CN115779690B - 一种卷式膜组件及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种卷式膜组件及其制备方法与应用，所述卷式膜组件包括中心管以及卷绕在中心管上的膜片组；所述中心管的管壁上设有排气孔；所述中心管的两端设有出气口；所述膜片组包括进料侧隔网和膜袋；所述膜袋包括渗透汽化膜和透过侧隔网；所述透过侧隔网设置于2张渗透汽化膜的中间；所述膜袋中渗透汽化膜的一边与所述中心管连接，其余边密封；所述排气孔位于膜袋的内侧；所述进料侧隔网和/或所述透过侧隔网的节点设有柱形加强件，且柱形加强件表面设置凹陷。本发明提供的卷式膜组件在渗透汽化过程中，可以在缓解浓差极化、强化传质的同时具有较低的通道压降，并降低抽真空过程中的膜袋形变，增加可流动空间，减少流动死区。
Description
技术领域
本发明属于膜组件设计技术领域，涉及一种卷式膜组件及其制备方法与应用。
背景技术
渗透汽化是一种新型的膜分离技术，以膜两侧的蒸汽分压差为驱动力，利用膜对料液中不同组分的亲和性和传质阻力的差异实现选择性分离。为了维持较高的跨膜驱动力，一般对渗透侧气体采用抽真空。相较于蒸馏、萃取或吸附等传统分离工艺，渗透汽化工艺具有分离选择性高、能耗低、无需有机溶剂介入、易于耦合和放大等优点，在共沸物分离、有机溶剂脱水、水中有机物回收和脱盐等领域展现了巨大的应用潜力。
膜组件是膜技术应用中至关重要的一环。由于涉及相变、抽真空等特性，渗透汽化膜组件一般需要较高的密封性和足够的透过侧气体流动空间，以维持低透过侧阻力和压降，促使透过侧气体排出组件。目前常用的渗透汽化膜组件为板框式膜组件，其构造简单、技术成熟且透过侧流道空间大，例如CN112844055A公开了一种板框式渗透汽化膜组件，通过在渗透侧收集框的两侧设置沉台，实现支撑板和膜片的精准定位和安装，降低了板框式膜组件的装配难度，但是板框式膜组件存在流道不均、污染死区等问题，且组件的装填密度低于400m2/m3，规模化应用的成本较高。
CN103157380A公开了一种耐压耐有机溶剂管式分子筛膜组件及其渗透汽化分离工艺，通过使用聚四氟乙烯或石墨材料的O型密封圈和新的密封方式，解决了渗透汽化膜组件的耐压性和耐有机溶剂问题，尽管管式膜组件流道均匀、错流速度高、污染易清洗，但组件的装填密度一般低于100m2/m3，且无机分子筛膜相较于聚合物膜的制备成本较高，因此也不是规模化应用的最优选择。
CN114307655公开了一种U型中空纤维渗透汽化膜组件及制备方法，通过控制基膜的弯曲度，用热熔胶定型以形成U型结构的中空纤维膜，并辅以浸渍-提拉法制备出超薄致密均匀的膜分离层，最终缓解了中空纤维膜在高温、高速流体冲刷条件下的拉伸形变以及导致的组件失效问题。中空纤维渗透汽化膜组件具有细密的纤维束结构以及较高的装填密度，但是纤维束内易遭受浓差极化、温差极化的影响，且组件性能受纤维束排列方式和数量的影响极大，因此，高性能的中空纤维渗透汽化膜组件目前仍有待进一步的研究。
相较于上述所提及的三类膜组件，卷式膜组件构造和装配简单，装填密度高，占地面积小，且内部所含的隔网元件有助于组件流道的调节和污染的控制，规模化应用潜力较佳。该组件已在超滤、反渗透等领域得到广泛应用。CN215463327U公开了一种卷式膜组件，包括膜片和设置在膜片渗透液侧的渗透侧隔网；所述渗透侧隔网为聚丙烯硬弹性膜。聚丙烯高分子硬弹性膜的网络孔结构，对透过膜进入渗透侧的渗透液提供广阔的流道空间，有效提高膜过滤过程中的水通量，而且聚丙烯高分子硬弹性膜具有相对无规则的网络孔结构，对透过膜进入渗透侧的渗透液提供了更加广阔的流道空间，从而降低系统运行压力，延长膜组件使用寿命，为卷式膜组件节能降耗做出贡献。
过往卷式膜组件的研发多关注于进料侧条件和结构参数优化，但对于渗透汽化工艺，卷式膜组件的透过侧隔网参数、透过侧通道压降、膜袋密封、抽真空膜袋形变等问题至关重要却又缺乏系统性研究，进而导致卷式渗透汽化膜组件的研发和应用受到限制。
对此，本发明提供一种卷式膜组件及其制备方法与应用，通过对透过侧隔网参数设计、透过侧通道压降调节、膜袋密封、抽真空膜袋形变等问题进行研究，所得卷式膜组件用于渗透汽化工艺中具有高传质性能、高密闭性、低透过侧压降以及高运行稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种卷式膜组件及其制备方法与应用，通过对卷式膜组件进行结构优化，以强化传质、缓解渗透汽化抽真空过程中的膜袋形变、降低组件透过侧阻力和压降，有助于渗透汽化技术的规模化应用。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种卷式膜组件，所述卷式膜组件包括中心管以及卷绕在中心管上的膜片组；
所述中心管的管壁上设有排气孔；
所述中心管的两端设有出气口；
所述膜片组包括进料侧隔网和膜袋；
所述膜袋包括渗透汽化膜和透过侧隔网；所述透过侧隔网设置于2张渗透汽化膜的中间；
所述膜袋中渗透汽化膜的一边与所述中心管连接，其余边密封；
所述排气孔位于膜袋的内侧；
所述进料侧隔网和/或所述透过侧隔网的节点设有柱形加强件，且柱形加强件表面设置凹陷。
所述卷式膜组件还包括依次包裹在膜片组外围的无纺布和外壳，中心管的两端配有端盖；在使用本发明提供的卷式膜组件时，将所述卷式膜组件装入外壳内部，所述中心管的一端出气口堵住，另一端出气口连接冷凝装置和真空泵，任意相邻两个膜袋与进料侧隔网之间形成进料侧通道；料液由进料侧通道进入卷式膜组件，料液中的不同组分在渗透汽化膜上的吸附和扩散速率不同产生分离，料液中的渗透组分经渗透汽化膜进入膜袋发生相变，生成透过侧气体；在真空作用下，透过侧气体沿螺旋路径由排气孔进入中心管，经冷凝后收集。
本发明中所述进料侧隔网和/或透过侧隔网的节点设有柱形加强件，且柱形加强件表面设置凹陷，在渗透汽化过程中可以在缓解浓差极化、强化传质的同时具有较低的通道压降，并降低抽真空过程中的膜袋形变，增加可流动空间，减少流动死区。
优选地，所述柱形加强件为十字型加强件，包括圆柱主体以及与圆柱主体连接的4个分支。
优选地，任意相邻两个分支之间为倒圆角结构。
优选地，所述倒圆角结构的半径为0.05-0.25mm，例如可以是0.05mm、0.1mm、0.15mm、0.2mm或0.25mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为0.1-0.2mm。
优选地，所述圆柱柱体的截面半径为0.4-0.7mm，例如可以是0.4mm、0.5mm、0.6mm或0.7mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述进料侧隔网的厚度为0.5-1.0mm，例如可以是0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1.0mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述进料侧隔网的网格宽度为3.0-4.5mm，例如可以是3.0mm、3.3mm、3.5mm、3.8mm、4.0mm、4.3mm或4.5mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述进料侧隔网的网丝半径为0.1-0.4mm，例如可以是0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.35mm或0.4mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为0.2-0.3mm。
优选地，所述进料侧隔网的材质为聚丙烯或聚乙烯。
优选地，所述透过侧隔网的厚度为1.2-2.0mm，例如可以是1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2.0mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述透过侧隔网的网格宽度为1.5-2.5mm，例如可以是1.5mm、1.8mm、2.0mm、2.3mm或2.5mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述透过侧隔网的网丝半径为0.1-0.4mm，例如可以是0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.35mm或0.4mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为0.2-0.3mm。
优选地，所述透过侧隔网的材质为聚丙烯或聚乙烯。
本发明对透过侧隔网进行加厚加密处理，有助于缓解抽真空过程中的膜袋形变，一方面防止渗透汽化膜的分离层损坏，另一方面防止卷式膜组件内部流道的可流动空间的收缩。
优选地，所述中心管的截面内径为20-40mm，例如可以是20mm、25mm、30mm、35mm或40mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述排气孔呈长方形或圆形，优选为长方形。
优选地，所述排气孔呈长方形时，宽度为8-12mm，例如可以是8mm、9mm、10mm、11mm或12mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；长度为20-30mm，例如可以是20mm、22mm、24mm、26mm、28mm或30mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明所述中心管的管壁上设有排气孔，透过侧气体沿螺旋路径由排气孔进入中心管。卷绕在中心管上的膜片组数目可根据实际应用增加或减少，当需要增加膜片组时，若中心管上的排气孔呈圆形，需减小排气孔的半径，增大了透过侧气体进入中心管的阻力，提高了真空抽取难度；若排气孔呈长方形，则可以缩小排气孔的宽度，适应性扩大排气孔的长度，为透过侧气体提供较多的出口空间，对透过侧气体的流动和真空抽取的影响相对较小，因此，优选为长方形；本发明中排气孔的数量根据卷式膜组件的尺寸而定。
优选地，所述中心管的材质为不锈钢。
本领域技术人员还可以根据膜组件的具体尺寸和需求将中心管和排气孔设计为其它的不同尺寸。
优选地，所述膜片组的数目为3-7个，例如可以是3个、4个、5个、6个或7个。
优选地，所述膜片组的长宽比为(0.4-0.8):1，例如可以是0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1或0.8:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明所述膜片组的长宽比指的是，所述膜片组垂直于中心管轴线方向上的长度与沿中心管轴线方向上长度的比值。
本发明中膜片组的长宽比控制在(0.4-0.8):1范围内，即膜片组垂直于中心管轴线方向上的长度小于膜片组沿中心管轴线方向上的长度，在满足工艺需求的情况下，最大限度地缩短了卷式膜组件中膜袋中透过侧气体的流动路径，降低了透过侧气体的流动阻力，同时在一定程度上也降低了在渗透汽化过程中的真空度要求，有助于促进渗透汽化膜组件的规模化应用；当长宽比高于0.8:1时，透过侧气体流动路径过长，卷式膜组件的传质驱动力和跨膜流量分配不均匀，膜组件出现较为明显的鼓包和“望远镜”效应；当长宽比低于0.4:1时，透过侧气体流动路径过短，截留侧通道的横截面积也随之缩小，在同等进料流速下，截留侧通道单位长度上的压降升高，导致料液的泵送能耗过高，且装填密度小，不适合规模化应用。
所述“望远镜”效应指的是，在正常情况下，膜片组在中心管上紧密卷绕，但当有形变、压力差太大或膜袋损坏时，膜片组在外界力的作用下可能出现错位，当膜片组与中心管的连接边脱落，卷式膜组件的一端膜片向内凹陷，另一端膜片像外凸出，类似于望远镜，称“望远镜”效应。轻微的“望远镜”效应不一定会损伤卷式膜组件，但严重时可能会造成粘接线或膜片的破裂。
优选地，所述卷式膜组件的最终装填密度为200-600m2/m3，例如可以是200m2/m3、300m2/m3、400m2/m3、500m2/m3或600m2/m3，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述“最终装填密度”指的是，卷式膜组件中渗透汽化膜的总面积与卷式膜组件总体积的比值。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述卷式膜组件的制备方法，所述制备方法包括：
按照渗透汽化膜、透过侧隔网和渗透汽化膜的顺序放置，将渗透汽化膜的三边进行密封形成膜袋，另一边与中心管连接，中心管的排气孔位于膜袋的内侧；在膜袋靠近中心管的一侧设置进料侧隔网，形成膜片组；然后将膜片组卷绕在中心管上，得到所述卷式膜组件。
优选地，所述密封的方法包括激光焊接法。
本发明利用激光焊接法对膜袋进行密封，避免损坏超薄渗透汽化膜的分离层，并确保卷式膜组件的高密封性和运行稳定性。
第三方面，本发明提供一种渗透汽化方法，所述渗透汽化方法在第一方面所述的卷式膜组件中进行。
优选地，所述渗透汽化方法包括：料液由进料侧隔网进入卷式膜组件，料液中的渗透组分经渗透汽化膜进入膜袋发生相变；在抽真空的作用下，渗透组分由排气孔进入中心管，经冷凝后收集。
所述料液可以为单一或多种有机物与水的混合物、多种有机物溶液、盐溶液或预处理后的发酵液，但不限于所列举的料液。
优选地，所述渗透汽化方法的真空度为1000-5000Pa，例如可以是1000Pa、2000Pa、3000Pa、4000Pa或5000Pa，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述渗透汽化方法的温度为50-90℃，例如可以是50℃、60℃、70℃、80℃或90℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明中所述进料侧隔网和/或透过侧隔网的节点设有柱形加强件，且柱形加强件表面设置凹陷，在渗透汽化过程中可以在缓解浓差极化、强化传质的同时具有较低的通道压降，并降低抽真空过程中的膜袋形变，增加可流动空间，减少流动死区。
附图说明
图1为实施例1所得卷式膜组件的结构示意图；
图2为实施例1膜片组卷绕前卷式膜组件的结构示意图；
图3为实施例1中透过侧隔网的结构示意图；
图4为对比例1中进料侧隔网采用非编织双层隔网的结构示意图。
其中：1，膜袋；11，渗透汽化膜；12，透过侧隔网；2，中心管；21，排气孔；22，出气口；3，进料侧隔网；H1，透过侧隔网的厚度；L1，网格宽度；R1，网丝半径；R2，圆柱柱体的截面半径；R3，倒圆角结构的半径。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种卷式膜组件的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
按照渗透汽化膜11、透过侧隔网12和渗透汽化膜11的顺序放置，将渗透汽化膜11的三边进行密封形成膜袋1，另一边与中心管2连接，中心管2的排气孔21位于膜袋1的内侧；在膜袋1靠近中心管2的一侧设置进料侧隔网3，形成膜片组；然后将膜片组卷绕在中心管2上，得到如图1所示的卷式膜组件；图2为膜片组卷绕前卷式膜组件的结构示意图；
所述中心管2的材质为不锈钢，中心管2的截面内径为30mm；中心管2的管壁上设有排气孔21，呈长方形，排气孔21的宽度为8mm，长度为20mm，沿中心管2的轴向开孔12个；中心管2的两端设有出气口22；
所述膜袋1的密封方法为激光焊接法；
所述渗透汽化膜11的材质为聚二甲基硅氧烷渗透汽化混合基质膜；
所述透过侧隔网12的材质为聚丙烯；如图3所示，透过侧隔网12的厚度H1为1.2mm，网格宽度L1为2mm，网丝半径R1为0.2mm；所述透过侧隔网12的节点设有柱形加强件，所述柱形加强件为十字型加强件，包括圆柱柱体以及与圆柱柱体连接的4个分支，圆柱柱体的截面半径R2为0.5mm，任意相邻两个分支之间为倒圆角结构，倒圆角结构的半径R3为0.15mm；
所述进料侧隔网3的材质为聚丙烯，进料侧隔网3的厚度为0.8mm，网格宽度为4.5mm，网丝半径为0.2mm；所述进料侧隔网3的节点设有柱形加强件，所述柱形加强件为十字型加强件，包括圆柱柱体以及与圆柱柱体连接的4个分支，圆柱柱体的截面半径为0.5mm，任意相邻两个分支之间为倒圆角结构，倒圆角结构的半径为0.15mm；
所述膜片组的数目为3个，所述膜片组垂直于中心管2轴线方向上的长度与沿中心管2轴线方向上的长度分别为0.15m和0.3m，即膜片组的长宽比为0.5:1，所得卷式膜组件的最终装填密度为420m2/m3。
在使用本实施例提供的卷式膜组件时，在所述卷式膜组件的外围包裹一层无纺布，并将其装入外壳内部；所述中心管2的一端出气口22堵住，另一端出气口22连接冷凝装置和真空泵；任意相邻两个膜袋1与进料侧隔网3之间形成进料侧通道；料液由进料侧通道进入卷式膜组件，料液中的不同组分在渗透汽化膜11上的吸附和扩散速率不同产生分离，料液中的渗透组分经渗透汽化膜11进入膜袋1发生相变，生成透过侧气体；在抽真空的作用下，透过侧气体沿螺旋路径由排气孔21进入中心管2，经冷凝后收集。
实施例2
本实施例提供一种卷式膜组件的制备方法，所述制备方法中除所述膜片组垂直于中心管轴线方向上的长度与沿中心管轴线方向上的长度分别为0.3m和0.3m，即膜片组的长宽比为1:1外，其余均与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种卷式膜组件的制备方法，所述制备方法中除所述膜片组垂直于中心管轴线方向上的长度与沿中心管轴线方向上的长度分别为0.09m和0.3m，即膜片组的长宽比为0.3:1外，其余均与实施例1相同。
实施例4
本实施例提供一种卷式膜组件的制备方法，所述制备方法中除所述排气孔呈圆形，且半径为4mm外，其余均与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供一种卷式膜组件的制备方法，所述制备方法中除所述膜袋的密封方法为胶水密封外，其余均与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供一种卷式膜组件的制备方法，所述制备方法中除所述透过侧隔网的网格宽度为3.5mm外，其余均与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供一种卷式膜组件的制备方法，所述制备方法中除所述透过侧隔网的厚度为0.55mm外，其余均与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供一种卷式膜组件的制备方法，所述制备方法中除进料侧隔网的节点不设有柱形加强件，采用如图4所示的非编织双层隔网外，其余均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种卷式膜组件的制备方法，所述制备方法中除进料侧隔网和透过侧隔网的节点不设有柱形加强件，均采用非编织双层隔网外，其余均与实施例1相同。
性能测试
对实施例1-7和对比例1-2得到的卷式膜组件进行性能测试，具体测试方法如下：
在操作温度为60℃，进料流速为0.15m3/h，透过侧真空度为2000Pa的条件下，将浓度为5wt％的乙醇水溶液以液体的形式由进料侧通道进入卷式膜组件，乙醇水溶液中的不同组分在渗透汽化膜上的吸附和扩散速率不同产生分离，渗透组分经渗透汽化膜进入膜袋发生相变，生成透过侧气体；在抽真空的作用下，透过侧气体沿螺旋路径由排气孔进入中心管，经冷凝后收集。
测试了冷凝后的透过侧乙醇浓度(wt％)、卷式膜组件的分离因子、透过侧通道压降(Pa/m)以及截留侧通道压降(Pa/m)，其中分离因子的计算方法为：
上述计算分离因子的公式中，β为分离因子，xe和ye分别为进料液和渗透液中乙醇的质量分数。
结果如表1所示。
表1
由表1可知，本发明所得卷式膜组件有较好的渗透汽化分离能力，在300h运行时间内，所得卷式膜组件的分离性能保持稳定，分离因子达11.2，且未观测到明显的膜袋隔网压痕、膜袋密封失效以及“望远镜”效应。
由实施例2、实施例3与实施例1的比较可知，本发明中膜片组的长宽比控制在(0.4-0.8):1范围内，在满足工艺需求的情况下，最大限度地缩短了卷式膜组件中膜袋中透过侧气体的流动路径，降低了透过侧气体的流动阻力，同时在一定程度上也降低了在渗透汽化过程中的真空度要求，有助于促进渗透汽化膜组件的规模化应用；当长宽比高于0.8:1时，透过侧气体流动路径过长，卷式膜组件的传质驱动力和跨膜流量分配不均匀，膜组件出现较为明显的鼓包和“望远镜”效应；当长宽比低于0.4:1时，透过侧气体流动路径过短，截留侧通道的横截面积也随之缩小，在同等进料流速下，截留侧通道单位长度上的压降升高，可达3586Pa/m，导致料液的泵送能耗过高，且装填密度小，不适合规模化应用。
由实施例4中，中心管管壁上的排气孔呈圆形，透过侧通道的出口空间较为狭窄，透过侧通道压降为997Pa/m，透过侧乙醇浓度为32wt％，分离因子为8.9。但是当需要连接更多的膜袋时，需缩小中心管上圆形排气孔的半径，这将导致透过侧气体难以通过排气孔进入中心管，增加了真空抽取难度。
本发明利用激光焊接法对膜袋进行密封，避免损坏超薄渗透汽化膜的分离层，并确保卷式膜组件的高密封性和运行稳定性；在实施例5中，膜袋的密封方法采用胶水密封，卷式膜组件在运行96h后，观测到密封胶水线出现严重老化发黄，导致膜袋密封失效，卷式膜组件随之损坏，出现“望远镜”效应。
实施例6中，透过侧隔网单元间距过宽，无法缓解抽真空时的膜袋形变，膜袋上出现了严重的隔网压痕，预测所得整体通道的形变程度达12％，导致透过侧通道内气体的可流动空间被压缩。透过侧乙醇浓度为27wt％，分离因子为7.0，卷式膜组件在短期运行后便出现了严重的通量衰减，性能下降，最终无法抽出气体。
实施例7中，降低透过侧隔网的厚度，卷式膜组件内部流道中可流动空间的收缩严重，导致气体流动阻力增大，透过侧通道压降为1421Pa/m，透过侧乙醇浓度为26wt％，分离因子仅为6.7。
由对比例1、对比例2与实施例1的比较可知，由于传统的非编织双层隔网在组件的近膜区域存在较大的流动死区，导致组件浓差极化严重，渗透汽化分离性能下降，且透过侧隔网厚度过薄，导致组件透过侧的气体流动阻力较大，因此本发明中在透过侧隔网的节点设有柱形加强件，且柱形加强件表面设置凹陷，可以缓解浓差极化、强化传质且降低通道压降，增加可流动空间，减少流动死区。
综上，本发明提供一种卷式膜组件及其制备方法与应用，本发明中所述进料侧隔网和/或透过侧隔网的节点设有柱形加强件，且柱形加强件表面设置凹陷，在渗透汽化过程中可以在缓解浓差极化、强化传质的同时具有较低的通道压降，并降低抽真空过程中的膜袋形变，增加可流动空间，减少流动死区。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (25)
1.一种卷式膜组件，其特征在于，所述卷式膜组件包括中心管以及卷绕在中心管上的膜片组；
所述膜片组的长宽比为(0.4-0.8):1；
所述中心管的管壁上设有排气孔；
所述中心管的两端设有出气口；
所述膜片组包括进料侧隔网和膜袋；
所述膜袋包括渗透汽化膜和透过侧隔网；所述透过侧隔网设置于2张渗透汽化膜的中间；
所述膜袋中渗透汽化膜的一边与所述中心管连接，其余边密封；
所述排气孔位于膜袋的内侧；
所述进料侧隔网和/或所述透过侧隔网的节点设有柱形加强件，且柱形加强件表面设置凹陷；
所述柱形加强件为十字型加强件，包括圆柱主体以及与圆柱主体连接的4个分支，且任意相邻两个分支之间为倒圆角结构；所述倒圆角结构的半径为0.05-0.25mm；所述圆柱主体的截面半径为0.4-0.7mm。
2.根据权利要求1所述的卷式膜组件，其特征在于，所述倒圆角结构的半径为0.1-0.2mm。
3.根据权利要求1所述的卷式膜组件，其特征在于，所述进料侧隔网的厚度为0.5-1.0mm。
4.根据权利要求1所述的卷式膜组件，其特征在于，所述进料侧隔网的网格宽度为3.0-4.5mm。
5.根据权利要求1所述的卷式膜组件，其特征在于，所述进料侧隔网的网丝半径为0.1-0.4mm。
6.根据权利要求5所述的卷式膜组件，其特征在于，所述进料侧隔网的网丝半径为0.2-0.3mm。
7.根据权利要求1所述的卷式膜组件，其特征在于，所述进料侧隔网的材质为聚丙烯或聚乙烯。
8.根据权利要求1所述的卷式膜组件，其特征在于，所述透过侧隔网的厚度为1.2-2.0mm。
9.根据权利要求1所述的卷式膜组件，其特征在于，所述透过侧隔网的网格宽度为1.5-2.5mm。
10.根据权利要求1所述的卷式膜组件，其特征在于，所述透过侧隔网的网丝半径为0.1-0.4mm。
11.根据权利要求1所述的卷式膜组件，其特征在于，所述透过侧隔网的网丝半径为0.2-0.3mm。
12.根据权利要求1所述的卷式膜组件，其特征在于，所述透过侧隔网的材质为聚丙烯或聚乙烯。
13.根据权利要求1所述的卷式膜组件，其特征在于，所述中心管的截面内径为20-40mm。
14.根据权利要求1所述的卷式膜组件，其特征在于，所述排气孔呈长方形或圆形。
15.根据权利要求14所述的卷式膜组件，其特征在于，所述排气孔为长方形。
16.根据权利要求14所述的卷式膜组件，其特征在于，所述排气孔呈长方形时，宽度为8-12mm，长度为20-30mm。
17.根据权利要求1所述的卷式膜组件，其特征在于，所述中心管的材质为不锈钢。
18.根据权利要求1所述的卷式膜组件，其特征在于，所述膜片组的数目为3-7个。
19.根据权利要求1所述的卷式膜组件，其特征在于，所述卷式膜组件的最终装填密度为200-600m2/m3。
20.一种如权利要求1-19任一项所述卷式膜组件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
按照渗透汽化膜、透过侧隔网和渗透汽化膜的顺序放置，将渗透汽化膜的三边进行密封形成膜袋，另一边与中心管连接，中心管的排气孔位于膜袋的内侧；在膜袋靠近中心管的一侧设置进料侧隔网，形成膜片组；然后将膜片组卷绕在中心管上，得到所述卷式膜组件。
21.根据权利要求20所述的制备方法，其特征在于，所述密封的方法包括激光焊接法。
22.一种渗透汽化方法，其特征在于，所述渗透汽化方法在权利要求1-19任一项所述的卷式膜组件中进行。
23.根据权利要求22所述的渗透汽化方法，其特征在于，所述渗透汽化方法包括：
料液由进料侧隔网进入卷式膜组件，料液中的渗透组分经渗透汽化膜进入膜袋发生相变；在抽真空的作用下，渗透组分由排气孔进入中心管，经冷凝后收集。
24.根据权利要求23所述的渗透汽化方法，其特征在于，所述渗透汽化方法的真空度为1000-5000Pa。
25.根据权利要求23所述的渗透汽化方法，其特征在于，所述渗透汽化方法的温度为50-90℃。
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| CN204848383U (zh) * | 2015-06-19 | 2015-12-09 | 江苏华晖环保科技有限公司 | 一种复合型过滤隔板 |
| CN205550054U (zh) * | 2016-03-24 | 2016-09-07 | 广州泊通过滤膜科技有限公司 | 一种凸点式宽流道卷式膜组件 |
Family Cites Families (4)
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|---|---|---|---|---|
| US5069793A (en) * | 1990-09-12 | 1991-12-03 | Membrane Technology & Research, Inc. | Membrane module |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN204848383U (zh) * | 2015-06-19 | 2015-12-09 | 江苏华晖环保科技有限公司 | 一种复合型过滤隔板 |
| CN205550054U (zh) * | 2016-03-24 | 2016-09-07 | 广州泊通过滤膜科技有限公司 | 一种凸点式宽流道卷式膜组件 |
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