CN109289528B - 一种撞击流振动膜分离组件及分形装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种撞击流振动膜分离组件及分形装置。包括分离柱和原料输送泵；分离柱从上至下依次为分离产物区、分离区、撞击流区、沉降区；所述分离产物区位于分离柱上端，顶部设置分离产物出口；分离区设置有振动膜分离组件，分离区两侧面设置非均相流体出口与原料输送泵的入口连接；撞击流区两侧面设置非均相流体入口，两个入口处于同一平面并相向设置与原料输送泵的出口连接；沉降区通过隔板与撞击流区部分隔离。通过原料输送泵分成两股流体进入组件，在撞击区流体通过相向撞击既产生涡流使固体颗粒在分离过程时处于运动状态，同时流体产生的振动可以使分离区排列的膜管产生微振动状态，缓解了其在膜孔中的堵塞。

Description

一种撞击流振动膜分离组件及分形装置

技术领域

本发明属于非均相分离技术领域，具体涉及一种撞击流振动膜分离组件及分形装置。

背景技术

非均相分离是包括固液分离、固气分离或液气分离三种体系。这三种类型的分离过程均是非常重要的单元操作，在国民经济各部门如化工、轻工、制药、矿山、冶金、能源、环境保护等应用非常广泛。在许多生产过程中，分离技术水平的高低，质量的优劣直接影响到许多过程实现工业化规模生产的可能性、工艺过程的先进性和可靠性、制品质量和能耗、环境保护等经济和社会效益。

如燃烧过程产生的烟尘和工业生产、加工工序产生的各种粉尘是大气中危害最久、最严重的一种污染物。随排放的气体进入大气中的粉尘是造成雾霾现象的主要因素，也直接威胁着人们的生命，尤其身处粉尘污染的环境会引起多种心血管、呼吸道疾病等。传统的固气分离装备多采用电除尘器或布袋除尘器，若在现有技术上进行改造实现超低排放，因投资、运营、维护成本过高，导致实施时有一定的阻力。

非均相固液分离可分为沉降和过滤两个过程。在实际应用中，为了提高固液分离的效果，需要从多方面考虑，确定合理的固液分离工艺，主要有以下几种措施：①采用联合流程，即把两种或两种以上的固液分离手段合理搭配，优化配置，如沉降与过滤的组合，旋流器与过滤及沉降分离的组合等，这种方式在矿物加工中应用非常广泛；②利用凝聚与絮凝等手段及助剂以提高沉降速度及过滤速度；③利用预涂层、助滤剂等改善过滤性能，提高过滤速度；④利用电场、磁场等辅助手段促进过滤分离。

撞击流(Impinging Streams,IS)是化工新技术。自1961年Elperin提出撞击流的概念以来，已进行了众多的研究与开发；液相反应或以液体为连续相的多相反应是化工、石油化工、医药、轻工、湿法冶金等多种过程工业中广泛涉及的一大类反应体系。这类反应当然在分子尺度上进行，装置中的微观混合状况对过程的效率有重大影响。撞击流这种新颖的技术方法，其基本原理是：两股等量两相流沿同轴相向流动，并在中点处撞击并产生振荡。其结果是在两根加速管之间造成一个高度湍动的撞击区，大大地强化了传递过程。

分形结构是自然界中普遍存在的一种结构，具有以非整数维形式充填空间的形态特征。通常被定义为“一个粗糙或零碎的几何形状，可以分成数个部分，且每一部分都(至少近似地)是整体缩小后的形状”，即具有自相似的性质。自相似原则和迭代生成原则是分形理论的重要原则。分形形体中的自相似性可以是完全相同，也可以是统计意义上的相似。标准的自相似分形是数学上的抽象，迭代生成无限精细的结构，如科赫曲线(Kochsnowflake)、谢尔宾斯基地毯(Sierpinski carpet)等。这种有规分形只是少数，绝大部分分形是统计意义上的无规分形，如宏观天体结构与微观分子原子结构具有典型的自相似性、大树的整体形状与树枝、人体血管分布等。

发明内容

本发明目的在于提供一种高效非均相分离装置，使凝聚态颗粒远离膜孔，缓解其在膜孔中的堵塞，同时还能通过反洗对装置进行清理。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种撞击流振动膜分离组件，包括分离柱和原料输送泵；

所述分离柱从上至下依次为分离产物区、分离区、撞击流区、沉降区；

所述分离产物区位于分离柱上端，顶部设置分离产物出口、压缩气体入口和药剂入口，均为并列分布，分别用阀门控制；

所述分离区设置有振动膜分离组件，分离区两侧面设置非均相流体出口，两出口通过阀门控制与原料输送泵的入口连接；

所述撞击流区两侧面设置非均相流体入口，两个入口处于同一平面并相向设置，其中两入口通过阀门控制与原料输送泵的出口连接；

所述沉降区位于分离柱下端通过隔板与撞击流区部分隔离，底部设置凝聚相流体出口、药剂出口，两出口并列分布并有阀门控制；

其中，所述振动膜分离组件由树脂密封层和膜管组成；所述树脂密封层位于分离产物区和分离区的横截面，所述膜管一端封闭另一端开口，开口端的外管壁与树脂密封层粘接固定并与分离产物区连通，封闭端将管内空间和分离区空间隔离。

按上述方案，所述膜管为中空纤维膜、有机管式膜、无机管式膜、金属粉末烧结管、活性炭烧结管。

按上述方案，所述膜管管壁微孔孔径在0.01um～50um之间，膜管内径0.3mm～50mm，外径在0.5mm～200mm之间。

按上述方案，所述的非均相流体包括连续相和凝聚相；其中，连续相为气体，凝聚相为固体颗粒或者液体颗粒；或者连续相为液体，凝聚相为固体颗粒。

一种撞击流振动膜分离装置，由两个上述撞击流振动膜分离组件并联组成撞击流振动膜分离分形单元；再由若干个撞击流振动膜分离分形单元按照分形原理组装成撞击流振动膜分离装置。

本发明涉及的撞击流振动膜分离组件是基于膜分离的基本原理设计的一种新型膜分离结构组件。该设计理念是采用流体通过原料输送泵分成两股流体进入组件，在撞击区流体通过相向撞击既产生涡流使固体颗粒在分离过程时处于运动状态，同时流体产生的振动可以使分离区排列的膜管产生微振动状态，这样在分离过程中，凝聚态颗粒远离膜孔，缓解了其在膜孔中的堵塞。由于装置设计了凝聚态颗粒物通道，在分离过程中，颗粒物聚集在沉降区沉淀，从排渣口排除。

本发明撞击流振动膜分离组件及分形装置和传统分离膜组件比较，具有如下优势。

利用撞击流技术使凝聚态颗粒远离膜孔，缓解了其在膜孔中的堵塞。

撞击流振动膜分离分形装备可通过分离产物出口流量或原料进口压力与产物出口压力差来判断膜孔堵塞情况，分离产物出口流量越小或原料进口压力与产物出口压力差越大膜孔堵塞情况越严重，通过自动控制系统控制阀门状态即可实现四种方式的不停机反冲。

采用一进两出的设计理念，使固、液从不同通道流出，避免了凝聚态颗粒的累积。

本设计理念适用于中空纤维膜、陶瓷膜、有机管式膜等各种分离膜。

可实现梯级过滤，的方式大大地提高了膜分离的适应范围。

仿自然分形理论中微观和宏观的自相似性原理，实现撞击流分形振动膜组件的分形布置，既可实现装备的大型化，又能使流体均匀分布。

附图说明

图1：本发明撞击流振动膜分离组件结构示意图；

图2：2个撞击流振动膜分离组件组成的分形单元结构示意图；

图3：8个撞击流振动膜分离组件组成的分形单元结构示意图；

图4：本发明撞击流振动膜分离分形装置结构示意图。

其中，其中，1—分离产物区；2—分离区；3—撞击流区；4—沉降区；5—树脂密封层；6—膜管；7—挡板；P1—原料输送泵；C11—原料入口控制阀；C12—原料回流控制阀；C13—气反洗入口控制阀；C14—分离产物出口控制阀；C15—凝聚相出口控制阀；C16—药剂反洗入口控制阀；C17—药剂反洗出口控制阀；

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

如图1所示一种撞击流振动膜分离组件，包括分离柱和原料输送泵P1；

所述分离柱从上至下依次为分离产物区1、分离区2、撞击流区3、沉降区4；

所述分离产物区1位于分离柱上端，顶部设置分离产物出口、压缩气体入口和药剂入口，均为并列分布，分别用阀门控制(所述阀门依次为C13—气反洗入口控制阀、C14—分离产物出口控制阀、C16—药剂反洗入口控制阀)。

所述分离区2设置有振动膜分离组件，分离区两侧面设置非均相流体出口，两出口通过阀门(C12—原料回流控制阀)控制与原料输送泵P1的入口连接；

所述撞击流区3两侧面设置非均相流体入口，两个入口处于同一平面并相向设置，其中两入口通过阀门(C11—原料入口控制阀)控制与原料输送泵P1的出口连接；

所述沉降区4通过隔板7与撞击流区3部分隔离，底部设置凝聚相流体出口、药剂出口，两出口并列分布并有阀门控制(所属阀门依次为C15—凝聚相出口控制阀、C17—药剂反洗出口控制阀)。所述隔板主要在于减小撞击流区和沉降区的连通面积。

其中，所述振动膜分离组件由树脂密封层5和膜管6组成；所述树脂密封层5位于分离产物区1和分离区2的横截面，所述膜管6一端封闭另一端开口，开口端的外管壁与树脂密封层5粘接固定并与分离产物区连通，封闭端将管内空间和分离区空间隔离。

所述膜管为中空纤维膜、有机管式膜、无机管式膜、金属粉末烧结管或活性炭烧结管。

所述膜管的管壁微孔孔径在0.01um～20um之间，膜管内径0.3mm～10mm，外径在0.5mm～200mm之间。

所述非均相流体包括连续相和凝聚相；其中，连续相为气体，凝聚相为固体颗粒或者液体颗粒；或者连续相为液体，凝聚相为固体颗粒。

本发明撞击流振动膜分离装置，先由两个上述撞击流振动膜分离组件并联组成撞击流振动膜分离分形单元(如图2所示)；再由若干个撞击流振动膜分离分形单元按照分形原理组装成撞击流振动膜分离装置(如图3和图4所示)。

本发明正常运行状态下，阀门C11、C12和C14处于常开状态，C13、C15、C16和C17处于闭合状态(见图1)，通过自动控制系统控制阀门状态即可实现四种方式的不停机反冲，具体操作如下：

瞬间脉冲反冲：当分离产物出口流量越小或原料进口压力与产物出口压力差越大某一组件的出口流量衰减到一定程度时，按顺序依次突然关闭该组件的C14、C12和C11阀门，此时分离产物区瞬间压力增加，产生“水锤”现象，再突然打开C12出水回流阀，实现瞬间反冲。交替C12和C11开闭即可利用“水锤”现象实现脉冲反冲。

正常连续反冲：当某一组件的出口流量衰减到一定程度时，关闭该组件的原料入口阀C11，此时分离产物区的流体反相通过膜管孔道流动，实现连续反冲。

压缩气体反冲：当某一组件的出口流量衰减到一定程度时，关闭该组件的原料入口阀C11和分离产物出口控制阀C14，实现压缩气体反冲；也可以关闭原料回流阀C12，打开排渣阀门C15，实现既反洗又排渣的目的。

当某一组件的出口流量衰减到一定程度时，关闭该组件分离产物出口控制阀C14，实现压缩气体和流体协同错流反冲。

药剂反冲：当某一组件的出口流量衰减到一定程度时，关闭该组件的原料入口阀门C11、原料回流阀C12和分离产物出口控制阀C14，打开药剂反洗入口控制阀C16和药剂反洗出口控制阀C17，此时药剂随分离产物区的流体反相通过膜管孔道流动，进入分离区和撞击流区域，通过C17药剂出口回到药剂槽，实现连续药剂反冲洗。冲洗结束后，关闭C16，打开C14，腔体内剩余药剂回到药剂槽。

Claims (5)

1.一种撞击流振动膜分离组件，其特征在于包括分离柱和原料输送泵；

所述分离柱从上至下依次为分离产物区、分离区、撞击流区、沉降区；

所述分离产物区位于分离柱上端，所述分离柱顶部设置分离产物出口、气反洗入口和药剂反洗入口，均为并列分布，分别用阀门控制；

所述分离区设置有振动膜分离组件，分离区两侧面设置非均相流体出口，两出口通过阀门控制与原料输送泵的入口连接；

所述撞击流区两侧面设置非均相流体入口，两个入口处于同一平面并相向设置，其中两入口通过阀门控制与原料输送泵的出口连接；

所述沉降区位于分离柱下端通过挡板与撞击流区部分隔离，所述分离柱底部设置凝聚相出口、药剂反洗出口，两出口并列分布并有阀门控制；

其中，所述振动膜分离组件由树脂密封层和膜管组成；所述膜管一端封闭另一端开口，开口端的外管壁与树脂密封层粘接固定并与分离产物区连通，封闭端将管内空间和分离区空间隔离。

2.如权利要求1所述撞击流振动膜分离组件，其特征在于所述膜管为中空纤维膜、金属粉末烧结管、活性炭烧结管。

3.如权利要求1所述撞击流振动膜分离组件，其特征在于所述膜管管壁微孔孔径在0.01um~50um之间，膜管内径0.3mm~50mm，外径在0.5mm~200mm之间。

4.如权利要求1所述撞击流振动膜分离组件，其特征在于所述的非均相流体包括连续相和凝聚相；其中，连续相为气体，凝聚相为固体颗粒或者液体；或者连续相为液体，凝聚相为固体颗粒。

5.一种撞击流振动膜分离装置，其特征在于先由两个权利要求1所述撞击流振动膜分离组件并联组成撞击流振动膜分离分形单元；再由若干个撞击流振动膜分离分形单元按照分形原理组装成撞击流振动膜分离装置。

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