CN110124551A - 改善膜通量的气-液两相流的装置及其工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了改善膜通量的气‑液两相流的装置及其工艺方法，本发明涉及膜通量技术领域，其包括：通过管道依次连接的原料罐、物料泵、流量控制器以及气液混合器，气液混合器设置有进液口与流量控制器连接，气液混合器上端设置有进气口并通过气管与流量控制器和空气压缩机连接；气液混合器下端设置有混合液出口通过连接管与膜装置连接，膜装置另一端连接有气液分离器。其具有提高膜的通量，减少了污染程度，使膜清洗周期延长了一倍的优点。
Description
技术领域
本发明涉及膜通量技术领域，特别是一种改善膜通量的气-液两相流的装置及其工艺方法。
背景技术
当前普遍使用的卷式超滤膜和纳滤膜组件，因其流道狭窄、水力条件差、流速低、截留物易沉积在膜表面，浓差极化严重，严重影响分离性能。溶质将被截留在膜表面附近，形成浓差极化层，由膜表面溶质浓度与溶液中溶质浓度之差导致从膜表面向溶液中溶质扩散传递，直至达到平衡状态，并且随着过滤的进行，膜表面会形成颗粒沉积层，通过压实形成滤饼层。浓差极化和滤饼层的形成使膜的渗透通量下降，操作压力增加，因此，浓差极化和滤饼层是造成膜污染的重要因素。浓差极化和膜污染的危害主要在于，当膜面上被截留组分浓度增加时，该组分透过膜的流量也会加快；同时，它还会导致界面上渗透压力的增高，膜过程推动力下降，渗透通量降低；此外，局部浓度的增高，通常会使溶液饱和，在一定条件下甚至会形成晶析层或形成凝胶附着于膜表面，将孔堵死，严重时等于在膜表面上形成一层二次薄膜，使渗透通量大幅度下降。
目前控制膜污染的主要方法有对进料液预处理、膜表面改性、促进湍流、脉动涡流等。
膜分离技术作为一种高效节能技术，已广泛应用于轻工、食品、医药、化工、环保、石油、电子、能源等各领域。膜分离过程中，由于膜的截留作用，部分或全部两相流技术应用于膜分离过程中，希望能找出一种有效的手段和途径来解决膜分离过程中通量随过滤时间下降的问题，从而有效的控制和解决膜污染及浓差极化现象。实验结果表明，无论是处理生物污水、大分子物质、颗粒悬浮液的超滤和微滤实验，无论采用哪种结构的膜组件(中空纤维膜、管式膜、平板膜)，气液两相流都明显地增大膜渗透通量，均能有效地减少浓差极化和膜污染，具有良好地适用性，因此引起了广泛地关注。由于在两相流中，气体的通入可以有效地降低浓差极化和膜污染，增加了膜表面的剪切力，减少颗粒在膜表面的沉积，从而减小了膜表面的颗粒层阻力，增加了膜的渗透通量。此外，通入气体也加强了膜内流体的湍流流动及料液的局部混合，同时也减少了颗粒同膜表面的接触，降低了膜孔内部堵塞。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种改善膜通量的气-液两相流的装置及其工艺方法，其具有提高膜的通量，减少了污染程度，使膜清洗周期延长了一倍的优点。
申请人在长期研究中发现：由于在两相流中，气体的通入可以有效地降低浓差极化和膜污染，增加了膜表面的剪切力，减少颗粒在膜表面的沉积，从而减小了膜表面的颗粒层阻力，增加了膜的渗透通量。此外，通入气体也加强了膜内流体的湍流流动及料液的局部混合，同时也减少了颗粒同膜表面的接触，降低了膜孔内部堵塞。
气液两相流不仅对膜表面的质量传递有深刻的影响，它也会影响到膜内阻力.采用两相流时，气体分子也可能部分透过膜，当透过膜的水分子周围的部分液体分子被气体分子替代时，由于气体的粘度远小于液体的粘度，因而水分子在膜孔内扩散的Stokes力会减小，这在宏观上表现为膜内孔阻力的降低.在一定的操作压力范围内，膜两侧压差越大，气体通量越大，在水分子通过膜孔时，周围的气体分子数越多，膜内阻力减小也更多，两相流中气体流量增大，气体分子总数的增加也会导致进入膜孔的气体分子增多，进而减小膜内水分子通过的阻力.因此在膜处理的液体中，如何通入气体并使之混合均匀，成了关键问题。
因此申请人的本发明实施例提供了：一种改善膜通量的气-液两相流的装置，其包括：通过管道依次连接的原料罐、物料泵、流量控制器以及气液混合器，气液混合器设置有进液口与流量控制器连接，气液混合器上端设置有进气口并通过气管与流量控制器和空气压缩机连接；气液混合器下端设置有混合液出口通过连接管与膜装置连接，膜装置另一端连接有气液分离器。
进一步地，本发明提供的装置可用于微滤膜、超滤膜、纳滤膜及需要气液混合的场合，超滤膜包括管式膜、平板膜、卷绕膜。
本发明实施例还提供了：一种改善膜通量的气-液两相流的工艺方法，用于膜处理的液体，由原料罐经物料泵泵送经过流量控制器控制液体流量，通过进液口进入气液混合器；气体经过空气压缩机压缩后形成压缩气体，并经过流量控制器后通过进气口进入气液混合器中，压缩气体与进液口进入的液体混合形成气液混合物，混合后的气液混合物料由气液混合器下端的混合液出口出来进入膜装置后形成浓缩液，膜的浓缩液进入气-液气液分离器并进行气-液分离；分离得到的气体可以循环再用。
进一步地，液体的压力控制在0.1-2MPa。气体的压力控制在0.1-2MPa
进一步地，物料进入气液混合器中，沿着螺旋导流板与多孔气体分布棒之间缝隙呈薄膜状下流与多孔气体棒中出来的微小气泡混合后，由出液口流出，进入膜组件。液体与气体的体积比例为1︰0.2-1。
气液混合器中的多孔气体分布棒上开有1-3微米的孔。气液混合器圆筒内部焊有螺旋状导流板。气体分布棒材质是PP、PE也可以是钛材。
进一步地，气体可以是压缩空气也可以是其它惰性气体。
本发明具有以下优点：
提高了膜的通量，减少了污染程度，使膜清洗周期延长了一倍。
附图说明
图1为本发明的改善膜通量的气-液两相流的工艺方法流程的示意图；
图2为本发明的改善膜通量的气-液两相流的装置气液混合器构造图。
图中：1-原料罐；2-物料泵；3-流量控制器；4-进液口；5-气液混合器；6-进气口；7-空气压缩机；8-流量控制器；9-混合液出口；10膜装置；11-气液分离器；11-1-气体分布棒；11-2-螺旋状导流板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1至图2所示，实施例1
2％的木糖液由原料储罐1经物料泵2打经流量控制器3控制物料流量，通过进液口4进入气液混合器5，在此与气液混合器5上端进气口6进入的气体混合，混合后的气液混合物料由混合器5下端混合液出口9出来进入卷式超滤膜装置10，膜的浓缩液进入气-液气液分离器11，在此气-液分离；分离的气体可以循环再用。
由泵2将物料打经流量控制器3后，根据选用的膜的种类不同，压力控制在0.1-2MPa。气体压力控制在0.1-2MPa。
物料进入气液混合器5中，沿着螺旋导流板与多孔气体分布棒11-1之间缝隙呈薄膜状下流与多孔气体棒11-1中出来的微小气泡混合后，由出液口9流出，进入膜组件。液体与气体的体积比例为1︰0.3。
所述气-液两相流的混合器4中的多孔气体分布棒1-1上开有2微米的孔。气液混合器5圆筒内部焊有螺旋状导流板11-2。气体分布棒11-1材质是PP也可以是钛材。
同样条件下，通气混合膜浓缩时膜通量提高70％。
实施例2
10％的甜菜糖液由原料储罐1经物料泵2打经流量控制器3控制物料流量，通过进液口4进入气液混合器5，在此与气液混合器5上端进气口6进入的气体混合，混合后的气液混合物料由混合器5下端混合液出口9出来进入卷式纳滤膜膜装置10，膜的浓缩液30wt％进入气-液气液分离器11，在此气-液分离；分离的气体可以循环再用。
由泵2将物料打经流量控制器3后，根据选用的膜的种类不同，压力控制在3MPa。气体氮气压力控制在3MPa。
物料进入气液混合器5中，沿着螺旋导流板与多孔气体分布棒11-1之间缝隙呈薄膜状下流与多孔气体棒11-1中出来的微小气泡混合后，由出液口9流出，进入膜组件。液体与气体的体积比例为1︰0.3。
所述气-液两相流的混合器4中的多孔气体分布棒1-1上开有2微米的孔。气液混合器5圆筒内部焊有螺旋状导流板11-2。气体分布棒11-1材质是PP也可以是钛材。
同样条件下，通气混合膜浓缩时膜通量提高78％。
膜操作时通气与不通气体的对比数据见下表：
Claims (6)
1.一种改善膜通量的气-液两相流的装置及工艺方法，其特征在于，包括：通过管道依次连接的原料罐（1）、物料泵（2）、流量控制器（3）以及气液混合器（5），所述气液混合器（5）设置有进液口（4）与所述流量控制器（3）连接，所述气液混合器（5）上端设置有进气口（6）并通过气管与流量控制器（8）和空气压缩机（7）连接；所述气液混合器（4）下端设置有混合液出口（9）通过连接管与膜装置（10）连接，所述膜装置（10）另一端连接有气液分离器（11）。
2.根据权利要求1所述的一种改善膜通量的气-液两相流的装置及工艺方法，其特征在于，所述膜装置（10）中的膜包括微滤膜、超滤膜、纳滤膜，所述超滤膜包括管式膜、平板膜、卷绕膜。
3.一种改善膜通量的气-液两相流的装置及工艺方法，其特征在于，用于膜处理的液体，由原料罐（1）经物料泵（2）泵送经过流量控制器（3）控制液体流量，通过进液口（4）进入气液混合器（5）；气体经过空气压缩机（7）压缩后形成压缩气体，并经过流量控制器（8）后通过进气口（6）进入气液混合器（5）中，压缩气体与进液口（4）进入的液体混合形成气液混合物，混合后的气液混合物料由气液混合器（5）下端的混合液出口（9）出来进入膜装置（10）后形成浓缩液，膜的浓缩液进入气-液气液分离器（11）并进行气-液分离；分离得到的气体可以循环再用。
4. 根据权利要求3所述的一种改善膜通量的气-液两相流的装置及工艺方法，其特征在于，液体的压力控制在0.1-2MPa。
5.气体的压力控制在0.1-2MPa
根据权利要求3所述的一种改善膜通量的气-液两相流的装置及工艺方法，其特征在于，物料进入气液混合器（5）中，沿着螺旋导流板与多孔气体分布棒（11-1）之间缝隙呈薄膜状下流与多孔气体棒（11-1）中出来的微小气泡混合后，由出液口（9）流出，进入膜组件。
6.液体与气体的体积比例为1︰0.2-1
根据权利要求3所述的一种改善膜通量的气-液两相流的装置及工艺方法，其特征在于，气体可以是压缩空气也可以是其它惰性气体。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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