 на виде сверху также могут представлять собой скошенные поверхности или поверхности выпуклого многоугольника.
Каждый из первого и второго межслоевых разделителей 1300 и 1400 может дополнительно включать каналы BFP для текучей среды, которые соединяют внутреннее пространство соответствующего отверстия ВТО с открытой центральной частью СА, окруженной несущей частью ВА. Соответствующие концы каналов BFP для текучей среды открыты в направлении внутренней поверхности (внутренних поверхностей углов) несущей части ВА каждого из первого и второго межслоевых разделителей 1300 и 1400, другие концы соединены с соответствующими отверстиями ВТО каждого из первого и второго межслоевых разделителей 1300 и 1400.
Чтобы предотвратить смешивание текучих сред, выводимых из первого единичного ограниченного пространства ULS1 и второго единичного ограниченного пространства ULS2, друг с другом, каналы BFP для текучей среды первого межслоевого разделителя 1300 и каналы BFP для текучей среды второго межслоевого разделителя 1400 могут быть расположены у отверстий ВТО, находящихся в разных местах и не накладывающихся друг на друга.
Например, каналы BFP для текучей среды первого межслоевого разделителя 1300 могут соединяться с первым отверстием ВТО1 и третьим отверстием ВТО3. То есть, первое отверстие ВТО1 и третье отверстие ВТО3 могут представлять собой открытые отверстия, пространственно соединенные с открытой центральной частью СА первого межслоевого разделителя 1300, другими словами, первым единичным ограниченным пространством ULS1.
С другой стороны, у второго отверстия ВТО2 и четвертого отверстия ВТО4 первого межслоевого разделителя 1300 каналы для текучей среды могут отсутствовать. То есть, второе отверстие ВТО2 и четвертое отверстие ВТО4 первого межслоевого разделителя 1300 могут представлять собой закрытые отверстия, которые пространственно не соединены с открытой центральной частью СА первого межслоевого разделителя 1300, другими словами, первым единичным ограниченным пространством ULS1.
И наоборот, каналы BFP для текучей среды второго межслоевого разделителя 1400 могут соединяться со вторым отверстием ВТО2 и четвертым отверстием ВТО4. То есть, второе отверстие ВТО2 и четвертое отверстие ВТО4 могут представлять собой открытые отверстия, пространственно соединенные с открытой центральной частью СА второго межслоевого разделителя 1400, другими словами, вторым единичным ограниченным пространством ULS2.
С другой стороны, у первого отверстия ВТО1 и третьего отверстия ВТО3 второго межслоевого разделителя 1400 каналы для текучей среды могут отсутствовать. То есть, первое отверстие ВТО1 и третье отверстие ВТО3 второго межслоевого разделителя 1400 могут представлять собой закрытые отверстия, которые пространственно не соединены с открытой центральной частью СА второго межслоевого разделителя 1400, другими словами, вторым единичным ограниченным пространством ULS2.
Несущие сборочные трубы 1621-1624 вставляют в отверстия ВТО первого и второго межслоевых разделителей 1300 и 1400. При этом, каналы BFP для текучей среды могут быть соединены с отверстиями DH несущих сборочных труб 1621-1624. Следовательно, единичные ограниченные пространства ULS1 и ULS2 могут быть пространственно соединены со внутренним пространством несущих сборочных труб 1621-1624 посредством каналов BFP для текучей среды. Каналы BFP для текучей среды могут выполнять роль любого из следующих элементов: впуск текучей среды, первый выпуск текучей среды и второй выпуск текучей среды. То есть, текучая среда может плавно перемещаться между единичными ограниченными пространствами ULS1 и ULS2 и несущими сборочными трубами 1621-1624 по каналам BFP для текучей среды.
Несущая часть ВА каждого из первого и второго межслоевых разделителей 1300 и 1400 может иметь однородную толщину. Однако, область несущей части ВА, в которой образованы каналы BFP для текучей среды, может быть толще, чем область, в которой каналы BFP для текучей среды отсутствуют. Если область, где образованы каналы BFP для текучей среды, относительно толстая, могут быть обеспечены каналы BFP для текучей среды, имеющие достаточно большой внутренний диаметр.
Фиг. 60 представляет собой вид в перспективе области «С» фиг. 56. Как показано на фиг. 52-60, первый межслоевой разделитель 1300 может дополнительно включать упрочняющий элемент 1310, который соединяет обращенные друг к другу стороны несущей части ВА. Упрочняющий элемент 1310 может соединять одну сторону несущей части ВА с другой, обращенной к ней стороной. Упрочняющий элемент 1310 может проходить через центральную часть ВА первого межслоевого разделителя 1300. На чертежах показано два упрочняющих элемента 1310, которые соединяют стороны, обращенные друг к другу в разных направлениях. Однако, этим случаем идея изобретения не ограничивается. Каждый упрочняющий элемент 1310 может быть установлен так, что он будет пересекать центральную часть СА первого межслоевого разделителя 1300. В другом варианте осуществления изобретения упрочняющие элементы 1310 могут быть изготовлены из стальной проволоки. Каждый из упрочняющих элементов 1310 может образовывать замкнутую кривую, часть каждого из упрочняющих элементов 1310 может быть вставлена и зафиксирована внутри несущей части ВА. В другом варианте осуществления изобретения упрочняющие элементы 1310 могут быть образованы как единое целое с несущей частью ВА, например, путем литья. Однако, этим случаем идея изобретения не ограничивается, и упрочняющие элементы 1310 также могут иметь пластинчатую форму.
Упрочняющие элементы 1310, установленные в первом межслоевом разделителе 1300, могут предотвращать искривление несущей части ВА вследствие расширения под действием давления в первом единичном ограниченном пространстве ULS1.
Упрочняющие элементы 1310 могут быть тоньше, чем несущая часть ВА. Следовательно, пространство остается даже в той области, где расположен каждый из упрочняющих элементов 1310. Толщина каждого из упрочняющих элементов 1310 может составлять, примерно, от 2 до 70% толщины несущей части ВА.
Область, в которой пересекаются два упрочняющих элемента 1310, может накладываться на центральное отверстие СОР мембраны 1200 для разделения текучих сред. Кроме того, в области пересечения двух упрочняющих элементов 1310 может быть установлена деталь 1320 центрального отверстия.
Деталь 1320 центрального отверстия имеет форму полого цилиндра и включает отверстие 1321. Отверстие 1321 внутри детали 1320 центрального отверстия может накладываться на центральное отверстие СОР мембраны 1200 для разделения текучих сред. Центральная сборочная труба 1610 вставляется в отверстие 1321 детали 1320 центрального отверстия и центральное отверстие СОР мембраны 1200 для разделения текучих сред.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, если в центральной сборочной трубе 1610 имеются отверстия DH, деталь 1320 центрального отверстия может включать множество центральных каналов CFP для текучей среды. Например, соответствующие концы центральных каналов CFP для текучей среды могут быть открыты в боковой поверхности детали 1320 центрального отверстия и могут быть соединены с отверстием 1321 детали 1320 центрального отверстия. Следовательно, внутреннее пространство центральной сборочной трубы 1610 может быть пространственно соединено с первым единичным ограниченным пространством ULS1 посредством отверстий DH и центральных каналов CPF для текучей среды. Центральные каналы CPF для текучей среды могут выполнять роль любого из следующих элементов: впуск текучей среды, первый выпуск текучей среды и второй выпуск текучей среды. То есть, текучая среда может плавно перемещаться между первым единичным ограниченным пространством ULS1 и центральной сборочной трубой 1610 по центральным каналам СFP для текучей среды. Однако, когда центральная сборочная труба используется только для повышения механической прочности, описанные выше отверстия или центральные каналы для текучей среды могут отсутствовать.
Фиг. 61 представляет собой вид в перспективе несущей сборочной трубы, показанной на фиг. 52. Фиг. 62 представляет собой вид в поперечном сечении по LXII-LXII' на фиг. 52.
Как показано на фиг. 52-62, несущие сборочные трубы 1621-1624 имеют, по существу, одинаковую форму. Каждая из несущих сборочных труб 1621-1624 имеет форму полой трубы. Полое пространство внутри несущих сборочных труб 1621-1624 используется в качестве каналов для текучих сред, поступающих из единичных ограниченных пространств ULS1 и ULS2.
Каждая из несущих сборочных труб 1621-1624 включает множество отверстий DH. Отверстия DH расположены с интервалами, равными шагу или удвоенному шагу единичных ограниченных пространств ULS1 и ULS2, наложенных друг на друга. Отверстия DH несущих сборочных труб 1621-1624 соединены с каналами BFP для текучей среды первого и второго межслоевых разделителей 1300 и 1400. Полое пространство внутри несущих сборочных труб 1621-1624 может быть пространственно соединено в каналами BFP для текучей среды посредством отверстий DH. Когда первое единичное ограниченное пространство ULS1 и второе единичное ограниченное пространство ULS2 наложены попеременно, несущие сборочные трубы 1621 и 1623, соответственно, вставленные в первое отверстие ВТО1 и третье отверстие ВТО3, каждая, могут быть снабжены отверстием DH для каждого первого единичного ограниченного пространства ULS1, и несущие сборочные трубы 1622 и 1624, соответственно, вставленные во второе отверстие ВТО2 и четвертое отверстие ВТО4, каждая, могут быть снабжены отверстием DH для каждого второго единичного ограниченного пространства ULS2.
На обоих концах каждой из несущих сборочных труб 1621-1624 может быть образована винтовая резьба ST. После того, как мембраны 1200 для разделения текучей среды и первые и вторые межслоевые разделители 1300 и 1400 уложены друг на друга, после чего несущие сборочные трубы 1621-1624 вставлены в мембраны 1200 для разделения текучих сред и первые и вторые межслоевые разделители 1300 и 1400, на резьбу ST устанавливают гайки 1640, тем самым, надежно соединяя мембраны 1200 для разделения текучих сред и первые и вторые межслоевые разделители 1300 и 1400 друг с другом.
Каждая из несущих сборочных труб 1621-1624 может дополнительно включать фиксирующие отверстия FH, имеющиеся на обоих концах. Фиксирующие шпильки 1714 вставляют в фиксирующие отверстия FH, благодаря чему каждая из несущих сборочных труб 1621-1624 удерживается в точном положении без возможности вращения. Фиксирующие отверстия FH и фиксирующие шпильки 1714 могут отсутствовать.
Центральная сборочная труба 1610 может иметь, по существу, ту же форму, что и несущие сборочные трубы 1621-1624, за исключением того, что в ней нет фиксирующих отверстий FH. То есть, винтовая резьба ST может быть образована на обоих концах центральной сборочной трубы 1610 и может быть соединена с гайками 1640. Когда центральная сборочная труба 1610 используется для повышения механической прочности, внутреннее пространство центральной сборочной трубы 1610 может быть заполненным. Однако, когда центральная сборочная труба 1610 используется в качестве дополнительного канала для текучей среды, она может иметь полую форму и отверстия DH, как и в несущих сборочных трубах 1621-1624.
2
2
В первом единичном ограниченном пространстве ULS1 и во втором единичном ограниченном пространстве ULS2 может быть создано разное давление. Например, относительно высокое давление может быть создано текучей средой в первом единичном ограниченном пространстве ULS1, и относительно низкое давление может быть создано во втором единичном ограниченном пространстве ULS2, из которого выводят отделенную текучую среду. С этой целью первый насос (не показан), предназначенный для создания давления от 0 до 4 кгс/см, может быть соединен со сборочными трубами, например, с первой и третьей несущими сборочными трубами 1621 и 1623, которые обеспечивают подачу текучей среды в первое единичное ограниченное пространство ULS1, второй насос (не показан), предназначенный для создания давления от 0 до -1 кгс/см, может быть соединен со второй и четвертой несущими сборочными трубами 1622 и 1624, по которым текучую среду выводят из второго единичного ограниченного пространства ULS2.
В отличие от первого межслоевого разделителя 1300, второй межслоевой разделитель 1400 может быть лишен упрочняющих элементов 1310 и детали 1320 центрального отверстия, и может быть образован только несущей частью ВА. Как описано выше, когда давление, установленное во втором единичном ограниченном пространстве ULS2, меньше, чем в первом единичном ограниченном пространстве ULS1, второй межслоевой разделитель 1400 с меньшей вероятностью будет искривляться под действием давления. Следовательно, упрочняющие элементы 1310 могут отсутствовать. Однако, идея изобретения этим случаем не ограничивается.
Мембранный модуль 1100 для разделения текучих сред может дополнительно включать наружные крышки 1710 и 1720. Наружные крышки 1710 и 1720 расположены в крайнем наружном положении в направлении наложения по обеим сторонам мембранного модуля 1100 для разделения текучих сред. Как и в мембране 1200 для разделения текучих сред, в каждой из наружных крышек 1710 и 1720 может иметься множество периферийных отверстий и/или центральное отверстие.
Каждая из наружных крышек 1710 и 1720 может обуславливать наличие наружного единичного ограниченного пространства ULS1 и ULS2 в мембранном модуле 1100 для разделения текучих сред. То есть, единичное ограниченное пространство ULS1 и ULS2, находящееся в мембранном модуле 1100 для разделения текучих сред в крайнем наружном положении в направлении наложения, может быть образовано мембраной 1200 для разделения текучих сред, межслоевым разделителем 1300 или 1400 и наружной крышкой 1710 или 1720. Наружные крышки 1710 и 1720 могут иметь, по существу, ту же форму (пластинчатая форма и отверстия), что и мембрана 1200 для разделения текучих сред. Однако, в отличие от мембраны 1200 для разделения текучих сред, наружные крышки 1710 и 1720 могут быть изготовлены из материала, который препятствует перемещению текучей среды, например, из металлического материала, обладающего определенной жесткостью. В этом случае текучая среда в наружном единичном ограниченном пространстве ULS1 и ULS2 может проходить только через мембрану 1200 для разделения текучих сред в направлении внутрь. Наружное единичное ограниченное пространство в направлении наложения может представлять собой первое единичное ограниченное пространство ULS1. Однако, идея изобретения этим случаем не ограничивается, и наружное единичное ограниченное пространство в направлении наложения также может представлять собой второе единичное ограниченное пространство ULS2. В качестве альтернативы, наружное единичное ограниченное пространство с одной стороны может быть первым единичным ограниченным пространством ULS1, а наружное единичное ограниченное пространство с другой стороны может быть вторым единичным ограниченным пространством ULS2.
Когда наружные крышки 1710 и 1720 установлены в мембранном модуле 1100 для разделения текучих сред, сборочные трубы 1610 и 1621-1624 вставлены в соответствующие отверстия наружных крышек 1710 и 1720, гайки 1640 присоединяют к сборочным трубам 1610 и 1621-1624 снаружи наружных крышек 1710 и 1720. Фиксирующие шпильки 1714 вставляют со стороны боковых поверхностей наружных крышек 1710 и 1720. Если наружные крышки 1710 и 1720 изготовлены из жесткого металла, они могут предотвращать деформацию вследствие перепада давления, защищать мембраны 1200 для разделения текучих сред, находящиеся под наружными крышками 1710 и 1720, и предотвращать деформацию или повреждение мембранного модуля 1100 для разделения текучих сред во время присоединения гаек 1640.
Мембранный модуль 1100 для разделения текучих сред, соответствующий данному варианту осуществления идеи изобретения, легко собирать, так как после наложения пластинчатых мембран 1200 для разделения текучих сред и межслоевых разделителей 1300 и 1400 друг на друга, мембраны 1200 для разделения текучих сред могут быть зафиксированы одновременно при помощи сборочных труб 1610 и 1621-1624. Такую сборку легко автоматизировать, и, таким образом, организовать высокоэффективный процесс.
Далее описаны другие варианты осуществления идеи изобретения.
Фиг. 63 представляет собой вид в перспективе с пространственным разделением деталей мембранного модуля для разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения. Фиг. 64 представляет собой вид в перспективе мембранного разделителя, показанного на фиг. 63. Фиг. 65 представляет собой схематичный вид сверху, на котором показана разделительная мембрана, второй межслоевой разделитель и мембранный разделитель, показанный на фиг. 63.
Как показано на фиг. 63-65, мембранный модуль 1101 для разделения текучих сред, соответствующий данному варианту осуществления изобретения, отличается от варианта осуществления, представленного на фиг. 2, тем, что дополнительно включает мембранный разделитель 1210.
А именно, мембранный разделитель 1210 может располагаться во втором единичном ограниченном пространстве ULS2. Когда во втором единичном ограниченном пространстве ULS2 давление меньше, чем в первом единичном ограниченном пространстве ULS1, второе единичное ограниченное пространство ULS2 может сжиматься вследствие перепада давления. Если две мембраны 1200 для разделения текучих сред вступают в полный контакт друг с другом, пространство, в котором может перемещаться текучая среда, сокращается. Следовательно, мембранный разделитель 1210 располагают между двумя соседними мембранами 1200 для разделения текучих сред во втором единичном ограниченном пространстве ULS2 для предотвращения вступления мембран 1200 для разделения текучих сред в полный контакт друг с другом.
Мембранный разделитель 1210 может быть достаточно большим для того, чтобы закрывать большую часть второго единичного ограниченного пространства ULS2, но может быть меньше, чем мембрана 1200 для разделения текучих сред. Хотя мембрана 1200 для разделения текучих сред перекрывает несущую часть ВА каждого из первого и второго межслоевых разделителей, мембранный разделитель 1210 может быть размещен только внутри несущей части ВА каждого из первого и второго межслоевых разделителей 1300 и 1400 без перекрывания несущей части ВА. Мембранный разделитель 1210 может не иметь отверстий по краям. Вместо этого, области, в которых расположены отверстия ВТО первого и второго межслоевых разделителей 1300 и 1400, то есть, угловые области мембранного разделителя 1210, могут быть вырезаны по кривой (см. номер позиции 1211). Несущая сборочная труба 1621 проходит снаружи вырезанной области 1211 мембранного разделителя 1210. Однако, угловые области не обязательно вырезаны по кривой, вырез также может иметь другую форму, например, диагональной линии.
В центре мембранного разделителя 1210 может находиться центральное отверстие СОР, предназначенное для центральной сборочной трубы 1610 (см. фиг. 52). Мембранный разделитель 1210 сначала фиксируют, вставляя центральную сборочную трубу 1610 (см. фиг. 52). Затем, мембранный разделитель 1210 дополнительно фиксируется, когда соседние мембраны 1200 для разделения текучих сред вступают в контакт друг с другом вследствие сжатия второго единичного ограниченного пространства ULS2.
В мембранном разделителе 1210 имеется множество отверстий 1212, через которые текучая среда может перемещаться в направлении толщины. В одном из примерных вариантов осуществления изобретения мембранный разделитель 1210 может иметь сетчатую форму. Отверстия 1212 обеспечивают пространство, в котором текучая среда может находиться или перемещаться внутри второго единичного ограниченного пространства ULS2.
Мембранный разделитель 1210 также может обеспечивать канал для текучей среды в направлении плоскости. Канал для текучей среды в направлении плоскости внутри второго единичного ограниченного пространства ULS2 необходим для передачи отделенной текучей среды к несущей части ВА (угловой области) второго единичного ограниченного пространства ULS2. Когда две соседних мембраны 1200 для разделения текучих сред вступают в полный контакт с мембранным разделителем 1210, если в мембранном разделителе имеются только отверстия 1212 в направлении толщины, текучая среда может задерживаться в отверстиях 1212 мембранного разделителя 1210. Следовательно, трудно обеспечить передачу текучей среды к отверстиям ВТО второго межслоевого разделителя 1400. Чтобы этого избежать, мембранный разделитель 1210 может иметь конструкцию, обеспечивающую наличие канала для текучей среды в направлении плоскости. Как один из примеров такой конструкции, может быть применен мембранный разделитель, имеющий структуру плетеной сетки.
Как показано в увеличенном виде на фиг. 64, структура плетеной сетки образуется, когда нити сетки в одном направлении и нити сетки в другом направлении попеременно пересекают друг друга сверху и снизу. Следовательно, даже если соседние мембраны 1200 для разделения текучих сред плотно прилегают к мембранному разделителю 1210, в местах пересечения нитей могут сохраняться зазоры. Эти зазоры могут обусловливать наличие канала для текучей среды в направлении плоскости.
Мембранный разделитель 1210 может быть изготовлен из полимерного материала, такого как синтетическая резина, найлон или полиэстер, или может быть изготовлен из металлического материала.
Фиг. 66 представляет собой схематичный вид сверху, на котором показана разделительная мембрана, второй межслоевой разделитель и мембранный разделитель мембранного модуля для разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения.
Как показано на фиг. 66, мембранный модуль для разделения текучих сред, соответствующий данному варианту осуществления изобретения, отличается от варианта, представленного на фиг. 65, тем, что области, в которых расположены периферийные отверстия РОР мембраны 1201 для разделения текучих сред и отверстия ВТО первого межслоевого разделителя (не показан) и второго межслоевого разделителя 1401, выступают наружу, таким образом, мембранный разделитель 1220 имеет прямоугольную форму.
В данном варианте осуществления изобретения, хотя мембранный разделитель 1220 имеет прямоугольную форму, поскольку отверстия ВТО первого и второго межслоевых разделителей 1300 и 1400, через которые проходят несущие сборочные трубы 1621-1624 выступают наружу, несущие сборочные трубы 1621-1624 (см. фиг. 52) могут проходить снаружи мембранного разделителя 1220. Поскольку прямоугольный мембранный разделитель 1220 прост в изготовлении, стоимость изготовления может быть снижена.
Фиг. 67 представляет собой частичный вид в поперечном сечении мембранного модуля для разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения. Фиг. 68 представляет собой вид в перспективе с пространственным разделением деталей первого межслоевого разделителя, разделительной мембраны и второго межслоевого разделителя, показанного на фиг. 67.
Как показано на фиг. 67 и 68, мембранный модуль 1103 для разделения текучих сред, соответствующий данному варианту осуществления изобретения, отличается от варианта, представленного на фиг. 52, тем, что соответствующие несущие части ВА первого межслоевого разделителя 1302 и второго межслоевого разделителя 1402 имеют выступы и углубления, входящие в зацепление друг с другом.
Например, первый межслоевой разделитель 1302 включает множество выступов 1312, которые дугообразно выступают вдоль обеих поверхностей несущей части ВА, второй межслоевой разделитель 1402 включает множество углублений 1412, которые дугообразно вдаются вдоль обеих поверхностей несущей части ВА. Углубления 1412 второго межслоевого разделителя 1402 могут иметь форму, соответствующую форме выступов 1312 первого межслоевого разделителя 1302. Высота выступов 1312 и глубина углублений 1412 могут составлять от 5 до 8% толщины несущей части ВА.
Благодаря такой конструкции, когда первый межслоевой разделитель 1302 и второй межслоевой разделитель 1402 размещены попеременно, при этом, мембрана 1200 для разделения текучих сред расположена между ними, выступы 1312 первого межслоевого разделителя 1302 вставлены в углубления 1412 второго межслоевого разделителя 1402. Таким образом, обеспечивается воздухонепроницаемость и механическая устойчивость мембранного модуля 1103 для разделения текучих сред.
На чертежах показаны две линии линейных выступов 1312 вдоль обеих поверхностей первого межслоевого разделителя 1302 и две линии линейных углублений 1412 вдоль обеих поверхностей второго межслоевого разделителя 1402. Однако, количество, форма, расположение и т.п. выступов 1312 и углублений 1412 могут быть по-разному модифицированы. Например, и количество выступов, и количество углублений может составлять один или три или более. Кроме того, выступы и углубления вместо линейной могут иметь секционированную форму. В качестве альтернативы, углубления могут быть образованы в первом межслоевом разделителе, а выступы могут быть образованы во втором межслоевом разделителе. В качестве альтернативы, выступы могут быть образованы на одной поверхности каждого из первого межслоевого разделителя и второго межслоевого разделителя, а углубления могут быть образованы на другой поверхности. В качестве альтернативы, и выступы, и углубления могут располагаться на одной поверхности каждого из первого и второго межслоевых разделителей. Специалистам в данной области понятно, что возможны различные другие модификации, направленные на повышение воздухонепроницаемости и механической устойчивости мембранного модуля для разделения текучих сред.
Фиг. 69 представляет собой вид в перспективе мембранного модуля для разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения. Фиг. 70 представляет собой вид в поперечном сечении по LXХ-LXХ' на фиг. 69.
Как показано на фиг. 69 и 70, мембранный модуль 1104 для разделения текучих сред, соответствующий данному варианту осуществления изобретения, отличается от варианта, представленного на фиг. 52, тем, что включает дополнительно к первому единичному ограниченному пространству ULS1 и второму единичному ограниченному пространству ULS2 третье единичное ограниченное пространство ULS3. Третье единичное ограниченное пространство ULS3 расположено рядом со вторым единичным ограниченным пространством ULS2 с целью обеспечения многостадийного разделения текучих сред.
Более конкретно, второе единичное ограниченное пространство ULS2 может располагаться по обеим сторонам третьего единичного ограниченного пространства ULS3 и первого единичного ограниченного пространства ULS1. Кроме того, первое единичное ограниченное пространство ULS1 может располагаться на одной стороне второго единичного ограниченного пространства ULS2, а третье единичное ограниченное пространство ULS3 может располагаться на другой стороне второго единичного ограниченного пространства ULS2. То есть единичные ограниченные пространства мембранного модуля 1104 для разделения текучих сред могут быть наложены друг на друга в порядке: первое единичное ограниченное пространство ULS1, второе единичное ограниченное пространство ULS2, третье единичное ограниченное пространство ULS3, второе единичное ограниченное пространство ULS2 и первое единичное ограниченное пространство ULS1. В мембранном модуле 1104 для разделения текучих сред количество первых единичных ограниченных пространств ULS1 и количество третьих единичных ограниченных пространств ULS3 могут быть, по существу, равны друг другу, а количество вторых единичных ограниченных пространств ULS2 может быть вдвое больше количества третьих единичных ограниченных пространств ULS3.
Когда смешанная текучая среда поступает в первое единичное ограниченное пространство ULS1, по мере того, как текучая среда перемещается в соседнее второе единичное ограниченное пространство ULS2, происходит первичное отделение текучей среды. Первично отделенная текучая среда вторично разделяется, когда проходит в соседнее третье единичное ограниченное пространство ULS3. Вторично отделенная смешанная текучая среда, прошедшая через две разделительных мембраны из первого единичного ограниченного пространства ULS1, характеризуется более высокой концентрацией конкретной текучей среды. То есть, при многостадийном разделении может быть получена высококонцентрированная текучая среда. Для отделения более высококонцентрированной текучей среды нужно больше единичных ограниченных пространств. Например, если рядом с третьим единичным ограниченным пространством ULS3 расположено четвертое единичное ограниченное пространство ULS4, можно в третий раз осуществить разделение смешанной текучей среды. Следовательно, может быть отделена более высококонцентрированная текучая среда. Таким образом, в соответствии с необходимой концентрацией текучей среды количество единичных ограниченных пространств может быть увеличено или уменьшено.
Подобно второму единичному ограниченному пространству ULS2, третье единичное ограниченное пространство ULS3 включает две мембраны 1200 для разделения текучих сред и третий межслоевой разделитель 1500. Третий межслоевой разделитель 1500 может иметь, по существу, ту же форму, что и второй межслоевой разделитель 1400. Как и в варианте осуществления изобретения фиг. 63, мембранный разделитель может располагаться в третьем единичном ограниченном пространстве ULS3 и/или втором единичном ограниченном пространстве ULS2.
Чтобы предотвратить смешивание друг с другом текучих сред, выведенных из единичных ограниченных пространств с первого по третье ULS1 - ULS3, каналы BFP для текучей среды межслоевых разделителей с первого по третий 1300-1500 могут быть образованы в разных местах.
Например, первый межслоевой разделитель 1300, который образует первое единичное ограниченное пространство ULS1, может быть снабжен каналами BFP для текучей среды в первом отверстии ВТО1 и третьем отверстии ВТО3, второй межслоевой разделитель 1400, который образует второе единичное ограниченное пространство ULS2, может быть снабжен каналами BFP для текучей среды во втором отверстии ВТО2, и третий межслоевой разделитель 1500, который образует третье единичное ограниченное пространство ULS3, может быть снабжен каналами BFP для текучей среды в четвертом отверстии ВТО4. Кроме этого, каждая из несущих сборочных труб 1621-1624, проходящих через соответствующие отверстия ВТО, может иметь отверстия DH, соединенные с каналами BFP для текучей среды, когда она соединена с межслоевыми разделителями с первого по третий 1300-1500. Очевидно, что интервалы между отверстиями DH в несущих сборочных трубах 1621-1624 будут соответствовать расположению и интервалам наложения каналов BFP для текучей среды.
2
2
В первом единичном ограниченном пространстве ULS1 и третьем единичном ограниченном пространстве ULS3 может быть создано разное давление. Например, относительно высокое давление может быть создано в первом единичном ограниченном пространстве ULS1, в которое поступает смесь текучих сред, и относительно низкое давление может быть создано в третьем единичном ограниченном пространстве ULS3, из которого выводится отделенная текучая среда. Первый насос (не показан), предназначенный для создания давления от 0 до 8 кгс/см, может быть соединен с первой и третьей несущими сборочными трубами 1621 и 1623, которые обеспечивают подачу текучей среды в первое единичное ограниченное пространство ULS1, второй насос (не показан), предназначенный для создания давления от 0 до -1 кгс/см, может быть соединен с четвертой несущей сборочной трубой 1624, по которой текучая среда выводится из третьего единичного ограниченного пространства ULS3. Даже если во втором единичном ограниченном пространстве ULS2 давление непосредственно не создается, во втором единичном ограниченном пространстве ULS2 может иметь место давление, промежуточное между давлением соседнего первого единичного ограниченного пространства ULS1 и давлением соседнего третьего единичного ограниченного пространства ULS3.
Фиг. 71 представляет собой вид в перспективе с пространственным разделением деталей мембранного модуля для разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения. Фиг. 72 представляет собой вид сверху первого межслоевого разделителя, показанного на фиг. 71. Фиг. 73 представляет собой вид сверху второго межслоевого разделителя, показанного на фиг. 71. Фиг. 74 представляет собой вид в перспективе области «D» на фиг. 72. Фиг. 75 представляет собой вид в поперечном сечении по LXХV-LXХV' на фиг. 74.
Как показано на фиг. 71-75, мембранный модуль 1105 для разделения текучих сред, соответствующий данному варианту осуществления изобретения, отличается от варианта, показанного на фиг. 2, тем, что в нем имеется, по меньшей мере, одно боковое отверстие BSO, проходящее через несущую часть ВА в поперечном направлении, тогда как отверстия, проходящие через несущую часть ВА в направлении ширины, отсутствуют в первом межслоевом разделителе 1303 и втором межслоевом разделителе 1403.
Боковые отверстия BSO проникают сквозь наружные и внутренние поверхности сбоку несущей части ВА каждого из первого межслоевого разделителя 1303 и второго межслоевого разделителя 1403. Ширина бокового отверстия BSO может лежать в диапазоне от 10 до 90% толщины несущей части ВА. Хотя на чертежах поперечное сечение бокового отверстия BSO показано круглым, оно не ограничивается круглой формой.
Одно или несколько боковых отверстий BSO может быть расположено сбоку несущей части ВА каждого из первого межслоевого разделителя 1303 и второго межслоевого разделителя 1403. Например, от 1 до 30 боковых отверстие BSO может быть расположено на одной стороне несущей части ВА, однако, этим случаем идея изобретения не ограничивается.
Положения, в которых находятся боковые отверстия BSO в первом межслоевом разделителе 1303, могут чередоваться с положениями, в которых находятся боковые отверстия BSO во втором межслоевом разделителе 1403. Например, в случае первого межслоевого разделителя 1303, одно или несколько боковых отверстий BSO может быть образовано в верхней части левой стороны несущей части ВА и нижней части правой стороны несущей части ВА. С другой стороны, в случае второго межслоевого разделителя 1403, одно или несколько боковых отверстий BSO может быть образовано в верхней части правой стороны несущей части ВА и нижней части левой стороны несущей части ВА.
Снаружи бокового отверстия BSO может быть предусмотрено наличие трубопровода BFT текучей среды. Трубопровод BFT текучей среды может выступать из наружной поверхности несущей части ВА. Трубопровод BFT текучей среды соединен с боковым отверстием BSO. Центральная часть СА каждого из первого межслоевого разделителя 1303 и второго межслоевого разделителя 1403, которая окружена несущей частью ВА, другими словами, первое единичное ограниченное пространство ULS1 или второе единичное ограниченное пространство ULS2, пространственно соединены с наружным пространством посредством бокового отверстия BSO и трубопровода BFT текучей среды. Боковое отверстие BSO (и трубопровод для текучей среды) выполняет роль канала для текучей среды в несущей части. То есть, боковое отверстие BSO может выполнять роль любого из следующих элементов: впуск текучей среды, первый выпуск текучей среды и второй выпуск текучей среды.
В примерном варианте осуществления изобретения, который не ограничивает идею изобретения, боковые отверстия BSO, расположенные в верхней части левой стороны несущей части ВА первого межслоевого разделителя 1303, используются в качестве впусков текучей среды, боковые отверстия BSO, расположенные в нижней части правой стороны несущей части ВА, могут быть использованы в качестве первых выпусков текучей среды. Кроме этого, боковые отверстия BSO, расположенные в верхней части правой стороны несущей части ВА второго межслоевого разделителя 1403 и в нижней части левой стороны несущей части ВА, могут быть использованы в качестве вторых выпусков текучей среды.
Фиг. 76 представляет собой вид сбоку мембранного модуля для разделения текучих сред, показанного на фиг. 71. Фиг. 77 представляет собой вид в поперечном сечении соединительной части между коллектором и первым межслоевым разделителем, показанным на фиг. 71.
Как показано на фиг. 71-77, боковые отверстия BSO и трубопровод BFT текучей среды, соединенный с боковыми отверстиями BSO, выполняют одну и ту же функцию и могут быть соединены с коллекторами 1701-1704. Например, множество коллекторов 1701-1704 может располагаться на верхней левой стороне, нижней правой стороне, верхней правой стороне и нижней левой стороне каждого из межслоевых разделителей 1303 и 1403 и может соединяться с трубопроводами BFT текучей среды, соответственно соединенными с прилежащими боковыми отверстиями BSO. Смешанная текучая среда может быть подана в единичные ограниченные пространства ULS1 и ULS2, соединенные с коллекторами 1701-1704, по коллекторам 1701-1704; либо отделенная текучая среда, выводимая из каждого из единичных ограниченных пространств ULS1 и ULS2, может быть отведена по коллекторам 1701-1704.
Каждый из коллекторов 1701-1704 включает отверстия TIS для трубопровода текучей среды. Отверстия TIS для трубопровода текучей среды могут вдаваться в каждый из коллекторов 1701-1704. Внутренняя выступающая часть каждого из отверстий TIS для трубопровода текучей среды может сужаться и иметь меньшую ширину на наружном конце. Между коллекторами 1701-1704 и первым и вторым межслоевыми разделителями 1301-1401, соединенными с коллекторами 1701-1704, может быть помещен уплотнитель, такой как прокладка, для предотвращения вытекания текучей среды.
Фиг. 78 представляет собой схематичный вид сверху, демонстрирующий разделительную мембрану и второй межслоевой разделитель фиг. 71 одновременно. Как показано на фиг. 71-78, мембрана 1203 для разделения текучих сред расположена на верхней и нижней поверхностях несущей части ВА каждого, и первого, и второго межслоевых разделителей 1303 и 1403. Размер мембраны 1203 для разделения текучих сред меньше или равен размеру несущей части первого и второго межслоевых разделителей 1303 и 1403 и больше размера центральной части первого и второго межслоевых разделителей 1303 и 1403, которая окружена несущей частью ВА. Когда отверстия, проходящие через несущую часть ВА каждого из первого межслоевого разделителя 1303 и второго межслоевого разделителя 1403 в направлении толщины, отсутствуют, как в данном варианте осуществления изобретения, в мембране 1203 для разделения текучих сред также могут отсутствовать боковые отверстия. Однако, мембрана 1203 для разделения текучих сред может включать центральное отверстие СОР, и первый межслоевой разделитель 1303 может включать деталь 1320 центрального отверстия. Следовательно, поскольку центральная сборочная труба 1610 проходит сквозь центральное отверстие СОР и деталь 1320 центрального отверстия, перемещение мембраны 1203 для разделения текучих сред может быть предотвращено.
Мембранный модуль 1105 для разделения текучих сред может дополнительно включать наружные крышки 1711 и 1721. Наружные крышки 1711 и 1721 расположены в крайнем наружном положении в направлении наложения по обеим сторонам мембранного модуля 1105 для разделения текучих сред. В каждой из наружных крышек 1711 и 1721 могут иметься периферийные отверстия, а также центральное отверстие, через которое проходит центральная сборочная труба 1610. Например, одно или несколько периферийных отверстий могут находиться на углах и сторонах каждой из наружных крышек 1710 и 1720. Наружные крышки 1711 и 1721 могут иметь больший размер, чем первый и второй межслоевые разделители 1303 и 1403 и мембрана 1203 для разделения текучих сред. Кроме того, периферийные отверстия наружных крышек 1711 и 1721 могут располагаться снаружи первого и второго межслоевых разделителей 1303 и 1403 и мембраны 1203 для разделения текучих сред.
Несущие сборочные трубы 1631-1638 вставлены, соответственно, в периферийные отверстия наружных крышек 1711 и 1721, расположенные на обеих сторонах. Несущие сборочные трубы 1631-1638 проходят снаружи первого и второго межслоевых разделителей 1303 и 1403, входя в периферийные отверстия наружных крышек 1711 и 1721 с обеих сторон. Гайки 1640 для фиксации центральной и несущих сборочных труб 1610 и 1631-1638 присоединяют к сборочным трубам 1610 и 1631-1638 снаружи наружных крышек 1711 и 1721.
В данном варианте осуществления изобретения текучая среда перемещается через боковые отверстия BSO и трубопроводы BFT текучей среды первого и второго межслоевых разделителей 1303 и 1403. Следовательно, центральная и несущие сборочные трубы 1610 и 1631-1638 могут не иметь отверстий DH.
Хотя на отдельных чертежах это не показано, специалистам в данной области понятно, что многостадийное разделение в данном варианте осуществления изобретения может быть организовано путем дополнительного помещения третьего единичного ограниченного пространства ULS3 и т.п., как в варианте осуществления изобретения фиг. 69.
Фиг. 79 представляет собой вид сбоку мембранного модуля для разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения. Фиг. 80 представляет собой вид в перспективе с пространственным разделением деталей первого межслоевого разделителя, разделительной мембраны и второго межслоевого разделителя мембранного модуля для разделения текучих сред, показанного на фиг. 79.
Как показано на фиг. 79 и 80, мембранный модуль 1106 для разделения текучих сред, соответствующий данному варианту осуществления изобретения, отличается от варианта, показанного на фиг. 71, тем, что несущая часть ВА каждого, и первого, и второго межслоевых разделителей 1304 и 1404 имеет неоднородную толщину.
А именно, несущая часть ВА каждого из первого и второго межслоевых разделителей 1304 и 1404 является относительно толстой в той области, где образованы боковые отверстия BSO, и относительно тонкой в той области, где боковых отверстий BSO нет. Когда область, в которой есть боковые отверстия BSO, является относительно толстой, несложно обеспечить боковые отверстия BSO достаточного размера. Кроме этого, когда область, в которой нет боковых отверстий BSO, относительно тонкая, общая толщина мембранного модуля 1106 для разделения текучих сред может быть уменьшена.
Например, одно или несколько боковых отверстий BSO может быть образовано в верхней части левой стороны и нижней части правой стороны несущей части ВА первого межслоевого разделителя 1304 и может отсутствовать в нижней части левой стороны и верхней части правой стороны несущей части ВА первого межслоевого разделителя 1304. В этом случае верхняя часть левой стороны и нижняя часть правой стороны несущей части ВА первого межслоевого разделителя 1304 могут быть относительно толстыми, а нижняя часть левой стороны и верхняя часть правой стороны несущей части ВА первого межслоевого разделителя 1304 могут быть относительно тонкими. Следовательно, левая сторона и правая сторона первого межслоевого разделителя 1304 включают толстую верхнюю часть и тонкую нижнюю часть, соответственно. Более того, верхняя сторона и нижняя сторона несущей части ВА первого межслоевого разделителя 1304 могут иметь толщину, соответствующую толщине соседних левой и правой сторон. Например, левая часть верхней стороны и правая часть нижней стороны несущей части ВА первого межслоевого разделителя 1304 могут быть относительно толстыми, а правая часть верхней стороны и левая часть нижней стороны несущей части ВА первого межслоевого разделителя 1304 могут быть относительно тонкими. Кроме того, между толстой частью и тонкой частью каждой стороны первого межслоевого разделителя 1304 для их соединения может быть образована наклонная часть SLP.
В отличие от первого межслоевого разделителя 1304, второй межслоевой разделитель 1404 может иметь боковые отверстия BSO в нижней части левой стороны и верхней части правой стороны, но не иметь боковых отверстий BSO в верхней части левой стороны и нижней части правой стороны. Следовательно, верхняя часть левой стороны и нижняя часть правой стороны несущей части ВА второго межслоевого разделителя 1404 образованы относительно тонкими, а нижняя часть левой стороны и верхняя часть правой стороны несущей части ВА второго межслоевого разделителя 1404 образованы относительно толстыми. Более того, левая часть верхней стороны и правая часть нижней стороны несущей части ВА второго межслоевого разделителя 1404 могут быть относительно тонкими, а правая часть верхней стороны и левая часть нижней стороны несущей части ВА второго межслоевого разделителя 1404 могут быть относительно толстыми. Кроме того, между толстой частью и тонкой частью каждой стороны второго межслоевого разделителя 1404 для их соединения может быть образована наклонная часть SLP.
Когда первый межслоевой разделитель 1304 и второй межслоевой разделитель 1404, конструкция которых описана выше, попеременно уложены друг на друга, толстая часть несущей части ВА первого межслоевого разделителя 1304 и тонкая часть несущей части ВА второго межслоевого разделителя 1404 могут быть помещены друг рядом с другом, и тонкая часть несущей части ВА первого межслоевого разделителя 1304 и толстая часть несущей части ВА второго межслоевого разделителя 1404 могут быть помещены друг рядом с другом. Более того, первый межслоевой разделитель 1304 и второй межслоевой разделитель 1404 могут иметь форму, обеспечивающую соответствие друг другу в направлении наложения. Таким образом, возможно эффективно использовать пространство, одновременно обеспечивая достаточные боковые отверстия BSO. Кроме того, поскольку первый межслоевой разделитель 1304 и второй межслоевой разделитель 1404, уложенные попеременно, имеют соответствующую друг другу форму, они могут плотнее прилегать друг к другу.
Хотя на чертежах это не показано, как и в варианте осуществления изобретения, представленном на фиг. 67, выступы и углубления, входящие в зацепление друг с другом могут быть дополнительно образованы в первом межслоевом разделителе 1304 и втором межслоевом разделителе 1404, смежных друг с другом. В этом случае сцепление между первым межслоевым разделителем 1304 и вторым межслоевым разделителем 1404 может быть более устойчивым.
Фиг. 81 представляет собой схематичный вид мембранного модуля для разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения. Как показано на фиг. 81, мембранный модуль 31 для разделения текучих сред, соответствующий данному варианту осуществления изобретения, отличается от варианта, показанного на фиг. 51, тем, что в нем имеется пара концевых разделителей 31а, отделенных друг от друга, и пара межтрубных разделителей 31b, отделенных друг от друга, вместо первого и второго межслоевых разделителей в форме четырехугольных рам.
Более конкретно, мембранный модуль 31 для разделения текучих сред включает множество уложенных друг на друга мембран 31с для разделения текучих сред и множество разделителей 31а и 31b. Каждая из мембран 31с для разделения текучих сред может иметь трубчатую форму. В данном случае, термин «трубчатый» указывает на то, что каждая из мембран 31с для разделения текучих сред имеет форму трубки. Трубчатой разделительной мембраной называется не только разделительная мембрана, образованная как единое целое трубчатой таким способом, как экструзия, но и разделительная мембрана, трубчатая форма которой получена путем подготовки прямоугольной разделительной мембраны, скатывания противоположных сторон прямоугольной разделительной мембраны и соединения противоположных сторон друг с другом клеем.
Мембрана 31с для разделения текучих сред простирается в одном направлении. Мембраны 31с для разделения текучих сред накладываются друг на друга. Направление, в котором мембраны 31с для разделения текучих сред накладываются друг на друга, может быть некоторым направлением, например, вертикальным направлением, отличным от направления протяженности (направления длины) мембран 31с для разделения текучих сред. Количество мембран 31с для разделения текучих сред, наложенных друг на друга, не ограничено. Например, количество мембран 31с для разделения текучих сред, наложенных друг на друга, может составлять от нескольких десятков до нескольких тысяч.
Внутреннее и наружное пространства каждой мембраны 31с для разделения текучих сред физически разделены стенками мембраны 31с для разделения текучих сред. По меньшей мере, часть текучей среды может перемещаться между внутренним и наружным пространствами каждой мембраны 31с для разделения текучих сред, проходя сквозь мембрану 31с для разделения текучих сред, это свойство используется для отделения конкретной текучей среды.
Концевые разделители 31а расположены внутри каждой мембраны 31с для разделения текучих сред, межтрубные разделители 31b расположены между соседними мембранами 31с для разделения текучих сред в направлении наложения. Концевые разделители 31а расположены на обоих концах мембран 31с для разделения текучих сред в направлении протяженности. Межтрубные разделители 31b расположены рядом с концевыми разделителями 31а.
Первое единичное ограниченное пространство ULS1, окруженное двумя соседними мембранами 31с для разделения текучих сред и концевыми разделителями 31а, образовано между мембранами 31с для разделения текучих сред. Первое единичное ограниченное пространство ULS1 представляет собой пространство, в которое непосредственно поступает смесь текучих сред MF. Для этого первое единичное ограниченное пространство ULS1 снабжено впуском FS текучей среды. Кроме того, первое единичное ограниченное пространство ULS1 включает первый выпуск FD1 текучей среды, предназначенный для выведения оставшейся текучей среды MF1, оставшейся после разделения.
В каждой из мембран 31с для разделения текучих сред имеется второе единичное ограниченное пространство ULS2, ограниченное стенками мембраны 31с для разделения текучих сред и концевыми разделителями 31а на обоих концах. Второе единичное ограниченное пространство ULS2 представляет собой пространство, в которое непосредственно не поступает смесь текучих сред MF, следовательно, второе единичное ограниченное пространство ULS2 не имеет впуска текучей среды. Второе единичное ограниченное пространство ULS2 снабжено вторым выпуском FD2 текучей среды, предназначенным для выведения отделенной текучей среды MF2.
Первое единичное ограниченное пространство ULS1 и второе единичное ограниченное пространство ULS2 расположены друг рядом с другом. Множество первых единичных ограниченных пространств ULS1 и множество вторых единичных ограниченных пространств ULS2 может быть размещено попеременно.
В том случае, когда смесь текучих сред MF, подаваемая через впуск FS текучей среды первого единичного ограниченного пространства ULS1, содержит азот и диоксид углерода, и когда мобильностью диоксида углерода через мембрану 31с для разделения текучих сред выше, чем азота, концентрация азота в первом единичном ограниченном пространстве ULS1 становится относительно низкой. Кроме этого, концентрация азота во втором единичном ограниченном пространстве ULS2, соседним с первым единичным ограниченным пространством ULS1, становится относительно высокой. Следовательно, смесь текучих сред MF1 с относительно высоким содержанием азота выводится через первый выпуск FD1 текучей среды, а смесь текучих сред MF2 с относительно высоким содержанием диоксида углерода выводится через второй выпуск FD2 текучей среды.
Первое и второе единичные ограниченные пространства ULS1 и ULS2 разделены каждой из мембран 31с для разделения текучих сред, и текучая среда может проходить сквозь мембрану 31с для разделения текучих сред. Поскольку вторые единичные ограниченные пространства ULS2 находятся по обеим сторонам одного первого единичного ограниченного пространства ULS1, часть смешанной текучей среды MF, поданной в первое единичное ограниченное пространство ULS1, может переходить во вторые единичные ограниченные пространства ULS2 с обеих сторон. Кроме того, поскольку два первых единичных ограниченных пространства ULS1 находятся по обеим сторонам одного второго единичного ограниченного пространства ULS2, часть смешанной текучей среды MF может поступать во второе единичное ограниченное пространство ULS2 из первых единичных ограниченных пространств ULS1 с обеих сторон.
В мембранном модуле 31 для разделения текучих сред, соответствующем данному варианту осуществления изобретения, множество единичных ограниченных пространств размещено в направлении наложения. Следовательно, в одном модуле может находиться множество разделительных пространств. Количество последовательных единичных ограниченных пространств может составлять, например, от нескольких десятков до нескольких тысяч. С увеличением количества последовательных единичных ограниченных пространств также увеличивается производительность разделения. Следовательно, может быть разделено большое количество текучей среды.
Кроме этого, также может быть предусмотрено наличие третьего последовательного единичного ограниченного пространства, так что первично отделенная текучая среда, поступившая во второе единичное ограниченное пространство, может перемещаться в третье единичное ограниченное пространство. Посредством такого многостадийного разделения может быть получена высококонцентрированная текучая среда.
Далее более подробно описана конструкция данного мембранного модуля для разделения текучих сред.
Фиг. 82 представляет собой вид в перспективе мембранного модуля для разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения. Фиг. 83 представляет собой вид спереди мембранного модуля для разделения текучих сред, показанного на фиг. 82. Фиг. 84 представляет собой вид сбоку мембранного модуля для разделения текучих сред, показанного на фиг. 82. Фиг. 85 представляет собой вид сверху мембранного модуля для разделения текучих сред, показанного на фиг. 82. Фиг. 86 представляет собой вид в поперечном сечении по LXХXVI-LXXХVI' на фиг. 82.
Как показано на фиг. 82-86, мембранный модуль 2100 для разделения текучих сред, соответствующий данному варианту осуществления изобретения, включает множество мембран 2200 для разделения текучих сред, множество межтрубных разделителей 2400, множество концевых разделителей 2300 и множество сборочных труб 2620.
Поскольку мембраны 2200 для разделения текучих сред подобны описанным выше, избыточное описание мембран 2200 для разделения текучих сред опускается.
Концевые разделители 2300 расположены на обоих концах каждой мембраны 2200 для разделения текучих сред в направлении длины мембраны 2200 для разделения текучих сред. Мембрана 2200 для разделения текучих сред и концевые разделители 2300 могут быть скреплены и герметизированы при помощи клея. Оба конца мембраны 2200 для разделения текучих сред в направлении длины могут быть герметизированы при помощи клея. В другом примере, оба конца мембраны 2200 для разделения текучих сред в направлении длины могут быть исходно замкнутыми или герметизированными.
Мембранный разделитель 2210 может быть расположен внутри трубчатой мембраны 2200 для разделения текучих сред. Когда во внутреннем пространстве мембраны 2200 для разделения текучих сред давление ниже, чем снаружи мембраны 2200 для разделения текучих сред, мембрана 2200 для разделения текучих сред может сжиматься под действием перепада давления. Если внутренние стенки мембраны 2200 для разделения текучих сред вступают в полный контакт друг с другом, пространство, в которое может поступать текучая среда, сокращается. Следовательно, мембранный разделитель 2210 располагают внутри мембраны 2200 для разделения текучих сред для предотвращения вступления внутренних стенок мембраны 2200 для разделения текучих сред в полный контакт друг с другом. Мембранный разделитель 2210 может иметь, помимо прочего, сетчатую структуру, более конкретно, представлять собой плетеную сетку.
Мембрана 2200 для разделения текучих сред может иметь множество отверстий на обоих концах. Отверстия мембраны 2200 для разделения текучих сред могут быть образованы в тех же положениях, что и сквозные отверстия (далее именуемые концевые сквозные отверстия 2300Н) концевых разделителей 2300 и сквозные отверстия (далее именуемые межтрубные сквозные отверстия 2400Н) межтрубных разделителей 2400. Поперечное сечение отверстий мембраны 2200 для разделения текучих сред, поперечное сечение концевых сквозных отверстий 2300Н и поперечное сечение межтрубных сквозных отверстий 2400Н могут иметь одинаковую форму (например, круглую форму) и, по существу, одинаковый внутренний диаметр.
Концевые разделители 2300 и межтрубные разделители 2400 наложены попеременно. То есть, концевые разделители 2300 и межтрубные разделители 2400 попеременно размещены в направлении наложения, накладываясь друг на друга. Сборочные трубы 2620, которые будут описаны ниже, вставляют в отверстия мембраны 2200 для разделения текучих сред, концевые сквозные отверстия 2300Н и межтрубные сквозные отверстия 2400Н, тем самым, соединяя их друг с другом. Поперечное сечение сборочных труб 2620 может иметь ту же форму (например, круглую форму), что и отверстия мембраны 2200 для разделения текучих сред, концевые сквозные отверстия 2300Н и межтрубные сквозные отверстия 2400Н. Наружный диаметр поперечного сечения сборочных труб 2620 может быть меньше или равен внутреннему диаметру отверстий мембраны 2200 для разделения текучих сред, концевых сквозных отверстий 2300Н и межтрубных сквозных отверстий 2400Н. Наружный диаметр сборочных труб 2620 может составлять от 5 до 50 мм.
Фиг. 87 представляет собой вид в перспективе концевого разделителя, показанного на фиг. 82. Фиг. 88 представляет собой вид в поперечном сечении по LXХXVIII-LXXХVIII' на фиг. 87.
Как показано на фиг. 82-88, концевые разделители 2300 обеспечивают выведение текучей среды, собранной внутри каждой мембраны 2200 для разделения текучих сред, наружу и сохранение герметичности мембраны 2200 для разделения текучих сред в напряженном состоянии, когда мембраны 2200 для разделения текучих сред наложены друг на друга. Одна пара концевых разделителей 2300 может располагаться на обоих концах каждой мембраны 2200 для разделения текучих сред и внутри каждой мембраны 2200 для разделения текучих сред. Концевые разделители, расположенные на обоих концах, отстоят друг от друга, и в пространстве между концевыми разделителями 2300 образуется второе единичное ограниченное пространство ULS2 (см. фиг. 81).
Каждый концевой разделитель 2300 включает, по меньшей мере, одно концевое сквозное отверстие 2300Н и, по меньшей мере, один канал BFP для текучей среды, соединенный с концевым сквозным отверстием 2300Н.
Концевой разделитель 2300 вблизи одного из концов может иметь наклонную поверхность. То есть, хотя центральная часть концевого разделителя 2300 имеет однородную толщину, толщина концевого разделителя 2300 может постепенно уменьшаться к краям, обращенным ко внутреннему и наружному пространству мембраны 2200 для разделения текучих сред.
Концевое сквозное отверстие 2300Н проходит сквозь концевой разделитель 2300 в направлении толщины концевого разделителя 2300. Концевое сквозное отверстие 2300Н может находиться в центральной части концевого разделителя 2300, которая имеет однородную толщину в направлении толщины. Концевых сквозных отверстий 2300Н может быть множество. На чертежах показано четыре концевых сквозных отверстия 2300Н. Однако, также может иметься одно, два, три или от пяти до двадцати концевых сквозных отверстий 2300Н. Концевые сквозные отверстия 2300Н могут накладываться на отверстия мембраны 2200 для разделения текучих сред.
Каналы BFP для текучей среды могут быть соединены, по меньшей мере, с некоторыми концевыми сквозными отверстиями 2300Н. Каналы BFP для текучей среды пространственно соединяют второе единичное ограниченное пространство ULS2, то есть, внутреннее пространство мембраны 2200 для разделения текучих сред, с концевыми сквозными отверстиями 2300Н. Например, концы каналов BFP для текучей среды соединены с концевыми сквозными отверстиями 2300Н, другие концы каналов BFP для текучей среды открыты в наружное пространство концевого разделителя 2300. А именно, другие концы каналов BFP для текучей среды могут быть открыты на краю концевого разделителя 2300, обращенном внутрь мембраны 2200 для разделения текучих сред. Количество каналов BFP для текучей среды, соединенных с каждым концевым сквозным отверстием 2300Н, может быть больше одного. На чертежах показано три канала BFP для текучей среды. Однако, количество каналов BFP для текучей среды, соединенных с каждым концевым сквозным отверстием 2300Н, не ограничивается тремя, может иметься от одного до десяти каналов BFP для текучей среды. Диаметр каждого из каналов BFP для текучей среды может лежать в диапазоне от 10 до 80% толщины центральной части концевого разделителя 2300.
Каналы BFP для текучей среды могут не быть соединены с другими концевыми сквозными отверстиями 2300Н. Например, хотя три канала ВFP текучей среды соединены с двумя наружными концевыми сквозными отверстиями 2300Н из четырех концевых сквозных отверстий 2300Н, ни один канал BFP для текучей среды может не быть соединен с двумя концевыми сквозными отверстиями 2300Н в середине.
Фиг. 89 представляет собой вид в перспективе межтрубного разделителя, показанного на фиг. 82. Как показано на фиг. 82-89, межтрубные разделители 2400 обеспечивают подачу смеси текучих сред в наружное пространство каждой мембраны 2200 для разделения текучих сред, выведение текучей среды, оставшейся после разделения, наружу и отделение соседних мембран 2200 для разделения текучих сред друг от друга. Один из межтрубных разделителей 2400, расположенных на обоих концах каждой мембраны 2200 для разделения текучих сред в направлении длины мембраны 2200 для разделения текучих сред, может осуществлять подачу смеси текучих сред, другой может осуществлять выведение оставшейся текучей среды.
Межтрубные разделители 2400 имеют такую же форму, что и концевые разделители 2300. В каждом из межтрубных разделителей 2400 имеются межтрубные сквозные отверстия 2400Н и каналы BFP для текучей среды. Как и концевые разделители 2300, пара межтрубных разделителей 2400 может быть установлена у обоих концов каждой мембраны 2200 для разделения текучих сред. Эти два межтрубных разделителя 2400 отстоят друг от друга, и в пространстве между двумя межтрубными разделителями 2400 образуется первое единичное ограниченное пространство ULS1 (см. фиг. 1).
Каждый межтрубный разделитель 2400 и каждый концевой разделитель 2300 могут перекрывать друг друга в направлении наложения. Кроме того, межтрубные сквозные отверстия 2400Н перекрывают концевые сквозные отверстия 2300Н. Каналы BFP для текучей среды межтрубных разделителей 2400 пространственно соединяют первое единичное ограниченное пространство ULS1, то есть, пространство снаружи мембраны 2200 для разделения текучих сред, с межтрубными сквозными отверстиями 2400Н.
Однако, каналы BFP для текучей среды межтрубных разделителей 2400 могут находиться в ином положении относительно каналов BFP для текучей среды концевых разделителей 2300 в направлении наложения. Сборочные трубы 2620 вставлены в концевые и межтрубные сквозные отверстия 2300Н и 2400Н, образованные в одинаковом положении (где они перекрывают друг друга при наложении) в концевых и межтрубных разделителях 2300 и 2400, наложенных друг на друга. Если каналы BFP для текучей среды образованы во всех концевых и межтрубных сквозных отверстиях 2300Н и 2400Н, расположенных в одинаковом положении в направлении наложения, первое единичное ограниченное пространство ULS1 и второе единичное ограниченное пространство ULS2 могут быть пространственно соединены друг с другом сборочными трубами 2620. Таким образом, текучая среда может перемещаться, не будучи разделенной посредством прохождения через стенки мембраны 2200 для разделения текучих сред. Следовательно, когда каналы BFP для текучей среды соединены с двумя крайними концевыми сквозными отверстиями 2300Н каждого концевого разделителя 2300, они могут быть соединены с двумя средними межтрубными сквозными отверстиями 2400Н каждого межтрубного разделителя 2400Н.
Фиг. 90 представляет собой вид в перспективе сборочной трубы, показанной на фиг. 82.
Как показано на фиг. 82-90, множество сборочных труб 2620 имеет, по существу, одинаковую форму. Каждая из сборочных труб 2620 имеет форму полой трубы. Полое пространство внутри сборочных труб 2620 используется в качестве канала для текучих сред, поступающих из единичных ограниченных пространств ULS1 и ULS2.
В каждой из сборочных труб 2620 имеется множество отверстий DH. Отверстия DH расположены в соответствии с положением каналов BFP для текучей среды концевых и межтрубных сквозных отверстий 2300Н или 2400Н, когда сборочные трубы 2620 вставлены на место. Например, отверстия DH сборочных труб 2620, проходящих через два крайних концевых или межтрубных сквозных отверстия 2300Н или 2400Н, соединены с каналами BFP для текучей среды, которые открыты во второе единичное ограниченное пространство ULS2. Кроме того, отверстия DH сборочных труб 2620, проходящих через два средних концевых или межтрубных сквозных отверстия 2300Н и 2400Н, соединены с каналами BFP для текучей среды, которые открыты в первое единичное ограниченное пространство ULS1. На чертежах показано три отверстия DH, образованных в соответствии с положением трех каналов BFP для текучей среды. Однако, также может быть образовано одно отверстие DH, достаточно большое, чтобы покрывать три канала BFP для текучей среды.
На обоих концах сборочных труб 2620 может иметься винтовая резьба ST. После того, как мембраны 2200 для разделения текучих сред, концевые разделители 2300 и межтрубные разделители 2400 уложены друг на друга, а затем сборочные трубы 2620 вставлены в мембраны 2200 для разделения текучих сред, концевые разделители 2300 и межтрубные разделители 2400, к винтовой резьбе ST могут быть присоединены гайки 2640, тем самым, обеспечивается надежное прикрепление мембран 2200 для разделения текучих сред, концевых разделителей 2300 и межтрубных разделителей 2400 друг к другу.
В каждой из сборочных труб 2620 могут дополнительно иметься фиксирующие отверстия FH, находящиеся на обоих концах. Фиксирующие шпильки 2714 вставляют в фиксирующие отверстия FH, чтобы каждая сборочная труба 2620 удерживалась в точном положении без возможности вращения. Фиксирующие отверстия FH и фиксирующие шпильки 2714 могут отсутствовать.
Оба конца каждой сборочной трубы 2620 могут быть открытыми, текучая среда может течь через открытые концы. Когда смесь текучих сред поступает в сборочные трубы 2620, соединенные с первым единичным ограниченным пространством ULS1, конкретная текучая среда, такая как диоксид углерода, может перемещаться во второе единичное ограниченное пространство ULS2 через мембрану 2200 для разделения текучих сред и может быть выведена по сборочным трубам 2620, соединенным со вторым единичным ограниченным пространством ULS2.
2
2
В первом единичном ограниченном пространстве ULS1 и втором единичном ограниченном пространстве ULS2 может быть создано разное давление. Например, относительно высокое давление может быть создано в первом единичном ограниченном пространстве ULS1, в которое поступает смесь текучих сред, и относительно низкое давление может быть создано во втором единичном ограниченном пространстве ULS2, из которого выводится отделенная текучая среда. Для этого, первый насос (не показан), предназначенный для создания давления от 0 до 4 кгс/см, может быть соединен со сборочными трубами 2620, которые обеспечивают подачу текучей среды в первое единичное ограниченное пространство ULS1, второй насос (не показан), предназначенный для создания давления от 0 до -1 кгс/см, может быть соединен со сборочными трубами 2620, по которым текучую среду выводят из второго единичного ограниченного пространства ULS2.
Мембранный модуль 2100 для разделения текучих сред может дополнительно включать наружные крышки 2710 и 2720. Наружные крышки 2710 и 2720 расположены в крайнем наружном положении в направлении наложения по обеим сторонам мембранного модуля 2100 для разделения текучих сред. В каждой из наружных крышек 2710 и 2720 может иметься множество отверстий, в которые вставляются сборочные трубы 2620.
Когда наружные крышки 2710 и 2720 установлены в мембранном модуле 2100 для разделения текучих сред, сборочные трубы 2620 вставлены в соответствующие отверстия наружных крышек 2710 и 2720, гайки 2640 присоединяют к сборочным трубам 2620 снаружи наружных крышек 2710 и 2720. Фиксирующие шпильки 2714 вставляют со стороны боковых поверхностей наружных крышек 2710 и 2720. Если наружные крышки 2710 и 2720 изготовлены из жесткого металла, они могут предотвращать деформацию вследствие перепада давления, защищать мембраны 2200 для разделения текучих сред, находящиеся под наружными крышками 2710 и 2720, и предотвращать деформацию или повреждение мембранного модуля 2100 для разделения текучих сред во время присоединения гаек 2640.
В данном варианте осуществления идеи изобретения, мембраны 2200 для разделения текучих сред надежно соединены друг с другом сборочными трубами 2620, таким образом, обеспечивается достаточная механическая прочность. Кроме того, поскольку сборочные трубы 2620 могут использоваться в качестве впуска/выпусков текучей среды, отводящий трубопровод, отводящий коллектор и т.п. могут отсутствовать. Таким образом упрощается конструкция и облегчается сборка.
Далее описаны другие варианты осуществления идеи изобретения.
Фиг. 91 и 92 представляют собой частичный вид сбоку концевых разделителей, соответствующих другим вариантам осуществления идеи изобретения. В вариантах осуществления, представленных на фиг. 91 и 92, пространство для потока текучей среды обеспечивается за счет того, что размер и форма концевых/межтрубных сквозных отверстий отличается от размера и формы сборочной трубы.
В варианте осуществления изобретения, представленном на фиг. 91, поперечное сечение сборочной трубы 2620 и поперечное сечение концевого сквозного отверстия 2301Н концевого разделителя 2301 имеют, по существу, одинаковую круглую форму, но концевое сквозное отверстие 2301Н имеет больший размер. Сборочная труба 2620, будучи вставленной, контактирует с боковой стенкой, противоположной той части концевого сквозного отверстия 2301Н, в которой образованы каналы BFP для текучей среды. Следовательно, вблизи каналов BFP для текучей среды может оставаться пространство FFS для потока текучей среды. Для этого на внутренней стенке концевого сквозного отверстия 2301Н вблизи каналов BFP для текучей среды могут быть созданы выступы НРР. Благодаря наличию пространства FFS для потока текучей среды, предотвращается затруднение потока текучей среды сборочной трубой 2620 в вертикальном направлении.
На фиг. 91 поперечное сечение сборочной трубы 2620 и поперечное сечение концевого сквозного отверстия 2301Н показаны круглыми. Однако, пространство FFS для потока текучей среды может быть создано и тогда, когда поперечное сечение сборочный трубы 2620 круглое, а поперечное сечение концевого сквозного отверстия 2301Н эллиптическое. Возможны разнообразные модификации.
В варианте осуществления изобретения, представленном на фиг. 92, поперечное сечение сборочной трубы 2620, вообще, круглое, а поперечное сечение концевого сквозного отверстия 2302Н частично круглое. Однако, часть HRA концевого сквозного отверстия 2301Н, где образованы каналы BFP для текучей среды, углублено. Следовательно, даже если сборочная труба 2620 и концевое сквозное отверстие 2302Н частично вступают в контакт друг с другом, они отстоят друг от друга в углубленной части HRA концевого сквозного отверстия 2302Н. Следовательно, может быть гарантировано наличие пространства FFS для потока текучей среды.
Фиг. 93 представляет собой вид сбоку концевого разделителя, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения. Как показано на фиг. 93, мембранный разделитель 2210 расположен внутри мембраны 2200 для разделения текучих сред, в которой установлен концевой разделитель 2303. Если мембранный разделитель 2210 перемещается внутри мембраны 2200 для разделения текучих сред, он не может в полной мере выполнять свою функцию и может разрушать мембрану 2200 для разделения текучих сред. Чтобы это предотвратить, концевой разделитель 2303 может дополнительно включать связующие выступы ССР и/или связующие отверстие СНР вблизи краев, обращенных внутрь мембраны 2200 для разделения текучих сред. Мембранный разделитель 2210 или другие внутренние инструменты могут быть подвешены в связующих отверстиях СНР или прикреплены к связующим выступам СРР внутри мембраны 2200 для разделения текучих сред, тем самым, предотвращается разрушение мембраны 2200 для разделения текучих сред под действием их собственного веса, вращения, вибрации, внешнего ударного воздействия и т.д.
Фиг. 94 представляет собой вид сбоку межтрубного разделителя, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения. Фиг. 95 представляет собой вид в поперечном сечении по XCV-XCV' на фиг. 94.
Как показано на фиг. 94 и 95, межтрубный разделитель 2401 может включать каналы HBFP для текучей среды, проходящие сквозь межтрубный разделитель 2401 в горизонтальном направлении (направлении, перпендикулярном направлению, в котором межтрубные сквозные отверстия пронизывают межтрубный разделитель 2401). Когда текучую среду не подают в первое единичное ограниченное пространство ULS1 по сборочным трубам 2620, нет необходимости в соединении каналов для текучей среды с межтрубными сквозными отверстиями 2401Н. В этом случае, каналы HBFP для текучей среды могут пронизывать межтрубный разделитель 2401Н в горизонтальном направлении, чтобы обеспечивать подачу текучей среды в первое единичное ограниченное пространство ULS1 по каналам HBFP для текучей среды снаружи межтрубного разделителя 2401. Горизонтальные каналы HBFP для текучей среды могут не быть соединены с межтрубными сквозными отверстиями 2401Н, а могут быть образованы снаружи или между межтрубными сквозными отверстиями 2401Н. Размер каждого горизонтального канала HBFP для текучей среды может лежать в диапазоне от 10 до 80% толщины межтрубного разделителя 2401.
Фиг. 96 представляет собой вид сверху концевого разделителя и межтрубного разделителя, соответствующих другому варианту осуществления идеи изобретения.
Как показано на фиг. 96, концевой разделитель 2304, соответствующий данному варианту осуществления изобретения, включает выступы ЕВ1, образованные вокруг концевых сквозных отверстий 2304Н, а межтрубный разделитель 2404 включает углубления ЕВ2, образованные вокруг межтрубных сквозных отверстий 2404Н. Выступы ЕВ1 концевого разделителя 2304 имеют форму, соответствующую форме углублений ЕВ2 межтрубного разделителя 2404, и расположены в местах, соответствующих расположению углублений ЕВ2. Когда выступы ЕВ1 и углубления ЕВ2 находятся между концевым разделителем 2304 и межтрубным разделителем 2404 друг рядом с другом, они могут входить в зацепление друг с другом, при этом, мембрана 2200 для разделения текучих сред расположена между ними, когда модуль собран. Таким образом, гарантируется улучшенная воздухонепроницаемость.
В отличие от примера, показанного на чертеже, углубления могут быть образованы вокруг концевых сквозных отверстий, а выступы могут быть образованы вокруг межтрубных сквозных отверстий. В качестве альтернативы, углубления могут быть образованы на одной боковой поверхности концевого или межтрубного разделителя, а выступы могут быть образованы на другой боковой поверхности. Даже в этом случае может быть обеспечена воздухонепроницаемость при условии, что углубления и выступы входят в зацепление друг с другом.
Фиг. 97 представляет собой вид сверху концевого разделителя и межтрубного разделителя, соответствующих другому варианту осуществления идеи изобретения. Фиг. 98 представляет собой схематичный вид, демонстрирующий состояние, в котором множество концевых разделителей и множество межтрубных разделителей фиг. 97 соединены друг с другом.
Как показано на фиг. 97 и 98, концевой разделитель 2305 и межтрубный разделитель 2405, соответствующие данному варианту осуществления изобретения, подобны варианту, представленному на фиг. 96 тем, что они входят в зацепление друг с другом, но отличаются от варианта фиг. 96 тем, что входят в зацепление друг с другом не посредством выступов и углублений, образованных вокруг части концевых и межтрубных сквозных отверстий 2305Н и 2405Н, а посредством подгонки общей толщины.
А именно, часть (выступающая часть), на которой концевое или межтрубное сквозное отверстие 2305Н или 2405Н соединено с каналом BFP для текучей среды, сделана толстой, тогда как часть (углубленная часть), на которой концевое или межтрубное сквозное отверстие 2305Н или 2405Н не соединено в каналом BFP для текучей среды, сделана тонкой. Как описано выше, каналы BFP для текучей среды находятся в разных положениях в концевых и межтрубных сквозных отверстиях 2305Н и 2405Н концевого разделителя 2305 и межтрубного разделителя 2405. Следовательно, толстая часть концевого разделителя 2305 может контактировать с тонкой частью межтрубного разделителя 2405, а тонкая часть концевого разделителя 2305 может контактировать с толстой частью межтрубного разделителя 2405. Следовательно, общая толщина сокращается, что в свою очередь, повышает степень интеграции.
Фиг. 99 представляет собой вид сверху концевого разделителя, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения. Фиг. 100 представляет собой вид сбоку фиг. 99.
Как показано на фиг. 99 и 100, концевой разделитель 2305 и межтрубный разделитель 2405 фиг. 97, описанные выше, могут обладать недостаточной механической прочностью, так как в них имеются тонкие части. Для преодоления этого недостатка, концевой разделитель 2306 данного варианта осуществления изобретения может дополнительно включать упрочняющий элемент SUP. Толщина упрочняющего элемента SUP может быть меньше минимальной толщины концевого разделителя 2306. Поскольку упрочняющий элемент SUP расположен внутри концевого разделителя 2306, он может быть невидим снаружи.
Упрочняющий элемент SUP может быть изготовлен, например, из металлической пластины или жесткого волокна. В плоскостном расположении, упрочняющий элемент SUP может иметь форму, которая не закрывает концевые сквозные отверстия 2305Н и каналы BFP для текучей среды. Когда концевой разделитель 2306 изготовлен из смолы, а упрочняющий элемент SUP имеет плоскую форму, упрочняющий элемент SUP может включать множество отверстий SPH, пронизывающих упрочняющий элемент SUP в направлении толщины. Поскольку смола на поверхности упрочняющего элемента SUP соединяется со смолой на другой поверхности через отверстия SPH отделение упрочняющего элемента SUP и смолы может быть предотвращено.
Хотя в данном варианте осуществления изобретения описан концевой разделитель 2306, очевидно, что то же самое может быть применено к межтрубному разделителю.
Фиг. 101 представляет собой частичный вид сверху мембранного модуля для разделения текучих сред, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения. Фиг. 102 представляет собой вид спереди мембранного модуля для разделения текучих сред, показанного на фиг. 101. Фиг. 103 представляет собой частичный вид сбоку мембранного модуля для разделения текучих сред, показанного на фиг. 101. Фиг. 104 представляет собой вид в перспективе сборочной трубы, показанной на фиг. 101.
Как показано на фиг. 101-104, мембранный модуль 22101 для разделения текучих сред, соответствующий данному варианту осуществления изобретения, отличается от варианта, представленного на фиг. 82, тем, что в наружной крышке 2711 имеется соединительная труба 2711FT.
Более конкретно, сборочные трубы 2621, проходящие через два средних сквозных отверстия 2711Н из четырех сквозных отверстий 2711Н, пространственно соединены с первым единичным ограниченным пространством ULS1 и выполняют функцию подачи смеси текучих сред или выведения оставшейся текучей среды. Кроме того, сборочные трубы 2621, проходящие через два крайних сквозных отверстия 2711Н из четырех сквозных отверстий 2711Н, выполняют функцию транспорта отделенной текучей среды.
Когда сквозные отверстия 2711Н и сборочные трубы 2621, выполняющие одну и ту же функцию, но находящиеся в разных положениях, соединены друг с другом, подача/выведение текучей среды может быть осуществлена интегрировано. Для этого в наружной крышке 2711 установлена соединительная труба 2711FT. Кроме того, соединительное отверстие HFC, которое может быть соединено с соединительной трубой 2711FT, может быть образовано в каждой из сборочных труб 2621.
Соединительная труба 2711FT может быть образована внутри наружной крышки 2711. Соединительная труба 2711FT может иметь выпускное отверстие, открытое в пространство снаружи наружной крышки 2711. Текучая среда может быть подана или выводимая текучая среда может быть отобрана через выпуск 2711FO соединительной трубы 2711FT. То есть, соединительная труба 2711FT может выполнять роль коллекторной трубы. В этом случае оба конца каждой из сборочных труб 2621 не должны быть открытыми и могут быть герметизированы болтами.
В качестве соединительной трубы 2711FT внутри наружной крышки 2711 может быть расположена отдельная труба. В качестве альтернативы, внутри наружной крышки 2711 может быть образован канал, используемый в качестве соединительной трубы 2711FT. В качестве альтернативы, в поверхности наружной крышки может быть сделана канавка, закрытая крышкой и предназначенная для использования в качестве соединительной трубы.
На чертежах показано, что соединительная труба 2711FT образована внутри наружной крышки 2711. Однако, соединительная труба 2711FT, выполняющая ту же функцию, также может быть установлена вне наружной крышки 2711.
Фиг. 105 представляет собой вид сбоку концевого разделителя, соответствующего другому варианту осуществления идеи изобретения. Фиг. 106 представляет собой вид спереди, демонстрирующий установление соединения между разделительной мембраной фиг. 25 и 26 и концевым разделителем фиг. 105.
Как показано на фиг. 105 и 106, концевой разделитель 2307, соответствующий данному варианту осуществления изобретения, включает приемную канавку 2307RA, предназначенную для размещения мембраны 107 для разделения текучих сред. Вентиляционное отверстие 107Н мембраны 107 для разделения текучих сред вставляется в приемную канавку 2307RA. То есть данный вариант осуществления изобретения отличается от варианта, представленного на фиг. 82, тем, что концевой разделитель 2307 не находится внутри мембраны 107 для разделения текучих сред, а расположен снаружи обоих концов мембраны 107 для разделения текучих сред.
Когда пространство между приемной канавкой 2307RA и мембраной 107 для разделения текучих сред, соседней с приемной канавкой 2307RA, герметизировано при помощи клея, концевой разделитель 2307 и мембрана 107 для разделения текучих сред могут быть надежно соединены друг с другом. В данном варианте осуществления изобретения, в отличие от варианта фиг. 82, мембрана 107 для разделения текучих сред может не иметь отверстий, через которые проходят сборочные трубы. На чертежах номер позиции 2307Н означает концевые сквозные отверстия.
Мембраны для разделения текучих сред, мембранные модули для разделения текучих сред и устройства разделения текучих сред, описанные выше, могут быть применены в различных областях. Например, устройство разделения текучих сред может быть установлено на тепловой электростанции и использовано для отделения и сбора конкретной текучей среды, например, диоксида углерода, от отходящего газа, отводимого с тепловой электростанции. Далее описан пример применения, в котором устройство разделения текучих сред установлено на тепловой электростанции.
Фиг. 107 представляет собой схему тепловой энергетической установки, включающей устройство разделения текучих сред, соответствующее одному из вариантов осуществления идеи изобретения.
Как показано на фиг. 107, тепловая энергетическая установка 3000 может включать камеру 3200 сгорания, устройство 3100 разделения текучих сред, в которое поступает отходящий газ, отводимый из камеры 3200 сгорания, и вытяжную трубу 3400, соединенную с устройством 3100 разделения текучих сред. Тепловая энергетическая установка 3000 может дополнительно включать устройство 3300 очистки отходящего газа, установленное между камерой 3200 сгорания и устройством 3100 разделения текучих сред. Между указанными устройствами может быть установлен трубопровод 3500, по которому движется отходящий газ.
В камере 3200 сгорания происходит сгорание ископаемого топлива и образование пара в результате нагревания воды теплом, выделяющимся при сгорании ископаемого топлива. Полученный пар направляют на силовую турбину для выработки электроэнергии. Отходящий газ, отводимый из камеры 3200 сгорания, отводят по трубопроводу 3500.
Отходящий газ, отведенный по трубопроводу 3500, поступает в устройство 3300 очистки отходящего газа. Надлежащее устройство может быть выбрано в качестве устройства 3300 очистки отходящего газа в соответствии с составом отходящего газа. Например, когда отходящий газ, отводимый из камеры сгорания, содержит пыль, оксиды азота и оксиды серы, устройство 3300 очистки отходящего газа может включать пылеуловитель 3310, денитрификатор 3320 и десульфуратор 3330. В пылеуловителе 3310 удаляется пыль, смешанная с отходящим газом. В денитрификаторе 3320 удаляются оксиды азота, смешанные с отходящим газом. В десульфураторе 3330 удаляются оксиды серы, смешанные с отходящим газом. Пылеуловитель 3310, денитрификатор 3320 и десульфуратор 3330 могут представлять собой отдельные устройства, последовательно соединенные трубопроводом 3500. Однако, идея изобретения этим случаем не ограничивается, и два или несколько из описанных выше устройств могут быть интегрированы в одно устройство.
Отходящий газ, из которого в устройстве 3300 очистки отходящего газа удалены вредные компоненты, перед сбросом в вытяжную трубу 3400 подают в устройство 3100 разделения текучих сред. Устройство 3100 разделения текучих сред обеспечивает отделение от текучих сред, содержащихся в отходящем газе, конкретной текучей среды и выведение оставшегося газа. Оставшийся газ, выведенный из устройства 3100 разделения текучих сред, по трубопроводу 3300 направляют в вытяжную трубу 3400 и выбрасывают наружу.
Далее более подробно описано устройство 3100 разделения текучих сред.
Фиг. 108 представляет собой схему устройства разделения текучих сред, соответствующего одному из вариантов осуществления идеи изобретения. Как показано на фиг. 107 и 108, устройство 3100 разделения текучих сред включает мембранный модуль 3110 для разделения текучих сред, компрессор 3120 и подающий и отводящий трубопроводы 3510 и 3520.
Мембранный модуль 3110 для разделения текучих сред представляет собой устройство, используемое для отделения конкретной текучей среды от смеси текучих сред MF. В данном варианте осуществления изобретения в мембранный модуль 3110 для разделения текучих сред в качестве смеси текучих сред MF может поступать отходящий газ, содержащий диоксид углерода, азот и т.д., в нем происходит отделение от отходящего газа конкретной текучей среды, например, диоксида углерода. В мембранном модуле 3110 для разделения текучих сред имеется впуск текучей среды и выпуск текучей среды. Выпуск текучей среды включает первый выпуск текучей среды, через который выводится высококонцентрированный диоксид углерода, и второй выпуск текучей среды, через который выводится оставшийся газ. Далее мембранный модуль 3110 для разделения текучих сред описан более подробно.
Степень разделения в мембранном модуле 3110 для разделения текучих сред повышается с увеличением давления подаваемого газа. Следовательно, эффективность разделения в мембранном модуле 3110 для разделения текучих сред может быть увеличена путем увеличения давления отходящего газа при помощи компрессора 3120. Для этого компрессор 3120 располагают на стороне подачи относительно мембранного модуля 3110 для разделения текучих сред. При помощи компрессора 3120 увеличивают давление отходящего газа, поступающего по трубопроводу 3500. Например, когда давление отходящего газа, очищенного в устройстве 3300 очистки отходящего газа, составляет 1 бар, компрессор 3120 может увеличивать давление отходящего газа до 4 бар. Когда давление отходящего газа увеличивают при помощи компрессора 3120, температура отходящего газа также увеличивается. Например, когда температура отходящего газа, очищенного в устройстве 3300 очистки отходящего газа, составляет от 60 до 80°С, температура отходящего газа, сжатого компрессором 3120, может составлять от 150 до 200°С.
Трубопровод 3500 включает подающий трубопровод 3510, расположенный на стороне подачи мембранного модуля 3110 для разделения текучих сред, и отводящий трубопровод 3520, расположенный на стороне выпуска мембранного модуля 3110 для разделения текучих сред. Подающий трубопровод 3510 может соединять компрессор 3120 и мембранный модуль 3110 для разделения текучих сред. Отводящий трубопровод 3520 может соединять мембранный модуль 3110 для разделения текучих сред и вытяжную трубу. Часть текучей среды, поступающей по подводящему трубопроводу 3510, разделяется в мембранном модуле 3110 для разделения текучих сред, другая часть текучей среды перемещается по отводящему трубопроводу 3520. То есть, текучая среда в отводящем трубопроводе 3520 - это текучая среда, которая прошла по подводящему трубопроводу 3510.
Это выгодно, когда отходящий газ, подаваемый в мембранный модуль 3110 для разделения текучих сред, имеет высокое давление. Однако, если температура отходящего газа слишком высокая, разделительная мембрана может быть повреждена. Следовательно, желательно охлаждать отходящий газ, температура которого слишком большая после сжатия в компрессоре 3120. Например, отходящий газ с температурой от 150 до 200°С может быть охлажден до 60-80°С, после чего подан в мембранный модуль 3110 для разделения текучих сред.
Кроме того, когда температура отходящего газа, сбрасываемого через вытяжную трубу 3400, низкая, скорость движения отходящего газа мала. Следовательно, может происходить конденсация, либо мелкодисперсная пыль, оксиды серы и т.д., оставшиеся в отходящем газе, могут налипать на стенки вытяжной трубы 3400. Для предотвращения этого температура отходящего газа должна быть достаточно высокой по сравнению с температурой атмосферного воздуха. Например, когда температура отходящего газа, подаваемого в мембранный модуль 3110 для разделения текучих сред, составляет от 60 до 80°С, температура отходящего газа (оставшегося газа), выводимого из мембранного модуля 3110 для разделения текучих сред, может быть снижена до, примерно, 50-70°С. Температура отходящего газа может дополнительно уменьшаться до 40-50°С, когда газ проходит по отводящему трубопроводу 3520. Однако, такой температуры недостаточно для решения указанной выше проблемы конденсации. Следовательно, температура отходящего газа может быть увеличена, например, до 90-100°С до поступления отходящего газа в вытяжную трубу 3400.
То есть, температура отходящего газа, подаваемого в мембранный модуль 3110 для разделения текучих сред, может быть уменьшена, а температура отходящего газа, выводимого из мембранного модуля 3110 для разделения текучих сред, может быть увеличена. Одним из решений является установка охладителя в подводящем трубопроводе 3510 и нагревателя в отводящем трубопроводе 3520. Однако, установка и охладителя, и нагревателя неэффективна с точки зрения энергопотребления.
Для обеспечения эффективного увеличения и уменьшения температуры, по меньшей мере, часть подводящего трубопровода 3510 и, по меньшей мере, часть отводящего трубопровода 3520 размещают друг рядом с другом. Подводящий трубопровод 3510 и отводящий трубопровод 3520, размещенные друг рядом с другом, образуют теплообменник. То есть, высокотемпературный отходящий газ, проходящий по подводящему трубопроводу 3510, отдает часть тепловой энергии относительно низкотемпературному отходящему газу, проходящему по соседнему отводящему трубопроводу 3520. Следовательно, температура высокотемпературного отходящего газа, проходящего по подводящему трубопроводу 3510 снижается. И наоборот, низкотемпературный отходящий газ, проходящий по отводящему трубопроводу 3520, получает тепловую энергию от относительно высокотемпературного отходящего газа, проходящего по соседнему подводящему трубопроводу 3510. Следовательно, температура низкотемпературного отходящего газа, проходящего по отводящему трубопроводу 3520, увеличивается. Как описано выше, отходящий газ, проходящий по отводящему трубопроводу 3520, представляет собой газ, прошедший по подводящему трубопроводу 3510. То есть, отходящий газ играет роль и нагревателя, и охладителя.
Когда целевая температура, на которую должна быть снижена температура отходящего газа, проходящего по подводящему трубопроводу 3510, больше, чем целевая температура, на которую должна быть увеличена температура отходящего газа, проходящего по отводящему трубопроводу 3520, заданные целевые температуры могут быть приведены в соответствие путем регулирования количества отходящего газа, находящегося в теплообменнике. Например, когда отводящий трубопровод 3520 имеет больший диаметр, чем подводящий трубопровод 3510 в теплообменнике, температура отходящего газа в подводящем трубопроводе 3510 после прохождения теплообменника может снижаться сильнее.
Хотя на чертежах это не показано, теплообменник может дополнительно, помимо подводящего трубопровода 3510 и отводящего трубопровода 3520, расположенных друг рядом с другом, включать камеру, предназначенную для предотвращения тепловых потерь. Помимо теплообменника, также может быть установлен охладитель и/или нагреватель, чтобы помочь достижению нужной температуры. Даже в этом случае эффективность использования энергии увеличивается.
Регулятор 3130 давления может быть установлен в отводящем трубопроводе 3520 между мембранным модулем 3110 для разделения текучих сред и теплообменником. Регулятор давления обеспечивает регулирование давления отходящего газа и, тем самым, скорости текучей среды, поступающей в теплообменник, одновременно рекуперируя энергию, подлежащую рециркуляции. Регулятор 3130 давления, помимо прочего, может представлять собой, например, турбоэспандер.
Мембраны для разделения текучих сред, мембранные модули для разделения текучих сред и устройства разделения текучих сред, описанные выше, также могут быть использованы в качестве очистителей воздуха. Очиститель воздуха представляет собой устройство, обеспечивающее удаление вредных компонентов, смешанных с воздухом, с получением чистого воздуха. Очистители воздуха широко используются в замкнутых пространствах, таких как классные комнаты, больницы и подводные лодки.
Один из компонентов, которые, прежде всего, должны удалять воздухоочистители, это тонкодисперсная пыль. В обычных воздухоочистителях тонкодисперсная пыль отфильтровывается при помощи физических или химических фильтров. Однако, в замкнутом пространстве среды обитания человека важной переменной также является концентрация диоксида углерода и чистого воздуха. Диоксид углерода образуется в процессе дыхания человека или животного, живущего в данном пространстве. В атмосфере с высокой концентрацией диоксида углерода жители могут чувствовать ослабление внимания, легко уставать и испытывать затруднение дыхания. Как описано выше, поскольку мембраны для разделения текучих сред, мембранные модули для разделения текучих сред и устройства разделения текучих сред, соответствующие вариантам осуществления идеи изобретения, пригодны для эффективного отделения диоксида углерода, ограничения, свойственные обычным воздухоочистителям, могут быть преодолены. Далее описан воздухоочиститель, соответствующий одному из вариантов осуществления идеи изобретения.
Фиг. 109 представляет собой схему воздухоочистителя, соответствующего одному из вариантов осуществления идеи изобретения. Как показано на фиг. 109, воздухоочиститель включает устройство разделения текучих сред фиг. 3. Однако, идея изобретения этим случаем не ограничивается, также могут быть применены мембраны для разделения текучих сред, мембранные модули для разделения текучих сред и устройства разделения текучих сред, соответствующие различным вариантам осуществления изобретения.
Воздухоочиститель 4200 включает устройство 3 разделения текучих сред и вакуумный насос 4210.
Вакуумный насос 4210 обеспечивает выведение воздуха, отделенного в устройстве 3 разделения текучих сред, вовне (наружу) пространства (внутри), в котором установлен воздухоочиститель 4200. Вакуумный насос 4210 соединен с устройством 3 разделения текучих сред трубопроводом 4220. Трубопровод 4220 соединен с вакуумным насосом 4210 и с тем выпуском из выпусков текучей среды устройства 3 разделения текучих сред, который предназначен для выведения отделенной текучей среды. Например, если применено устройство 3 разделения текучих сред, соответствующее варианту осуществления фиг. 3, трубопровод 4220 может быть соединен с первым выпуском 21 текучей среды. Трубопровод 4220 проходит через вакуумный нанос 4210 до пространства за пределами (снаружи) пространства (внутри), в котором установлен воздухоочиститель 4200. Когда вакуумный насос 4210 работает, в трубопроводе 4220 создается отрицательное давление. Следовательно, отделенный воздух движется из устройства 3 разделения текучих сред в вакуумный насос 4210 и, пройдя вакуумный насос 4210, выбрасывается наружу.
Очиститель воздуха 4200 может дополнительно включать расширительный резервуар 4230 и вакуумный переключатель 4240.
Расширительный резервуар 4230 соединен с трубопроводом 4220 между вакуумным насосом 4210 и устройством 3 разделения текучих сред. Воздух, отделенный в устройстве 3 разделения текучих сред, по трубопроводу 4220 поступает в расширительный резервуар 4230 на хранение.
Вакуумный переключатель 4240 обеспечивает управление работой вакуумного насоса 4210 в соответствии с давлением в расширительном резервуаре 4230. То есть, одна сторона вакуумного переключателя 4240 соединена с источником энергии, а другая - с вакуумным насосом 4210. Сторона управления вакуумного переключателя 4240 соединена с расширительным резервуаром 4230. Когда давление в расширительном резервуаре 4230 меньше заданной величины давления, вакуумный переключатель 4240 выключен. Следовательно, вакуумный насос 4210 не работает. Когда в расширительном резервуаре 4230 достигается или превышается заданная величина давления, вакуумный переключатель 4240 включается и запускает вакуумный насос 4210. Следовательно, вакуумный насос 4210 работает только тогда, когда воздух, отделенный в устройстве 3 разделения текучих сред, накапливается в расширительном резервуаре 4230 и создает давление, большее или равное заданному. Если вакуумный насос 4210 работает не всегда, а работает только, когда необходимо, как описано выше, может быть снижен уровень шума, и продлен срок службы вакуумного насоса 4210.
Воздухоочиститель 4200 может дополнительно включать вентилятор 4250. Вентилятор 4250 обеспечивает циркуляцию воздуха в пространстве (внутри), в котором установлен воздухоочиститель 4200, тем самым, активно подводя воздух к устройству 3 разделения текучих сред. Вентилятор 4250 может быть расположен вблизи впуска 25 текучей среды устройства 3 разделения текучих сред. Когда вентилятор 4250 работает, благодаря создаваемому им ветру, больше воздуха может подходить к устройству 3 разделения текучих сред. Вентилятор 4250 может представлять собой отдельное устройство. Однако, также может быть использован вентилятор, входящий в состав другого устройства (такого как кондиционер воздуха, электрический вентилятор или воздушный вентилятор) в том месте, где находится воздухоочиститель 4200. Вентилятор 4250 может быть расположен под или над воздухоочистителем 4200.
Хотя идея изобретения была, в частности, пояснена и описана со ссылкой на примерные варианты ее осуществления, специалистам в данной области понятно, что возможны различные изменения формы и деталей, которые не выходят за рамки существа и объема идеи изобретения, определенной в следующей далее формуле изобретения. Примерные варианты осуществления следует рассматривать только в описательном, а не ограничительном смысле.