CN113423488B - 中空纤维模块 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于多个中空纤维滤芯的模块。该模块具有第一端部帽和第二端部帽，第一端部帽包括用于将第一溶液分配到中空纤维滤芯的第一端的分配器，第二端部帽具有用于收集从中空纤维滤芯中的每个中空纤维滤芯排出的处理过的第一溶液的收集器。
Description
技术领域
本公开内容涉及一种中空纤维模块，该中空纤维模块包括多个中空纤维滤芯，诸如3个、4个、5个、6个、7个、8个或9个滤芯。在单个模块中聚合多个中空纤维滤芯满足了行业对具有高膜面积的模块的需求。
背景技术
模块设计的趋势是获得不断增加的膜面积。对于中空纤维模块，获得较高膜面积的一种方式可以是简单地增加中空纤维模块束中的纤维数量。然而，超过某个阈值，这种增加单个模块的膜面积的方式使膜模块的生产过程复杂化。
在生产中空纤维模块时，使用聚合物树脂在模块的每一端浇铸(“灌封”)中空纤维束。重要的是在纤维端部周围均匀地浇铸所使用的聚合物树脂并避免气泡。获得这些效果的优选方法是使用离心机将聚合物树脂旋转下来，如在例如US 4,190,411 A中所公开。对于较小的模块和/或较小的纤维，灌注材料的离心浇铸效果很好，然而，超过模块的某个阈值尺寸，离心灌封方法是不可行的并且静态灌封是生产的优选选择。然而，已经证明对于大束纤维，特别是透析纤维和小直径纤维而言，难以使用静态方法。
本发明提出一种具有增加的膜面积的中空纤维模块。
发明内容
本发明的目的是提供一种包括多个中空纤维滤芯的中空纤维模块，其中
a.每个中空纤维滤芯包括半透性中空纤维束，所述束被沿该束的长度纵向延伸的壳体包围并且在两个端部处被灌封在树脂中，从而限定用于处理第一溶液的管腔侧容积以及用于处理第二溶液的壳体侧容积，所述壳体设置有用于接收待在壳体侧容积中被处理的第二溶液的端口以及用于排放处理过的第二溶液的另一端口。
b.第一端部帽包括用于第一溶液的入口以及用于将第一溶液分配到中空纤维滤芯中的每个中空纤维滤芯的第一端部的分配器，
c.第二端部帽包括用于从中空纤维滤芯中的每个中空纤维滤芯的第二端部收集处理过的第一溶液的收集器以及用于处理过的第一溶液的出口，
d.第一连接器包括用于第二溶液的入口以及用于将第二溶液分配到中空纤维滤芯中的每个中空纤维滤芯的端口的分配器，
e.第二连接器包括用于从中空纤维滤芯中的每个中空纤维滤芯的另一端口收集处理过的第二溶液的收集器以及用于处理过的第二溶液的出口。
对于工业目的，具有大的膜面积的模块通常优选用于处理大量进料。满足较大膜面积需求的一种方式是并联连接标准模块。然而，这种提供较大容积的方式是费力的并且增加了错误连接标准模块的风险。另一种可能性可以是制备包括较大中空纤维束的模块。然而，仅仅通过扩大目前优选的离心灌封工艺无法获得令人满意的产品。
本发明满足了工业中提供比以其他方式制备的膜面积大的膜面积的需要。
虽然端部帽的使用在一个维度上即在长度维度上界定中空纤维模块，但覆盖端部帽之间的空间通常也是有用的。因此，在本发明的某个实施方式中，第一端部帽和第二端部帽在它们的周边处与盖管连接，所述盖管沿纵向方向包封多个滤芯。盖管通常是柱形的，并且可以提供用于贴上将产品告知用户的标签的表面。
为了增加中空纤维模块的稳定性，通常优选的是第一连接器和第二连接器通过中心杆连接。增加的稳定性使得中空纤维模块即使在极端应力下也能保持正常工作而不会泄漏。使用中心杆的另一优点是第一连接器和第二连接器相对于彼此保持在相同位置，从而防止或减小中空纤维滤芯上的扭矩。
在优选实施方式中，分配器或收集器包括分别与入口或出口流体连接的多个管，所述管适于容纳中空纤维滤芯的端口。分配器的管的数量通常对应于模块的数量，因为每个模块通常只有单个入口。管可以连接到入口。在一个实施方式中，通道在通向单个入口的公共接头处汇合。适当地，管和从管延伸的通道的第一部分形成对应于中空纤维滤芯的端口的腔，用于允许组装中空纤维滤芯和连接器。
类似于分配器，收集器包括多个管。多个管与出口流体连接并且管适于容纳中空纤维滤芯的端口。管的数量对应于滤芯的数量，因为每个滤芯通常只有单个入口。管可以通过设置在连接器中的通道连接到出口。在一个实施方式中，通道在通向单个出口的公共接头处汇合。适当地，管和从管延伸的通道的第一部分形成对应于中空纤维滤芯的端口的腔，用于允许组装中空纤维滤芯和连接器。
在本发明的一个方面中，多个管沿分配器或收集器的轴线分两层定位在分配器或收集器的周界中。两层的应用增加了机械稳定性并减小了分配器的直径。类似地，优选的是多个管沿收集器的轴线交替分布。分配器和收集器的管可以成对定位以用于容纳中空纤维滤芯。在优选方面，中空纤维滤芯的轴线平行于中空纤维模块的轴线。此外，每个中空纤维滤芯的轴线适当地定位在距中空纤维模块的轴线相同的径向距离处。适当地，中空纤维滤芯的轴线在相邻的中空纤维滤芯之间以相同的角度定位。因此，当中空纤维模块包括3根中空纤维时，两个相邻中空纤维的轴线相对于中空纤维模块的轴线之间的角度适当地为120度。使用4个中空纤维滤芯时，则角度为90度，使用6个中空纤维滤芯时，则角度为60度，以此类推。
在优选的方面，第一端部帽或第二端部帽的面向滤芯的一侧设置有用于容纳中空纤维滤芯的对应端部的杯状接收部。杯状接收部允许对成束的纤维的管腔侧进行等量填充。管腔侧的等量或均匀填充使得更好地利用可用膜面积，进而提高效率。杯状接收部的边沿在直径上比中空纤维盒的壳体的外径稍宽以允许容纳。
在优选的设计中，杯状接收部在杯状接收部的内壁上设置有用于邻接中空纤维滤芯的壳体的周边凸缘。周边凸缘与边缘的边缘之间的界面可设置有用于确保组件不泄漏的垫圈，诸如O形环。
根据替代实施方式，杯状接收部的内表面与中空纤维壳的外部面或对应的适配器之间设置有密封构件，诸如O形环。密封件的该定位确保吸收径向力，从而降低泄漏风险。在替代实施方式的实现方式中，适配器在中空纤维滤芯近侧的端部固定到中空纤维壳的表面并且在另一端部处设置有密封构件。
在实施方式中，中空纤维模块仅包括用于第一溶液的单个入口。然而，可以设置两个或更多个入口以获得第一溶液的更好分布。当第一溶液已适当地进入端部帽时，第一端部帽的分配器和/或第二端部帽的收集器包括设置在底部位于两个相邻杯状接收部之间的开口，以允许杯状接收部之间的液体交换。开口与纤维管腔相距一距离的定位允许流体在进入管腔侧之前混合，从而进一步确保纤维的管腔的均匀填充。中空纤维滤芯的另一端部中的端部帽将处理过的第一溶液收集在杯中，并且将处理过的第一溶液通过杯底部的通道引导至出口。
在本发明的一方面，第一端部帽或第二端部帽与第一连接器或第二连接器成一体。这种一体构造减少了中空纤维模块的部件数量并简化了构造。适当地，连接器分配器或连接器收集器包括由容纳多个中空纤维滤芯的第一管板、容纳多个中空纤维滤芯的端部的第二管板以及端部帽界定的第二溶液室，所述第一管板和第二管板被定位在多个中空纤维滤芯的端口的任一侧上。第二溶液室经由端口与第二溶液的入口或出口以及壳体侧容积流体连通。
适当地，第一管板将多个中空纤维滤芯不透液体地定位在盖管内部。通常，两个第一管板被附接在盖管的任一端部。另外的管板可以被定位在盖管内部，用于将多个中空纤维滤芯进一步固定在模块中。
通常，第二管板在其周界处不透液体地附接到端部帽的内部，所述盖轴向延伸到盖管以包围第二溶液室。多个中空纤维滤芯的端部与第二管板的不透液体附接以及第二管板的周边与端部帽的进一步附接提供经由滤芯的端部与入口或出口以及管腔侧容积液体连通的第一密封溶液室。因此，端部帽分配器或收集器包括由第二管板和端部帽内部界定的第一溶液室，所述第一溶液室被构造成与第一溶液的入口或出口以及中空纤维滤芯的端部流体连通。
滤芯的数量通常为2个或更多个，诸如在中空纤维模块中存在3个或更多个中空纤维滤芯。为了获得足够的膜面积，通常需要使用4个或更多个中空纤维滤芯。在本发明的优选方面，中空纤维模块中存在6个或7个中空纤维滤芯。在本发明的另一优选方面，中空纤维模块中存在7个中空纤维滤芯。
在本发明的中空纤维模块的实际应用中，它用于正向渗透(FO)。如果半透性中空纤维膜是不对称的，具有选择性表层以排斥一些物质同时允许其他物质通过，则选择性表层可以被定位于中空纤维的内侧或外侧。对于使用内部设置有表层的中空纤维的中空纤维模块，第一溶液通常是用于浓缩的进料溶液，而第二溶液是包含被中空纤维表层排斥的溶质的汲取溶液。通常，由于渗透压，水在膜上交换，由此第一(进料)溶液被浓缩/脱水并且第二(汲取)溶液被稀释。如果在纤维外侧设置选择性表层，则进料溶液通常是输送到壳体侧进行浓缩的第二溶液，并且将汲取溶液引入中空纤维的管腔侧。正向渗透过程可以通过静水压力(PAFO)辅助以增加水通量。
在本发明的中空纤维模块的另一个实际应用中，它用于反渗透(RO)或纳米过滤(NF)。通常，进料经受超过渗透压的静水压力，以使进料中的水透过膜，同时保留进料的其他组分。
中空纤维膜可由水通道蛋白水通道提供，如在WO14108827、WO2017137361、WO2018141985、WO2018167221或WO18087289中公开，这些文献均通过引用方式并入本说明书中。
在优选实施方式中，中空纤维的内侧或外侧涂有薄膜复合材料(TFC)层，其中并入了水通道蛋白水通道。可以观察到，本说明书和权利要求书中使用的术语“中空纤维”还涵盖毛细管膜和管状膜。支撑中空纤维最初成束并灌封在壳体中。支撑中空纤维可由聚合物诸如聚醚砜(PES)、聚砜(PS)或聚酮制成。支撑中空纤维具有通常用于超滤的尺寸的孔口。
TFC层通常作为包括二胺或三胺的水溶液与包括二酰卤或三酰卤的非极性溶液之间的反应进行制备。更具体地，包括自组装纳米结构的水溶液包括聚乙烯亚胺(PEI)、洗涤剂溶解的水通道蛋白水通道和二胺或三胺。非极性溶液包括在非极性有机溶剂中的二酰卤或三酰卤。最初，中空纤维的内部与水溶液接触一段足以使中空纤维吸收水溶液的时间。在去除过量水溶液并视情况干燥后，加入非极性溶液并允许反应物之间的界面聚合。
PEI可以是平均分子量介于约2,000Da至约10,000Da之间，诸如介于约3,000Da至约5,000Da之间的基本上线性或支化的聚合物。水通道蛋白水通道通常溶解在选自由N,N-二甲基十二烷基胺N-氧化物(LDAO)、辛基-葡糖苷(OG)、正十二烷基β-D-麦芽糖苷(DDM)或它们的组合组成的群组的洗涤剂中。二胺或三胺可以是适当地以约1％至约5％(w/w)的浓度存在于水溶液中的间苯二胺(MPD)。
二酰卤或三酰卤可以是苯-1,3,5-三羰基氯(TMC)，其可以以0.05％至约1％(w/v)的浓度存在于非极性溶液中。通常，非极性有机溶剂为己烷、庚烷、辛烷或它们的混合物。
本发明的中空纤维模块可以单独使用，或者几个模块可以组装在流动系统中使用。当两个或多个模块一起使用时，它们可以串联或并联或以它们的组合连接。由串联连接的两个或更多个模块组成的流动系统增加了膜面积并且允许更有效地处理进料溶液。
上述和其他目的是通过独立权利要求的特征实现的。另外的实现方式从从属权利要求、说明书和附图是明显的。
这些和其他方面将从以下描述的实施方式中是明显的。
附图说明
在本公开内容的以下详细部分中，将参考附图中所示的示例实施方式更详细地解释方面、实施方式和实现方式，其中：
图1是模块的立体图。
图2是从端部帽上方看的视图。
图3示出了模块的切片以查看内部。
图4示出了图3的实施方式的详细说明。
图5示出了模块的放大切片；
图6描绘了连接器的一部分，
图7示出了部分切片的连接器，
图8示出了从内部观察的模块的盖。
图9示出了模块的分解图，其中仅存在6个滤芯中的两个。
图10示出了其中滤芯被定位成位于彼此的延伸部中的实施方式。
图11示出了在杯状接收部与中空纤维滤芯之间使用适配器的第二实施方式。
图12公开了其中端部帽与连接器成一体的实施方式。
图13示出了其中端部帽已被移除的第三实施方式的细节。
具体实施方式
在以下描述的实施方式中，为了简单起见，与本文先前描述或示出的对应结构和特征相同或相似的结构和特征由与先前使用的相同附图标记表示。
图1至图9示出了本发明的同一实施方式。中空纤维模块1包围六个中空纤维滤芯2。每个滤芯包括未示出的半透性中空纤维束，即对某些类型的物质可渗透但对其他类型的物质不能渗透的中空纤维。在半透性纤维束的周界设置壳体3。壳体3沿中空纤维束的长度纵向地延伸。在束的端部9和12处，使用聚合物树脂灌封纤维。聚合物树脂将树脂基体中的各个纤维固定并连接到壳体3的端部内侧，使得树脂基本上与壳体的边缘齐平。半透性纤维束被灌封在聚合物树脂中，使得纤维的中空内部可用于液体的传入流动或传出流动。
纤维灌封在壳体中得到由纤维的内部空间(管腔)限定的管腔侧容积和由纤维的外部空间限定的壳体侧容积，纤维的外部空间由壳体的内部和聚合物树脂基体的内部界定。壳体3设置有用于接收溶液的端口5'以及用于排放处理过的溶液的另一端口5”。端口5'和5”沿滤芯的长度彼此相距一定距离，以在溶液从入口端口5'输送到出口端口5”时允许物质在半透性膜上交换。在所示的实施方式中，端口是从滤芯的轴线径向延伸的接口。然而，其他实施方式是可想象的，包括端口5'只是能够从源接收溶液的开口，而端口5”是用于将处理过的溶液递送给接受方的开口。
六个中空纤维滤芯定位在模块中。在模块的端部设置有第一端部帽6。盖包括用于待由半透性膜处理的第一溶液的入口7。在第一端部帽内侧，分配系统将第一溶液的流分配到中空纤维滤芯中的每个中空纤维滤芯的第一端部9。在模块1的另一端部中设置有第二端部帽10。在第二端部帽10内部，设置了用于从六个中空纤维滤芯中的每个中空纤维滤芯的第二端部收集处理过的第一溶液的收集器。处理过的第一溶液的流被收集成单个流并在出口13处被排放。
第一端部帽6和第二端部帽10在它们的周边通过盖管20连接。盖管沿纵向方向容置多个滤芯。端部帽设置有多个彼此面对的孔口26，以允许紧固装置从一个端部帽延伸到另一个端部帽以组装模块。可替代地，可以通过将柱形盖管的边缘胶合或热熔到每个端部处的第一端部帽和第二端部帽的周边来组装中空纤维模块。在后一实施方式中可以无需孔口。
中空纤维模块还包括第一连接器14，该第一连接器包括用于第二溶液的入口15。入口与分配器16液体连通，以用于将第二溶液分配到中空纤维滤芯中的每个中空纤维滤芯的端口5。分配器包括与中空纤维滤芯的端口互补的结构，以用于在端口和分配器接合时允许防水连接。可选地，O形环或胶水可以被定位在端口的端部，以确保即使在中等压力——即10巴或低于10巴——处也能进行防水接合。可替代地，端口和管可以热熔或焊接在一起。
分配器16包括从连接器的轴线径向地延伸的多个管22。在分配器的中心，管流体地连接到入口。管22的数量等于中空纤维模块的中空纤维滤芯的数量。径向地延伸的管适于容纳中空纤维滤芯的端口5。
多个管22'和22”沿分配器的轴线轴向分散以增加模块的机械强度。因此，三个管22'围绕连接器的轴线在最靠近入口15和出口19的第一层中周向地定位，而另外三个管22”在远离入口15和出口19的第二层中周向地定位。当中空纤维滤芯连接到第一和第二连接器时，端口5'连接到第一连接器的管22'而并且端口5”连接到第二连接器的管22”。
在第二溶液已经在壳体侧容积中进行处理后，通过端口5”被排放。该端口与第二连接器17的管22接合。管22中每一个从连接器的轴线径向地延伸并且被收集在连接器的收集器18中，在此它们流体地连接到出口19。第一连接器和第二连接器可以是相同的，然而，在中空纤维模块内部沿相反方向定位。
在图中所示的实施方式中，第一连接器14和第二连接器17通过中心杆21连接。第一连接器和第二连接器的实体连接增加了中空纤维模块的机械稳定性并且使径向延伸的管22保持彼此相距固定距离，从而确保中空纤维滤芯的端口5容易地装配到管22中。
第一端部帽6在面向滤芯的一侧设置有用于容纳中空纤维滤芯的对应端部的杯状接收部23'和23”。入口7将第一溶液分配给2个相邻的杯状接收部。通过设置在底部、位于相邻杯状接收部之间的开口25将第一溶液分配到所有杯状接收部。由于径向延伸的管的轴向移位，杯状接收部具有不同的深度。因此，杯状接收部23'具有比杯状接收部23”高的深度。
第一端部帽6的杯状接收部23'和23”在内壁上设置有用于邻接到中空纤维滤芯2的壳体3边缘的周边凸缘24。诸如O形环之类的密封构件可以被定位在凸缘24与壳体边缘之间以防止泄漏，特别是当在第一溶液上提供流体静压力时。
类似地，第二端部帽10在面向滤芯的一侧设置有用于容纳中空纤维滤芯的对应端部的杯状接收部23'和23”。出口13从2个相邻的杯状接收部收集第一溶液。通过设置在底部的相邻杯状接收部之间的开口25从其他杯状接收部收集第一溶液。由于径向延伸的管22'和22”的轴向移位，杯状接收部具有不同的深度。因此，杯状接收部23'具有比杯状接收部23”高的深度。
第二端部帽10的杯状接收部23'和23”在内壁上设置有用于邻接到中空纤维滤芯2的壳体3边缘的周边凸缘24。诸如O形环之类的密封构件可以被定位在凸缘24与壳体边缘之间以防止泄漏，特别是当在第一溶液上提供流体静压力时。
第一端部和第二端部的中心设置有能够分别接收第一连接器14和第二连接器17的端部部分的孔口27。连接器设置有凸缘28，该凸缘邻接孔口周围的端部帽内侧。可以提供诸如O形环之类的弹性密封构件，用于在模块被粗糙处理的情况下承载轴承座。
图10示出了本发明的实施方式，其中滤芯被定位成位于彼此的延伸部中以获得包含十二个中空纤维滤芯2的中空纤维模块。在模块的端部设置有第一端部帽6。帽盖包括用于待由半透性膜处理的第一溶液的入口7。在第一端部帽内侧，分配系统将第一溶液的流分配到中空纤维滤芯中的每个中空纤维滤芯的第一端部9。在模块1的另一端部中设置有第二端部帽10。在第二端部帽10内侧，设置了用于从六个中空纤维滤芯中的每个中空纤维滤芯的第二端部收集处理过的第一溶液的收集器。处理过的第一溶液的流被收集成单个流并在出口13处被排放。
第一端部帽6和第二端部帽10在它们的周边通过盖管20连接。盖管沿纵向方向容置多个滤芯。端部帽设置有多个彼此面对的孔口26，以允许紧固装置从一个端部帽延伸到另一个端部帽以组装模块。可替代地，可以通过将柱形盖管的边缘胶合或热熔到每个端部处的第一端部帽和第二端部帽的周边来组装中空纤维模块。在后一实施方式中可以无需孔口。
中空纤维模块还包括第一连接器，该第一连接器包括用于第二溶液的入口15。入口与分配器16液体连通，以用于将第二溶液分配到中空纤维滤芯中的每个中空纤维滤芯的端口5。分配器包括与中空纤维滤芯的端口互补的结构，以用于在端口和分配器接合时允许防水连接。可选地，O形环可以被定位在端口的端部，以确保即使在中等压力下——即10巴或低于10巴——也能进行防水接合。
分配器16包括从连接器的轴线径向延伸的多个管22。在分配器的中心，管流体地连接到入口。管22的数量等于中空纤维模块的中空纤维滤芯的数量。径向地延伸的管适于容纳中空纤维滤芯的端口5。
在第二溶液已经在壳体侧容积中进行处理后，通过端口5”'被排放。该端口与第二连接器17的管22接合。管22中每一个从连接器的轴线径向地延伸并且被收集在连接器的收集器18中，在此它们流体连接到出口19。第一连接器和第二连接器可以是相同的，然而，在中空纤维模块内部沿相反方向定位。
在图中所示的实施方式中，第一连接器14和第二连接器17通过中心杆21连接。第一连接器和第二连接器的实体连接增加了中空纤维模块的机械稳定性并且使径向延伸的管22保持彼此相距固定距离，从而确保中空纤维滤芯的端口5容易地装配到管22中。
上组中空纤维滤芯2a和下组中空纤维滤芯2b通过环形间隔件连接。因此，当第一溶液在中空纤维滤芯2a的管腔侧容积中进行处理时，它在第二端部12a被排放到由间隔件、上部中空纤维滤芯2a的第二端部12a以及下部中空纤维滤芯2b的第一端部9b限定的容积中。随后，第一溶液从间隔件容积被传送到下部滤芯2b的管腔侧容积。
第二溶液首先在下组中空纤维滤芯2b的壳体侧容积中进行处理。下组滤芯的出口19b与上组中空纤维滤芯2a的入口15a液体连通。上组中空纤维滤芯和下组中空纤维滤芯的耦接允许对第一溶液进行两次处理以实现更有效的过滤。
图11公开了其中适配器29用于将中空纤维滤芯2与杯状接收部23耦接的实施方式。适配器在杯状接收部近侧的端部包括用于容纳图中未示出的橡胶O形环的凹槽32。在适配器的近侧于中空纤维滤芯的部分上设置有螺纹30，用于牢固地附接到具有对应螺纹的中空纤维壳体。内凹槽31设置有O形环，从而允许中空纤维滤芯的壳体与适配器之间的防水接合。O形环在周向凹槽32中的定位允许接合晃动，即进行微小移动而不会泄漏。
图12公开了本发明的其中端部帽与分配器和/或收集器成一体的实施方式。
图13示出了同一实施方式的立体图。设置了7个中空纤维滤芯，其中端口5是允许第二溶液进入或离开的孔口。在图中，每个中空纤维滤芯仅提供单个孔口，然而，本领域技术人员可以在滤芯的壳体中建议沿中空纤维滤芯壳的周边定位的其他孔口，例如2个、3个、4个、5个或6个孔口。中空纤维滤芯通过设置在盖管20的两侧并定位在孔口下方的第一管板33在盖管20中保持就位。第一管板33设置有靠近管板周界的6个孔口和在中心的单个孔口，从而允许在每个模块中容纳7个中空纤维滤芯。第一管板33在其周边处附接到盖管的周边以形成将中空纤维滤芯固定在盖管中的结构。
包括中空纤维滤芯中的每个中空纤维滤芯的端口的端部部段从第一管板33突出并且在它们的端部连接到第二管板34，从而当端部帽被定位时形成第二溶液室。第二溶液室与第二溶液的入口或出口以及多个中空纤维滤芯的孔口流体连接，从而允许第二溶液经由分配孔口35从入口15流到第二溶液室以分配到壳体侧容积。
虽然在图中在端部帽上仅示出了单个入口(或出口)，但是本领域技术人员能够沿中空纤维模块的周边设置多个入口。因此，可以沿周边设置1个、2个、3个、4个、5个、6个或更多个入口，用于第二溶液的均匀分布。
待在中空纤维模块中进行处理的第一溶液在入口7处进入并且被分配到中空纤维滤芯的端部。在另一端部显示处理过的第一溶液的对应收集。因此，处理过的第一溶液从中空纤维排出到由在一侧的管板34和端部帽的沿周界的柱形壁界定的第一溶液室中。处理过的第一溶液在出口13离开。虽然图中只示出了到第一溶液室的单个入口或从第一溶液室出来的单个出口，但本领域技术人员能够设置到第一溶液室的多个入口和从第一溶液室出来的多个出口，以便获得第一溶液的更均匀分布。此外，在端部帽内部可以设置流动分配装置，用于将等量的第一溶液混合和分配到中空纤维滤芯的端部。
示例
在正向渗透装置中测试根据本发明的中空纤维模块。进料溶液(即第一溶液)是直接来自反渗透系统的纯水，流速为500LPH(升/小时)。汲取溶液是1M氯化钠并以200LPH的速度引入。结果表明，水通量(Jw)为13.5LMH，反向盐通量(Js)为1.1GMH。比盐通量可计算为0.08g/L。
在360LPH的进料速率和150LPH的汲取速率下测试中空纤维模块的压力稳定性。跨膜压力为模块能够承受而不会泄漏的1.54巴。比盐通量保持在0.08g/L。在另一实验中，跨膜压力增加到6.5巴入口压力而不会泄漏。
以逆流模式和并流模式向中空纤维模块供应进料溶液和汲取溶液。结果表明，在逆流设置中，通量为12.09LMH，而反向盐通量为1.16GMH。在并流模式下，通量被测量为12.33LMH，而反向盐通量为1.14GMH。因此，无论设置进料和汲取溶液的方式如何，该模块都具有基本相同的性能。
在另一实验中，模块被放置在水平和竖向位置。在水平位置和逆流设置中，通量被测量为12.25LMH，而反向盐通量被测量为1.18GMH。当模块被定位在竖向位置并且进料作为底部引入时，通量被测量为12.25，而反向盐通量被测量为1.15GMH。因此，无论模块的位置如何，性能基本保持不变。
Claims (14)
1.一种中空纤维模块，包括多个中空纤维滤芯，其中，
a.每个中空纤维滤芯包括半透性中空纤维束，所述束被沿所述束的长度纵向地延伸的壳体包围并且在两个端部处被灌封在树脂中，从而限定用于处理第一溶液的管腔侧容积以及用于处理第二溶液的壳体侧容积，所述壳体设置有用于接收待在所述壳体侧容积中被处理的所述第二溶液的端口以及用于排放处理过的第二溶液的另一端口，
b.第一端部帽包括用于所述第一溶液的入口以及用于将所述第一溶液分配到所述中空纤维滤芯中的每个中空纤维滤芯的第一端部的端部帽分配器，
c.第二端部帽包括用于从所述中空纤维滤芯中的每个中空纤维滤芯的第二端部收集处理过的第一溶液的端部帽收集器以及用于所述处理过的第一溶液的出口，
d.第一连接器包括用于所述第二溶液的入口以及用于将所述第二溶液分配到所述中空纤维滤芯中的每个中空纤维滤芯的端口的连接器分配器，
e.第二连接器包括用于从所述中空纤维滤芯中的每个中空纤维滤芯的另一端口收集所述处理过的第二溶液的连接器收集器以及用于所述处理过的第二溶液的出口，
其中，所述第一端部帽和所述第二端部帽在它们的周边处与盖管连接，所述盖管沿纵向方向包封所述多个滤芯，以及
其中，所述第一连接器和所述第二连接器通过中心杆连接。
2.根据权利要求1所述的中空纤维模块，其中，所述连接器分配器或所述连接器收集器包括分别与所述入口或所述出口流体连通的多个管，所述管适于容纳中空纤维滤芯的端口。
3.根据权利要求2所述的中空纤维模块，其中，所述多个管通向所述连接器分配器或所述连接器收集器的周界，并且其中，通向所述周界的所述管的定位关于所述连接器分配器或所述连接器收集器的轴线分两层轴向地分散。
4.根据权利要求1所述的中空纤维模块，其中，所述第一端部帽或所述第二端部帽的面向所述滤芯的一侧设置有用于容纳所述中空纤维滤芯的对应端部的杯状接收部。
5.根据权利要求4所述的中空纤维模块，其中，所述杯状接收部在所述杯状接收部的内壁上设置有用于邻接到中空纤维滤芯的所述壳体的周边凸缘。
6.根据权利要求4或5所述的中空纤维模块，其中，所述杯状接收部的内表面与中空纤维壳体的外部面之间设置有密封构件，诸如O形环。
7.根据权利要求4或5所述的中空纤维模块，其中，适配器在所述中空纤维滤芯近侧的端部固定到所述中空纤维壳体的表面，并且在另一端部设置有密封构件，诸如O形环，所述密封构件设置在所述杯状接收部的内表面与所述适配器的外部面之间。
8.根据权利要求4或5所述的中空纤维模块，其中，所述第一端部帽的所述端部帽分配器和/或所述第二端部帽的所述端部帽收集器包括设置在有关所述杯状接收部的底部、位于两个相邻杯状接收部之间的开口，以允许所述杯状接收部之间的液体交换。
9.根据权利要求1所述的中空纤维模块，其中，所述第一端部帽或所述第二端部帽与所述第一连接器或所述第二连接器成一体。
10.根据权利要求9所述的中空纤维模块，其中，所述连接器分配器或连接器收集器包括由具有用于容纳所述多个中空纤维滤芯的孔口的第一管板、容纳所述多个中空纤维滤芯的端部的第二管板以及所述端部帽界定的第二溶液室，所述第一管板和所述第二管板相对于所述滤芯的纵向范围被轴向地定位在所述多个中空纤维滤芯的端口的任一侧上。
11.根据权利要求9或10所述的中空纤维模块，其中，所述第二管板在其周界处不透液体地附接到所述端部帽的内部面，所述帽轴向地延伸到所述盖管以包围所述第二溶液室。
12.根据权利要求9或10所述的中空纤维模块，其中，所述端部帽分配器或收集器包括由所述第二管板和所述端部帽的内部界定的第一溶液室，所述第一溶液室被配置用于与所述第一溶液的入口或出口及所述中空纤维滤芯的端部流体连通。
13.根据权利要求1所述的中空纤维模块，其中，在所述中空纤维模块中存在3个或更多个中空纤维滤芯。
14.根据权利要求1所述的中空纤维模块，其中，在所述中空纤维模块中存在6个或7个中空纤维滤芯。
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