МЕМБРАННЫЙ КОМПРЕССОР

МЕМБРАННЫЙ КОМПРЕССОР


RU (11) 2082902 (13) C1

(51) 6 F04B45/10, B01D63/08 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 27.05.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5025300/25 
(22) Дата подачи заявки: 1992.02.03 
(45) Опубликовано: 1997.06.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Стерн С.А. Технологические процессы с применением мембран. - М.: Мир, 1976, с. 345. 2. Михайлов А.К., Ворошилов В.П. Компрессорные машины. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с. 73. 
(71) Заявитель(и): Акционерное общество закрытого типа "ЭКОЭН" 
(72) Автор(ы): Кириченко О.В.; Сидоркин А.Ю. 
(73) Патентообладатель(и): Акционерное общество закрытого типа "ЭКОЭН" 

(54) МЕМБРАННЫЙ КОМПРЕССОР 

Использование: разделение газовых смесей в химической и нефтехимической промышленности. Сущность изобретения : компрессор содержит блок из крышки, опорной плиты и зажатой между ними гибкой мембраны, связанной с подвижным штоком привода. На крышке установлены газовые клапаны. Гибкая мембрана снабжена окнами, закрытыми полупроницаемой диффузионной мембраной, селективной к целевому компоненту. Это позволяет сочетать в одном аппарате сжатие газовых смесей и их разделение. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к энергетике, в частности к конструкциям компрессорной техники и аппаратов, предназначенных для разделения газовых смесей с помощью диффузионных мембран в виде пленок, и может быть использовано для очистки отходящих газов от серийных соединений и углекислого газа, получения обогащенного кислородом воздуха, в химической и нефтехимической промышленности, в частности, для выделения водорода из водородсодержащих газовых смесей, выделения метана из биогаза сельскохозяйственного производства.

Известны мембранные аппараты пластино-рамной конструкции, предназначенные для разделения газовых смесей путем селективной проницаемости через полупроницаемые диффузионные мембраны, состоящие из ряда прилегающих друг к другу камер, каждая из которых образована в результате плотного прижима мембран, выполненных в виде плоских пластин, к обеим сторонам прямоугольной рамы. Большое число таких рам стянуты между собой в пакет вставленными в металлические обоймы болтами и помещены в цилиндрический сосуд высокого давления. Соседние мембраны отделаны друг от друга с помощью сепараторных пластинок из волокнистого, пористого материала (например, из фильтровальной бумаги) или металлической решетки (сетки), служащих опорой для находящихся под давлением мембран и обеспечивающих пропускание проникшего газа [1]

Недостатком известной конструкции является наличие корпуса высокого давления аппарата, поскольку присутствие газовой среды под избыточным давлением по соображениям механической прочности требует рассчитывать его на прочность с запасом, что приводит к значительным затратам металла и для его работы обязательно необходим компрессор.

Известны мембранные компрессоры, предназначенные для сжатия газа возвратно-поступательным движением мембраны, состоящие из блока с расположенной в нем гибкой (металлической) мембранной, связанной с подвижным штоком привода и зажатой по контуру между крышкой и опорной плитой, с находящимися в крышке всасывающим и нагнетательным клапанами [2]

В настоящее время для разделения газовых смесей используются системы, состоящие из отдельно взятых мембранных аппаратов и компрессора, основным недостатком которых является сложность, громоздкость конструкции, а также недостаточная эффективность, вызванная рассредоточением по различным агрегатам стадий сжатия и разделения газовой смеси.

Известный мембранный компрессор, конструкция которого выбрана в качестве прототипа, обладая лишь одной полезной характеристикой возможностью компримирования (сжатия) газов, имеет весьма существенный недостаток, а именно не может быть использован для непосредственного разделения газовых смесей.

Цель изобретения устранение указанных недостатков и обеспечение возможности разделения смеси газов непосредственно в компрессоре.

Цель достигается тем, что в мембранной компрессоре, содержащем блок из крышки и опорной плиты, зажатой между ними гибкой мембраны, связанной с подвижным штоком привода и установленными на крышке газовыми клапанами, согласно изобретению гибкая мембрана снабжена окнами, закрытыми полупроницаемой диффузионной мембраной, селективной к целевому газовому компоненту, а на опорной плите установлен клапан для его отвода.

Сущность предлагаемой конструкции компрессора для разделения газовых смесей иллюстрируется чертежом.

В корпус блока компрессора, состоящего из опорной плиты 1 и крышки 2 с всасывающим клапаном 3 и клапаном отсечки сбросного газа 4, помещена гибкая мембрана 5, связанная с подвижным штоком 6 привода и зажатая по контуру между крышкой и опорной плитой, а также снабжена окнами 7, закрытыми диффузионной мембраной, селективной к целевому компоненту, для отвода которого в опорной плите установлен клапан 8.

Предлагаемый мембранный компрессор для разделения газовых смесей работает следующим образом.

Исходная газовая смесь всасывается через клапан 3 за счет разрежения, создаваемого гибкой мембраной 5 при движении (чертеж) жестко связанного с ней штока 6. Полость между крышкой 2 и мембраной 5 заполняется исходной смесью. При обратном движении штока 6 и гибкой мембраны 5 происходит сжатие исходной газовой смеси.

Под воздействием перепада (разности парциальных давлений) давления выделяемый целевой газовой компонент диффундирует через окна 7, закрытые пленкой, например, полимерного материала, селективного к целевому компоненту, в подмембранную полость между мембраной и опорной плитой 1.

По достижении мембраной 5 положения, при котором концентрация выделяемого целевого компонента снижается настолько, что дальнейшее его выделение становится невозможным, открывается клапан отсечки сбросного газа 4 и сбросный газ (обедненный целевым компонентом) выпускается для дальнейшей утилизации или сбрасывается, в случае ненадобности, в атмосферу. Открытие сбросного клапана 4 может происходить при достижении заданного давления и завершается при касании клапана гибкой мембраной 5.

На последующем ходе штока 6 происходит всасывание следующей порции исходной смеси в надмембранную полость и вытеснением целевого компонента из подмембранной полости через клапан отвода 8.

Для исключения обратной диффузии выделяемого целевого газового компонента через окна селективной мембраны, необходимо обеспечить чтобы потери давления в сети выделяемого газового компонента были меньше, чем рабочий перепад давления на селективной мембране. Далее цикл повторяется.

Таким образом, в предлагаемом компрессоре для разделения газовых смесей процесс выделения целевого газового компонента происходит одновременно (совмещается) с циклом сжатия исходной смеси. Использование обратного хода рабочей гибкой мембраны позволяет получить целевой компонент в компримированном, зачастую, в готовом для использования виде.

Пример. В корпус блока компрессора, состоящего из опорной плиты 1 и крышки 2 с всасывающим клапаном 3 и клапаном отсечки сбросного газа 4, помещена сдвоенная гибкая мембрана 5, изготовленная, например, из прочной резины или газонепроницаемого эластомера, жестко связанная с подвижным штоком 6 механического привода и зажатия по контуру между крышкой и опорной плитой и снабженная окнами 7, закрытыми полупроницаемой полимерной мембраной, например, из полидиметилсилоксана или поли-4 метилпентена-1, селективными к такому целевому газовому компоненту, как кислород, при разделении воздушных смесей.

В зависимости от требуемого давления и количества целевого компонента рассчитывается прочность и толщина полупроницаемой полимерной мембраны. Так, при перепадах на рабочей мембране до 3 атитолщина полидиметилсилоксановой или поли-4-метилпентеновой мембраны может составлять 100 300 мКм. Учитывая, что в настоящее время большая часть полупроницаемых мембран производится либо армированными стекло- или капроновыми волокнами, либо выпускается на прочной сетчатой подложке, опасаться быстрого выхода из строя полимерных мембран при работе в таком компрессоре не следует. Следует отметить, (что можно ожидать), что ресурс работы полимерной полупроницаемой мембраны будет сравним с ресурсом работы рабочей гибкой мембраны.

Естественно, превышение давления выше расчетного может привести к выходу из строя полупроницаемой мембраны, но это может быть лишь в случае нарушения настройки предохранительных клапанов, которыми снабжены все, без исключения, газовые компрессоры.

Как правило, предохранительный клапан имеет давление настройки, превышающее рабочее давлением с определенным запасом и срабатывает при забивании или перекрытии напорной линии.

Таким образом, надежная работа предлагаемого компрессора для разделения газовых смесей может быть гарантирована.

Учитывая, что в последние годы выпускаются компрессоры с двумя или четырьмя мембранными полостями, вопрос о производительности по целевому компоненту таких компрессоров по изобретению решается без особых трудностей.

Поскольку в газовых компрессорах всегда предусматривается предварительная очистка газовых смесей от пыли и твердых частиц посредством механических фильтров, то проблем с засорением окон полупроницаемой мембраны в теле рабочей гибкой мембраны не предвидится.

Технически окна в рабочей мембране могут быть выполнены в виде круглых или овальных отверстий (аналогично перфорациям) в двух слоях рабочей мембраны, между которыми расположена сплошная полупроницаемая полимерная мембрана, селективная к заданному целевому газовому компоненту.

Меняя материал полупроницаемой мембраны, можно широко распространить использование предлагаемой конструкции компрессора для разделения газовых смесей, что особенно эффективно при содержании в них таких легкопроникающих газовых компонентов, как водород, гелий, метан, сероводород или углекислый газ. С помощью предлагаемого изобретения можно выделять водород из водородсодержащих продувочных газов цикла синтеза аммиака в азотной промышленности, при выделении гелия из природного газа, метана из биогаза при переработке сельскохозяйственных отходов или утилизации CO2 из концентрированных выхлопных газов.

Преимуществом предлагаемой конструкции мембранного компрессора наряду с полезной способностью компримирования (сжатия) газа по сравнению с известными является ее качественно новая эксплуатационная характеристика, такая, как возможность разделения газовых смесей с подачей целевого газового компонента в готовом для использования виде.

Предлагаемая конструкция мембранного компрессора по сравнению с прототипом является более универсальной, многофункциональной, имеет широкие возможности для использования в различных условиях газодинамических режимов и заметно улучшенные эксплуатационные характеристики.

Лабораторный образец такого компрессора с поли-4метил-пентеновой мембраной позволяет ожидать получение из воздуха состава; 20% O2 + 80%N2 при исходном давлении 2 ати, в подмембранной полости компрессора обогащенный кислородом воздух при давлении 0,3 ати следующего состава: 44% O2 + 56% N2 и в сбросном газе: 19% O2 + 81% N2.

В соответствии с предлагаемой конструкцией в настоящее время разрабатывается рабочая документация для изготовления опытного образца компрессора для экспериментальной апробации. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Мембранный компрессор, содержащий блок из крышки с газовыми клапанами, опорной плиты и зажатой между ними гибкой мембраны, связанной с подвижным штоком привода, отличающийся тем, что гибкая мембрана снабжена окнами, закрытыми полупроницаемой диффузионной мембраной для селективного отделения целевого газового компонента, а опорная плита снабжена установленным на ней клапаном для отвода целевого газового компонента.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Насосы и компрессорное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+центробежный -насос".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "насос" будут найдены слова "насосы", "насосом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("насос!").



Рейтинг@Mail.ru