CN102961967B - 膜过滤装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用了更易制造的烧结多孔膜过滤元件的膜过滤装置。该膜过滤装置中的烧结多孔膜过滤元件的形状均为板状，这些板状烧结多孔膜过滤元件平行且间隔排列进而形成栅板式膜过滤组件；任意一个烧结多孔膜过滤元件与其旁侧相邻的烧结多孔膜过滤元件之间均构成流道，任意相邻两个流道中的其中一个为待过滤物通道，另一个为已过滤物通道，相邻的待过滤物通道与已过滤物通道经由它们之间的烧结多孔膜过滤元件以及该烧结多孔膜过滤元件边缘处的密封结构形成一个膜过滤单元；所述栅板式膜过滤组件的一端设有第一导流构件，栅板式膜过滤组件的另一端设有第二导流构件。

Description

膜过滤装置

技术领域

本发明涉及一种膜过滤装置，尤其涉及膜过滤装置中的过滤元件及其布置方式。

背景技术

工业上分离净化用的膜过滤装置通常采用管状烧结多孔膜过滤元件。本申请的申请人已获得的ZL201010567707.2、ZL201010617637.7、ZL201020514806.X号中国专利对管状烧结多孔膜过滤元件的成型模具进行了详细介绍。总之，在管状烧结多孔膜过滤元件的成型模具中，模芯（芯棒）与模套之间的相对位置将直接影响过滤元件的壁厚均匀性。

随着用户对过滤效率的要求不断提高，市面上的管状烧结多孔膜过滤元件越来越长，壁厚也越变越薄。在这样的要求下，如果成型模具中的模芯与模套间稍有偏移，就会导致管状烧结多孔膜过滤元件的壁厚不均匀性加大。因此，随着管状烧结多孔膜过滤元件的加长、减薄，过滤元件成型时壁厚均匀性的控制难度越来越高，良品率下降。

发明内容

本发明所旨在提供一种采用了更易制造的烧结多孔膜过滤元件的膜过滤装置。

本发明的膜过滤装置包括由外壳构成的容器和安装在该容器中的多个烧结多孔膜过滤元件，所述外壳上设有输入口、输出口和排渣口，其中，所述烧结多孔膜过滤元件的形状均为板状，这些板状烧结多孔膜过滤元件平行且间隔排列进而形成栅板式膜过滤组件；任意一个烧结多孔膜过滤元件与其旁侧相邻的烧结多孔膜过滤元件之间均构成流道，任意相邻两个流道中的其中一个为待过滤物通道，另一个为已过滤物通道，相邻的待过滤物通道与已过滤物通道经由它们之间的烧结多孔膜过滤元件以及该烧结多孔膜过滤元件边缘处的密封结构形成一个膜过滤单元；所述栅板式膜过滤组件的一端设有用于将从所述输入口进入容器中的流体分别导入各待过滤物通道的输入端而不导入已过滤物通道的第一导流构件，栅板式膜过滤组件的另一端设有用于将从已过滤物通道的输出端排出的流体导入所述输出口的第二导流构件；所述排渣口与待过滤物通道的输出端之间形成排渣通道。

上述膜过滤装置采用了板状的烧结多孔膜过滤元件，并根据板状烧结多孔膜过滤元件的形状特点设计了膜过滤装置的具体结构。使用时，流体（可以是气体或液体）从容器的输入口进入膜过滤装置中，然后在第一导流构件的分配下分别进入各待过滤物通道；每一个膜过滤单元中，流体中一部分物质从待过滤物通道通过烧结多孔膜过滤元件而进入已过滤物通道，而被烧结多孔膜过滤元件截留下来的物质则随着流体继续向待过滤物通道的输出端运动；从已过滤物通道的输出端排出的流体通过第二导流构件后从容器的输出口排出，从待过滤物通道的输出端排出的流体则运动至排渣口。可见，本发明上述的膜过滤装置主要有以下几方面优点：第一，上述膜过滤装置中流体沿板状烧结多孔膜过滤元件的表面运动，不容易形成滤饼；第二，板状烧结多孔膜过滤元件容易制造；第三，板状烧结多孔膜过滤元件是在压力设备上直接压制成型后，再经过烧结等工序制备而成，成型时并不涉及模芯定位问题，只要确保承压面受力的均匀性就能够保证板状烧结多孔膜过滤元件壁厚一致，故板状烧结多孔膜过滤元件的壁厚均匀性更容易保证；第四，在相同壁厚下，板状烧结多孔膜过滤元件中的孔道较管状烧结多孔膜过滤元件中的孔道具有更小的曲折因子，过滤效率更高。

作为对上述膜过滤装置的进一步改进，所述烧结多孔膜过滤元件分别经导向结构插入式安装在容器中；所述导向结构包括数对分别与各烧结多孔膜过滤元件一一对应的卡槽，每对卡槽均由分别设置在所述容器相对两内侧壁上且彼此对应的卡槽所组成，所述卡槽与相应烧结多孔膜过滤元件的侧边相适配，且卡槽内设有密封材料。采用这样的结构既能够方便烧结多孔膜过滤元件的安装和拆卸，同时也实现对烧结多孔膜过滤元件侧边的良好密封。当然，在未设置上述卡槽的情况下，烧结多孔膜过滤元件侧边的密封也是能够实现的。例如，可采用在烧结多孔膜过滤元件侧边与容器内侧壁之间的缝隙处涂覆密封胶、密封泥的密封方式。

为便于的在容器相对两内侧壁上设置出所述卡槽，所述容器相对两内侧壁上分别还安装有用于形成所述各对卡槽的格栅状定位板。格栅状定位板还可分别与第一导流构件和第二导流构件连接，以便第一导流构件和第二导流构件的安装。

作为所述第一导流构件的一种具体结构，该第一导流构件采用在安装后将所述各已过滤物通道的相应端口封闭且同时使各待过滤物通道的输入端敞开的端盖；该端盖上具有分别与各已过滤物通道的相应端口适配的密封件以及分别与各待过滤物通道的输入端对应导通的通孔。显然，端盖式的第一导流构件具有便于安装的优点。当然，第一导流构件也可以采用其他结构，例如，第一导流构件可由多个分别与各已过滤物通道的相应端口适配的堵头构成。

所述第二导流构件包括在安装后将所述各已过滤物通道的输出端封闭且同时使各待过滤物通道的输出端敞开的端板，以及分别穿过所述端板而与各已过滤物通道的输出端导通的排放歧管和将这些排放歧管与所述输出口连通的排放总管；所述端板上具有分别与各待过滤物通道的输出端对应导通的通孔及与各已过滤物通道的输出端适配的密封结构。端板上与各已过滤物通道的输出端适配的密封结构可以是在烧结多孔膜过滤元件底边与端板之间的缝隙处涂覆的密封胶、密封泥，但最好采用在端板上设置分别与各烧结多孔膜过滤元件的底边相适配的卡槽，并在卡槽内设密封材料的形式。所述端板也可由多个分别与各已过滤物通道的输出端适配的堵头替代。

上述膜过滤装置中的烧结多孔膜过滤元件最好为矩形，但也可以为圆形、正五边、正六边形等多种形状。当烧结多孔膜过滤元件为非矩形时，所述的格栅状定位板、第一导流构件以及第二导流构件的形状均应当进行相应调整。

为确保本发明膜过滤装置中的板状烧结多孔膜过滤元件具有较高的过滤效率，若设板状烧结多孔膜过滤元件的平面长度为L，平面宽度为W，过滤面积为S，厚度为H，则所述平面长度L与平面宽度W满足于L∶W＝(1-5)∶1，所述过滤面积S满足于0.25m²≤S≤3m²，所述过滤面积S与厚度H满足于S^1/2∶H＝(200－800)∶1。这种结构的板状烧结多孔膜过滤元件具有合理的长宽比和较薄的相对厚度，既便于制造、安装和使用，同时又能够保证较高的过滤效率。

进一步的，所述过滤面积S与厚度H满足于S^1/2∶H＝(300－800)∶1。

进一步的，所述过滤面积S与厚度H满足于S^1/2∶H＝(300－700)∶1。

进一步的，所述过滤面积S与厚度H满足于S^1/2∶H＝(400－700)∶1。

进一步的，所述过滤面积S与厚度H满足于S^1/2∶H＝(400－600)∶1。

进一步的，所述过滤面积S与厚度H满足于S^1/2∶H＝(450－550)∶1。

进一步的，所述过滤面积S满足于0.64m²≤S≤2m²。

进一步的，所述过滤面积S满足于1m²≤S≤1.5m²。

进一步的，所述平面长度L与平面宽度W满足于L∶W＝(1-2)∶1。

进一步的，所述烧结多孔膜过滤元件可选自钛铝合金多孔材料、铁铝合金多孔材料、镍铝合金多孔材料中的一种。

为确保本发明膜过滤装置中的板状烧结多孔膜过滤元件的安装数量，板状烧结多孔膜过滤元件的间距为60mm－200mm。

本发明下面还要提供一种既便于制造，又能够保证较高过滤效率的烧结多孔膜过滤元件。

该烧结多孔膜过滤元件其形状为板状，若设板状烧结多孔膜过滤元件的平面长度为L，平面宽度为W，过滤面积为S，厚度为H，则所述平面长度L与平面宽度W满足于L∶W＝(1-5)∶1，所述过滤面积S满足于0.25m²≤S≤3m²，所述过滤面积S与厚度H满足于S^1/2∶H＝(200－800)∶1。这种结构的板状烧结多孔膜过滤元件具有合理的长宽比和较薄的相对厚度，既便于制造、安装和使用，同时又能够保障良好的过滤效率。

进一步的，所述过滤面积S与厚度H满足于S^1/2∶H＝(300－800)∶1。

进一步的，所述过滤面积S与厚度H满足于S^1/2∶H＝(300－700)∶1。

进一步的，所述过滤面积S与厚度H满足于S^1/2∶H＝(400－700)∶1。

进一步的，所述过滤面积S与厚度H满足于S^1/2∶H＝(400－600)∶1。

进一步的，所述过滤面积S与厚度H满足于S^1/2∶H＝(450－550)∶1。

进一步的，所述过滤面积S满足于0.64m²≤S≤2m²。

进一步的，所述过滤面积S满足于1m²≤S≤1.5m²。

进一步的，所述平面长度L与平面宽度W满足于L∶W＝(1-2)∶1。

进一步的，板状烧结多孔膜过滤元件为矩形。

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为本发明膜过滤装置的内部结构示意图。

图2为本发明膜过滤装置的立体组装示意图。

图3为本发明膜过滤装置中第二导流构件部分的立体结构示意图。

图4为本发明烧结多孔膜过滤元件的结构示意图。

图3中的虚线部分表示图3的视角中看不到但实际存在的结构。

具体实施方式

如图1所示，膜过滤装置包括由外壳100构成的容器和安装在该容器中的多个烧结多孔膜过滤元件111，所述外壳100上设有输入口160、输出口170和排渣口180；如图1、2所示，烧结多孔膜过滤元件111的形状均为矩形板状，这些烧结多孔膜过滤元件111分别经导向结构插入式安装在容器中并平行且横向间隔排列（间距为60mm－200mm）进而形成栅板式膜过滤组件110；如图2所示，所述导向结构包括数对分别与各烧结多孔膜过滤元件111一一对应的卡槽，每对卡槽均由分别设置在所述容器相对两内侧壁上且彼此对应的卡槽191所组成，所述卡槽191与相应烧结多孔膜过滤元件111的侧边相适配，且卡槽191内设有密封材料，上述各对卡槽是由在容器相对两内侧壁上分别安装的格栅状定位板190所形成；如图1所示，任意一个烧结多孔膜过滤元件111与其旁侧相邻的烧结多孔膜过滤元件111之间均构成流道，任意相邻两个流道中的其中一个为待过滤物通道112，另一个为已过滤物通道113，相邻的待过滤物通道112与已过滤物通道113经由它们之间的烧结多孔膜过滤元件111以及该烧结多孔膜过滤元件111边缘处的密封结构形成一个膜过滤单元；如图1、2所示，所述栅板式膜过滤组件110的上端设有用于将从所述输入口160进入容器中的流体分别导入各待过滤物通道112的输入端而不导入已过滤物通道113的第一导流构件，该第一导流构件采用在安装后将所述各已过滤物通道113的相应端口封闭且同时使各待过滤物通道112的输入端敞开的端盖120，该端盖120上具有分别与各已过滤物通道113的相应端口适配的密封件122以及分别与各待过滤物通道112的输入端对应导通的通孔121；如图1、2和3所示，栅板式膜过滤组件110的下端设有用于将从已过滤物通道113的输出端排出的流体导入所述输出口170的第二导流构件，所述第二导流构件包括在安装后将所述各已过滤物通道113的输出端封闭且同时使各待过滤物通道112的输出端敞开的端板130，以及分别穿过所述端板130而与各已过滤物通道113的输出端导通的排放歧管140和将这些排放歧管140与所述输出口170连通的排放总管150，所述端板130上具有分别与各待过滤物通道112的输出端对应导通的通孔131，分别与各烧结多孔膜过滤元件111的底边相适配的卡槽132，此卡槽132内设有密封材料；上述格栅状定位板190安装在端板130上，端盖120安装在格栅状定位板190上，格栅状定位板190与端盖120和端板130之间可分别通过螺纹紧固件联接固定，保证设备整体性；如图1所示，所述排渣口180与待过滤物通道112的输出端之间形成排渣通道。

在上述膜过滤装置的过滤状态下，排渣口180的控制阀门关闭，输入口160和输出口170的控制阀门开启，流体200从容器的输入口160进入膜过滤装置中，然后在端盖120的分配下分别进入各待过滤物通道112；每一个膜过滤单元中，流体中一部分物质从待过滤物通道112通过烧结多孔膜过滤元件111而进入已过滤物通道113，而被烧结多孔膜过滤元件111截留下来的物质则随着流体继续向待过滤物通道112的输出端运动；从已过滤物通道113的输出端排出的流体通过排放歧管140、排放总管150最后从容器的输出口170排出，从待过滤物通道112的输出端排出的流体则聚集在排渣口180，由于排渣口180处于关闭状态，保证了膜过滤装置容器内的压力，从而产生了驱动流体200从烧结多孔膜过滤元件111中通过的跨膜压差。排渣状态下，打开排渣口180的控制阀门即可。膜再生状态下，关闭排渣口180和输入口160的控制阀，反冲介质在反冲器的作用下从输出口170反向回流，从而对烧结多孔膜过滤元件111进行反冲净化再生。

对比例1

在现有标准FeAl膜过滤装置中，每平方米面积内安装有48根管状烧结多孔FeAl膜过滤元件，每根过滤元件的外径为60mm，长度为1.5m，厚度为3mm。经计算，该FeAl膜过滤装置中每平方米面积内FeAl膜过滤元件过滤面积为0.06×3.14×1.5×48＝13.56m³。

实施例1

矩形板状烧结多孔FeAl膜过滤元件的平面长度L为1000mm，平面宽度W为1000mm，厚度H为1.25mm，计算得到过滤面积S为1m³，S^1/2∶H＝800∶1；板状烧结多孔FeAl膜过滤元件之间的间距选择60mm。经计算，该FeAl膜过滤装置中每平方米面积内板状烧结多孔FeAl膜过滤元件过滤面积为15×1＝15m³。

结论：在相同的滤芯安装面积中，实施例1的膜过滤装置相比于对比例1的膜过滤装置过滤面积更大，过滤元件的厚度更薄，因此过滤效率有所提高。

实施例2

矩形板状烧结多孔FeAl膜过滤元件的平面长度L为3000mm，平面宽度W为1000mm，厚度H为3mm，计算得到过滤面积S为3m³，S^1/2∶H≈577∶1；板状烧结多孔FeAl膜过滤元件之间的间距选择100mm。

实施例1、2的矩形板状烧结多孔FeAl膜过滤元件均是在压力机上直接压制成型后再经烧结后制备得到。在压力机上先后试制了10件实施例1、2的矩形板状烧结多孔FeAl膜过滤元件，成品率均为100％。经测量，实施例1的矩形板状烧结多孔FeAl膜过滤元件厚度平均误差小于0.03mm；实施例1的矩形板状烧结多孔FeAl膜过滤元件厚度平均误差小于0.05mm。

Claims (7)

1.膜过滤装置，包括由外壳(100)构成的容器和安装在该容器中的多个烧结多孔膜过滤元件(111)，所述外壳(100)上设有输入口(160)、输出口(170)和排渣口(180)，其特征在于：所述烧结多孔膜过滤元件(111)的形状均为板状，这些板状烧结多孔膜过滤元件(111)平行且间隔排列进而形成栅板式膜过滤组件(110)；任意一个烧结多孔膜过滤元件(111)与其旁侧相邻的烧结多孔膜过滤元件(111)之间均构成流道，任意相邻两个流道中的其中一个为待过滤物通道(112)，另一个为已过滤物通道(113)，相邻的待过滤物通道(112)与已过滤物通道(113)经由它们之间的烧结多孔膜过滤元件(111)以及该烧结多孔膜过滤元件(111)边缘处的密封结构形成一个膜过滤单元；所述栅板式膜过滤组件(110)的一端设有用于将从所述输入口(160)进入容器中的流体分别导入各待过滤物通道(112)的输入端而不导入已过滤物通道(113)的第一导流构件，栅板式膜过滤组件(110)的另一端设有用于将从已过滤物通道(113)的输出端排出的流体导入所述输出口(170)的第二导流构件；所述排渣口(180)与待过滤物通道(112)的输出端之间形成排渣通道；其中的烧结多孔膜过滤元件(111)为矩形；所述第一导流构件采用在安装后将所述各已过滤物通道(113)的相应端口封闭且同时使各待过滤物通道(112)的输入端敞开的端盖(120)；该端盖(120)上具有分别与各已过滤物通道(113)的相应端口适配的密封件(122)以及分别与各待过滤物通道(112)的输入端对应导通的通孔(121)；所述第二导流构件包括在安装后将所述各已过滤物通道(113)的输出端封闭且同时使各待过滤物通道(112)的输出端敞开的端板(130)，以及分别穿过所述端板(130)而与各已过滤物通道(113)的输出端导通的排放歧管(140)和将这些排放歧管(140)与所述输出口(170)连通的排放总管(150)；所述端板(130)上具有分别与各待过滤物通道(112)的输出端对应导通的通孔(131)及与各已过滤物通道(113)的输出端适配的密封结构。

2.如权利要求1所述的膜过滤装置，其特征在于：所述烧结多孔膜过滤元件(111)分别经导向结构插入式安装在容器中；所述导向结构包括数对分别与各烧结多孔膜过滤元件(111)一一对应的卡槽，每对卡槽均由分别设置在所述容器相对两内侧壁上且彼此对应的卡槽(191)所组成，所述卡槽(191)与相应烧结多孔膜过滤元件(111)的侧边相适配，且卡槽(191)内设有密封材料。

3.如权利要求2所述的膜过滤装置，其特征在于：所述容器相对两内侧壁上分别安装有用于形成所述各对卡槽的格栅状定位板(190)。

4.如权利要求1所述的膜过滤装置，其特征在于：所述端板(130)上具有分别与各烧结多孔膜过滤元件(111)的底边相适配的卡槽(132)，此卡槽(132)内设有密封材料。

5.如权利要求1、2或3所述的膜过滤装置，其特征在于：若设烧结多孔膜过滤元件(111)的平面长度为L，平面宽度为W，过滤面积为S，厚度为H，则所述平面长度L与平面宽度W满足于L:W＝(1-5):1，所述过滤面积S满足于0.25m²≤S≤3m²，所述过滤面积S与厚度H满足于S^1/2:H＝(200－800):1。

6.如权利要求5所述的膜过滤装置，其特征在于：所述过滤面积S满足于0.64m²≤S≤2m²。

7.如权利要求5所述的膜过滤装置，其特征在于：所述平面长度L与平面宽度W满足于L:W＝(1-2):1。