一種管式膜組件的製作方法

2023-05-09 09:57:01

一種管式膜組件的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種管式膜組件，屬於膜分離【技術領域】，其主要用於滲透汽化、蒸汽滲透及氣體分離等膜分離過程。包括有筒體、料液入口、料液出口，管式膜，管式膜安裝於筒體內，管式膜的外側是原料液側、內側是滲透液側，原料液側與滲透液側被隔板隔開；管式膜的內側與滲餘液出口相連通，在筒體內的原料液流動區域中設置有阻流部件。本實用新型的管式膜組件優點在於適用於高溫高壓下滲透汽化或者蒸汽滲透過程，增大管式膜的裝填面積，有效改善液體或蒸汽的流動狀態，提高膜的分離效率，便於拆卸維修等。
【專利說明】一種管式膜組件
【技術領域】
[0001]本實用新型公開了一種管式膜組件，屬膜分離【技術領域】，其主要用於滲透汽化、蒸汽滲透及氣體分離等膜分離過程。
【背景技術】
[0002]滲透汽化和蒸汽滲透作為一種新型膜分離技術，對有機溶劑和混合溶劑中微量水的脫除及廢水中少量有機汙染物的分離具有明顯的技術和經濟優勢；還可以同生物及化學反應耦合，優化工藝，提高效率。
[0003]膜組件作為滲透汽化和蒸汽滲透分離過程的關鍵設備，可分為板框式、螺旋卷式、管式及中空纖維式等幾種。板框式膜組件結構複雜，操作繁瑣；螺旋卷式膜組件存在著製作工藝複雜、密封困難等問題；中空纖維式膜組件由於存在濃差極化問題有待進一步優化尺寸；管式膜組件的尺寸大於中空纖維式膜組件，並且結構較板框式簡單，便於安裝、拆卸及維修，工業應用具有廣闊的前景。另外，滲透汽化和蒸汽滲透過程通常在高溫下操作；膜後側採用真空操作方式，要求的真空度較高；分離過程涉及到濃度很高的有機溶劑，對密封要求較高；因此，在工業過程中，需要開發出裝填面積大，密封性及耐溫耐溶劑性好，結構相對簡單，拆卸方便、壽命長的管式膜組件。

【發明內容】

[0004]本實用新型的目的是提供一種滲透汽化或蒸汽滲透膜組件，克服傳統的膜組件在使用時產品的滲透通量不高的問題。主要的工作原理是基於在膜組件中加裝阻擋料液流動的部件、提高料液的湍流程度、減小濃差極化來實現，而且需要安裝、拆卸方便，具體的技術方案是:
[0005]一種管式膜組件，包括有筒體、料液入口、料液出口，管式膜，管式膜安裝於筒體內，管式膜的外側是原料液側、內側是滲透液側，原料液側與滲透液側被隔板隔開；管式膜的內側與滲餘液出口相連通，在筒體內的原料液流動區域中設置有阻流部件。
[0006]本實用新型的實現原理:膜組件採用的筒體和管式膜皆可以採用常規的裝配方式，膜組件主要是應用於滲透汽化或者蒸汽滲透的工藝過程。管式膜的外側為膜分離層，內側是支撐層，其構型可以是單管式的，也可以是多通道式的。將管式膜安裝於筒體中後，筒體上可以一邊設置料液入口，另一邊設置料液出口，使用輸送泵對待處理的料液進行輸送後，原料液即可以沿著管式膜外側流動。另外，管式膜的外側還設置有隔板，使原料液側與滲透液側被隔開；為了儘量使管式膜有較多的有效過濾面積，隔板一般是設置在管式膜的兩端。在管式膜的內側是與滲餘液出口相連通的，進行分離操作時，在滲餘液出口開啟真空，就可以使管式膜實現對料液中的組分的分離，原料液中中優先透過膜層的組分會進入到管式膜的內側，再由真空的作用通過滲餘液出口帶離膜組件。在傳統的方法中，待處理的料液在膜式膜的外側實現了組分的分離後，被截留後的組分會在管式膜的外側聚積，其濃度會升高，會形成濃差極化現象，進而提高了傳質阻力，使分離效率降低。本實用新型提供的技術方案中，在管式膜的外側，也就是筒體內的原料液側加裝了阻流部件，其可以在原料液的流動方向上幹擾料液的正常流動，當液體經過這個區域後，會提高湍流程度，進而削弱了管式膜外側的濃差極化現象，降低了傳質阻力，提高了分離效率。阻流部件的形狀可以採用常見的片狀、柱狀、錐形的部件。
[0007]作為本實用新型的改進，阻流部件是板狀，板上設置有開口，開口的直徑大於管式膜的外徑，管式膜套接於開口中。這樣的構型更容易安裝，將板狀的阻流部件套在管式膜上即可，而且這種安裝方式也有利於阻流部件的固定，將其套裝在管式膜上，即可基本實現其的固定。
[0008]作為本實用新型的改進，在上述的開口內側設置有密封片。密封片可以將管式膜與板狀的阻流部件卡緊，其作用一是可以進一步地將阻流部件固定於管式膜之上，二是可以防止原料液從開口與管式膜之間的縫隙穿過，而是從更大的範圍繞開流過，可以更好地提高湍流程度、減小濃差極化。
[0009]作為本實用新型的改進，筒體截面是圓形，阻流部件是扇形，弧邊與筒體的內壁貼合。由於扇形弧邊與圓筒的內壁貼合，使得原料液從這一區域是無法通過的，而扇形的弦是不與筒體相貼合的，原料液只能從這個區域通過，將料液入口、料液出口分別設置於阻流部件的兩側時，那麼原料在筒體內流動則會形成更大程度的折流，其對於提高湍流程度的效果更好。
[0010]作為本實用新型的改進，阻流部件的數量是兩個以上，相鄰的兩塊阻流部件的弧邊在筒體截面的投影位置相反。這樣就可以使原料的流動的往返折流的效果更好。
[0011]作為本實用新型的改進，管式膜在筒體內呈平行排列，阻流部件與管式膜相互垂直。這樣的布置能夠使折流的效果更好。
[0012]作為本實用新型的改進，管式膜與封頭之間的密封結構是:在封頭的內部設置有壓板，壓板上設置有開口，管式膜嵌套於壓板和隔板的開口中，在壓板的開口的內側開設有凹槽，在凹槽內套接有環套，套環一側設置有凸椽，隔板通過卡環將內密封環壓在套環的凸椽上，在套環的凸椽與凹槽的底邊之間設置有外密封環。
[0013]作為本實用新型的改進，阻流部件上設置有固定杆，所述的固定杆的另一端設置於隔板上。固定杆的作用可以使阻擋部件更好地被固定。
[0014]本實用新型的技術方案中，管式膜的外徑範圍可以為5?30_，長度範圍可以為100?2000mm。隔板、壓板上開口的大小範圍可以是7?35mm，阻流部件當採用板式結構時，板上的開口的大小範圍也可以為7?35mm。
[0015]有益效果
[0016]本實用新型的管式膜組件優點在於適用於高溫高壓下滲透汽化或者蒸汽滲透過程，增大管式膜的裝填面積，有效改善液體或蒸汽的流動狀態，提高膜的分離效率，便於拆卸維修等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是實施例1中的管式膜組件的結構示意圖。
[0018]圖2是實施例1中阻流部件的截面示意圖。
[0019]圖3是實施例1中壓板、管式膜與隔板之間的密封結構的放大示意圖。[0020]其中，I是筒體；2是料液入口 ；3是料液出口 ；4是封頭；5是管式膜；6是阻流部件；7是壓板；8是隔板；9是滲餘液出口 ； 10是密封結構；11是開口 ； 12是密封片；13是固定杆；14是外密封環；15是套環；16是內密封環；17是卡環；18是底邊；19是凹槽；20是凸椽。
【具體實施方式】
[0021]如圖1和圖3所示，一種管式膜組件，包括有筒體1、封頭4和管式膜5，筒體I整體呈圓筒形，兩端設置有封頭4，多根管式膜5平行地安裝於筒體I中(為了使示例圖更簡潔，在圖中只畫了一根管式膜)，管式膜5兩端套於隔板8中，隔板8設置於在筒體I兩側與封頭4的相交位置處，封頭4內部設置有與管式膜5相配合的壓板7，壓板7上開口，管式膜5超出隔板8的部分套接於套接於壓板7上的開口，將封頭4與筒體I用法蘭固定，實現壓板7、隔板8之間通過密封結構10對管式膜5的相互密封；管式膜5的外側為分離層，管式膜5的內側與封頭4上的滲餘液出口 9相連通。在筒體I的兩側分別開設有料液入口 2和料液出口 3。
[0022]在筒體I內部還安裝有阻流部件6，其平面結構如圖2所示，阻流部件6整體呈扇形，為板狀，在阻流部件6中間開設有多個與管式膜5相對應的開口 11，管式膜5套接於開口 11中，開口 11中設置有密封片12，當管式膜5套於開口 11中時，密封片12可以起到密封效果，使原料液在流動時，不從開口 11與管式膜5之間的間隙通過，阻流部件6與管式膜5相互垂直。扇形的阻流部件6的弧邊與筒體I的內壁貼合，只有其下部的弦邊與筒體I之間存在有缺口，原料液是從這個部位通過的。
[0023]在筒體I內部，設置有3塊阻流部件6，阻流部件6的面積可以覆蓋全部的管式膜5，每塊阻流部件6與筒體I的空隙不在同一個截面投影位置，從圖1中看，左右兩塊的阻流部件6的弦邊在筒體I的下方，而中間的阻流部件6的弦邊上筒體I上方，這樣可以保證原料最大程度的折流。
[0024]在使用該膜組件進行料液分離操作時，料液首先從料液入口 2進入，然後會被左側的阻流部件阻擋而向下流動，直至到底側的時候會從阻流部件與筒體I的空隙進行折流，然後再向上流動，直至再流動到筒體I的頂部，接下來向左側流動，如此上下反覆折流，直至從料液出口離開膜組件。與此同時，在管式膜5出口上抽真空，使原料液中的易透過組分從管式膜5上透過，進入到滲透側，從滲餘液出口 9移出。如果是按照傳統的膜組件，原料液在筒體I內是沿著管式膜5的表面進行平行流動的，這樣對於消除膜管上的濃差極化的作用極為有限，會影響到分離效果，通過本實施例中的膜組件，原料的流動方向是與膜管的方面相互垂直的，這樣的流動方式就可以更好地消除濃差極化層，原料液在筒體I做往復的折回流動就可以提高膜面料液的湍動程度，提高分離效率；另外，由於在筒體I中安裝有多根管式膜5，管式膜5之間產生的原料分散流動會彼此之間互相干擾，進一步地提高流體的擾動程度。
[0025]在本實施例中，板狀的阻流部件6是通過固定杆13進行固定的，固定杆13的一端設置於隔板8上，可以進一步使阻流部件6被固定牢固。
[0026]更優選的密封結構10如圖3所示，管式膜5與封頭4之間是這樣密封的:在封頭4的內部設置有壓板7，壓板7上設置有開口，管式膜5嵌套於壓板7和隔板8的開口中，在壓板7的開口的內側開設有凹槽19，在凹槽19內套接有套環15，套環15 —側設置有凸椽20，隔板8通過卡環17將內密封環16壓在套環15的凸椽20上，在套環15的凸椽20與凹槽19的底邊18之間設置有外密封環14。
[0027]採用這樣的結構時，套環15、卡環17和管式膜5之間就構成了 一個密封的空間，在這個空間內放置了內密封環16之後，即使壓緊壓板7和隔板8，這個內密封圈的彈性變化的範圍僅限於密封的空間內，使密封圈不易產生過度的形變而導致無法恢復的損壞，內密封圈形成了對於管式膜外側壁面的密封。最後，在凸椽與底板之間設置的外密封圈可以保證在壓緊壓板7和隔板8之後，凹槽19與管式膜5之間的良好密封。
【權利要求】
1.一種管式膜組件，包括有筒體(1)、料液入口(2)、料液出口(3)，管式膜(5)，管式膜(5)安裝於筒體⑴內，管式膜(5)的外側是原料液側、內側是滲透液側，原料液側與滲透液側被隔板(8)隔開；管式膜(5)的內側與滲餘液出口(9)相連通，其特徵在於:在筒體(1)內的原料液流動區域中設置有阻流部件(6)。
2.根據權利要求1所述的管式膜組件，其特徵在於:所述的阻流部件(6)是板狀，板上設置有開口(11)，開口(11)的直徑大於管式膜(5)的外徑，管式膜(5)套接於開口(11)中。
3.根據權利要求2所述的管式膜組件，其特徵在於:所述的開口(11)內側設置有密封片(12)ο
4.根據權利要求2所述的管式膜組件，其特徵在於:所述的筒體(1)截面是圓形，阻流部件(6)是扇形，弧邊與筒體⑴的內壁貼合。
5.根據權利要求4所述的管式膜組件，其特徵在於:相鄰的阻流部件(6)的弧邊在筒體(1)截面的投影位置相反。
6.根據權利要求2~5任一項所述的管式膜組件，其特徵在於:阻流部件(6)的數量是兩個以上，管式膜(5)在筒體(1)內呈平行排列，阻流部件(6)與管式膜(5)相互垂直。
7.根據權利要求1所述的管式膜組件，其特徵在於:所述的管式膜(5)與封頭(4)之間的密封方式是:在封頭(4)的內部設置有壓板(7)，壓板(7)上設置有開口，管式膜(5)嵌套於壓板(7)和隔板⑶的開口中，在壓板(7)的開口的內側開設有凹槽(19)，在凹槽(19)內套接有套環(15)，套環( 15) —側設置有凸椽(20)，隔板(8)通過卡環(17)將內密封環(16)壓在套環(15)的凸椽(20)上，在套環(15)的凸椽(20)與凹槽(19)的底邊(18)之間設置有外密封環(14)。
8.根據權利要求1~5任一項所述的管式膜組件，其特徵在於:阻流部件(6)上設置有固定杆(13)，所述的固定杆(13)的另一端設置於隔板(8)上。
【文檔編號】B01D63/06GK203678259SQ201320861044
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月24日 優先權日:2013年12月24日
【發明者】慶珺, 王夢麗, 顧學紅, 慶祖森 申請人:江蘇九天高科技股份有限公司