CN104226120B - 一种无机膜膜组件的并联结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无机膜膜组件的并联结构。其包括两端的给液腔、组件盖和中部的多个支路膜组件，所述给液腔将进料主管或出料主管与各支路膜组件相连接，使得各支路膜组件与进料主管和出料主管平行，且各支路膜组件以进料主管和出料主管为中心沿圆周等距排列。原料液从进料主管通过给液腔的分配、导向和组件盖的导流，均匀垂直于膜组件端面流入和流出膜组件，因而提高了整个并联膜组件和过滤效率，延长了使用寿命。

Description

一种无机膜膜组件的并联结构

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，具体涉及一种无机膜膜组件的并联结构。这种结构具有使各并联支路膜组件地位均等，分流均匀平缓，原料液流入和流出各支路膜组件时具有均匀垂直于膜组件端面的特点，提高了整个并联膜组件的使用寿命和过滤效率。

背景技术

膜分离技术已经成为国际上公认的21世纪最具应用前景的高新技术之一。相对于传统的分离、提纯、过滤技术，膜分离技术具有高效、节能、环保、无相变、过程简单、易于操控等一系列优点，得到世界各国的普遍关注和广泛的研究应用。尤其是无机膜，以陶瓷膜、金属膜为代表，因其耐高温、耐化学腐蚀、机械强度高、抗微生物能力强、可清洗性强、使用寿命长等优点，近年来得到迅速发展，在食品工业、生物工程、环境工程、化学工业、石油化工、冶金工业等领域得到了广泛的应用。

膜组件是膜分离的基本单元。如图1所示，膜组件将一个或多个膜元件有序组合安装在一起，形成进行膜分离的组合构件。膜组件一般要求具有良好的机械稳定性、化学稳定性和热稳定性；流体分布均匀，无死角；装填密度大、过滤效率高；制造成本低；易于清洗；压力损失小等特点。

无机膜过滤分离一般采用管式膜组件，为了具有较大的处理能力，膜组件中通常并列安装多根膜管，即多芯膜组件。如美国专利No.2001/0013272A1所公开的数个多通道膜管并列安装在一个膜组件中；中国专利CN 1556731A所公开的一种多个单管陶瓷膜的膜组件。从工业应用中，大型管式膜组件的直径可达一米以上，组件中的膜管数可达数百根。为了大型组件内的流体分布均匀，通常需要设计分流管、导流管等流体分布构件，如中国专利CN 202036925U所述的一种管式蜂窝陶瓷过滤膜组件。

为了满足工业上对处理能力和处理效率的要求，工业应用中出现了大型串并联膜组件。图2所示是一种膜组件并排并列示意图，有三个并联支路，每个支路有一个组件。这种原料液主管与各支路组件垂直的料液分配结构被普遍采用。但此结构在应用存在以下问题：各支路的压力、流速和流量分布不均，导致各支路的工作效率不一，且各支路膜管的污染程度不一；原料液流入各支路时速度方向不垂直于膜组件端面，即速度方向不与膜管过滤通道方向一致，导致膜管端部通道表面的膜层容易冲刷损坏。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新的无机膜膜组件的并联结构，使并联的各支路膜组件地位均等，过滤条件一致，原料液能够均匀且垂直于膜组件端面流入流出膜组件，以提高整个无机膜膜组件和过滤效率，延长使用寿命。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种无机膜膜组件的并联结构，包括两端的给液腔、组件盖和中部的多个支路膜组件，所述给液腔将进料主管或出料主管与各支路膜组件相连接，使得各支路膜组件与进料主管和出料主管平行，且各支路膜组件以进料主管和出料主管为中心沿圆周等距排列。

给液腔是本发明的核心之一，其设置于两端，分别将进料主管或出料主管与各支路组件相连接，使得各支路膜组件与进料主管和出料主管平行，且各支路膜组件以进料主管和出料主管为中心沿圆周等距排列，原料液可以平缓、均等、均匀地流入和流出各支路膜组件。在本发明中，进料主管和出料主管在一条直线上。

所述给液腔包括主管连接端、分流管、流线型导流管、第一直段圆管和第二直段圆管。

所述第一直段圆管和第二直段圆管之间设置圆锥段管；优选地，所述圆锥段管的圆锥角不大于120°。膜组件内由于膜管的填充，流体流通面积较小，为了减小膜组件内与流线型导流管内料液流速的差异而设计了圆锥段管。

原料液从主管连接端流入后，经过分流管将料液分流，均等流入流线型导流管，再流经第一直段圆管、圆锥段管和第二直段圆管，实现将从进料主管流入的原料液均等分配，平缓地流向各支路膜组件。

所述分流管是在与主管连接端连接的实心圆台上以进料主管为中心，沿圆周等距地切割出与流线型导流管等径、与圆台母线平行的圆柱管腔，圆柱管腔与流线型导流管对应。

所述膜组件内设置有膜管。

所述膜组件筒体上设置有出液口，经过膜管过滤的澄清过滤液从膜组件筒体的出液口流出。

所述膜组件筒体上设置有反冲洗口，反冲洗口连接反冲洗装置。

所述组件盖内设置有与所述膜管对应的导流管，使得经过给液腔分配导流到各支路的原料液，经过组件盖导流管时再次分配和导流。

组件盖是本发明的另一重要构件，其作用除了用于固定安装膜管外，组件盖上的与膜管对应的导流管有助于料液能够均匀垂直流入膜管。

所述膜管与组件盖间采用线密封与面密封结合的密封形式。

所述膜组件为规格相同的单芯或者多芯膜组件。

各支路为单个膜组件，或由多个膜组件串联组成。

并联的支路的数量为2-6个。

所述的膜管按形状分类，可选择单通道、多通道或蜂窝体无机膜管。

与已有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：

(1)各支路膜组件不分主次，过滤条件相同，便于反冲洗和提高整体过滤效率。

并联的各支路膜组件与进料主管和出料主管平行，并且以进料主管和出料主管为中心沿圆周等距排列，所以各并联支路膜组件的地位均等。再通过给液腔的分配导流，各并联支路膜组件的过滤条件一致，且组件内流体分布基本均匀，解决了因流体分布不均引起的部分支路和膜管过滤效率低的问题。同时，相同的过滤条件下各膜管的污染程度相同，有利于反冲洗。这样有利于提高整个并联膜组件的过滤效率。

(2)减小了膜管端部过滤通道的冲刷损坏，延长了膜管的使用寿命。

通过给液器和组件盖导流管的导流，原料液能够均匀且垂直于膜组件端面流入流出膜组件，因此料液流动方向与膜管过滤通道方向一致，减小了料液流入膜管时对膜管端部过滤通道的冲刷损坏，延长了膜组件内膜管的使用寿命。

附图说明

图1为当前工业应用中普遍使用的单个陶瓷膜膜组件结构示意图。

图2为当前工业应用中普遍使用的多个陶瓷膜膜组件串并联结构示意图。

图3为本发明的四个陶瓷膜膜组件并联结构示意图，其中(a)是整体示意图，(b)是分解示意图。

图4为本发明的四个陶瓷膜膜组件并联结构的给液腔结构图，其中(a)是立体示意图，(b)是平面示意图，(c)是B-B向剖面图。

图5为本发明的组件盖结构图，其中(a)是平面示意图，(b)是A-A向示意图，(c)是立体示意图。

图6为本发明的三个陶瓷膜膜组件并联结构示意图。

图7为本发明的八个陶瓷膜膜组件“四并两串”联结构示意图。

图中：1-给液腔；2-组件盖；3-膜组件；

1.1-主管连接端；1.2-分流管；1.3-流线型导流管；1.4-第一直段圆管；1.5-圆锥段管；1.6-第二直段圆管；2.1-法兰；2.2-台阶孔；2.3-导流管；3.1-反冲洗口；3.2-出液口。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

一种无机膜膜组件的并联结构，包括两端的给液腔1、组件盖2和中部的多个支路膜组件3，所述给液腔1将进料主管或出料主管与各支路膜组件3相连接，使得各支路膜组件3与进料主管和出料主管平行，且各支路膜组件3以进料主管和出料主管为中心沿圆周等距排列。

所述给液腔1包括主管连接端1.1、分流管1.2、流线型导流管1.3、第一直段圆管1.4、圆锥段管1.5和第二直段圆管1.6；所述圆锥段管1.5的圆锥角不大于120°。

所述分流管1.2是在与主管连接端1.1连接的实心圆台上以进料主管为中心，沿圆周等距地切割出与流线型导流管1.3等径、与圆台母线平行的圆柱管腔，圆柱管腔与流线型导流管1.3对应。

所述膜组件3内设置有膜管。所述膜组件3筒体上设置有出液口3.2；所述膜组件3筒体上设置有反冲洗口3.1。

所述组件盖2内设置有与所述膜管对应的导流管2.3。

所述膜管与组件盖间的密封采用线密封与面密封结合的密封形式。

所述膜组件3为规格相同的单芯或者多芯膜组件。

各支路为单个膜组件，或由多个膜组件串联组成。

并联的支路的数量为2-6个。

所述的膜管是单通道、多通道或蜂窝体无机膜管。

如图3所示，原料液从进料主管流入，通过给液腔1的分配和导流，一分为四平缓均等流入四个支路的膜组件3。组件盖2安装在给液腔1和膜组件3筒体之间，作用一是通过膜组件3筒体两端的组件盖2固定安装膜管，作用二是通过组件盖2上的与膜管对应的导流管使得料液能够均匀垂直流入膜管。经过膜管过滤的澄清过滤液从膜组件3筒体的出液口3.2流出，流经膜管过滤通道的浓缩液从各支路膜组件流出后，再经过顶端的给液腔1汇聚流出。反冲洗口3.1用于连接反冲洗装置。

给液腔可以为如图4所示的结构。图中主管连接端1.1通过法兰与进料主管连接。分流管1.2是在与主管连接端1.1连接的实心圆台上以进料主管为中心，沿圆周等距地切割出与流线型导流管1.3等径、与圆台母线平行的圆柱管腔，圆柱管腔与流线型导流管1.3对应。流线型导流管1.3为近似流线型弯曲的圆管，依次焊接第一直段圆管1.4、圆锥段管1.5和第二直段圆管1.6。第一直段圆管1.4用来连接流线型导流管1.3和圆锥段管5。圆锥段管的圆锥角不大于120°。第二直段圆管1.6内腔可用来容纳组件盖2的导流管2.3，法兰用来连接组件盖2和膜组件3筒体。

组件盖的结构如图5所示，图中2.1为法兰，用于连接组件盖2、给液腔1和膜组件3筒体。台阶孔2.2用于固定密封膜管。与膜管对应的导流管2.3，有助于料液能够均匀垂直流入膜管。

实施例1

图3所示结构示意图为本发明的无机膜膜组件的并联结构的实施例之一。此实施例为四个膜组件并联的结构，进料主管的内径为150mm，给液腔4个支路管内径为100mm，每个支路膜组件的内径为210mm，长为1m。每个支路的膜组件筒体内安装19根长1m，外径为30mm，通道内径为6mm的7通道陶瓷膜管，膜层平均孔径为800nm。19根膜管在膜组件筒体内成中心圆周等距阵列，即中心1根，第二圈6根，最外侧的第三圈12根。组件盖上导流管与膜管一一对应，导流管的内径为27mm，外径为32mm，伸出长度为50mm。膜管与组件盖间采用线密封与面密封结合的密封形式。

需要进行过滤的原料液流过给液腔时，通过给液腔的分配和导流，一分为四平缓均等流入四个支路。再经过组件盖导流管后均匀垂直地流入膜组件筒体中的膜管过滤通道内。经过膜管过滤的澄清过滤液从膜组件筒体的出液口流出，流经膜管过滤通道的浓缩液从各支路膜组件流出后，再经过给液腔汇聚流出，流出后可以进行回收或者通过循环管路再次进行过滤。

此陶瓷膜过滤结构用于回收钛白粉水洗液中的钛白粉的运行结果表明，四个支路的过滤能力无明显差异，膜组件中膜管端部通道的冲刷损坏明显减弱，延长了膜管使用寿命。

实施例2

图6所示结构示意图为本发明的无机膜膜组件的并联结构的实施例之一。此实施例为三个膜组件并联的结构，进料主管的内径为100mm，给液腔3个支路管内径为60mm，每个支路膜组件的内径为130mm，长为1m。每个支路的膜组件筒体内安装由蜂窝体无机膜管和中空纤维无机膜管组装而成组合型膜管。其中，蜂窝无机膜管的过滤孔道内表面为分离膜层，中空纤维膜管的外表面为分离膜层，中空纤维膜管填充于蜂窝无机膜管的过滤孔道中。蜂窝无机膜管的外径为120mm，长为1m，孔道内径为6mm。中空纤维膜管的外径为5mm，内径2mm，长为1m。膜管与组件盖间采用线密封与面密封结合的密封形式。

需要进行过滤的原料液流过给液腔时，通过给液腔的分配和导流，一分为三平缓均等流入三个支路。再经过组件盖导流管后均匀垂直地流入蜂窝无机膜管的过滤孔道内与中空纤维膜管的外表面之间的间隙，以蜂窝无机膜管的过滤孔道的内表面和中空纤维膜管的外表面为分离膜层进行过滤。过滤分离出的渗透液，进入中空纤维膜管的内通道的部分流入内壳后排出，进入蜂窝无机膜管支撑体的部分流入外壳后排出。流过过滤孔道的浓缩液从各支路膜组件流出后，再经过给液腔汇聚流出，流出后可以进行回收或者通过循环管路再次进行过滤。

此蜂窝无机膜过滤结构用于分离回收骨架镍的运行结果表明，三个支路膜组件运行良好，过滤效率无明显差异，没有发现膜管端部过滤通道明显的冲刷损坏，延长了膜管使用寿命。

实施例3

图7所示结构示意图为本发明的无机膜膜组件的并联结构的实施例之一。此实施例为八个膜组件“四并两串”联的结构，主管的内径为240mm，给液腔4个支路管内径为200mm，每个支路膜组件的内径为420mm，长为1m。每个支路由两个膜组件串联，每个膜组件筒体内安装61根长1m，外径为30mm，通道内径为4mm的19通道陶瓷膜管。膜层平均孔径为200nm。61根膜管在膜组件筒体内成中心圆周等距阵列，即中心1根，从里到外每圈的膜管根数依次为6根、12根、18根、24根。组件盖上导流管与膜管一一对应，导流管的内径为27mm，外径为32mm，伸出长度为50mm。膜管与组件盖间采用线密封与面密封结合的密封形式。

需要进行过滤的原料液流过给液腔时，通过给液腔的分配和导流，一分为四平缓均等流入四个支路。再经过组件盖导流管后均匀垂直地流入膜组件筒体中的膜管过滤通道内。经过膜管过滤的澄清过滤液从膜组件筒体的出液口流出，流经膜管过滤通道的浓缩液从各支路第一个膜组件流出后，进入串联的第二个膜组件再次进行过滤。从各支路流出的浓缩液再经过给液腔汇聚，流出后可以进行回收或者通过循环管路再次进行过滤。

此陶瓷膜过滤结构用于过滤钛硅分子筛的运行结果表明，八个膜组件运行良好，四个支路过滤效率无明显差异，膜组件中膜管端部通道的无明显冲刷损坏，延长了膜管使用寿命。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征以及方法，但本发明并不局限于上述详细结构特征以及方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征以及方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种无机膜膜组件的并联结构，其特征在于，包括两端的给液腔(1)、组件盖(2)和中部的多个支路膜组件(3)；所述给液腔(1)将进料主管或出料主管与各支路膜组件(3)相连接，使得各支路膜组件(3)与进料主管和出料主管平行，且各支路膜组件(3)以进料主管和出料主管为中心沿圆周等距排列；

所述给液腔(1)包括主管连接端(1.1)、分流管(1.2)、流线型导流管(1.3)、第一直段圆管(1.4)和第二直段圆管(1.6)；

所述第一直段圆管(1.4)和第二直段圆管(1.6)之间设置圆锥段管(1.5)；

所述膜组件(3)内设置有膜管；

所述分流管(1.2)是在与主管连接端(1.1)连接的实心圆台上以进料主管为中心，沿圆周等距地切割出与流线型导流管(1.3)等径、与圆台母线平行的圆柱管腔，圆柱管腔与流线型导流管(1.3)对应。

2.如权利要求1所述的并联结构，其特征在于，所述圆锥段管(1.5)的圆锥角不大于120°。

3.如权利要求1所述的并联结构，其特征在于，所述膜组件(3)筒体上设置有出液口(3.2)。

4.如权利要求1所述的并联结构，其特征在于，所述膜组件(3)筒体上设置有反冲洗口(3.1)。

5.如权利要求1所述的并联结构，其特征在于，所述组件盖(2)内设置有与所述膜管对应的导流管(2.3)。

6.如权利要求1所述的并联结构，其特征在于，所述膜管与组件盖(2)间采用线密封与面密封结合的密封形式。

7.如权利要求1所述的并联结构，其特征在于，所述膜组件(3)为规格相同的单芯或者多芯膜组件。

8.如权利要求1所述的并联结构，其特征在于，各支路为单个膜组件，或由多个膜组件串联组成。

9.如权利要求1所述的并联结构，其特征在于，并联的支路的数量为2-6个。

10.如权利要求4所述的并联结构，其特征在于，所述的膜管是单通道、多通道或蜂窝体无机膜管。