一種管式膜組件密封結構、膜組件及在滲透汽化法溶劑脫水中的應用的製作方法
2023-10-28 03:38:52
技術領域
本發明公開了一種管式膜組件密封結構、膜組件及在滲透汽化法溶劑脫水中的應用，屬膜分離技術領域，主要用於管式膜組件。
背景技術：
膜技術是一種新型分離技術，具有高效節能、過程易於控制、操作方便、便於放大與集成等優點，在新能源開發、資源優化利用和環境保護等方面發揮著越來越重要的作用。近年來，隨著膜材料製備技術的不斷進步，面向多元液相體系的膜分離技術也得到了快速發展，成為21世紀最有前途的高新技術之一。
膜組件作為膜分離技術的關鍵設備，可分為板框式、卷式、管式及中空纖維式等幾種。管式膜組件一般用於高溫、腐蝕性強的苛刻環境，對密封要求較高，尤其是對密封材料要求更高。傳統的管式膜密封結構使用密封圈進行密封，容易洩露。
技術實現要素：
本發明的第一個方面：
一種管式膜組件密封結構，包括有管式膜元件、花盤，花盤上設置開孔，管式膜元件套於開孔中，在管式膜元件與花盤之間設置卡環，環卡與管式膜元件之間設置第一密封元件；還包括有壓板和壓環，壓環是由第一貼合面和第二貼合面相互連接而成，在花盤的下方設置壓板，壓板與第一貼合面相貼合，管式膜元件與第二貼合面相貼合，在第一貼合面與花盤之間設置第二密封元件；第二貼合面的上端貼緊於第一密封元件，卡環的下方與第二貼合面之間固定。
所述的第二密封元件嵌入於花盤上的凹槽中。
所述的卡環與花盤之間的貼合面是斜面，斜面的上端與管式膜元件的距離小於下端與管式膜元件的距離。
壓板和花盤之間連接固定。
壓板和花盤之間的連接固定點位於第二密封元件的側方。
所述的第一密封元件和/或第二密封元件的材質是彈性材料。
所述的彈性材料是橡膠、聚四氟乙烯或者石墨。
管式膜元件的材料是NaA分子篩膜。
本發明的第二個方面：
包含有上述管式膜組件密封結構的膜組件。
本發明的第三個方面：
上述膜組件在滲透汽化法溶劑脫水中的應用。
所述的溶劑選自醇類溶劑、醚類溶劑、酯類溶劑、烴類溶劑中的一種或者幾種的混合。
本發明的第四個方面：
一種溶劑體系中的管式膜組件密封方法，包括：
i.將管式膜元件套於花盤上的開孔中，並在花盤3和管式膜元件之間設置卡環，在卡環與管式膜元件之間設置第一密封元件；
ii.在花盤下方設置壓板，並在壓板與花盤之間設置第二密封元件；
iii.將花盤與壓板之間固定，固定點位於第二密封元件的側方；
iv.將卡環與管式膜元件之間的接觸面設置為斜面，且斜面的上端與管式膜元件的距離小於下端與管式膜元件的距離。
有益效果
本發明提供的管式膜密封結構，密封效果好，成本低，能承受高溫高壓的工況。
附圖說明
圖1是提供的管式膜密封結構示意圖。
圖2是提供的另一種管式膜密封結構示意圖。
1、管式膜元件；2、開孔；3、花盤；4、卡環、5、第一密封元件；6、壓環；7、焊接點；8、凹槽；9、第二密封元件；10、壓板；11、斜面；12、第一貼合面；第二貼合面。
具體實施方式
下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」「內」、「外」、「順時針」、「逆時針」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，在權利要求和說明書中使用的序數詞例如「第一」、「第二」、「第三」等，用於修飾權利要求項而不是由於本身含有任何優先、在先或一項權利要求的順序在另一權利要求之前或者執行方法步驟的時間順序。但是，僅僅作為標籤使用以區別例如帶有特定名稱的權利要求的元素與另外一個帶有相同名稱的元素（而不是用於順序性的屬於），來區分權利要求的元素。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本發明的描述中，「多個」的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
應理解的是，當一個元件被提及與另一個元件「連接」時，它可以與其他元件直接相連或者與其他元件間接相連，而它們之間插入有元件。除非有明確相反的說明，否則術語「包括」和「具有」應理解為表述包含所列出的元件，而非排除任意其他元件。
本文使用的詞語「包括」、「包含」、「具有」或其任何其他變體意欲涵蓋非排它性的包括。例如，包括列出要素的工藝、方法、物品或設備不必受限於那些要素，而是可以包括其他沒有明確列出或屬於這種工藝、方法、物品或設備固有的要素。
更具體而言，本發明中的「上方」或類似語，是指圖1中的朝上的位置，通常這個方向上的位置在使用過程中是含有水分的溶劑相接觸。
本發明中的「下方」或類似語，是指圖1中的朝下的位置，在使用於膜組件當中時，朝下這一側通常是組件的滲透液出口方向。
本發明中的「側方」，是用於描述花盤3和壓板10的連接點的位置，「側方」是指位於第二密封元件9的背向管式膜元件1的方向，在圖中它是位於偏離管式膜元件1的方向，因此稱之為側方。
實施例1
如圖1的管式膜密封結構，主要包括管式膜元件1、花盤3、第一密封元件5、第二密封元件9、卡環4、壓環6和壓板10。花盤3上設置開孔2，開孔2的作用是將管式膜元件1套接其中，並通過密封將花盤3的上側與下側之間相互隔絕密封，管式膜元件1套接於開孔2的一段的外部套接有卡環4，管式膜元件1與卡環4之間設置有第一密封元件5，第一密封元件5的材料為彈性材料（例如橡膠）；將管式膜元件1和卡環4都嵌套於花盤3上的開孔2中之後，卡環4的作用是將第一密封元件5向管式膜元件1的管壁上壓緊，管式膜元件1的材料可以是陶瓷等。
在花盤3的下方設置有壓板10，通過壓板10的壓合作用可以將管式膜元件1壓緊並固定於開孔2中，並實現將膜元件的固定於組件當中，壓板10與花盤3之間設置有壓環6，壓環6是由第一貼合面12和第二貼合面13相連接而成，第一貼合面12是與壓板10相貼合，第二貼合面13是與管式膜元件1相貼合，並且在第一貼合面12與花盤3之間還設置有第二密封元件9，第二密封元件9嵌入花盤3上的凹槽8中，第二密封元件9的材料為聚四氟乙烯材料，壓板10 起到將第一貼合面12、第二密封元件9、花盤3相互壓緊即可，通過螺栓將壓板10和花盤3進行固定，壓板10壓在第一貼合面12的下方，使第一貼合面12與花盤3貼合，可以地到將管式膜元件1與壓板10的下方隔開密封的效果。
另外，第二貼合面13貼合於膜式膜元件1的外壁，並且第二貼合面13也與第一密封元件5相互頂緊，同時卡環4的下端與第二貼合面13之間通過焊接點7進行固定，由於卡環4的下端與第二貼合面13相固定，因此如果卡環4不與花盤3相貼合時，其本身仍然具有一定的彈性，使得卡環4上端向第一密封元件2壓緊，實現第一密封元件2的對管式膜元件2的密封，這樣可以進一步地使卡環4將管式膜元件1的進行密封，起到防止洩漏的作用。
管式膜密封結構安裝時，先將第一密封元件5套在管式膜元件1外，再在第一密封元件5的下方安裝壓環6，使第二貼合面13頂緊於第一密封元件5上，接下來再將卡環4的下端與第二貼合面13通過焊接點7進行焊接固定，再將第二密封元件6放置於第二貼合面12上，將管式膜元件12以及其外部的卡環4整體推入花盤1上的開孔2中，再通過壓板10將第二貼合面12壓緊於第二密封元件9上，最後使用螺栓將壓板10壓緊到花盤3上的壓環6上，使第二密封元件9被壓緊，實現對管式膜元件1的密封。
上述的密封結構可以應用於滲透汽化法的脫水分離過程當中，將含有該密封結構的膜組件進行脫水過程時，可以採用分子篩滲透汽化管式膜，管式膜的外壁一側為料液側，而內部為滲透側，其實可以收集透過的水。在使用時，由於第一、第二密封元件容易受到溶劑的影響，其耐久度容易降低。如在圖2中，當花盤3與壓板10的連接點固定點位於第二密封元件9的側方時，若第二密封元件9容易老化後發生收縮，會導致壓板10和花盤3朝著圖中A點處壓緊，這樣的細微的運動將會導致花盤3與卡環4之間的貼合密封性下降，如果花盤3壓緊於卡環4時，花盤3和焊接點7的共同作用可以更好地將第一密封元件3壓緊於管式膜元件1上，花盤3與卡環4相分離之後，將管式膜元件1密封的作用完全集中於焊接點7時，會使第一密封元件3的密封性顯著下降。
因此，在一個改進的實施方式中，採用的是如圖2中的結構，在花盤3與卡環4的貼合面上，設置的是斜面11，斜面11的上端相對於下端更靠近管式膜元件1。採用這樣的結構時，基花盤3與壓板10的外側發生相向著A點的運動時，在斜面11處的卡環4會偏向於斜面11的上方相對運動，而又因為其上方11更靠近管式膜元件1，因此，發生相對運動之後，仍然可以保持卡環4與花盤3之間沿著斜面的貼合，進而保證對第一密封元件4的焊接點7、花盤3的雙重壓緊，保證在溶劑環境下的密封元件的密封效果。