CN105597547B - 一种套管式膜组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种套管式膜组件，所述套管式膜组件包括管壳、位于管壳一端的封头、位于管壳另一端的夹套筒体和夹套封盖，所述封头上设有渗透侧出口，所述夹套筒体上设有原料进口和渗余侧出口，所述管壳内设有第一隔板、若干膜管及套设于膜管外的膜管夹套。本发明的套管式膜组件可用于混合物料的分离，其结构设计巧妙，能够避免物料在膜组件内走短路，膜管表面的物料流动状态可调，同时也避免了物料直接对膜管的冲刷。

Description

一种套管式膜组件

技术领域

本发明涉及蒸汽渗透、气体膜分离等技术领域，尤其涉及一种套管式膜组件。

背景技术

膜分离技术具有分离效率高、能耗较低、过程简单、易与其它工艺组合使用等特点，近些年来发展迅速，已经成为解决当前人类面临的能源、资源、环境等关键问题的重要手段，成为世界各国科学家研究的热点。膜分离主要是利用混合物中各组分在材料中物理和化学性质的差异来实现混合物的分离过程，应用于分离的膜主要有管式膜以及平板膜，一般管式膜主要应用于中高压的分离过程，而平板膜主要应用于中低压的分离过程，相对于平板膜，管式膜更具有工业化意义。在实际使用过程中，管式膜需要装配在膜组件中构成成套膜组件才能满足工业化应用，因此膜组件是管式膜应用的基础。

在膜组件的设计过程中，必须考虑到物料在膜组件内部的流向分布以及浓差极化，物料尤其是气体在膜组件内的流动实现充分无死角分布，方可最大化发挥管式膜的效能。在膜分离过程中，被膜截留物质膜表面积累，使得膜表面被截留物质浓度高于物料主体浓度，会导致膜表面被截留物质向物料主体反向扩散流动，这种现象就是浓差极化，浓差极化会影响膜元件的分离性能，膜组件设计时须充分考虑。

有鉴于此，有必要提出一种套管式膜组件。

发明内容

为了解决目前物料在组件易形成短路，膜管表面的物料流动状态不可调以及物料长期对膜管直接冲刷易使膜受损等技术问题。本发明的目的在于提供一种套管式膜组件，可充分实现混合物的分离，尤其是气体混合物，在膜组件内部流向无死角分布，最大化发挥膜元件的功能；同时管式膜的螺纹管之间间距和深度可调，改变混合物料在膜表面的流动状态，充分实现混合物在膜表面的紊流，减轻浓差极化的影响，同时膜管夹套的存在也避免了物料长期对膜管的直接冲刷而使膜管受损的情况。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种套管式膜组件，所述套管式膜组件包括管壳、位于管壳一端的封头、位于管壳另一端的夹套筒体和夹套封盖，所述封头上设有渗透侧出口，所述夹套筒体上设有原料进口和渗余侧出口，所述管壳内设有第一隔板、若干膜管及套设于膜管外的膜管夹套。

作为本发明的进一步改进，所述管壳与夹套筒体之间设有第二隔板，所述管壳上设有管壳分流进口和管壳分流出口，所述第二隔板、夹套筒体上的原料进口、夹套筒体上的渗余侧出口、管壳分流进口、管壳分流出口构成了一个完整的导流结构。

作为本发明的进一步改进，所述管壳两端分别对应设有用于固定膜管的第一管板与第二管板、以及第一压板和第二压板。

作为本发明的进一步改进，所述第一管板与第一压板、以及第二管板与第二压板在管壳外分别通过法兰和配套螺栓连接，在管壳内与膜管连接时采用O型圈或者石墨填料环进行密封，并采用螺栓固定。

作为本发明的进一步改进，所述管壳材质为不锈钢材料、玻璃钢或工程塑料。

作为本发明的进一步改进，所述膜管上的膜为陶瓷膜或陶瓷复合膜，陶瓷复合膜为聚合物/陶瓷复合膜、分子筛/陶瓷复合膜、或混合基质材料/陶瓷复合膜。

作为本发明的进一步改进，所述膜管为单管式或多通道式。

作为本发明的进一步改进，所述膜管夹套为直管或螺纹管，所述膜管夹套的管壁设有若干开孔。

作为本发明的进一步改进，所述膜管夹套为螺纹管，螺纹管的螺纹间距与螺纹管直径比范围为0.1~1，螺纹深度与螺纹管直径比范围为0.001~0.1。

作为本发明的进一步改进，所述套管式膜组件所分离的介质为气体混合物或液体混合物。

本发明的有益效果是：

在膜管外部设有膜管夹套，并在膜管夹套上开有开孔，减少物料对膜管表面的直接冲刷和磨损；

在管壳上设置分流进口和分流出口，在夹套筒体上设有原料进口和渗余侧出口以及在管壳与夹套筒体之间设置的第二隔板，通过这种独特的导流结构来控制物料的流动情况，使得物料必须从管壳的进口进入膜组件，经膜分离、渗透物料在封头处得到收集，渗余的物料则从管壳的出口流出，有效的避免物料在组件中走短路的现象；

通过调节膜管夹套上开孔的大小以及螺纹管间距和深度，使得物料在膜管表面的流动情况可调，充分实现混合物在膜表面的紊流，从而减轻浓差极化的影响。

附图说明

图1为本发明一具体实施方式中套管式膜组件的剖面结构示意图。

图2a为图1中套管式膜组件沿A-A向的单管式膜管的截面图；图2b为本发明另一实施方式中四根多通道式膜管的截面图。

图3为图1中套管式膜组件沿B-B向的截面图。

图4a、4b、4c分别为图1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ局部剖视图。

其中：

1、封头，2、第一压板，3、法兰，4、第一管板，5、管壳，6、膜管夹套，7、膜管，8、夹套筒体，9、夹套封盖，10、O型圈，11、第一隔板，12、第二管板，13、第二压板，14、第二隔板，D、原料进口，E、渗余侧出口，F、管壳分流进口，G、管壳分流出口，N1、渗透侧出口。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

本发明一具体实施方式中公开了一种套管式膜组件，用于分离介质，该介质可以为气体混合物或液体混合物，本实施方式中优选以分离气体混合物为例进行说明。

参图1所示，套管式膜组件包括管壳5、位于管壳一端的封头1、位于管壳另一端的夹套筒体8和夹套封盖9，管壳5内设有若干膜管7、套设于膜管外的膜管夹套6以及第一隔板11。其中，封头1上设有渗透侧出口N1，夹套筒体8上设有原料进口D和渗余侧出口E，原料进口和渗余侧出口，分别用来进气和出气。

结合图3所示，管壳5与夹套筒体8之间设有第二隔板14，夹套筒体8上设有原料进口D和渗余侧出口E，管壳5上设有管壳分流进口F和管壳分流出口G。待分离的物质从原料进口D进入后只能从管壳分流进口F进入夹套筒体，待分离的物质在膜管内实现分离的过程，最后，未透过膜的物质从管壳分流出口G出来，并在渗余侧出口E被收集，在此过程中第二隔板14、原料进口D、渗余侧出口E、管壳分流进口F、管壳分流出口G构成了一个完整的导流结构，避免了待分离的物质在筒体内走短路。

参图1并结合图4a~4c所示，管壳5两端分别对应设有用于固定膜管7的第一管板4与第二管板12、以及第一压板2和第二压板13。封头1与管壳5用第一管板4和第一压板2隔开，并在管壳外采用法兰3和第一管板4上的法兰，通过配套螺栓将封头1与管壳5连接；管壳内的第一管板4和第一压板2、第二管板12和第二压板13之间分别通过螺栓固定，并用O型圈10密封，以防原料气进入封头内。

管壳内设有第一隔板11、膜管7及套在膜管外的膜管夹套6，其中第一隔板11将管壳分为两个室，分别为原料室和渗余物料室。膜管夹套6与第一隔板11之间采用焊接的方式连接，以防进气物料在组件内走短路直接从渗余侧出口E出。第一管板4、第二管板12和第一压板2、第二压板13用于固定膜管夹套6，管式膜管的两端分别插入第一管板4、第二管板12上位置对应孔中套上O型圈10，插入第一压板2、第二压板13上位置对应的孔中，第一管板4、第二管板12和第一压板2、第二压板13上所打孔的直径不小于膜管7的外径。

在其他实施方式中，管壳内与膜管连接时也可以采用石墨填料环代替O型圈进行密封，并采用螺栓固定。

优选地，本实施方式中管壳材质包括但不限于不锈钢材料、玻璃钢或工程塑料，优选不锈钢。膜管上的膜为陶瓷膜或陶瓷复合膜，陶瓷复合膜包括但不限于聚合物/陶瓷复合膜、分子筛/陶瓷复合膜、混合基质材料/陶瓷复合膜等。

膜管夹套6为直管或螺纹管，膜管夹套6的管壁设有若干开孔，物料通过开孔进入膜管从而完成分离，膜管夹套6与第一隔板11之间采用焊接来实现密封，以防进气物料在组件内走短路直接从渗余侧出口E处。

本实施方式中膜管夹套为螺纹管，螺纹管的螺纹间距与螺纹管直径比范围为0.1~1，螺纹深度与螺纹管直径比范围为0.001~0.1，可通过改变螺纹深度和间距来调节物料在膜管表面的流动状态。

本发明中套管式膜组件的膜管为单管式或多通道式，参图2a所示，本实施方式中为单管式，将膜管并联装填成六边形为例进行说明，在其它实施方式中可以为多通道式，如图2b所示，由四根多通道式膜管构成的膜组件。

本实施方式中套管式膜组件的分离过程如下：

膜组件运行时，原料首先从夹套筒体8原料进口D进入，并通过管壳5的导流口进入膜组件内，在导流结构辅助下通过膜管夹套6管壁进气口进入膜管7，通过膜管7分离出渗透气和渗余气，渗透气在封头1内汇集从渗透侧出口N1流出；渗余气从螺旋式膜管夹套8流出，最终从渗余侧出口E处流出。

若膜管7出现性能下降或损坏，将第一压板2和第二压板13取下，可方便的取出损坏的膜管，装入新的膜管，再将第一压板2和第二压板13装上，即可投入使用。

由上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

在膜管外部设有膜管夹套，并在膜管夹套上开有开孔，减少物料对膜管表面的直接冲刷和磨损；

在管壳上设置分流进口和分流出口，在夹套筒体上设有原料进口和渗余侧出口以及在管壳与夹套筒体之间设置的第二隔板，通过这种独特的导流结构来控制物料的流动情况，使得物料必须从管壳的进口进入膜组件，经膜分离、渗透物料在封头处得到收集，渗余的物料则从管壳的出口流出，有效的避免物料在组件中走短路的现象；

通过调节膜管夹套上开孔的大小以及螺纹管间距和深度，使得物料在膜管表面的流动情况可调，充分实现混合物在膜表面的紊流，从而减轻浓差极化的影响。

综上所述，本发明的套管式膜组件可用于混合物料的分离，其结构设计巧妙，能够避免物料在膜组件内走短路，膜管表面的物料流动状态可调，同时也避免了物料直接对膜管的冲刷。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种套管式膜组件，其特征在于，所述套管式膜组件包括管壳、位于管壳一端的封头、位于管壳另一端的夹套筒体和夹套封盖，所述封头上设有渗透侧出口，所述夹套筒体上设有原料进口和渗余侧出口，所述管壳内设有第一隔板、若干膜管及套设于膜管外的膜管夹套;

所述管壳与夹套筒体之间设有第二隔板，所述管壳上设有管壳分流进口和管壳分流出口，所述第二隔板、夹套筒体上的原料进口、夹套筒体上的渗余侧出口、管壳分流进口、管壳分流出口构成了一个完整的导流结构。

2.根据权利要求1所述的套管式膜组件，其特征在于，所述管壳两端分别对应设有用于固定膜管的第一管板与第二管板、以及第一压板和第二压板。

3.根据权利要求2所述的套管式膜组件，其特征在于，所述第一管板与第一压板、以及第二管板与第二压板在管壳外分别通过法兰和配套螺栓连接，在管壳内与膜管连接时采用O型圈或者石墨填料环进行密封，并采用螺栓固定。

4.根据权利要求1所述的套管式膜组件，其特征在于，所述管壳材质为不锈钢材料、玻璃钢或工程塑料。

5.根据权利要求1所述的套管式膜组件，其特征在于，所述膜管上的膜为陶瓷膜或陶瓷复合膜，陶瓷复合膜为聚合物/陶瓷复合膜、分子筛/陶瓷复合膜、或混合基质材料/陶瓷复合膜。

6.根据权利要求1所述的套管式膜组件，其特征在于，所述膜管为单管式或多通道式。

7.根据权利要求1所述的套管式膜组件，其特征在于，所述膜管夹套为直管或螺纹管，所述膜管夹套的管壁设有若干开孔。

8.根据权利要求7所述的套管式膜组件，其特征在于，所述膜管夹套为螺纹管，螺纹管的螺纹间距与螺纹管直径比范围为0.1~1，螺纹深度与螺纹管直径比范围为0.001~0.1。

9.根据权利要求1所述的套管式膜组件，其特征在于，所述套管式膜组件所分离的介质为气体混合物或液体混合物。