CN1062480A - 多管束流体分离装置 - Google Patents

Abstract

一种多管束流体分离装置，含有至少两条呈头对 头线型系列排列并封闭于壳或筒内的空心纤维膜管 束，管束与芯管相通，按这样的方式顺疗连接，即每条 管束的一端与其相邻管束的一端相连，还有将渗透物 输送到渗透物出口的辅助渗透管，筒上有合适的进料 入口，滞留物和渗透物出口。

Description

本发明涉及多管束流体分离装置或模件，用于将流体混合物中的第一种组分与至少另一种组分分开，该装置包括至少两束以头对头或头对盖的构型如管板对端盖、管板对管板及端盖对端盖顺序同轴排列的空心纤维膜，该装置由筒体及环形空心纤维束的内构件组成。

采用膜实现气/气混合物和液/液混合物的分离已经获得多种方法的广泛的工业应用，如超滤、反渗透以及气体分离法。近来，人们特别致力于类似于氧/氮、二氧化碳/甲烷以及氢/甲烷等混合物分离效果很好的气体分离。

空心纤维模构型目前是气体分离中最普遍的膜构型，其工艺条件一般是在大约100～2000psi高压，以及在室温至大约100℃下进行。

现有技术中有大量的实例，用于将含有多种液体或多种气体的流体混合物中的第一种组分与至少另一种组分分离的空心纤维膜流体分离装置。最常见的构型包括采用限定在壳内的单管束空心纤维膜以形成模件。模件（例如带有膜元件的容器）被排列以便引入供料流，提供一穿过膜的透过物的收集部分和一种收集非渗透物/滞留物部分。模件应如此排列以防止料流之间的混合，因此在有些情况下，通过歧管件将若干个模件连接到供料入口和渗透出口以及滞留出口上，对此还有进一步的改进，即在单一壳体中装有多管束，这在以下还要作介绍。

1973年3月27日授权给E.A.Agranat的U.S.3，722，694号专利介绍了一种过滤装置，其中过滤筒成封闭状彼此平行安装。该装置特别适用于超滤分离。

1980年2月5日授权给Yasushi  Joh的U.S，4，187，180号专利披露另一种空心纤维渗透装置，其中空心纤维筒呈封闭状彼此平行安装，所说的封闭包括在呈平行构型安装之空心纤维束的纵向四周向内形成收缩。

1981年9月15日授权给K.H.Lee的U.S.4，289，623号专利介绍了一种渗析器，它有加长的管状筒体和若干室，彼此平行排列，从而使渗析液经过在空心纤维四周的若干个通道之一由筒体的一端流到另一端，从而纵向经其它通道穿来穿去，最后流出筒体。

在上述第三篇专利文献中，空心纤维束呈一定构型安装，纤维束的侧面彼此之间以及与封闭物或筒体之间都呈平行排列。在加长的圆柱形筒体或壳体内纤维束不是按头对头形排列。

1986年12月30日授权给M.J.Coplan等人的U.S.4，632，756号专利介绍了一种由单一圆柱形壳构成的模件，它有若干个与壳体纵向平均延伸的纤维束，由Coplan等人介绍的装置完全不同于以下发明说明书中所描述的本发明的装置，前者装置其构型在给定壳体容积内具有相对低的膜区填充密度，在这篇参考文献中，单一加长筒体或壳体内纤维束没有全部接头对头顺序对中排列。

1981年10月6日授权给M.Sekino等人的U.S.4，293，419号专利介绍了一种基于圆柱形压力容器的装置，该压力容器在基本纵向中心部分由分离件分隔成两个纵向室，在每个室内有空心纤维件，操作时，待处理的流体首先与若干个空心件之一的外部接触，回收渗透物，滞留物进入第二室并开始与第二个空心纤维件的外部接触，由第二个空心纤维件回收渗透液，最后的滞留物被排掉。由于由Sekino等人所介绍的装置提供有与第一纤维件到第二纤维件顺序之滞留物，所以它完全不同于本发明的装置。实际上，U.S.4，293，419图6所示结构就是采用多个双空心纤维件。

1984年5月29日的授权给M.Sekino等人的U.S.4，451，369专利介绍了一种圆柱形多管束渗透器，一般成对安装，含有共同的环形空间，该空间填充有与相邻管板相连的收集件。渗透流经过双通道连接器流入共同渗透液进口管，供料流连序通过纤维束，对于每对纤维束都只有一条共同环形流通道。将共同中心出口管分段，对每条纤维束没有连接件。这种多管束排列方式只限于径向流构型。由第一束出来的滞留物变为下一束的供料。这种排列有很多缺点，每条纤维束暴露于不同组分的进料并在不同的分段/回收处操作，所以就产生不同组分的渗透液。

1987年3月24日授权给J.L.Trimmer的U.S.4，652，373号专利介绍了一种基于改进的管板以生产加工水的缠绕空心纤维渗透器，所说的改进管板被砧孔，其孔切通所有的空心纤维，由于未切断纤维的存在致使损失减少到最低限度。模件的壳体含有两个管束，都以基本径向流的构型处理由同心管件收集来的渗透物和滞留物。

1987年6月2日授权给D.W.Edwards的U.S.4，670，145号专利介绍了一种含有若干个管束和管形件的空心纤维渗透器，管形件包括中间外管和连接并固定在所说中间外管内的内管，中间外管的内部与位于渗透器筒件和中间外管外部之一端的第一通孔相通，所说内管在与第一部分相对的渗透器筒端处与第二通孔相通。管束有一安置在环形管板内的端头，并与环形室相连，该构件可移动地安置在所说的中间外管上。在每个所说环形室之间还要用构件与所说的内管相连，另外，渗透器在筒体内含有第三通孔，筒体与所说管束构件的外部相通，管束基本上呈径向流构型工作。

1988年11月29日公开的JP昭63～291605介绍了一种用于处理被污染水的装置，该发明提供了几种装置，用于提供空气反闪或空气洗涤以除去聚集在大直径空心纤维外表面上的悬浮物，空心纤维呈平行构型排列，并带有分布在整个空心纤维束内的过滤物收集器管。

图1A是本发明多束流体分离装置实例总剖面图，其中将空心纤维膜束线型并连续地置于壳内。用于在分离过程中采用逆流流体流及中央芯管滞留物除去方法中。

图1B～1E是表示图1A的变化并说明至多束构件23中不同流体流型之具体结构的更详细示意图。

图1B表示多管束装置的示意图，一般用于在分离过程中采用并流流体及中央芯管滞留物除去方法中。

图1C表示多管束装置的示意图，一般用于在分离过程中采用径向流体流及中央芯管滞留物除去方法中。

图1D是表示多管束装置的示意图，一般用于在分离过程中采用逆流流体流及外管滞留物除去方法中。

图1E是多管束装置的示意图，一般用于在分离过程中采用逆流流体流及中央芯管滞留物除去方法中。其结构不同于图1A所示的结构，前者的两个内管束呈管板对管板构型，而不是图1A所示的管板对端盖构型。与图1B.1C和1D相应可制成相类似的管板对管板构型。

如U.S.4，865，736所述，图1A～1E中所示多束流体分离装置包括用螺旋卷绕空心纤维制成的纤维管束，以及通过在斜板上封闭隔离筒端部所形成的开孔。不过，人们应理解，本发明的装置不只限于采用螺旋缠绕的筒，其它筒装置也一样可以采用。在图1A～1E所示的流体分离装置中，通过与封闭管束端部相垂直而不是在斜板处的隔空心纤维制成的筒之使用需要某些改进。即需用多孔支撑板（或现有技术中已知的其它部件），以适应支撑筒并分配渗透物流进入辅助的渗透物管及最终渗透物出口，本专业普通技术人员知道，在相邻管束管板界面进行改进是很容易的，采用在平板内而不是在斜角处隔离的封闭端部来调节管束。

图2是沿图1A中A-A和A′-A′线多束流体分离装置之两个末端的放大示意图，更详细地清楚地表示多束模件。

图3是图1A中由符号←B→所代表区段的放大示意图，更详细清楚地表示在模件内将两管束连到一起之区段以及其它构件的结构。

图4是图3所示方案之另一种结构的示意图。

图5是图1D相连管束之端盖界面及管板的放大示意图，更清楚地表示该管束对管束界面的结构。

图6A和图6B是图1E所示表示由管板对管板构型及端盖对端盖构型形成的管束对管束连结的装置之放大图。

图7A和图7B是图1D所示装置的另一种形式，表示由管板对管板构型及端盖对端盖的构型形成的管束对管束连结结构。

本发明涉及含有多个空心纤维管束的流体分离装置。该装置含有至少两个呈线形排列全部用壳体或筒体封闭的空心纤维膜管束。每个空心纤维膜管束含有一端嵌入管板内而相对一端嵌入端盖内的选择流体渗透性能的半渗透空心纤维膜。与壳体及空心纤维膜管束基本平行方向上沿长的是含有流体流构件（10）（开口或孔）的芯管。图1A表示置于管束（1）内的芯管（6）。管束的中央芯管一般用管连接件与其相邻的任意管束的中央芯管相连，连接件的例子如图1A.1B、1C和1D所示，但其它连接件也可以采用。用如放大图4所示的管连接件7将空心纤维膜管束彼此相连。管板及端盖被封闭在如图4所示的圆柱形壳26内。壳含有内通道，以回收空心纤维开口与连接渗透物管之间的渗透物流体，渗透物管一般是位于管束外部，其作用也是确保空心纤维管束彼此安全可靠，为回收壳体外侧的流体而回收排入空心纤维孔的流体。模件的一个终端管束一般在管板端部与第一模件端封连接，模件的第二相对终端管束一般在端盖的端部与第二模件端封连接，模件含有进料流入口元件及渗透物及滞留物流出口元件。

本发明还提供可移动易安装组件，优选的是在压力壳体的外部进行管束对管束连接，连接的管束因此可插进压力壳体成单一整体，也可以从中移出，由于连接只能在看不见的情况下进行而不易检查密封是否合适，所以将一条接一条的管束在长的压力壳体对中并密封是非常难的，本发明克服了将多管束构型组装进压力壳体中所经常遇到的难题。

众所周知，采用空心纤维膜管束将流体混合物中的第一种组分与至少另一种组分进行分离，为实现这种分离，已经披露过不同种类的构型，一般地说，都需要使管束封闭在壳体或筒（通常是压力筒）内。以促使进料的输入及渗透物和滞留物的回收。

本发明涉及流体分离装置，其中在圆柱形筒的纵向长度内含有多条空心纤维管束。在一个外压纵向圆柱形筒内采用若干条空心纤维管束有几个优点，例如如果采用较少数量大圆柱形壳体并在一定条件下能够满足安装及空间要求、管道、阀门及壳体的造价就减少。

但是，在大的纵向筒内采用单条长管束会导致过多及不良的空心纤维孔侧压力下降。同样，这样的结构由于高进料流速也会产生较大的壳侧压力降。当采用逆流或并流构型时，本发明也考虑到在一个相对长的压力壳体内堆积多条相对短的管束的情况，本发明还提供在纵向圆柱型压力筒体内的管束之间设有分配进料流装置，从而使壳侧压力降最小，并在单一长的筒体内的所有管束在基本相同区段下工作，这样就在基本相同压力下生产出基本属于同一种组分的渗透物和滞留物流体流，按渗透物流对进料流的比例确定区段，可以将本发明的多管束装置设计成在管束中提供逆流、并流或径向流的流体流构型，并使其适合流体混合物最佳分离的特殊操作和要求。

本发明是一种用于将流体进料混合物中的一种组分与第二种组分和分离的多管束空心纤维膜装置。术语多管束空心纤维装置或其变形是指含有至少两条呈线型排列并封闭在纵向筒体或壳体内的空心纤维管束的模件或装置，这在下文还要作更详细说明。壳体内管束的数目可以在两条至大约十条以上，这取决于各条管束的大小，纵向壳体的大不、分离的特征要求及条件以及其中的工艺参数。根据本发明的结果，已发现一种改进的流体分离装置，可用于消除或减少某些以前由于采用现有组件所遇到的缺点。

多条空心纤维膜管束设计可用于本发明的多管束模件设计中。

在反渗透及某些气体分离应用中径向流设计是优选的流构型。例如U.S.3，755，034及3，690，465所描述，通过将空心纤维均匀排列在多孔管周围可制得径向流空心纤维管束。一般采用线型平行构型或者通过螺旋缠绕、编织、盘旋或其它已知现有技术将纤维排列在多孔管周围。管束的两端插进管板，同时只有一端被严格隔离以暴露出空心纤维孔。

U.S.4，061，574描述了可用于多管束流体分离装置之径向流体构型的典型空心纤维管束，如该项专利所述，通过将平行空心纤维呈基本上圆筒形围绕轴芯管排列制成管束，除烧结成固态端部外该轴芯管是空心的，芯管空心部分壁上的开口或孔构成从空心纤维外部除去非渗透流体的元件。在另一实例中，开口可用于引入进料流体，管束的端部被插入管板及端盖中，如图1D所示，当将管束置于合适的筒体组件内时，可将拧进芯管的螺旋管接头连接滞留物或非渗透物除去导管上或也可接到进料流体源上。但是，值得注意的是图1D所示的流构型是逆流的而不是径向流的。彼此之间以及相对于表面平行的有间隔成行的小孔完全贯穿于带有其圆周表面的管板部分而成为通孔。管板大直径部分以及端盖上的环形槽用于接受弹性O形封圈。通过开沟槽而不是钻孔便可以开空心纤维孔。在另一种构型中，管板底部可以是分隔的平板以暴露空心纤维孔，管板用合适的分流板支撑。其它径向流设计的空心纤维管束构型是已知的现有技术，可以用于本发明的分离装置，例如，1986年5月7日申请的EPO201320A₃所述的设计，如上述设计制成的多管束可以被安装在图1D所示的装置内，通过管束外辅助管系统收集渗透物及非渗透物流。通过延伸轴向空心管穿过管板，可以改进参考文献所示的管束，以便在除如图1A所示一条终端管束以外的管束中提供连续流体通道，这种设计的管束可以被安装在图1C所示的装置内以提供本发明径向流构型的多管束分离装置。图1C所示多管束装置的设计要求在除终端管束的芯管以外的管束内连续连接芯管。但是，如果需要的话，终端管束也可以装有这种类型的连接，以提供附加的滞留物气体出口。

对于气体分离应用，逆流或并流构型常常是最理想的流构型。本发明的多管束分离装置可优选用于如1989年9月12日授权给M.Coplan的U.S.4，865，736号专利所述用空心纤维管束的这种流构型。用于并流构型的管束设计是该项专利附图的改进。简言之，将空心纤维包装体围绕芯管成圆柱形排列，并在两端部密封。芯管在其靠近管板的一端开孔以提供流体混合物的另一个进口或入口。用不渗透流体的膜将空心纤维管束的外表面封盖，只是在靠近端盖及相对一端的未封盖区内在芯管上含有开孔。未封盖区容许有流体混合物的进口或入口。U.S.4，865，736附图所示结构的改进提供了分离逆流或并流构型流体混合物的空心纤维管束。通过将各空心纤维螺旋缠绕在空心支撑管（心轴）周围形成环形空心纤维管束，通常管上开有至少一排孔，在靠近管束盖端的那一排上至少有两个孔以提供非渗透流体或进料流体混合物入口或进口通道。用外包裹层或不渗透的隔离层封闭除未封盖区以外的空心纤维管束，可以包裹不渗透性膜使其紧贴在管束外圆柱形表面上。隔离层封盖除在筒端部未封盖区以外的空心纤维包装体外表面，以便流体混合物进入或输入。管束的两端即管板端及盖端都被封闭在斜板上通过分隔一端产生纤维孔开口。U.S.4，865，736附图所示的管束被进一步改进之处在于，中央空心芯轴沿伸通过如本说明书图1A所示除一条终端管束以外的两个封闭端即管板和端盖。这种设计的管束可以被装进如图1A所示带有O型环（如放大图2所示）的模件上，O型环在进料渗透及非渗透物流之间具有防漏密封，U.S.4，865，736附图中双箭头表示另一可能的流向，在隔离层端部通道是进料流体入口，芯轴上的孔是非渗透物出口，反之，对逆流和并流构型分别亦然。在本发明的多管束模件中，倒流会使进料和滞留物进口和入口相互交换，孔的位置和膜未封盖区完全可以随置于靠近筒端部而不是挨着盖端之芯轴的孔进行调换，不渗透隔离层中膜未封盖区被置于靠近盖端处而不挨着封闭一端。这种改变的构型也提供良好的逆流或并流装置。

图1A说明本发明流体分离装置的一个实施例。利用该装置分离气体混合物（如从甲烷中分离氢气）包括将流体送进多管束装置或模件（23）的入口（8），流体进料沿着壳体（25）及管束（1）之间的环隙（24）流进图1A的未封盖区（9）（如放大图2所示），并通过在管束（1）外包裹层（5）内封闭的空心纤维膜（2）的外面。根据进入装置内进料流构型，管束进入区（9）可以表示管束出口区（9）。如放大图2所示，空心纤维束（1）包括空心纤维膜（2），管板（3）、端盖（4），对逆流可用可不用的不可渗透外包裹层（5），构件（2）、（3）、（4）、及（5）。设有渗透管束（1）之空心纤维膜（2）的气体经过放大图3所示流体流动件（10）流入中央芯管（6）如放大图3和4所示，用管连接件（7），中央芯管（6）也可以用来将空心纤维束（1）彼此连接，流入每条管束（1）之中央芯管（6）的滞留物气体与来自其它管束（1）中的滞留物气体合并，并从滞留物流体出口（11）流出多管束装置（23）。如放大图2、3和4所示，在空心纤维开口（12）处渗透气体从每条管束中流出，并经过图3所示的渗透孔（20）流入相连的辅助渗透管（13）。如放大图3所示，管束（1）之间的圆柱形筒体（14）带有内通道（15）使渗透气体流进连接渗透辅助管（13），如放大图3所示，在整个管板（3）中渗透气体与进料侧之间配有0形环（16）和（17）密闭，并对渗透管（13）提供防漏密封，如放大图2所示，所有渗透流在终端渗透物收集通道（18）处汇集，并在渗透流体出口（19）流出多管束模件（23）。围绕管板的渗透物收集通道（18）应如此安置，以提供空心纤维开口和渗透物出口之间的连续流通。渗透物收集通道还可用作由辅助渗透物管（13）进入渗透物出口的渗透物收集导管。多管束装置（23）在相反端部用第一模件端封（27）和第二模件端封（28）进行密封。用螺栓或其它合适的元件将端封（27）和（28）固定到壳（25）上。

进入壳体或筒体（25）中的进料流可以在壳体上任意处引入，在图示在特例中，进料流如所示的方式引入，根据附图在考虑径向并流和逆向流体流动时，相对于流体在密封于管束（1）外包裹层（5）内之空心纤维膜（2）外部流动，所说的流动方式是指流体在空心纤维孔中流动，在考虑并流或逆流流动时，进料流进入管束之前在筒体组件中进料流流动方向是（与此）无关的。这时与此有关的是管束（1）中流动的，在考虑附图时必须把这些观点铭记在心。根据流体进料方向，流体流动元件（10）可以是管上开孔或任意开口。用来除去滞留物或将进料送入，另外如图所示，当产生径向流动时，可以将流体流动元件（10）定位在管束内沿整个管的长度方向上，当产生并流或逆流流动时，流体流动元件（10）定位在选定的管段上。

图1A说明逆流流体流动设计的本发明多管束流体分离装置（23）的结构。箭头表示装置的不同区域内流体组分的流动方向。图1B～1E中所有数字编号与图1A和图2中的相一致。如箭头所示，环隙（24）中的进料流体沿自右向左方向流动，管束（1）和中央芯管（6）中的滞留物沿自左向右方向流动，通过进口（8）和环隙（24）进入装置的进料流体流动属同一方向。进料经未封盖区（9）进入管束（1）。滞留物流出管束（1）并经流体流动元件（10）进入中央芯管（6）。滞留物中央芯管（6）流入，并经滞留物流体出口（11）流出，渗透物经渗透物流体出口（19）流出。

图1B说明并流流体流动设计和中央芯管（6）滞留物经滞留物流体出口（11）除去的本发明多管束流体分离装置（23）的结构。该结构中，管束未封盖区（9）的位置是这样的，即在整个管束（1）空心纤维（2）的外表面相对于流体在空心纤维孔中流动有进料流体的并流流动。在该装置中，中央芯管（6）中的流体流动元件（10）固定连到管板（3）上，管束未封盖区（9）固定连到端盖（4）上。

图1C说明径向流设计和中央芯管（6）滞留物经滞留物流体出口（11）除去的本发明多管束流体分离装置（23）的结构，该结构与图1A的相类似，不同的是基本上在整个中央芯管（6）长度方向上开有作为流体流动元件（10）的小孔，并且不采用图1A所示的不可渗透的外包裹层（5）。进料流体均匀流进管束（1）空心纤维膜（2）的外容积并沿管束（1）的全部长度方向流过。应该注意，图1C所示的进料流及滞留方向可以调换，而且还具有径向流动构型。

相对于流体在空心纤维孔中流动以及经滞留物流体出口（11）除去外管（29）滞留物，图1D说明流体在管束（1）空心纤维膜（2）的外部逆流流动设计的本发明多管束流体分离装置（23）的结构。该结构不同于图1A、1B、1C和1E的结构，在沿整个所有管束（1）的长度范围内没有连续中央芯管（6），如图1D所示，而管（29）在管束（1）的外面。来自每条管束（1）中的滞留物按箭头所指的方向流动。

相对于流体在空心纤维孔中流动和经流体除去出口（11）除去中央芯管（6）的滞留物以及壳（25）中管束（1）的管板（3）对管板（3）和端盖（4）对端盖（4）构型，图1E是说明流体在管束（1）空心纤维膜外部逆流流动设计的本发明多管束流体分离装置（23）结构。

图2是沿图1A中A-A和A′-A′线多管束装置（23）两个相对端部的放大图，更清楚地表示了多管束装置（23）一种端部的细节。该装置可用来将氢气与甲烷分开，当采用纵向流动时进料气经进口（8）进入，沿壳体（25）和管束（1）之间的环隙（24）进入每条管束（1）的管束进入区（9），以及经进管束（1）空心纤维的外部，每条管束（1）含有空心纤维膜（2），管板（3）、端盖（4）以及可有可无的外包裹层（5）。如放大图3所示，没有渗透过管束（1）空心纤维膜（2）的气体经流体流动元件（10）流出，进入与来自其它管束（1）滞留物气体汇集的每条管束（1）的中央芯管（6）内，并在滞留物流体出口（11）流出多管束装置（23）。如放大图3和4所示，渗透气体在空心纤维开口（12）从每条管束（1）流出，并流进连接渗透物辅助管（13）。如放大图（3）所示，管束（1）之间的圆柱形筒体（14）（图2未示出）配有内通道（15），以便渗透气体流进连接渗透物辅助管（13）。通过用O形环（16）和（17）提供对连接渗透物辅助管（13）的防流体渗透密封，实现管板（3）之渗透物和进料侧之间的密封。所有渗透物流在终端透物收集通道（18）汇集，并在渗透流体出口（19）流出多管束装置（23）。

图3是图1A中字母←B→代表的表示多管束装置（23）区段的放大详图，更清楚地说明中央芯管（6）、管连接器（7）、流体流动元件（10）、连接渗透辅助管（13）、圆柱形筒体（14）、内通道（15），O形环（16）和（17）及渗透孔（20）的细节，所有数字编号与上述图1和2所示的相一致。

图4是图2所示结构的另一实施例。该实施例中，连接渗透管（13）被密封于管板（3）和管束（1）的端盖（4）内，通过O形环（21）圆柱形筒（26）形成空心纤维管束（1）之渗透物和进料侧之间的防流体渗漏密封。

图5是表示图1D中管束（2）对管束（2）界面细节的放大图。支撑板（30）中的导管（31）使滞留物流体导入外管（29），中央芯管（6）进入导管（31）中依靠O形环（21）实现密封，O形环（22）实现支撑板（30）对轴环（32）的密封，支撑板（30）也对管板（3）起支撑作用。

图6A和6B详细表示图1E的管束对管束连接，该连接采用分别将管板（3）彼此之间和端盖（4）彼此之间相连来实现。

图7A和7B表示另一个如图1D所示的装置。该管束对管束连接采用分别将管板（3）彼此之间和端盖（4）彼此之间相连来实现。

尽管图1A中连接渗透辅助管（13）被表示在空心纤维束（1）的外部，他们也可以位于空心纤维束（1）本身的内部。优选的连接渗透辅助管（13）的径向位置要根据管束（1）置于壳（25）中及其加工的难易程度来决定。

图柱形筒体（14）可以是任意所需要的形状，如圆形的、椭园形的，长方形的及方形的等。

中央芯管或园棒（6）是空心纤维束（1）的芯，采用现有技术中已知的方法，或者以纵向或者以螺旋缠绕设计，较好的是以螺旋缠绕设计，将空心纤维膜（2）排列在芯周围。

参见图1A所示的流体分离装置，以下讨论流体逆流流动用以分离混合物中的氢气和甲烷。快速渗透空心纤维的气体是氢气，所以氢气在渗透物中被浓缩，同时非渗透物就是渗透性差的甲烷。压力进料混合物经进口（8）进入模件（23），接着，进料气体沿环隙（24）流进管束未遮盖区（9），富氢气的组分经管束（1）空心纤维束（2）渗透进入空心纤维孔，富甲烷的滞留物组分仍保留在空心纤维膜（2）的外侧，经流体流动元件（10）流出管束（1），进入中央芯管（6），流入每条管束（1）的中央提取管（6）中的富滞留物甲烷气体与来自前面管束（1）中的滞留气体汇集，最后所有滞留物在滞留物流出口（11）流出多管束模件（23）。每条管束的富氢气的渗透组从每个管板（3）的空心纤维开口（12）流出，并进入连接渗透物辅助管（13）。如图3所示，相邻管束（1）之间的园柱形筒（14）配有内通道（15），使富氢气的气从空心纤维开口（12）流进连接渗透物辅助管（13）。如图3所示，O形环（16）提供沿管板渗透物和进料侧之间的防流体渗透密封。同时，O形环（17）提供对连接渗透物辅助管（13）的防流体渗透密封。如图2所示，全部的富氢气渗透物流最后在终端渗透物收集通道（18）处汇集在一起，并在渗透物流体出口（19）流出多管束模件（23）。因此，有两种回收组分，第一种是来自渗透物流体出口（19）的富氢气渗透物组分，第二种是来自滞留物流体出口（11）的富甲烷滞留物组分。

用于加工各种组件如空心纤维、膜、管板端盖，包裹层、芯管、壳体、O形环、渗透物辅助管，筒体等的材料都是该领域中适用的那些材料，对于本领域普通专业人员来说，在此也不需要进一步解释如何组装本发明的多管束空心纤维装置。成线形系列排列并以头对头方式连接封闭在纵向筒体或壳内的空心纤维膜管束数目可以在2～10以上之间变化，较好的是大约5。由于采用这种形式的结构和方式，压力问题大大地减轻。可以采用任何已知的空心纤维膜，本发明装置可用来使气体混合物脱水，分离如空气一氧化碳/氢气，二氧化碳/甲烷、氢气/甲烷气体混合物及其它混合物。

Claims (16)

1、一种多管束流体分离装置，包括：

(a)带有加长园筒形状的壳体，用一个或两个有可移件的盖将其两端封闭；

(b)置于所述含有至少一个辅助管形件的壳体内的可移动管束组件，其内部与所说壳体的第一个孔相通，所说的辅助管形件排列在多条环形空心纤维管束的外部；

(c)多条空心纤维管束，每条都有围绕芯管的空心纤维环形管束，所说的芯管有一组流体流动元件为流体流动提供通道，所说的每条空心纤维管束都有固定在带有分隔的空心纤维之管板上的第一端，作为渗透物出口，所说的每条管束的第二端固定于端盖内，可移动地安装的所述管束提供经内连中央芯管的连续流动，所说的内连芯管与所说壳的第二孔相通；

(d)用于从与所说辅助管件相通的空心纤维管板中收集渗透物的构件，所说的辅助管件在上述(b)中所述的环形空心纤维管束的外部；所述壳内的第三孔与所述一组空心纤维管束的外部相通。

2、根据权利要求1所述的多管束流体分离装置，包括：

至少两条呈线型系列排列并被封闭在壳内的空心纤维管束，每条所说管束含有（ⅰ）在一端嵌入管板，相对一端嵌入端盖的具有选择性渗透力的空心纤维膜，（ⅱ）位于所说的空心纤维管束内的中央芯管，用管连接件将所说的管束中央芯管连接到与其相邻的管束中央芯管上;

用园柱形筒体头对头地连接所述的带有渗透性流体的空心纤维管束，所述的园柱形筒体与辅助渗透管相连，由园柱形筒体的内通道提供所说的连通;

所说的辅助渗透管与所说装置的渗透流体出口相通，由此除去并回收渗透物;

用于将进料引入装置的进料入口件;

用于除去和回收滞留物的非渗透物出口件。

3、根据权利要求2所述的多管束流体分离装置，其中所说的中央芯管的流体流动件固定于所述空心纤维管束的管板和端盖之间。

4、根据权利要求3所述的多管束流体分离装置，其中在基本上沿所述中央芯管全部长度范围内设计有流体流动孔件。

5、根据权利要求3所述的多管束流体分离装置，其中流体流动孔件基本位于管束管板端部附近，管束用防流体渗漏的外包裹层封闭，只留下位于管束端盖端部为未封盖区。

6、根据权利要求3所述的多管束流体分离装置，其中流体流动孔件基本位于管束端盖端部附近，管束用防流体渗漏的外包裹层封闭，只是位于管束管板端部为未封盖区。

7、根据权利要求1所述的多管束流体分离装置，其中所说的空心纤维是螺旋缠绕的。

8、根据权利要求2所述的多管束流体分离装置，其中所说的管束呈端盖对端盖和管板对管板构型排列。

9、根据权利要求2所述的多管束流体分离装置，其中所说的管束呈端盖对管板构型排列。

10、根据权利要求2所述的多管束流体分离装置，其中所说的连接辅助渗透管内的孔位于由所说园柱形筒件包封的区域里。

11、根据权利要求1所述的多管束流体分离装置，它含有两条以上的空心纤维管束。

12、根据权利要求1所述的多管束流体分离装置，在与中央芯管相通的管束外部有至少一条附加的辅助管。

13、根据权利要求12所述的多管束流体分离装置，其中所说的附加的辅助管用以除去滞留物。

14、一种多管束流体分离装置，包括：

（a）具有其两端用带有可移动构件的一个或两个套封闭加长的园筒形壳;

（b）在所说含有至少一条辅助管件的壳内为一可移动管束组件，其内部与所说壳的第一孔相通，所说辅助管件安置在多条环形空心纤维管束的外部;

（c）多条空心纤维管束，每条含有围绕在芯管四周的环形空心纤维管束，所说的芯管有一组流体流动元件为流体流动提供通道，所说的每条空心纤维管束都有固定于带有被分隔之空心纤维的管板的第一端，用于渗透物流出，每条所说管束的第二端固定在端盖内，所说管束被可移动地安装以提供经内连中央芯管的连续流体流动，所说的内连芯管与所说壳的第二孔相通，以便除去滞留物;

（d）用于从所说辅助管件相通的空心纤维管板中收集渗透物元件，所说辅助管件位于上述（b）中所指的环状空心纤维管束的外部;在所说壳内的第三孔与所说的多条空心纤维管束外部相通，用来引入进料。

15、一种多管束流体分离装置，包括：

（a）具有在其两端用带有可移动构件的一个或两个套封闭加长的园筒形壳。

（b）在所说含有至少一条辅助管件的壳内为一可移动的管束组件，其内部与所说壳的第一孔相通，所说辅助管件安置在多条环形空心纤维管束的外部;

（c）多条空心纤维管束，每条含有围绕在芯管四周的环形空心纤维管束，所说芯管有多个为流体流动提供通道的流体流通元件，所说的每条空心纤维管束都有固定于带有被分隔的空心纤维之管板中第一端，用于渗透物流出，每条管束的第二端固定在端盖内，所说的管束被可移动地安装以提供经内连中央芯管的连续流体流动，所说的内连芯管与所说作为引入进料的壳之第二孔相通;

（d）用于从与所说辅助管件相通的空心纤维管板中收集渗透物的元件，所说的辅助管件位于上述（b）中所示环状空心纤维管束的外部;在壳内的第三孔与所说的多条空心纤维管束外部相通，以除去滞留物。

16、一种多管束流体分离装置，包括：

（a）具有在其两端带有可移动构件的一个或两个套封闭加长的园筒形壳;

（b）在所说含有至少一条辅助管件的壳内为一可移动的管束组件，其内部与所说壳的第一孔相通，所说的辅助管件安置在多条环形空心纤维管束的外部;

（c）多条空心纤维管束，每条含有围绕在芯管四周的环形空心纤维管束，所说的芯管有多个为流体流动提供通道的流体流动元件，所说每条空心纤维管束都有固定于带有被分隔的空心纤维的管板的第一端以排出渗透物，每条所说管束第二端固定于端盖内，所说管束被可移动地安装，为经内连中央芯管提供连续的流体流动，所说的内连芯管与第二孔和第四孔相连，每个孔都位于所说壳之相反的终端端部;

（d）用于从与所说辅助管件相通的空心纤维管板中收集渗透物元件，所说辅助管件位于上述（b）所示环形空心纤维管束的外部;所说壳内第三孔与所说多条空心纤维束外部相通。

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