Мембранный газоразделительный модуль

Область техники.
Полезная модель относится к области разделения газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран и может быть использована в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.
Уровень техники.
Существует не мало технических решений касающиеся данной области. В качестве аналога можно указать на патент №125489 от 05.06.2012 «мембранный газоразделительный блок», содержащий мембранные газоразделительные модули, коллектор отвода продукта, коллектор подвода исходной газовой смеси, коллектор отвода пермеата, при этом каждый мембранный газоразделительный модуль включает цилиндрический корпус с закрытыми торцами, внутренняя полость которого разделена газоразделительной мембраной на надмембранную полость и подмембранную полость, а оси всех указанных корпусов расположены вертикально и пересекают, по меньшей мере, одну окружность, при этом коллектор подвода исходной газовой смеси, выполнен в виде цилиндрической емкости, ось которой проходит через центр упомянутой окружности, а коллектор отвода пермеата выполнен в виде кольцевой емкости расположенной вокруг указанной цилиндрической емкости соосно ей, указанная надмембранная полость каждого упомянутого корпуса сообщена с коллектором подвода исходной газовой смеси посредством патрубка ввода исходной газовой смеси и с коллектором отвода продукта посредством патрубка для вывода продукта, при этом коллектор отвода продукта снабжен запорно-регулирующим устройством, установленным на выходящем из коллектора трубопроводе, а указанная подмембранная полость каждого упомянутого корпуса сообщена с коллектором отвода пермеата посредством патрубка отвода пермеата. Также существуют технические решения подобного назначения, но отличающиеся по конструкции: патент №131309 от 19.11.2012 «МЕМБРАННЫЙ ГАЗОРАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ»; патент №120372 от 15.12.2011 «МЕМБРАННЫЙ ГАЗОРАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЙ БЛОК». Недостаток указанных существующих решений состоит в том, что мембраны находятся в окружающей среде и подвержены влиянию различных факторов: потоки воздуха разной температуры (вентиляция, сквозняки), что негативно сказывается на стабильности газоразделения, поскольку эффективное газоразделение происходит при определенных расчетом температурах исходного воздуха. Кроме этого происходит постоянный теплообмен между мембранами и окружающей средой, что ведет к дополнительным теплопотерям с мембран и более долгому выходу на расчетный режим работы. Также в ранее существующих системах датчик температуры на некотором удалении от непосредственного входа в мембрану, т.е. невозможно точно определить температуру подходящего воздуха. Ранее существующие системы имели трубопроводы от нагревателя до входа в мембрану, что обуславливает дополнительные теплопотери. Таким образом, энергоэффективность ранее существующих модулей значительно ниже.
Для обслуживания ранее существующих блоков (при расположении мембран вокруг нагревателя), при установке этих блоков в контейнере необходимо было делать в крыше дополнительные люки для замены нагревательных элементов. Также имеют место большие габариты блоков при одинаковом количестве мембран.
Раскрытие полезной модели.
- наличие конструктивных элементов;
- характеристики элемента и их взаимосвязь.
Задачей заявляемой полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик мембранного газоразделительного модуля.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая модель, является создание компактной конструкции, выполненной с возможностью повышения энергоэффективности системы газоразделения, и, как следствие получение более стабильноработающей системы, а также повышение удобства обслуживания.
Сущность полезной модели состоит в том, что мембранный газоразделительный модуль состоит из устойчивой рамы модуля и утепленного изнутри корпуса модуля, который содержит мембраны, утепленный коллектор подвода исходной газовой смеси, коллектор отвода продукта, нагревательный элемент, датчик температуры, установленный перед входом в мембраны, патрубок входа исходного продукта, патрубок отвода продукта, патрубок отвода пермеата, причем рама модуля имеет в своей конструкции элементы крепления в отношении корпуса модуля. При этом:
- при установке в систему меньше шести мембран, соответствующие выходы для подключения мембран глушатся заглушками;
- при установке шести мембран, мембранный газоразделительный модуль имеет шестигранную форму;
- корпус модуля в рабочем положении выполнен с возможностью установки горизонтально;
- корпус модуля в рабочем положении выполнен с возможностью установки вертикально;
- коллектор подвода исходной газовой смеси утеплен при помощи термостойкой минеральной ваты или подходящего по свойствам материала;
- корпус модуля утеплен изнутри при помощи самоклеющегося утеплителя;
- корпус модуля утеплен снаружи.
Краткое описание чертежей.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
Рис. 1 - Общий вид мембранного газоразделительного модуля.
Рис. 2 - Изображение мембран.
Осуществление полезной модели.
Полезная модель относится к области разделения газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран и может быть использована в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.
Мембранный газоразделительный модуль состоит из устойчивой рамы модуля (2) и утепленного изнутри корпуса модуля (1), который содержит мембраны (3), утепленный коллектор подвода исходной газовой смеси (4), коллектор отвода продукта (5), нагревательный элемент (6), датчик температуры (7), установленный перед входом в мембраны, патрубок входа исходного продукта (9), патрубок отвода продукта (10), патрубок отвода пермеата (11). Рама модуля имеет в своей конструкции элементы крепления в отношении корпуса модуля (13). Исходная газовая смесь подводится к патрубку (9). Далее газовая смесь поднимается по коллектору (4). Коллектор (4) является так же корпусом подогревателя. Внутри коллектора установлен нагревательный элемент (6). Для исключения теплопотерь коллектор (4) утепляется. Корпус модуля (1) утеплен. Утепление (12) изнутри корпуса модуля (1), а также утепление (8) коллектора (4) подвода исходной газовой смеси выполнено к примеру, при помощи термостойкой минеральной ваты или при помощи самоклеющегося утеплителя. Газовая смесь продвигаясь вверх по коллектору нагревается и подается на мембраны (3) сверху. В коллекторе (4) напротив входа в одну из мембран установлен датчик температуры (7), необходимый для контроля температуры входящей газовой смеси. В мембранах (3) газовая смесь (например, воздух) разделяется на пермеат и продуктовый азот. Продуктовый азот собирается с мембран в коллектор (5) и через патрубок (10) подается далее в технологическую систему. Пермеат с каждой мембраны (3) поступает внутрь корпуса (1). Далее, из корпуса пермеат по средством патрубка (11) отводится из системы.
В данной системе возможна установка любого количества мембран. При установке меньше шести мембран, соответствующие выходы для подключения мембран глушатся заглушками. При установке более шести мембран мембранный газоразделительный модуль может имеет другую форму (не шестигранную, а цилиндрическую или многогранную). В отдельных случаях корпус может устанавливаться горизонтально, при помощи имеющихся элементов крепления, расположенных на раме модуля (13).
Мембранный газоразделительный модуль занимает значительно меньше места по сравнению с аналогичными блоками. Мембраны установлены в едином корпусе т.о. необходимость в общем коллекторе пермеата отпадает. Теплый пермеат из каждой мембраны сбрасывается внутрь корпуса. Таким образом, мембраны находятся постоянно в тепле, что сокращает время выхода мембранного газоразделительного модуля в рабочий режим, а также защищает мембраны от внешних факторов (сквозняки, потоки холодного воздуха, механические повреждения). Утепление защищает корпус от чрезмерного нагрева снаружи, а также это способствует сохранению постоянной температуры корпусов мембран и установлению стабильного режима работы газоразделения. Утепление корпуса, утепление коллектора подвода исходной газовой смеси (в месте, где установлен нагревательный элемент), а так же нахождение мембран в среде теплого пермеата - все это увеличивает энергоэффективность мембранного газоразделительного модуля, значительно снижает теплопотери в окружающую среду, что в итоге уменьшает потребляемую мощность нагревательных элементов необходимую на прогрев мембран и поддержания стабильной температуры исходной подаваемой газовой смеси.
Датчик температуры установлен непосредственно перед входом в мембрану, что способствует более точному определению, а также регулированию температуры. Рама имеет в своей конструкции элементы крепления в отношении корпуса модуля, позволяющие поворачиваться вплоть до горизонтального положения корпусу модуля во время технического обслуживания. Таким образом, экономится место для установки мембранного газоразделительного модуля, есть удобство при обслуживании, нет необходимости делать люк в крыше (при контейнерной установке мембранного газоразделительного модуля) для извлечения нагревательных элементов при установке мембранного газоразделительного модуля в контейнер.
Указанный технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков заявленной полезной модели, каждый признак которой необходим, а все вместе они достаточны для решения поставленной задачи и для достижения указанного технического результата.