CN108939922A - 一种旋转式陶瓷膜过滤分离工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种旋转式陶瓷膜过滤分离工艺及装置，包括进料系统、过滤系统、清洗再生系统和排渣系统，其中过滤系统中过滤元件为陶瓷膜片，陶瓷膜片由隔圈夹持固定在中空旋转主轴上。原料液通过布料器进行布料，在过滤过程中布料器的扰流杆不仅作为布料用，还作为扰流装置用。该旋转式陶瓷膜过滤分离装置还配有清洗再生系统和排渣系统，定时对陶瓷膜片进行清洗再生，延长其使用寿命。本发明的旋转式陶瓷膜过滤分离装置在动态下进行错流过滤，通量大，过滤效率高，该系统采用简单的拼装结构，拆卸方便，占地面积小，易清洗维护。

Description

一种旋转式陶瓷膜过滤分离工艺及装置

技术领域

本发明涉及膜过滤技术领域，尤其涉及一种旋转式陶瓷膜过滤分离工艺及装置。

背景技术

近年来，随着国民经济的发展，食品、医药、新能源行业取得了长足发展，其相关的生产工艺也有了显著的进步，但是生产过程中牛奶澄清、葡萄酒过滤、中药提纯、饮料浓缩、发酵过滤等过程都会涉及到过滤方面的问题。目前工业上常用有机膜材料过滤分离处理，从微滤、超滤、纳滤到反渗透，虽然有机膜材料在水处理方面有着很好的应用，但常用的有机膜组件基本都是常温下过滤分离，无法在高温下长时间使用。实际工艺中，需要降温过滤，然后在提高温度，增大了能耗。此外，一般过滤分离装置仅仅是得到渗透侧的产品，针对需要浓缩侧的产品还没有合适的过滤分离工艺及装置。

当下，过滤材料主要包括无机过滤膜和有机过滤膜，现有的过滤分离装置利用上述过滤材料时均为静态过滤分离，分离效率有限，滤饼容易沉积，影响使用寿命。

陶瓷膜具有良好的机械性能和耐腐蚀性，现在使用的陶瓷膜多为管式状，但是单根陶瓷过滤管过滤面积有限，为提高通量需要串并联使用，相应的弯头就会增多，增加了生产成本。在专利《一种旋转膜分离装置及其应用》中公开了一种旋转膜分离装置，该装置使用的是有机膜，无法承受多次的高压反洗，使其应用范围受到限制。

有鉴于此，特提出本发明，拓宽膜过滤的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于公开一种旋转式陶瓷膜过滤分离工艺及装置，该过滤分离工艺不仅可以实现过滤分离，还能完成产品浓缩需要，本发明使用陶瓷膜片过滤元件，实现高效错流过滤，陶瓷膜片具有强度大、通量高、耐高压反洗等特点。旋转式的动态过滤，可以高效利用离心力，液体的剪切力清除滤饼，减少陶瓷膜片污染，延长清洗周期。

为实现上述目的，本发明提供了一种旋转式陶瓷膜过滤分离工艺，其特征在于：包括以下步骤：

（1）进料过滤：先将过滤元件旋转转动，然后通入原料液，原料液通过过滤元件过滤，得到的渗透液进入渗透液储存箱中，被截留的浓液回流到原料箱中；

（2）清洗再生：浓液浓度达到工艺预设浓度时，进料过滤步骤停止，反洗泵把清洗试剂泵入过滤元件内表面或者外表面，清洗除去其外表面的污物；

（3）气洗：利用压缩空气对过滤元件进行反吹，使过滤元件表面的污物松动并排出；

（4）排渣：将过滤沉积的渣料由排渣泵抽出外排。

在一些实施方式中，所述过滤元件为顺时针旋转或者逆时针旋转或者顺时针、逆时针交替旋转。

在一些实施方式中，所述进料过滤步骤在温度为5℃～80℃，压力为-0.01MPa～0.4MPa的条件下进行，所述清洗再生步骤在时间为30min～1h，温度为50℃～60℃，压力为-0.05MPa～0.3MPa的条件下进行，所述气洗步骤时间为5s～1min。

在一些实施方式中，所述进料过滤为恒压力过滤或者恒流量过滤。

为实现上述过滤分离工艺，本发明还提出一种旋转式陶瓷膜过滤分离装置，其特征在于：所述装置包括依次连接的进料系统、过滤系统、清洗再生系统和排渣系统，所述进料系统包括原料箱、进料泵、至少一个布料器，所述过滤系统包括底部设有至少一个进料口的压力容器、至少一个中空旋转主轴、若干个过滤元件、渗透液储存箱，所述中空旋转主轴上端封闭、下端设有出料口一、侧面设有圆孔，所述进料泵通过管道与原料箱相连并与原料箱形成循环回路，所述进料泵的另一端连接压力容器底部的进料口并和位于进料口处的布料器连通，所述出料口一连接渗透液储存箱，所述压力容器顶部设有出料口二并连接到原料箱，所述过滤元件套在中空旋转主轴上，原料液经过进料泵进入压力容器内进行过滤处理，处理后的渗透液通过出料口一进入到渗透液储存箱内，被截留的浓液通过出料口二回流到原料箱内，过滤后的渣料沉积在压力容器底部，完成料液的过滤分离。

在一些实施方式中，所述布料器由竖直的中空轴和若干个中空扰流杆呈倒L形布置，所述中空轴顶端封闭、底端开口，所述中空轴位于过滤元件边缘，所述中空扰流杆均匀分布在过滤元件之间且中空扰流杆上设有若干个微孔，所述中空扰流杆厚度在6mm～12mm之间。

在一些实施方式中，所述过滤元件为陶瓷膜片，所述陶瓷膜片为三层状结构平板式膜，所述陶瓷膜片中心设有通孔、上下两侧有过滤层、中间为过渡层结构，所述陶瓷膜片中心通孔侧壁开有若干个流道，所述流道和中空旋转主轴侧面圆孔相对。

在一些实施方式中，还包括位于压力容器下方的减速电机、套在中空旋转主轴上的隔圈，所述中空旋转主轴通过减速电机带动旋转；所述陶瓷膜片通过隔圈夹持固定在中空旋转主轴上并随中空旋转主轴同步转动。

在一些实施方式中，所述清洗再生系统包括与出料口一或者进料口连接的高压气罐和反洗泵，与反洗泵连接的药剂箱。

在一些实施方式中，所述排渣系统包括设在陶瓷膜片下方的圆盘、压力容器底部的料斗和排渣泵；所述圆盘套在中空旋转主轴上并随中空旋转主轴同步转动，所述圆盘下方设有刮板。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）实现了高温下直接过滤，消除了有机膜需要降温过滤环节，提高了生产效率；（2）旋转式陶瓷膜利用液体剪切力和陶瓷膜片的离心力作用，使陶瓷膜片的通量更大；（3）陶瓷膜片动态过滤，可以高效清除陶瓷膜片表面上的滤渣，减少污染，延长反洗周期；（4）特殊的布料装置，布料均匀；（5）旋转陶瓷膜过滤分离装置采用简单的拼装结构，拆卸方便，占地面积小，易清洗维护。

附图说明

图1为本发明所示的旋转式陶瓷膜过滤分离工艺图；

图2为本发明所示的旋转式陶瓷膜过滤分离装置过滤系统结构图（不包含渗透液储存箱）；

图3为本发明所示的布料器结构图；

图4为本发明所示的陶瓷膜片结构图。

附图标记说明：1、原料箱；2、进料泵；3、压力容器；31、进料口；32、出料口二；33、料斗；4、布料器；41、中空轴；42、中空扰流杆；43、微孔；5、中空旋转主轴；51、出料口一；52、圆孔；6、隔圈；7、陶瓷膜片；71、流道；8、减速电机；81、减速器；9、圆盘；91、刮板；10、渗透液储存箱；11、夹套；12、反洗泵；13、药剂箱；14、高压气罐；15、排渣泵；16、流量计一、17、流量计二；18、多通阀。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

如图1-3所示的旋转式陶瓷膜过滤分离工艺及装置结构图，所述装置包括进料系统、过滤系统、清洗再生系统和排渣系统；其中，进料系统包括原料箱1、进料泵2、至少一个布料器4。过滤系统包括底部设有至少一个进料口31的压力容器3、至少一个中空旋转主轴5、若干个陶瓷膜片7、渗透液储存箱10，所述中空旋转主轴5上端封闭、下端设有出料口一51、侧面设有圆孔52。

所述进料泵2通过管道与原料箱1相连并与原料箱1形成循环回路，进料泵2的另一端通过多通阀18连接压力容器3底部的进料口31并和位于进料口31处的布料器4连通，布料器4分布在陶瓷膜片7的边缘处，出料口一51连接渗透液储存箱10，压力容器3顶部设有出料口二32并连接到原料箱1。所述压力容器3底部的减速电机8通过减速器81和中空旋转主轴5连接，中空旋转主轴5由下向上依次布置圆盘9和若干个陶瓷膜片7，所述陶瓷膜片7通过隔圈6夹持固定在中空旋转主轴5上，且中空旋转主轴5侧面的圆孔52和陶瓷膜片7的流道71相对应，形成密封空间，便于渗透液流通。

所述陶瓷膜片7为三层状结构平板式膜，中心设有通孔、上下两侧有过滤层、中间为过渡层结构，过滤层起到截留大颗粒物的作用，中间过渡层结构为陶瓷膜片7的内部支撑层，加强陶瓷膜片7的强度。

所述清洗再生系统包括与出料口一51或者进料口31连接的高压气罐14和反洗泵12，与反洗泵12连接的药剂箱13。根据过滤分离工艺需求，清洗再生系统和气洗可以是反吹、反洗，也可以是正吹、正洗。将压缩空气或者药剂从出料口一51通入陶瓷膜片7的内部，清洗陶瓷膜片7表面孔内的污物，该方法为反吹、反洗，或者将压缩空气或者药剂从进料口31进入喷洒在陶瓷膜片7外表面，清洗陶瓷膜片7的外表面污物，该方法为正吹、正洗。

所述排渣系统包括设在陶瓷膜片7下方的圆盘9、压力容器3底部的料斗33和排渣泵15。所述圆盘9套在中空旋转主轴5上并随中空旋转主轴5同步转动，圆盘9下方设有刮板91。

本实施例中旋转式陶瓷过滤系统过滤分离工艺原理：进料泵2将原料箱1中的原料通过多通阀18泵入进料口31内，在原料箱1和进料泵2之间加有流量计一16，用于统计单位时间内进料量。布料器4由中空轴41和中空扰流杆42组成，并呈倒L形布置。料液通过中空扰流杆42上的微孔43喷洒到陶瓷膜片7的外表面。陶瓷膜片7通过隔圈6夹持固定在中空旋转主轴5上，且中空旋转主轴5侧壁圆孔52和陶瓷膜片7中心的流道71相对应。减速电机8通过减速器81控制中空旋转主轴5的转速，带动中空旋转主轴5按照顺时针或者逆时针旋转或者顺时针、逆时针交替旋转。压力容器3内的原料液会随着中空旋转主轴5的转动而转动，原料液在陶瓷膜片7的表面形成剪切力，由于错流过滤，渗透液进入到陶瓷膜片7的内部，通过出料口一51流入到渗透液储存箱10中，被截留的浓液留在陶瓷膜片7外面，通过出料口二32流入原料箱1中，在渗透液储存箱10的前面装有流量计二17，用以计算单位时间内的过滤量。过滤装置运行温度在5℃～80℃范围内调控，操作压力控制在0.05MPa～0.4MPa为宜。

中空扰流杆42不仅是布料用，还可以作为扰流装置用。原料液在随中空旋转主轴5转动时，慢慢地和陶瓷膜片7作平行运动，对陶瓷膜片7的剪切力就会减小，过滤效率降低。这时，需要扰流装置打乱原料液的运动方向，增大剪切力，提高通量。中空扰流杆42的形状可以为菱形状、螺旋状等，中空扰流杆42的厚度为6mm～12mm之间，以陶瓷膜片7旋转时不接触为极限。

原料箱1的外部设有夹套11，可以控制进料的温度，压力容器3上装有压力表和温度计，时刻监测过滤系统的压力值和温度值，保持过滤分离工艺在需要的温度和压力状态下进行。

过滤过程中，被截留的浓液循环回流到原料箱1中，滤渣沉积在压力容器3底部，由于刮板91固定在圆盘9上，随着中空旋转主轴5转动，不停地将滤渣推入到料斗33内。刮板91上开设有孔，在随中空旋转主轴5转动时，可以减小料液对刮板91的阻力，提高刮板91的工作效率，滤渣最终通过排渣泵15排出。

该装置在进行过滤分离时，可以是恒压力过滤或者是恒流量过滤。恒压力过滤是保持压力容器3内的压力恒定，在稳定的压力下进行过滤分离。恒压力过滤，能让陶瓷膜片7保持受力均匀，不仅能实现高效错流过滤，还能保持陶瓷膜片7的结构不受破坏，延长使用寿命。恒流量过滤是根据流量计一16和流量计二17的示数，保持该装置在过滤分离时过滤量恒定，提高工作效率。

药剂箱13中可以根据过滤原料的种类，配有不同的药剂，一般为配有一定浓度的各种化学试剂清洗药剂或者过滤后的透过液、纯净水。反洗泵12将药剂箱13中的药剂通过出料口一51泵入陶瓷膜片7内，对陶瓷膜片7进行药洗，清除膜表面的污物或者通过进料口31进入到陶瓷膜片7的外表面进行清洗。该系统还可以利用压缩气体通过出料口一51对陶瓷膜片7进行反吹，气洗时间为5s～1min，也可以把压缩空气通过进料口31对陶瓷膜片7吹洗，同样能达到清除污物的效果。根据实际使用情况，可以配合使用两种清洗方法。一般清洗时，以低速、高速旋转、高温清洗为基本原则，清洗时间为30min～1h，温度范围为50℃～60℃，压力范围为-0.05MPa～0.3MPa。

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。

此外，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，各实施例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。

Claims (10)

1.一种旋转式陶瓷膜过滤分离工艺，其特征在于，包括以下步骤：

（1）进料过滤：先将过滤元件旋转转动，然后通入原料液，原料液通过过滤元件过滤，得到的渗透液进入渗透液储存箱中，被截留的浓液回流到原料箱中；

（2）清洗再生：浓液浓度达到工艺预设浓度时，进料过滤步骤停止，反洗泵把清洗试剂泵入过滤元件内表面或者外表面，清洗除去其外表面的污物；

（3）气洗：利用压缩空气对过滤元件进行反吹，使过滤元件表面的污物松动并排出；

（4）排渣：将过滤沉积的渣料由排渣泵抽出外排。

2.根据权利要求1所述的旋转式陶瓷膜过滤分离工艺，其特征在于：所述过滤元件为顺时针旋转或者逆时针旋转或者顺时针、逆时针交替旋转。

3.根据权利要求1所述的旋转式陶瓷膜过滤分离工艺，其特征在于：所述进料过滤步骤在温度为5℃～80℃，压力为-0.01MPa～0.4MPa的条件下进行，所述清洗再生步骤在时间为30min～1h，温度为50℃～60℃，压力为-0.05MPa～0.3MPa的条件下进行，所述气洗步骤时间为5s～1min。

4.根据权利要求1所述的旋转式陶瓷膜过滤分离工艺，其特征在于：所述进料过滤为恒压力过滤或者恒流量过滤。

5.一种实现如权利要求1-4中任一项所述的旋转式陶瓷膜过滤分离工艺的装置，其特征在于：所述装置包括依次连接的进料系统、过滤系统、清洗再生系统和排渣系统，所述进料系统包括原料箱、进料泵、至少一个布料器，所述过滤系统包括底部设有至少一个进料口的压力容器、至少一个中空旋转主轴、若干个过滤元件、渗透液储存箱，所述中空旋转主轴上端封闭、下端设有出料口一、侧面设有圆孔，所述进料泵通过管道与原料箱相连并与原料箱形成循环回路，所述进料泵的另一端连接压力容器底部的进料口并和位于进料口处的布料器连通，所述出料口一连接渗透液储存箱，所述压力容器顶部设有出料口二并连接到原料箱，所述过滤元件套在中空旋转主轴上，原料液经过进料泵进入压力容器内进行过滤处理，处理后的渗透液通过出料口一进入到渗透液储存箱内，被截留的浓液通过出料口二回流到原料箱内，过滤后的渣料沉积在压力容器底部，完成料液的过滤分离。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述布料器由竖直的中空轴和若干个中空扰流杆呈倒L形布置，所述中空轴顶端封闭、底端开口，所述中空轴位于过滤元件边缘，所述中空扰流杆均匀分布在过滤元件之间且中空扰流杆上设有若干个微孔，所述中空扰流杆厚度在6mm～12mm之间。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述过滤元件为陶瓷膜片，所述陶瓷膜片为三层状结构平板式膜，所述陶瓷膜片中心设有通孔、上下两侧有过滤层、中间为过渡层结构，所述陶瓷膜片中心通孔侧壁开有若干个流道，所述流道和中空旋转主轴侧面圆孔相对。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：还包括位于压力容器下方的减速电机、套在中空旋转主轴上的隔圈，所述中空旋转主轴通过减速电机带动旋转；所述陶瓷膜片通过隔圈夹持固定在中空旋转主轴上并随中空旋转主轴同步转动。

9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述清洗再生系统包括与出料口一或者进料口连接的高压气罐和反洗泵，与反洗泵连接的药剂箱。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述排渣系统包括设在陶瓷膜片下方的圆盘、压力容器底部的料斗和排渣泵；所述圆盘套在中空旋转主轴上并随中空旋转主轴同步转动，所述圆盘下方设有刮板。