CN102935417B - 内滤滤管卧式旋转浸膜装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浸膜均匀性较高的内滤滤管卧式旋转浸膜装置及系统。该内滤滤管卧式旋转浸膜装置既包括膜液槽，同时还包括将滤管在卧放状态下至少部分浸入膜液槽的膜液液面之下并带动该滤管周向旋转的支撑旋转机构；浸膜时，滤管的至少一端与膜液槽相通以便使膜液槽中的膜液液面与进入滤管中的膜液液面持平，所述滤管上需进行浸膜处理的内周壁随着滤管的旋转连续地浸入膜液液面中的同一深度上，从而使所述内周壁上粘覆一层膜液。本发明提出将滤管在卧放状态下至少部分地浸入膜液槽的膜液液面之下并带动该滤管周向旋转，并使所述滤管上需进行浸膜处理的内周壁随着滤管的旋转连续地浸入膜液液面中的同一深度上，由此提高滤管内周壁的浸膜均匀性。

Description

内滤滤管卧式旋转浸膜装置及系统

技术领域

本发明涉及一种用于在内滤滤管上覆膜的设备。

背景技术

非对称膜是一类常用的膜过滤元件，其主要包括外滤滤管式非对称膜和内滤滤管式非对称膜。外滤滤管式非对称膜要求在滤管的外周壁上设置膜层，过滤时，介质从滤管外周壁的膜层流向滤管的通道中；内滤滤管式非对称膜要求在滤管的内周壁上设置膜层，过滤时，介质从滤管内周壁的膜层流向滤管外部。目前，无论外滤滤管式非对称膜还是内滤滤管式非对称膜，其膜层的设置通常在浸膜机上完成。

现有的浸膜机采用了较深的膜液槽，浸膜时滤管均以竖放状态全部浸入膜液槽的膜液液面之下；外滤滤管浸膜时要求在滤管两端装橡胶塞，以防滤管的内周壁与膜液接触；内滤滤管浸膜时要求在滤管的外周壁上包一层薄膜，以防滤管的外周壁与膜液接触。由于膜液呈悬浊状，其中的微粒容易向下沉淀，因此，膜液槽下部的膜液浓度明显高于膜液槽上部的膜液浓度。这种情况下，为了避免滤管上下浸膜不均匀，操作人员通常会将滤管从膜液槽中打捞起来再掉头重新放入膜液槽，经过这样反复操作多次后才能确保浸膜的均匀性。

发明内容

本发明所旨在提供一种浸膜均匀性较高的内滤滤管卧式旋转浸膜装置。

本发明的内滤滤管卧式旋转浸膜装置既包括膜液槽，同时还包括将滤管在卧放状态下至少部分浸入膜液槽的膜液液面之下并带动该滤管周向旋转的支撑旋转机构；浸膜时，滤管的至少一端与膜液槽相通以便使膜液槽中的膜液液面与进入滤管中的膜液液面持平，所述滤管上需进行浸膜处理的内周壁随着滤管的旋转连续地浸入膜液液面中的同一深度上，从而使所述内周壁上粘覆一层膜液。在得到上述技术方案前，发明人注意到，膜液槽中膜液浓度的不均匀性主要体现为膜液浓度沿膜液槽深度方向呈梯度变化，而在同一深度上，膜液浓度是比较接近的。基于这样的情况，本发明提出将滤管在卧放状态下至少部分地浸入膜液槽的膜液液面之下并带动该滤管周向旋转，并使所述滤管上需进行浸膜处理的内周壁随着滤管的旋转连续地浸入膜液液面中的同一深度上，由此提高滤管内周壁的浸膜均匀性。

为便于操作，卧式内滤滤管浸膜装置最好还包括用于调节所述膜液液面与滤管相对高度的高度调节装置，该高度调节装置至少可在滤管完全不浸入膜液液面和滤管部分浸入膜液液面两种模式下切换。另外，基于高度调节装置至少具有上述两种工作模式，可以当高度调节装置在滤管部分浸入膜液液面的模式下运行一定时间后，随即切换至在滤管完全不浸入膜液液面的模式下运行，同时通过支撑旋转机构保持滤管以卧放状态继续周向旋转，这样，就可防止当滤管刚捞出膜液液面时滤管上的残留膜液在重力作用下向滤管的底部聚集的现象，从而有利于提高干燥后膜层厚度的均匀性以及膜层表面的光洁度。所述高度调节装置既可采用使支撑旋转机构整体上下移动的升降机构，也可采用使膜液液面上下升降的膜液供排系统，或者同时采用使支撑旋转机构整体上下移动的升降机构和使膜液液面上下升降的膜液供排系统。应当指出，无论是升降机构还是膜液供排系统，均属于本领域技术人员能够理解并实施的技术手段。

作为支撑旋转机构的一种具体结构，所述支撑旋转机构包括由分别与滤管前后端相对应的前夹头和后夹头，以及用于控制前夹头与后夹头相对距离的预紧装置构成的滤管轴向夹持机构；该滤管轴向夹持机构在旋转驱动装置的带动下沿滤管周向旋转；所述前夹头和后夹头中至少有一个上设有膜液导口。膜液导口的作用是在浸膜时使滤管与膜液槽相通以便使膜液槽中的膜液液面与进入滤管中的膜液液面持平，即滤管与膜液槽之间经膜液导口形成连通器。所述预紧装置包括位于滤管中心轴线上的拉杆，该拉杆的两端分别穿过前夹头和后夹头并联接螺母；所述旋转驱动装置通过该拉杆带动滤管轴向夹持机构沿拉杆中心轴线旋转。除上述拉杆外，预紧装置也可采用其他结构，例如带有导向弹簧。旋转驱动装置同样是本领域技术人员容易理解并实施的技术手段，它既可以由动力设备来驱动，也可以由人工驱动。

作为支撑旋转机构的另一种具体结构，所述支撑旋转机构包括由间隔开一定距离的主动托辊和从动托辊构成的滤管支撑托辊装置，滤管的底部从该主动托辊和从动托辊之间浸入膜液液面之下。前一种支撑旋转机构需将滤管安装在前夹头和后夹头之间，而后一种支撑旋转机构只要求将管滤直接放置在滤管支撑托辊装置上，因此，后一种支撑旋转机构的操作相对更为简便。

在本发明上述内滤滤管卧式旋转浸膜装置的使用过程中，膜液槽中的膜液仍然会沉淀，这就会导致先后进行浸膜处理的滤管上的膜层之间存在差异。为了改善这样的问题，所述膜液槽中设有使膜液上下循环流动进而形成膜液流的膜液搅拌装置，所述膜液流大致上沿滤管的周向与滤管接触。由于膜液搅拌装置可使膜液上下循环流动，从而有效克服膜液沉淀影响；同时，由于膜液流大致上沿滤管的周向与滤管接触，因此可避免膜液流与滤管之间产生剧烈碰撞，整个浸膜过程会在相对平缓的条件下进行，从而进一步提高浸膜均匀性。其中，滤管的旋转方向最好与膜液流的循环方向相反，这样，与滤管接触的膜液流会与滤管运动方向更一致，从而进一步的缓解膜液流与滤管之间的碰撞。

更进一步的是，所述膜液搅拌装置位于膜液槽的单侧槽底部。这样设计有利于膜液流的循环运动。

此外，该膜液搅拌装置具有一定的轴向长度或沿滤管的轴向间隔布置有至少两部，从而产生带状的膜液流。这样可使浸入膜液液面中的滤管得到更为一致的浸膜效果。

本发明的滤管卧式旋转浸膜装置不需要反复将滤管从膜液槽中打捞起来再掉头重新放入膜液槽，极大的降低了操作者的劳动强度，且有效保障了产品质量。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例1的内滤滤管卧式旋转浸膜装置的结构示意图。

图2为图1中A-A向剖视图。

图3为本发明实施例2的内滤滤管卧式旋转浸膜装置的结构示意图。

图4为本发明内滤滤管卧式旋转浸膜系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，膜液槽1上设有用于将滤管2在卧放状态下部分浸入膜液槽1的膜液液面3之下并带动该滤管2周向旋转的支撑旋转机构，该支撑旋转机构包括分别与滤管2前后端相对应的前夹头6a、后夹头6b以及位于滤管2中心轴线上的拉杆7，所述前夹头6a、后夹头6b均为长条形的压板，其长度与滤管2外径一致，宽度远小于滤管2的外径，拉杆7的两端分别穿过前夹头6a和后夹头6b的中心孔后再联接螺母8，拉杆7的一端还与旋转驱动装置9连接，该旋转驱动装置9由电机901和传动机构902组成，该电机901输出的转矩通过传动机构902传递到拉杆7上，从而通过该拉杆7带动前夹头6a、后夹头6b以及夹紧于前夹头6a和后夹头6b之间的滤管2以拉杆7的中心轴线旋转；上述的支撑旋转机构整体位于一升降机构4上，该升降机构4可带动支撑旋转机构以及夹持在支撑旋转机构中的滤管2整体上下移动，从而根据需要使滤管2完全不浸入膜液液面3或部分浸入膜液液面3；在膜液槽1的单侧槽底部设有膜液搅拌装置12，膜液搅拌装置12既可以采用机械搅拌方式，也可以采用采用喷气搅拌方式，该膜液搅拌装置12或具有一定的轴向长度，或沿滤管2的轴向间隔布置有多部，以便产生带状的膜液流11；膜液流11在膜液槽1中上下循环运动，并且膜液流11大致上沿滤管2的周向与滤管2接触，图1中黑色粗箭头表示了滤管2的旋转方向，从中可以看出滤管2是逆时针旋转的，而图1中膜液流11是顺时针循环运动的，说明滤管2的旋转方向与膜液流11的循环方向恰好相反。

使用图1、2所示的内滤滤管卧式旋转浸膜装置时，升降机构4先运动至高位，然后操作者将拉杆7穿过外周壁201上包一层薄膜（图中未示出）的滤管2（滤管前后两端开口，无橡胶塞）并拧紧拉杆7两端的螺母8，从而使滤管2水平夹持在前夹头6a和后夹头6b之间；此后，升降机构4带动滤管2水平下降，当滤管2部分浸入膜液槽1的膜液液面3之下时，升降机构4停止运动，由于前夹头6a、后夹头6b均为长条形的压板，滤管2端口绝大部分不会被压板封闭，从而在前夹头6a和后夹头6b上形成了膜液导口，当滤管2部分浸入膜液槽1的膜液液面3之下时，膜液槽1中的膜液从这些膜液导口进入滤管2中，使膜液槽1中的膜液液面3与进入滤管2中的膜液液面3持平，然后滤管2在旋转驱动装置9的带动下周向旋转一段时间，同时，膜液搅拌装置12产生的带状的膜液流11以与滤管2的旋转方向相反的方向且大致上沿滤管2的周向与滤管2平缓地接触，从而在滤管2的内周壁202上粘覆一层膜液；此后，升降机构4再次启动并带动滤管2上升，当滤管2完全从膜液液面3中升起后，继续通过旋转驱动装置9带动滤管2旋转一段时间，防止当滤管2刚捞出膜液液面3时滤管2上的残留膜液在重力作用下向滤管2的底部聚集的现象，以使内周壁202上的膜层厚度均匀且表面光滑；最后将浸膜完成的滤管2从支撑旋转机构上取下，拆掉包裹在滤管2外周壁201上的薄膜，然后进行后续烧结工序，最终制备得到内滤滤管式非对称膜过滤元件。

上述过程中，浸膜时也可以将整个滤管2全部浸没在膜液槽1的膜液液面3之下。然而，由于膜液槽1中的膜液浓度沿膜液槽1的深度方向呈梯度变化，因此，若滤管2浸入膜液槽1的膜液液面3越深，内周壁202上位于膜液液面3以下的部分所接触的浓度不均匀的膜液越多，可能对浸膜均匀性产生不利影响。因此，优选方式是在浸膜时使滤管2仅部分浸入膜液槽1的膜液液面3之下。当然，滤管2的浸入深度也并非越小越好，因为浸入深度过小可能会影响浸膜效果。建议浸入深度为滤管直径的8％至20％之间为宜。

图3所示的内滤滤管卧式旋转浸膜装置与图1、2所示的内滤滤管卧式旋转浸膜装置的区别仅在于支撑旋转机构的结构以及调节膜液液面3与滤管2相对高度的高度调节装置的结构有所不同。图3中所示的支撑旋转机构包括由间隔开一定距离的主动托辊10a和从动托辊10b构成的滤管支撑托辊装置，滤管2的底部从该主动托辊10a和从动托辊10b之间浸入所述膜液液面3之下。图3中所示的高度调节装置包括使膜液槽1中的膜液液面3上下升降的膜液供排系统5。其中，膜液供排系统5包括膜液盒503，膜液盒503与内滤滤管卧式旋转浸膜装置的膜液槽1之间设有两条管道，其中一条管道上设有泵501，一条管道上设有阀门502。本领域技术人员很容易理解滤管支撑托辊装置的工作方式，即主动托辊10a在外部驱动下进行旋转进而带动位于主动托辊10a和从动托辊10b之间的滤管2旋转（如图3中黑色粗箭头示出了主动托辊10a和滤管2的旋转方向）。需强调的是，滤管支撑托辊装置的优点在于操作者只需直接将滤管2放置在主动托辊10a和从动托辊10b之间而无需再对滤管2进行其他定位，从而省去了实施例1中针对滤管2安装所进行的复杂的装配工作。而对于膜液供排系统5，其工作方式为：需使膜液槽1中的膜液液面3上升时，确保阀门502关闭，启动泵501，这时，泵501将膜液盒503中的膜液抽至膜液槽1中，因此膜液槽1中的膜液液面3上升，而膜液盒503中的膜液液面504下降；需使膜液槽1中的膜液液面3下降时，确保泵501停机，开启阀门502，由膜液槽1中的膜液液面3与膜液盒503中的膜液液面504之间的高度差推动膜液从膜液槽1自行向膜液盒503流动，因此膜液槽1中的膜液液面3下降，而膜液盒503中的膜液液面504上升。当然，膜液供排系统5并不限于上述结构，只要是既能够将膜液槽1中的膜液排出以降低膜液槽1中的膜液液面3，又能够将膜液抽入膜液槽1中以使膜液槽1中的膜液液面3升高的设备，均属于“膜液供排系统”这一术语所应涵盖的范围。图3的内滤滤管卧式旋转浸膜装置中的膜液供排系统5促进了膜液流动，从而有利于膜液中微粒的分散，因此能够进一步提高浸膜的均匀性。

使用图3所示的内滤滤管卧式旋转浸膜装置时，先将膜液槽1中的膜液液面3下降至低位，然后将两端均为开口的滤管2（滤管2的外周壁201上还需包裹一层薄膜）直接放置在主动托辊10a和从动托辊10b之间；此后，通过膜液供排系统5将膜液槽1中的膜液液面3升高，使滤管2的底部从该主动托辊10a和从动托辊10b之间浸入所述膜液液面3之下（建议滤管2的浸入深度为滤管直径的8％至20％之间为宜），此时，膜液槽1中的膜液从滤管2的两端进入滤管2中，使膜液槽1中的膜液液面3与进入滤管2中的膜液液面3持平，然后，使滤管2在主动托辊10a的带动下周向旋转一段时间，同时，膜液搅拌装置12产生的带状的膜液流11以与滤管2的旋转方向相反的方向且大致上沿滤管2的周向与滤管2平缓地接触，从而在滤管2的内周壁202上粘覆一层膜液；此后，开启阀门502，膜液槽1中的膜液液面3再次下降，当滤管2完全从膜液液面3中升起后，继续通过主动托辊10a带动滤管2旋转一段时间，防止当滤管2刚捞出膜液液面3时滤管2上的残留膜液在重力作用下向滤管2的底部聚集的现象，以使内周壁202上的膜层厚度均匀且表面光滑；最后将浸膜完成的滤管2从支撑托辊装置上取下，拆掉包裹在滤管2外周壁201上的薄膜，然后进行后续烧结工序，最终制备得到内滤滤管式非对称膜过滤元件。

图4所示为本发明的一种内滤滤管卧式旋转浸膜系统。首先，该内滤滤管卧式旋转浸膜系统包括左右两台实施例2的内滤滤管卧式旋转浸膜装置（除内滤滤管卧式旋转浸膜系统以外的部分）；其次，这两台内滤滤管卧式旋转浸膜装置中的膜液槽1之间连接有用于将其中任意一膜液槽1中的膜液排入另一膜液槽1中而使一边膜液槽1中的膜液液面3下降而另一边膜液槽1中的膜液液面3上升的膜液流向控制装置14；此外，所述膜液流向控制装置14具有可相互切换的第一工作模式和第二工作模式，所述第一工作模式使左边的滤管2部分浸入膜液液面3而右边的滤管2完全不浸入膜液液面3，所述第二工作模式使右边的滤管2部分浸入膜液液面3而左边的滤管2完全不浸入膜液液面3。其中，膜液流向控制装置14包括在两个膜液槽1之间分别设置的两条管道，这两条管道上分别设有用于将左边的膜液槽1中的膜液抽入右边的膜液槽1中的泵142，以及用于将右边的膜液槽1中的膜液抽入左边的膜液槽1中的泵141。当然，膜液流向控制装置14并不限于上述结构，只要是根据需要既能够将左边的膜液槽1中的膜液排入右边的膜液槽1中，又能够将将右边的膜液槽1中的膜液排入左边的膜液槽1中的设备，均属于“膜液流向控制装置”这一术语所应涵盖的范围。

对于上述的内滤滤管卧式旋转浸膜系统，基于第一工作模式和第二工作模式的相互切换，当一边的内滤滤管卧式旋转浸膜装置正处于浸膜操作时，另一边的内滤滤管卧式旋转浸膜装置刚好可进行浸膜后的空转（以防止当滤管2刚捞出膜液液面3时滤管2上的残留膜液在重力作用下向滤管2的底部聚集的现象）以及滤管2的更换等一系列后续操作，节省操作者的等待时间，提高产出效率。另一方面还可以充分利用膜液，并且由于膜液在两个膜液槽1中来回运动，促进了膜液中微粒的分散，进一步提高浸膜的均匀性。

虽然图4所示的内滤滤管卧式旋转浸膜系统是基于实施例2的内滤滤管卧式旋转浸膜装置进行设计的，但显然，本发明的内滤滤管卧式旋转浸膜系统也可以基于实施例1的内滤滤管卧式旋转浸膜装置进行设计。

Claims (8)

1.内滤滤管卧式旋转浸膜装置，包括膜液槽(1)，其特征在于：还包括将滤管(2)在卧放状态下至少部分浸入膜液槽(1)的膜液液面(3)之下并带动该滤管(2)周向旋转的支撑旋转机构；浸膜时，滤管(2)的至少一端与膜液槽(1)相通以便使膜液槽(1)中的膜液液面(3)与进入滤管(2)中的膜液液面(3)持平，所述滤管(2)上需进行浸膜处理的内周壁(202)随着滤管(2)的旋转连续地浸入膜液液面(3)中的同一深度上，从而使所述内周壁(202)上粘覆一层膜液；所述支撑旋转机构包括由分别与滤管(2)前后端相对应的前夹头(6a)和后夹头(6b)，以及用于控制前夹头(6a)与后夹头(6b)相对距离的预紧装置构成的滤管轴向夹持机构；该滤管轴向夹持机构在旋转驱动装置(9)的带动下沿滤管(2)周向旋转；所述前夹头(6a)和后夹头(6b)中至少有一个上设有膜液导口。

2.如权利要求1所述的内滤滤管卧式旋转浸膜装置，其特征在于：内滤滤管卧式旋转浸膜装置还包括用于调节所述膜液液面(3)与滤管(2)相对高度的高度调节装置，该高度调节装置至少可在滤管(2)完全不浸入膜液液面(3)和滤管(2)部分浸入膜液液面(3)两种模式下切换。

3.如权利要求2所述的内滤滤管卧式旋转浸膜装置，其特征在于：所述高度调节装置采用使所述支撑旋转机构整体上下移动的升降机构(4)和/或使膜液槽(1)中的膜液液面(3)上下升降的膜液供排系统(5)。

4.如权利要求1所述的内滤滤管卧式旋转浸膜装置，其特征在于：所述预紧装置包括位于滤管(2)中心轴线上的拉杆(7)，该拉杆(7)的两端分别穿过前夹头(6a)和后夹头(6b)并联接螺母(8)；所述旋转驱动装置(9)通过该拉杆(7)带动滤管轴向夹持机构沿拉杆(7)中心轴线旋转。

5.如权利要求1至3中任意一项权利要求所述的内滤滤管卧式旋转浸膜装置，其特征在于：所述膜液槽(1)中设有使膜液上下循环流动进而形成膜液流(11)的膜液搅拌装置(12)，所述膜液流(11)大致上沿滤管(2)的周向与滤管(2)接触。

6.如权利要求5所述的内滤滤管卧式旋转浸膜装置，其特征在于：所述滤管(2)的旋转方向与膜液流(11)的循环方向相反。

7.如权利要求6所述的内滤滤管卧式旋转浸膜装置，其特征在于：所述膜液搅拌装置(12)位于膜液槽(1)的单侧槽底部；且该膜液搅拌装置(12)具有一定的轴向长度或沿滤管(2)的轴向间隔布置有至少两部，从而产生带状的膜液流(11)。

8.内滤滤管卧式旋转浸膜系统，其特征在于：该系统包括左右两台权利要求1所述的内滤滤管卧式旋转浸膜装置，这两台内滤滤管卧式旋转浸膜装置中的膜液槽(1)之间连接有用于将其中任意一膜液槽(1)中的膜液排入另一膜液槽(1)中而使一边膜液槽(1)中的膜液液面(3)下降而另一边膜液槽(1)中的膜液液面(3)上升的膜液流向控制装置(14)；所述膜液流向控制装置(14)具有可相互切换的第一工作模式和第二工作模式，所述第一工作模式使左边的滤管(2)至少部分浸入膜液液面(3)而右边的滤管(2)完全不浸入膜液液面(3)，所述第二工作模式使右边的滤管(2)至少部分浸入膜液液面(3)而左边的滤管(2)完全不浸入膜液液面(3)。