CN108697988B - 液体压力膜过滤装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液体压滤装置(1)，所述装置具有多个成串膜过滤组件(2)、待滤液输入部件(3)、滤出液排出部件(4)、以及浓缩物排出部件(5)，其特征在于，所述装置具有公共圆柱形压力室(6)，公共圆柱形压力室接纳基于聚合树脂的材料制成的结构件，所述结构件配有彼此平行的纵向槽座(9a)，这些纵向槽座内布置所述多个成串膜过滤组件(2)。

Description

液体压力膜过滤装置

技术领域

本发明的领域是用于使用膜过滤组件压滤液体的设备的设计和制造领域。

本发明尤其、但非专一地涉及这种用于过滤咸水或盐水以生产饮用水的设备。

本发明既涉及使用微滤组件的设备，也涉及使用超滤组件、纳滤组件或者反渗透式过滤组件的设备。但是，本发明尤其应用于使用反渗透式过滤组件的设备的实施范围。

背景技术

现有技术中已知一些用于压滤液体以使之净化的不同方法。在这些技术中，尤其是在饮用水生产方面又或者在工艺用水生产方面，大量使用膜过滤技术。这些膜具有多孔结构，这种结构允许膜相对于水限制输送一种或多种溶质。

在这种设备范围中使用的膜过滤组件可以装入具有孔的滤膜，孔尺寸根据从待滤液分离的成分而较大或较小。因此，微滤膜具有0.1微米至10微米的孔，超滤膜具有为10纳米至1微米的孔，纳滤膜具有为数纳米的孔。最后，反渗透膜具有进一步更致密的结构。

在饮用水生产设备中，膜过滤组件一般是反渗透式膜过滤组件。这些组件串联地布置在承受过滤压力的壳体(现有技术人员通常使用英语用语“pressure vessel(压力容器)”来指这种壳体)中。

压力壳体基本呈圆柱形形状，膜过滤组件串联地布置在壳体内，膜过滤组件本身具有圆柱形形状。这些壳体由用于承受压力的端部件封闭。实际上，壳体尺寸通常允许接纳多达八个串联定位的组件。待过滤水在压力壳体的一端部输入，从膜过滤组件外向其内穿过滤膜。滤出液(透过液)由沿组件的纵向轴线布置的回收管加以收集。互连装置呈管部分的形式，在其两端部的每个端部处配有用于与膜过滤组件或者另一构件固连的固连件，其允许使用于回收串联布置在压力壳体内的不同膜过滤组件的透过液的回收管相互连接。透过液在压力壳体的相对端部由透过液收集器回收，每个透过液收集器连接于透过液排出部件。

实际上，这些壳体以一定数量相互联接，以形成成套壳体(现有技术人员通常使用英语用语“skid(滑道)”来指这种成套壳体)。收集器布置在压力壳体的输出端，以收集透过液。这些不同的收集器连接于一个公共收集器。

使用该技术的很多设备具有大量成套壳体。从海水生产饮用水的设备尤其是这种情况，其往往具有超过十个的成套壳体，每套壳体可集中多达两百个压力壳体，而每个压力壳体接纳八个串联安装的膜过滤组件。

该技术大规模使用的一个缺陷是使用该技术的设备安装所需要的时间。该时间取决于待装配的设备构件的庞大数量。这在设备成本中也占大项。

此外，可以在给定设备容积中安装的压力壳体的数量，受限于壳体间为进行维护保养而需满足的最小空间。因此，对于给定生产能力，设备尺寸不能减小到超过一定阈值。因此，安装这种设备的可用面积可构成限制该技术应用的一个因素。

不管该技术应用的规模如何，压力壳体与滤出液和浓缩物的排出部件都是露天布置的。因此，万一这些构件中的一个构件发生故障，在压力作用下存在其弹射出的危险，其中所述压力可能非常高，实际上在反渗透的情况下可高达80巴。这种弹射会具有有害的后果，尤其是对于维护保养人员来说。

另一缺陷源于这样的事实：滤膜壳体直径较小，通常至多为16英寸(即约41厘米)。这种小直径意味着难以用覆有耐腐蚀处理层的钢来制造这种壳体。因此使用由玻璃纤维增强树脂(“Glass Reinforced Plastic”，缩写为GRP)构成的复合材料。除了这种材料成本高之外，还存在抗剪切力差的缺陷，剪切力在壳体和在壳体端部处与壳体配合的部件之间的交界面产生。因此，至于这些端部件，它们必须用进行过防腐蚀处理的钢制成。但是，这些交界面处的强度仍有待提高。

发明内容

发明目的

本发明的一目的是提出一种液体压力膜过滤装置，其可简化大规模使用该技术的液体处理设备的设计和安装。

本发明的一目的还在于提出这种装置，其能以较低成本实施，尤其是通过减少在等同能力下须使用的复合材料用量。

本发明的又一目的是提出这种可增加设备密度的装置，即对于等同处理能力其所占空间小于现有技术中必需空间的装置。

本发明的又一目的是提出这种可减少使用中部件在压力作用下弹射出的危险、从而提高安全保障的装置。

发明概况

借助于本发明，可达到这些目的和下面将描述的其他目的，本发明涉及一种用于液体压滤的装置，所述装置具有多个成串膜过滤组件、待滤液输入部件、滤出液排出部件、以及浓缩物排出部件，其特征在于，所述装置具有公共圆柱形压力室，公共圆柱形压力室接纳基于聚合树脂的材料制成的结构件，所述结构件配有彼此平行的纵向槽座，这些纵向槽座内布置所述多个成串膜过滤组件。

要注意的是，在本说明书中，所谓“成串膜过滤组件”是指由至少两个膜过滤组件构成并且所述至少两个膜过滤组件由互连件串联地安装在一起，以使得其滤出液排出通道相连通。

因此，本发明提出不再将这类多个成串膜过滤组件封限在多个均皆须抵抗过滤压力的壳体中，而是使全部过滤组件都设置在仅一个抗这种压力的圆柱形室中，膜过滤组件定位在其中的结构件的基于树脂的材料能使这种压力传递到所述室。所述室呈圆柱形的特征是基本的，因为该室设计用于液体在组件内进行过滤的过程中吸收液体压力。这种圆柱形特征可使室的这种功能最佳化。构成配有所述多个成串膜过滤组件布置在其内的彼此平行的纵向槽座的结构件的树脂，实际上不能仅靠自身吸收这种压力。这种树脂仅允许将这种压力传递到圆柱形室。因此，本发明可减少在构建过滤设备时必须布置的构件的数量。实际上，根据本发明的装置可以直接连接到待滤液管网和滤出液与浓缩物排出部件并交付。因此，本发明可免除使膜过滤组件的不同压力壳体(“压力容器”)彼此成套(“skids”)装配的现场装配工序。因此，本发明可节省大量现场安装时间，因为根据本发明的装置能容易在随时可用的情况下运输和交付。

实际上，根据本发明的装置的过滤能力可非常高，可优选至少相应于现有技术中一套组件(“滑道”)的过滤能力。

根据本发明的装置通过将全部成串膜过滤组件封限在同一室内部，因而还具有这样的优点：极大程度上减少了部件在压力作用下发生弹射的意外危险。因此，相对于维护保养操作人员暴露于每个压力壳体(“压力容器”)的现有技术来说，这种装置的使用安全性相当大幅明显提高。

相对于使用现有技术的设备来说，本发明也具有增加使用本发明装置的设备密度的优点。实际上，所述多串过滤组件可并排定位在单一过滤室中，而现有技术中不是这种情况，在现有技术中，可看到平行安装的多串组件之间必须保持极小间隙。

此外，根据本发明，安装在基于树脂的结构件的槽座中的成串膜过滤组件，集成在安装有滤膜的管中，这些管不必具有与压力壳体抗压性能相同的抗压性能。因此，这些管的壁可薄于这些壳体的壁，因而可节省材料。

还要注意的是，本发明因而允许大幅节省必须使用的耐压材料用量。

根据本发明的一优选变型，所述多个成串膜过滤组件成束平行地安装在所述公共圆柱形压力室中，其中每束由N个成串膜过滤组件构成。这种成束安装允许方便实施本发明。此外，万一发生故障，因此可以使一个这种束停止工作，而无需使整个设备停止工作。

根据这些实施方式，N可以变化，但优选等于7。组件的截面呈圆形，因此可使横截面内接在一圆内的一束中的组件数量最佳化。

优选地，所述滤出液排出部件具有滤出液收集器，滤出液收集器布置在所述公共圆柱形压力室中。每个滤出液收集器能收集来自有利地属于同一束的几个成串膜过滤组件的滤出液。

因此，根据本发明的装置的公共圆柱形压力室也在其内部接纳滤出液收集机构。因此，这些滤出液收集机构可预装配于成束组件。它们由于布置在室内，因而不会朝室外向装置附近工作的操作人员进行意外弹射。因此，操作人员得到室所形成的防护体的保护。

此外，万一一束中的一个或多个过滤组件发生故障而导致劣质滤出液从其排出，则该束或者装有该束的装置部分产生的滤出液可以导移走(dériver)，而未装有该束的装置部分产生的滤出液质量得到保持。

优选地，考虑一些滤出液收集器布置在所述装置的一端部，而其他滤出液收集器布置在所述装置的相对端部。因此，可以使滤出液的产生分布在装置的两端部处，而这对于装有根据本发明的装置的设备运转是一个实际优点。

根据一优选变型，所述滤出液收集器在所述公共圆柱形压力室内连接到排出管道，每个排出管道连通滤出液收集器的一部分。根据一有利变型，这些排出管道横向于所述室的纵向轴线进行安装。因此，所有产出的滤出液不是由单一管道从装置排出。万一一串膜过滤组件上发生故障，则只有由连通该串组件的管道离开的产出滤出液可以导移走，而由其他管道离开的滤出液保持产生中。

因此，这些收集器与这些排出管道之间的接合部布置在所述室内。万一发生意外超压和部件在该处在压力作用下发生弹射，所述室会保护附近的操作人员。

根据一优选方面，止挡件定位在成串膜过滤组件的端部。这些止挡件用于固定膜组件的端部。这种固定可确保滤出液向其排出部件正确输送。

还优选地，纵向拉杆布置成平行于成串膜过滤组件。

根据允许进一步提高装置刚度的一变型，一些拉杆的端部可以例如用螺栓固连于上述止挡件。优选布置成束的所述多个成串膜过滤组件的固定也进一步得到提高。

还根据一变型，这些拉杆中的其他拉杆的端部可以例如用螺栓固连于所述收集器。这样可确保这些收集器定位更安全。

还可以考虑以不同形状实施根据本发明的装置的室。但是，优选地，所述室具有一个或两个半球形端部。当选择联接两个装置时，每个室有利地具有一半球形端部和一圆柱形基部，所述室因而由它们的圆柱形基部联接在一起。

半球形端部和/或圆柱形基部有利地可配有人孔，人孔可使操作人员进入室内，以进行检查或者维护保养作业。

通过基于树脂的材料，则可使用各种合成材料和混合材料，只要这些材料能将压力传递到所述室。但是，根据本发明的一有利变型，将使用一种中性填料和聚合树脂的混合材料，填料例如砂、软木或者塑料，聚合树脂优选是环氧树脂、聚酯树脂或乙烯酯树脂类型。有利地，所述树脂具有小弹性模量，实际上其弹性模量优选小于6000兆帕(MPa)，具有优选低于6000兆帕.秒(MPa.S)的低浇铸粘度。要注意的是，这种树脂确保膜过滤组件端部与圆柱形壳体之间的密封性。

附图说明

根据下面参照附图对本发明的以说明性和非限制性方式给出的实施方式的描述，本发明及其具有的不同优点将更易于理解，附图中：

图1表示根据本发明的由两个彼此间联接的装置构成的组合件的局部剖切开的透视图；

图2表示图1所示的组合件的两个彼此间联接的室的侧视图；

图3表示图1所示组合件的膜过滤组件的与拉杆相联接的端部的局部透视图；

图4表示可固定图1所示组合件的膜过滤组件的止挡件的透视图；

图5表示图1所示组合件的室之一的基于树脂的结构件的处于竖直位置的透视图；

图6表示图5所示的基于树脂的结构件的俯视图；

图7表示带有公共收集器的膜过滤组件端部的局部透视图；

图8表示一束七串膜过滤组件连接于其产生的透过液的排出管道的局部透视图；

图9表示图1所示装置之一的半球形端部之一的剖切开的局部透视图；

图10表示图1所示组合件的中央部分的剖切开的局部透视图。

具体实施方式

参照图1和2，所示出的实施方式具有根据本发明的两个相互联接的装置1、1'。这些装置中的每个装置都包括：具有输入管道的待滤液输入部件3；下述用于反渗透过滤所述液体的部件，其与同样下述的排出这样过滤出的液体的排出部件连通；以及具有排出管道的浓缩物排出部件5。

每个装置1、1'包括一室6，其具有主体6a、半球形端部7和圆柱形基部8，圆柱形基部为两个装置1、1'所公用。两个装置1、l'的室6具有公共空间。这些室6用钢制成，钢允许承受可达到80巴的压力并被覆以抗腐蚀涂层。

在每个圆柱形室6中，安装有多个成串反渗透式膜过滤组件2，它们彼此平行地安装在为此而配设的槽座中。这些组件的滤膜通常呈螺旋形。每串组件2的滤膜内置在用玻璃纤维加强的塑料制成的一个公共管中。膜过滤组件八个成一串地用互连件串联安装在管内，使得透过液排出管道彼此连通。在该实施方式中，所述多个成串过滤组件安装在所述室内，以使得其中一些过滤组件串产生的透过液在室6的一端部回收，而其他过滤组件串产生的透过液在室的相对端部回收。实际上，产生的透过液多达一半在室6的半球形端部7处回收，而另一半在其基部8处回收。

如同后面将更详细说明的那样，所述多个成串膜过滤组件2预装配成束，每束集中有七串。在这些束中，一串组件布置在中央，其他6串组件围绕其平行地布置。

每一束膜过滤组件2串在其每个端部处配有收集该束产生的透过液的收集器10。收集器属于透过液排出部件的组成部分，透过液排出部件还包括由连接管道15连接到收集器10的管道12、12a，管道12、12a只有端部从室6伸出。

参照图3，成串过滤组件包括接纳滤膜的玻璃纤维增强塑料管16和使这些管相互连接的互连件(为了说明清楚起见，该图未示出这些互连件)。在管16的整个长度或部分长度上延伸的拉杆14平行于这些管设置用以加强结构件。这些拉杆14中的一些拉杆的端部与图4中更详细示出的止挡件13配合。这些止挡件带有中央圆孔13a，圆孔接纳拉杆的端部，端部可通过螺母17固连于止挡件。

参照示意地以竖直位置示出图1和2所示的根据本发明的装置组合件的室6之一的部分6a的图5，所述多个成串过滤组件2安装在多个圆柱形槽座9a内，圆柱形槽座9a设置在基于树脂的、用于将滤膜承受到的过滤压力传递到室的部分6a的结构件9。该部分6a、该材料9和所述多串过滤组件2整体形成圆筒。

在制造根据本发明的装置时，室6的部分6a在其底部密封，竖直定位。细管彼此平行地定位在室中，基于树脂的材料或者其母体材料或者其组成物浇铸到室中。在基于树脂的材料固化之后，这些管形成槽座9a。在本实施方式中，基于树脂的这种材料通过混合聚合树脂和填料而成，在本实施方式中，填料是砂。在使室的部分6a水平放置之后，下述透过液收集器连接到成串膜过滤组件的端部，安装待滤液输入部件、透过液和浓缩物排出部件，然后定位半球形端部7以封闭所述室6。

在该实施方式中，如图5中可见的，室6的尺寸允许接纳十九束，其中每束有七个管，即共有133个成串膜过滤组件，每个膜过滤组件的直径为8英寸(即约20厘米)。当然，在其他实施方式中，所用组件的直径和室的尺寸可以不同，以使根据本发明的装置具有不同的能力。

如图7和8所示，每一束11在其每个端部配有一透过液收集器10，收集器由连接管道15连接到透过液排出管道12。每个收集器可根据运行条件从一束11的过滤组件串收集全部或部分透过液。不与止挡件13固连的拉杆14由螺栓17固连于这些收集器10。

参照图9和10，每个装置1的室的半球形端部7和基部8用于形成足以接纳一位操作人员的空间，操作人员通过布置在这些端部中每个端部的人孔(未示出)进入该空间，以进行装置的检查和维护保养作业。

Claims (12)

1.一种用于液体压滤的装置(1)，所述装置具有：

多个成串膜过滤组件(2)，

待滤液输入部件(3)，

滤出液排出部件(4)，以及

浓缩物排出部件(5)，

其特征在于，所述装置具有公共圆柱形压力室(6)，公共圆柱形压力室接纳基于聚合树脂的材料制成的结构件，所述结构件配有彼此平行的纵向槽座(9a)，所述多个成串膜过滤组件(2)布置在这些纵向槽座内，其中，基于聚合树脂的材料是一种中性填料和聚合树脂的混合材料，中性填料选自于砂、软木和塑料，聚合树脂选自于环氧树脂、聚酯树脂和乙烯酯树脂，聚合树脂具有小于6000兆帕的弹性模量和低于6000兆帕.秒的浇铸粘度。

2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述多个成串膜过滤组件(2)成束(11)平行地安装在所述公共圆柱形压力室(6)中，其中每束由N个成串膜过滤组件(2)构成。

3.根据权利要求2所述的装置(1)，其特征在于，N等于7。

4.根据权利要求2或3所述的装置(1)，其特征在于，所述滤出液排出部件(4)具有滤出液收集器(10)，滤出液收集器布置在所述公共圆柱形压力室(6)中，每个滤出液收集器能收集由几个成串膜过滤组件(2)过滤出的滤出液。

5.根据权利要求4所述的装置(1)，其特征在于，所述滤出液收集器(10)每个能收集由同一束(11)的成串膜过滤组件过滤出的滤出液。

6.根据权利要求5所述的装置(1)，其特征在于，一些滤出液收集器(10)布置在所述装置的一端部，而其他滤出液收集器布置在所述装置(1)的相对端部。

7.根据权利要求4所述的装置(1)，其特征在于，所述滤出液收集器(10)在所述公共圆柱形压力室(6)内连接到排出管道，每个排出管道连通滤出液收集器(10)的一部分。

8.根据权利要求4所述的装置(1)，其特征在于，止挡件(13)定位在成串膜过滤组件(2)的端部。

9.根据权利要求8所述的装置(1)，其特征在于，纵向拉杆(14)布置成平行于成串膜过滤组件(2)。

10.根据权利要求9所述的装置(1)，其特征在于，一些所述纵向拉杆(14)的端部能固连于所述止挡件(13)。

11.根据权利要求9所述的装置(1)，其特征在于，一些所述纵向拉杆(14)的端部能固连于所述滤出液收集器(10)。

12.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述公共圆柱形压力室(6)具有至少一个半球形端部(7)。

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