CN115957630A - 一种多通道管式陶瓷膜支撑体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道管式陶瓷膜支撑体，该本体内具有与其中心轴线平行的一中央通道和若干周围通道，该中央通道的中心轴线与本体的中心轴线相重合，在该本体的垂直于其中心轴线的横截面中，中央通道的形状为圆形，若干周围通道以该中央通道为圆心等间隔对称环绕在该中央通道周围。本发明的支撑体的渗透路径得到了优化，在保持良好的强度和耐磨性的同时，通量良好，且1次涂膜成品率高。

Description

一种多通道管式陶瓷膜支撑体

技术领域

本发明属于陶瓷膜技术领域，具体涉及一种多通道管式陶瓷膜支撑体。

背景技术

在化学、制药、食品饮料、农产品工业、生物发酵等分离领域中多采用膜过滤元件进行分离作业。已知现有过滤元件有中空纤维、平板有机膜、卷式膜和陶瓷膜等多种形式。其中，陶瓷膜具有管状、平板状和碟片状等多种形式。而管式陶瓷膜为陶瓷膜中最为常见的形式之一，由支撑体、中间过渡层和起分离作用的膜层组成。支撑体、中间过渡层和膜层均由无机材料制成。具体的，支撑体中设有一系列通道，由无机材料配制而成的铸膜液在每个通道内循环，均匀沉积在通道的内壁面，然后烧结使支撑体、中间过渡层和膜层三者紧密连接，而且可通过调整膜层来调整管式陶瓷膜过滤元件的过滤能力。

在应用过程中，待过滤介质在管式陶瓷膜的通道内流动，透过液渗出支撑体表面，实现内压式错流过滤。且因多通道管式陶瓷膜的机械强度大，瓷膜过滤性能好，抗污染，在实际应用过程中可采用大错流过滤模式来减缓膜污染，应用较为广泛。但由于陶瓷膜材料制备的特点，管式陶瓷膜的填充面积远远小于中空纤维膜。(填充面积为膜面积与占地面积的比值，即相同的占地面积和有效长度下，中空纤维膜的膜面积远远大于管式陶瓷膜)。因此，为提高管式陶瓷膜的过滤总量，需在保证强度的条件下尽量提高单位体积内的膜面积并减少管式陶瓷膜内的渗透压力。此外，同时控制通道内流体的流动状态为湍流，可延缓膜污染。但其中最为关键的参数在于流体介质流动的通道参数，通道的形状尺寸及通道位置布置优化能降低跨膜压差(进料侧与渗透侧两侧流体的压力差)，也就可能降低循环泵的能耗，同时促进滤液的生成。

在管状陶瓷膜过滤元件领域中，刚性多孔的支撑体呈两端大小相同的细长条状，支撑体横截面为规则形状，一般多为圆形或者多边形，便于与壳体进行装配。且膜管中的通道一般可以做成横截面为圆形、花形、椭圆形或多边形等常规形状结构。

在现有技术中，CN100509121C公开了一种多通道膜管，该膜管的渗透侧在膜管的通道中，且该膜管可以具有不同的比例的渗透侧面积和原料侧面积，提高了膜管表面积的利用率，在一定程度上降低了过滤阻力。这与常规多通道膜管有很大的区别，这使得过滤元件的过滤能力可以被调整。US5009781和CN102427872公开了一种整体型蜂窝形状陶瓷分离膜结构体，US5009781将中间流体介质通道改为集水通道，而CN102427872将集水元件引入了蜂窝状通道中，并与支撑体的外周面设有排出流路。而这两种方式目的在于降低流体透过支撑体阻力。但这一结构会因烧制温度不均匀而破裂，且因尺寸较大，结构较为复杂，制造难度大。US5454947、US5853582、US5873998、US0926217和WO00/29098公开了多种不规则形状结构的通道，详细描述了非圆形的通道横截面形状、尺寸及位置。其变形的主要目的在于提高膜面积、增强支撑体的机械强度或增加内部通道的渗透贡献，促进内部通道透过液转移到支撑体外部。CN107155312A提出在管状元件多通道中内置湍流促进部，在通道内部内产生高表面剪切应力和强烈的湍流，从而降低乃至消除堵塞的现象。但这一新颖的过滤元件制造难度大，制备方法难以工业化生产，控制产品质量难度大，且内置湍流促进部这一部位耐磨性差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种多通道管式陶瓷膜支撑体。

本发明的技术方案如下：

一种多通道管式陶瓷膜支撑体，包括一均匀长条状的本体，该本体内具有与其中心轴线平行的一中央通道和若干周围通道，该中央通道的中心轴线与本体的中心轴线相重合，

在该本体的垂直于其中心轴线的横截面中，中央通道的形状为圆形，若干周围通道以该中央通道为圆心等间隔对称环绕在该中央通道周围，每一周围通道具有一第一侧壁、一第二侧壁、一远离圆心的拱顶外壁和一靠近圆心的拱顶内壁，第一侧壁和第二侧壁等长且为直线状，拱顶外壁和拱顶内壁为对称的弧状，拱顶外壁的当量直径不小于拱顶内壁的当量直径；

第一侧壁和第二侧壁的一端分别通过其所在直线与拱顶外壁相切或通过圆角与拱顶外壁相连，另一端分别通过其所在直线与拱顶内壁相切或通过圆角与拱顶内壁相连。

在本发明的一个优选实施方案中，每一所述周围通道的形状尺寸相同，所述周围通道的水力学直径小于所述中央通道的直径。

进一步优选的，在所述本体的垂直于其中心轴线的横截面中，所述第一周围通道的拱顶内壁的长度总和小于中央通道的周长，所述第二周围通道的拱顶内壁的长度总和小于第一周围通道的拱顶外壁长度总和。

在本发明的一个优选实施方案中，所述若干周围通道包括若干第一周围通道和若干第二周围通道，若干第一周围通道以所述中央通道为圆心等间隔对称环绕在该中央通道周围，若干第二周围通道以所述中央通道为圆心等间隔对称环绕在若干第一周围通道之外。

进一步优选的，每一所述第二周围通道的形状尺寸相同，每一所述第一周围通道的形状尺寸相同，所述第一周围通道的水力学直径小于所述第二周围通道的水力学直径，且小于所述中央通道的直径。

更进一步优选的，在所述本体的垂直于其中心轴线的横截面中，所述若干第一周围通道的拱顶内壁的长度的总和小于中央通道的周长，所述第一周围通道与所述中央通道的间距小于第一周围通道与第二周围通道的间距，第一周围通道与第二周围通道的间距小于第二周围通道与所述本体的外侧壁的间距。

本发明的另一技术方案如下：

一种多通道管式陶瓷膜支撑体，包括一均匀长条状的本体，该本体内具有与其中心轴线平行的一中央通道、若干第一周围通道、若干第二周围通道和若干第三周围通道，该中央通道的中心轴线与本体的中心轴线相重合，

在该本体的垂直于其中心轴线的横截面中，中央通道的形状为圆形，若干第一周围通道和若干第三周围通道以该中央通道为圆心等间隔对称环绕在该中央通道周围，若干第二周围通道以该中央通道为圆心等间隔对称环绕在若干第一周围通道之外，一第二周围通道的长度方向的对称轴及与其相对应一第一周围通道的长度方向的对称轴在一条直线上；

每一第二周围通道和每一第三周围通道均具有一第一侧壁、一第二侧壁、一远离圆心的拱顶外壁和一靠近圆心的拱顶内壁，第一侧壁和第二侧壁等长且为直线状，拱顶外壁和拱顶内壁为对称的弧状，拱顶外壁的当量直径不小于拱顶内壁的当量直径；第三周围通道和第二周围通道的拱顶外壁的尺寸形状相同，第三周围通道的第一侧壁的长度大于第二周围通道的第一侧壁的长度，第三周围通道的拱顶内壁的直径小于第二周围通道的拱顶内壁的直径；第三周围通道的拱顶外壁的一端位于相邻的二第二周围通道之间，拱顶内壁的一端位于相邻的二第一周围通道之间；

第一侧壁和第二侧壁的一端分别通过其所在直线与拱顶外壁相切或通过圆角与拱顶外壁相连，另一端分别通过其所在直线与拱顶内壁相切或通过圆角与拱顶内壁相连。

在本发明的一个优选实施方案中，所述第一周围通道的形状为圆角矩形。

进一步优选的，每一所述第一周围通道的形状尺寸相同，每一所述第二周围通道的形状尺寸相同，每一所述第三周围通道的形状尺寸相同，所述第一周围通道的水力学直径小于所述中央通道的直径，所述第二周围通道的水力学直径大于所述第一周围通道的水力学直径且小于所述中央通道的直径，所述第三周围通道的水力学直径大于所述第二周围通道的水力学直径且小于所述中央通道的直径。

更进一步优选的，在所述本体的垂直于其中心轴线的横截面中，所述若干第一周围通道的拱顶内壁的长度的总和小于中央通道的周长，所述第一周围通道与第二周围通道的间距小于第二周围通道与所述本体的外侧壁的间距。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例2的结构示意图。

图3为本发明实施例3的结构示意图。

图4为本发明实施例4中的作为对比的通道结构的示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。

实施例1

如图1所示，一种多通道管式陶瓷膜支撑体，包括一均匀长条状的本体1，横截面为圆形，其直径为26.7mm，该本体1内具有与其中心轴线平行的一中央通道11和十二周围通道12，周围通道12的水力学直径小于所述中央通道11的直径。

该中央通道11的中心轴线与本体1的中心轴线相重合，在该本体1的垂直于其中心轴线的横截面中，中央通道11的形状为圆形，直径为6.5mm(可在4-7mm范围内调整)，这样设置有利于中央通道11的外壁受力均匀，不至于因流体压力过大而产生点破坏。

十二周围通道12以该中央通道11为圆心等间隔对称环绕在该中央通道11周围，每一所述周围通道12的形状尺寸相同。具体的，每一周围通道12具有一第一侧壁121、一第二侧壁122、一远离圆心的拱顶外壁123和一靠近圆心的拱顶内壁124，第一侧壁121和第二侧壁122等长且为直线状，拱顶外壁123和拱顶内壁124为对称的弧状(这一设置可使通道内流体介质作用在支撑体上的压力能够均匀分布在周围通道12的表面，优化了周围通道12的轮廓，增加了膜面积)，拱顶外123壁的当量直径大于拱顶内壁124的当量直径，同一周围通道12中，第一侧壁121和第二侧壁122的夹角为16°，拱顶内壁124和拱顶外壁123之间的距离为15.4mm，水力学直径为3.52mm(可在2.5-4.2mm范围内调整)；一周围通道12的第一侧壁121与紧邻的另一周围通道12的第二侧壁122的夹角为14°。

第一侧壁121和第二侧壁122的一端分别通过其所在直线与拱顶外壁123相切或通过圆角与拱顶外壁123相连，另一端分别通过其所在直线与拱顶内壁124相切或通过圆角与拱顶内壁124相连，这一设置避免了周围通道12内连接处尖角、凸起和凹槽的产生(通道内的尖角、凸起和凹槽在挤出成型时容易损坏，支撑体合格率低)，有利于铸膜液均匀沉积在通道表面形成分离膜层；

在所述本体1的垂直于其中心轴线的横截面中，十二周围通道12的拱顶内壁124的长度的总和小于中央通道11的周长，使得周围通道12的拱顶内壁124的透过液产量小于中央通道11的产液量，以此增大拱顶内壁124与中央通道11之间的内环渗透区域的压力梯度，在一定程度上降低了了遮挡效应的影响，进而增大了中央通道11的贡献，且拱顶内壁124与中央通道11之间的内环渗透区域15的厚度h1控制在1.75mm，以减小壁厚影响，同时保证其机械强度，在这一设置下优化了中央通道11的透过液的渗透路径，增大了中央通道11的贡献。

相邻二周围通道12之间的中间渗透区域16主要是收集通过相邻二周围通道12的透过液，同时也是上述内环渗透区域15的透过液通向本体1的外侧壁外的渗透路径。中间渗透区域16受周围通道12的形状和数量的影响最大，其长度和宽度w均受周围通道12影响。越靠近本体1的外侧壁，中间渗透区域16的宽度w越宽，阻力越小，干扰效应和壁厚效应越小，透过液产量越大，具体的，该宽度w从靠近中央通道11的1.34mm逐渐变化到靠近本体1的外侧壁的2.47mm。中间渗透区域16中的透过液的渗透路径限制了透过液的总产量。同时因周围通道12的数量较多则分割开的中间渗透区域16的数量也较多，且分布均匀。内环渗透区域15各处的透过液能够选择相靠近的中间渗透区域16作为最短的渗透路径，在一定程度上能够避免压力损失，减小了透过液的渗透阻力。中间渗透区域16的结构及其渗透路径的设置促进了中央通道11的透过液向外部转移，增加了中央通道11的透过液产量占总产量的贡献率。

周围通道12与本体1的外侧壁之间的外环渗透区域19主要用于收集周围通道12的拱顶外壁123的透过液，同时靠近中间渗透区域16的外环渗透区域19的一部分也是中间渗透区域16的透过液的渗透路径。外环渗透区域19已经与本体1的外侧壁相邻，外环渗透区域19的厚度h2即为周围通道12的拱顶外壁123与本体1的外侧壁的距离。外环渗透区域19的厚度h2至少为1.85mm，因周围通道12最靠近本体1的外侧壁，渗透路径也是最短，因此周围通道12的透过液产量远大于第一层通道。且周围通道12的拱顶外壁123的透过液的产量也会高于周围通道12的第一侧壁121、第二侧壁122及拱顶内壁124的透过液产量。为保证其机械强度及减少内部通道壁厚效应，内环渗透区域15的厚度h1需大于外环渗透区域19的厚度h2。

实施例2

如图2所示，一种多通道管式陶瓷膜支撑体，包括一均匀长条状的本体1，横截面为圆形，其直径为31.7mm，该本体1内具有与其中心轴线平行的一中央通道11、十一第一周围通道12和二十六第二周围通道13，该中央通道11的中心轴线与本体1的中心轴线相重合。

在该本体1的垂直于其中心轴线的横截面中，中央通道11的形状为圆形，直径为3.5mm，这样设置有利于中央通道11的外壁受力均匀，不至于因流体压力过大而产生点破坏。

第一周围通道12以所述中央通道11为圆心等间隔对称环绕在该中央通道11周围，每一第一周围通道12具有一第一侧壁121、一第二侧壁122、一远离圆心的拱顶外壁123和一靠近圆心的拱顶内壁124，第一侧壁121和第二侧壁122等长且为直线状，拱顶外壁123和拱顶内壁124为对称的弧状，拱顶外壁123的当量直径大于拱顶内壁124的当量直径；第一侧壁121和第二侧壁122的一端分别通过其所在直线与拱顶外壁123相切或通过圆角与拱顶外壁123相连，另一端分别通过其所在直线与拱顶内壁124相切或通过圆角与拱顶内壁124相连；每一所述第一周围通道12的形状尺寸相同，其第一侧壁121和第二侧壁122的夹角为13.8°，拱顶内壁124和拱顶外壁123之间的距离为4.5mm，水力学直径为1.68mm；一第一周围通道12的第一侧壁121与紧邻的另一第一周围通道12的第二侧壁122的夹角为18.9°。

第二周围通道13以所述中央通道11为圆心等间隔对称环绕在若干第一周围通道12之外。每一第二周围通道13具有一第一侧壁131、一第二侧壁132、一远离圆心的拱顶外壁133和一靠近圆心的拱顶内壁134，第一侧壁131和第二侧壁132等长且为直线状，拱顶外壁133和拱顶内壁134为对称的弧状，拱顶外壁133的当量直径大于拱顶内壁134的当量直径；第一侧壁131和第二侧壁132的一端分别通过其所在直线与拱顶外壁133相切或通过圆角与拱顶外壁133相连，另一端分别通过其所在直线与拱顶内壁134相切或通过圆角与拱顶内壁134相连；每一所述第二周围通道13的形状尺寸相同，其第一侧壁131和第二侧壁132的夹角为8°，拱顶内壁134和拱顶外壁133之间的距离为5.2mm，水力学直径为2.53mm；一第二周围通道13的第一侧壁131与紧邻的另一第二周围通道13的第二侧壁132的夹角为5.9°。

与实施例1相比，本实施例的通道数量更多且膜面积更大。此外，第一周围通道12和第二周围通道13优选错位分布，即每一第一周围通道12的长度方向的对称轴与每一第二周围通道13的长度方向的对称轴不在同一条直线上，一定程度上降低了第一周围通道12的拱顶外壁123及与之相邻的第二周围通道13的拱顶内壁134之间的遮挡效应。

在所述本体1的垂直于其中心轴线的横截面中，所述十一第一周围通道12的拱顶内壁124的长度的总和小于中央通道11的周长，使得第一周围通道12的拱顶内壁124的透过液产量小于中央通道11的产液量，以此增大其拱顶内壁124与中央通道11之间的内环渗透区域15的压力梯度，在一定程度上降低了了遮挡效应的影响，进而增大了中央通道11的贡献，且内环渗透区域15的厚度h1控制在1.25mm，以减小壁厚影响，同时保证其机械强度，在这一设置下优化了中央通道11的透过液的渗透路径，增大了中央通道11的贡献。

相邻二第一周围通道12之间的第一中间渗透区域16主要是收集通过相邻二第一周围通道12的透过液，同时也是上述内环渗透区域15的透过液通向第一周围通道12和第二周围通道13之间的中环渗透区域18的渗透路径。二十六第二周围通道13的拱顶内壁134的长度总和小于十第一周围通道12的拱顶外壁123长度总和，使得第二周围通道13的拱顶内壁134的透过液量小于第一周围通道12的拱顶外壁123的产液量，以此增大拱顶内壁134与拱顶外壁123之间的中环渗透区域18的压力梯度，也在一定程度上降低了遮挡效应的影响。第一中间渗透区域16受第一周围通道12的形状和数量的影响大，其长度和宽度w1均受第一周围通道12影响。越靠近中环渗透区域18，第一中间渗透区域16的宽度w1越宽，阻力越小，干扰效应和壁厚效应越小，透过液产量越大。具体的，该宽度w1从靠近中央通道11的1.08mm逐渐变化到靠近中环渗透区域18的2.22mm，而中环渗透区域18的厚度h2为1.3mm。

相邻二第二周围通道13之间的第二中间渗透区域17主要是收集通过相邻二第二周围通道13的透过液，同时也是上述中环渗透区域18的透过液通向本体1的外侧壁外的渗透路径。第二中间渗透区域17受第二周围通道13的形状和数量的影响大，其长度和宽度w2均受第二周围通道13影响。越靠近本体1的外侧壁，第二中间渗透区域17的宽度w2越宽，阻力越小，干扰效应和壁厚效应越小，透过液产量越大，具体的，该宽度w2从靠近中环渗透区域18的0.95mm逐渐变化到靠近本体1的外侧壁的1.34mm。

第一中间渗透区域16和第二中间渗透区域17中的透过液的渗透路径限制了透过液的总产量。同时因第一周围通道12和第二周围通道13的数量较多则分割开的第一中间渗透区域16和第二中间渗透区域17的数量也较多，且分布均匀。内环渗透区域15各处的透过液能够选择相靠近的第一中间渗透区域16、中环渗透区域18和第二中间渗透区域17作为最短的渗透路径，在一定程度上能够避免压力损失，减小了透过液的渗透阻力。第一中间渗透区域16、中环渗透区域18和第二中间渗透区域17的结构及其渗透路径的设置促进了中央通道11的透过液向外部转移，增加了中央通道11的透过液产量占总产量的贡献率。

第二周围通道13与本体1的外侧壁之间的外环渗透区域19主要用于收集第二周围通道13的拱顶外壁133的透过液，同时靠近第二中间渗透区域17的外环渗透区域19的一部分也是第二中间渗透区域17的透过液的渗透路径。外环渗透区域19已经与本体1的外侧壁相邻，外环渗透区域19的厚度h3即为第二周围通道13的拱顶外壁133与本体1的外侧壁的距离。外环渗透区域19的厚度h3至少为1.85mm，因第二周围通道13最靠近本体1的外侧壁，渗透路径也是最短，因此第二周围通道13的透过液产量远大于中央通道11。且第一周围通道12的拱顶外壁123的透过液的产量也会高于第一周围通道12的第一侧壁121、第二侧壁122及拱顶内壁124的透过液产量，第二周围通道13的拱顶外壁133的透过液的产量也会高于第二周围通道13的第一侧壁131、第二侧壁132及拱顶内壁134的透过液产量。

第一中间渗透区域16可通过中环渗透区域18与第二中间渗透区域17相连，第一中间渗透区域16和中环渗透区域18的透过液均可直通通过与之相邻的第二中间渗透区域17，而无需绕道或者完全被通道遮挡，宽度w1从靠近中央通道11的1.08mm逐渐变化到靠近中环渗透区域18的2.22mm，宽度w2从靠近中环渗透区域18的0.95mm逐渐变化到靠近本体1的外侧壁的1.34mm，内环渗透区域15的厚度h1控制在1.25mm，中环渗透区域18的厚度h2为1.30mm，外环渗透区域19的厚度h3至少为1.85mm。虽然宽度w2小于宽度w1，但第二中间渗透区域17的总渗透面积大于第一中间渗透区域16的总渗透面积，且外环渗透区域19的厚度h3>中环渗透区域18的厚度h2>内环渗透区域15的厚度h1，这样的设置减少了内部通道之间的壁厚效应，降低渗透阻力。

实施例3

如图3所示，一种多通道管式陶瓷膜支撑体，包括一均匀长条状的本体1，横截面为圆形，其直径为38.4mm，该本体1内具有与其中心轴线平行的一中央通道11、十第一周围通道12、十第二周围通道13和十第三周围通道14，该中央通道11的中心轴线与本体1的中心轴线相重合，

在该本体1的垂直于其中心轴线的横截面中，中央通道11的形状为圆形，直径为6.43mm，这样设置有利于中央通道11的外壁受力均匀，不至于因流体压力过大而产生点破坏。

十第一周围通道12和十第三周围通道14以该中央通道11为圆心等间隔对称环绕在该中央通道11周围，十第二周围通道13以该中央通道11为圆心等间隔对称环绕在若干第一周围通道12之外；

第一周围通道12以中央通道11为圆心等间隔对称环绕在中央通道11周围。第一周围通道12的形状为圆角矩形，每一所述第一周围通道12的形状尺寸相同，水力学直径为3.12mm。

第二周围通道13以中央通道11为圆心等间隔对称环绕在第一周围通道12之外，一第二周围通道13的长度方向的对称轴及与其相对应一第一周围通道12的长度方向的对称轴在一条直线上。每一所述第二周围通道13具有一第一侧壁131、一第二侧壁132、一远离圆心的拱顶外壁133和一靠近圆心的拱顶内壁134，第一侧壁131和第二侧壁132等长且为直线状，拱顶外壁133和拱顶内壁134为对称的弧状，拱顶外壁133的当量直径大于拱顶内壁134的当量直径。第一侧壁131和第二侧壁132的一端分别通过其所在直线与拱顶外壁133相切或通过圆角与拱顶外壁133相连，另一端分别通过其所在直线与拱顶内壁134相切或通过圆角与拱顶内壁134相连。每一所述第二周围通道13的形状尺寸相同，其第一侧壁131和第二侧壁132的夹角为10.5°，水力学直径为4.25mm。

第三周围通道14以中央通道11为圆心等间隔对称环绕在中央通道11周围。每一所述第三周围通道14具有一第一侧壁141、一第二侧壁142、一远离圆心的拱顶外壁143和一靠近圆心的拱顶内壁144，第一侧壁141和第二侧壁142等长且为直线状，拱顶外壁143和拱顶内壁144为对称的弧状，拱顶外壁143的当量直径大于拱顶内壁144的当量直径。第一侧壁141和第二侧壁142的一端分别通过其所在直线与拱顶外壁143相切或通过圆角与拱顶外壁143相连，另一端分别通过其所在直线与拱顶内壁144相切或通过圆角与拱顶内壁144相连。每一所述第三周围通道14的形状尺寸相同，进一步的，第三周围通道14的拱顶外壁143和第二周围通道13的拱顶外壁133的尺寸形状相同，第三周围通道14的第一侧壁141的长度大于第二周围通道13的第一侧壁131的长度，第三周围通道14的拱顶内壁144的直径小于第二周围通道13的拱顶内壁134的直径；第三周围通道14的拱顶外壁143的一端位于相邻的二第二周围通道13之间，拱顶内壁144的一端位于相邻的二第一周围通道12之间；具体的，第三周围通道14的第一侧壁141和第二侧壁142的夹角为10.5°，水力学直径为4.95mm；

第一周围通道12和中央通道11之间的内环渗透区域15主要是收集透过中央通道11和第一周围通道12的透过液，其中存在着干扰效应，影响透过液产出，但因中央通道11受第一周围通道12的遮挡及渗透到本体1的外侧壁之外的路径过长(壁厚效应)，阻力大，压力梯度小，导致中央通道11处理量较小。为增大内部通道贡献，第一周围通道12的靠近中央通道的内壁总长小于中央通道11的外壁的周长(横截面)，第一周围通道12的靠近中央通道的内壁的透过液产量会小于中央通道11的产量，增大内环渗透区域15的压力梯度，在一定程度上降低了遮挡效应的影响，且内环渗透区域15的厚度h1控制在8.10-9.05mm，减小壁厚影响，同时保证其机械强度，降低渗透阻力，增大了中央通道11的贡献。(与实施例1的描述基本一致)

位于第一周围通道12、第二周围通道13和第三周围通道14之间的渗透区域主要是收集中央通道11、第一周围通道12和除去其拱顶外壁的第二周围通道13和除去其拱顶外壁的第三周围通道14的透过液。因第一周围通道12和第三周围通道14相互交错，导致第一周围通道12和第三周围通道14的渗透区域也是相互交叉，(与实施例2相比，减少了中环渗透区域)，减小了透过液渗透阻力。同时第三周围通道14与对称轴在一条直线上的第一周围通道12及第二周围通道13之间的渗透区域可作为中央通道11、第一周围通道12、除去其拱顶外壁133的第二周围通道13和除去其拱顶外壁143的第三周围通道14的透过液的最短渗透路径，进一步降低支撑体内部渗透阻力。同时设置第二周围通道13和第一周围通道12之间的中部渗透区域18的厚度h2在8.75-9.85mm范围之内，以利于增强支撑体强度(类似加强筋的作用)。且第一周围通道12及与之相邻的第三周围通道14的之间的宽度为w1，w1为支撑体的最薄处，其宽度至少为5.82mm，能保证一定的机械强度和足够的渗透区域。

位于第二周围通道13与本体1的外侧壁之间的外环渗透区域19的作用是收集中央通道11、第一周围通道12、第二周围通道13和第三周围通道14的透过液，此处无通道等遮挡，透过液渗透能力主要是受壁厚效应影响。为保证机械强度，外环渗透区域19厚度的h3在10.05-11.75mm范围内。总体上来说，h1小于h3，以减少内部各通道壁厚效应，增强内部通道透过液产量，增加各内部通道贡献率。

实施例4

将上述实施例1至实施例3的多通道管式陶瓷膜支撑体以及作为对比的如图4所示的通道结构的支撑体采用CN 104014252 A公开的技术方案进行制备，并采用CN 102380321A公开的技术方案在制成的支撑体上进行100nm膜层的制备，然后进行效果对比。各实施例和对比例的具体参数如下：

实施例1(B构型)：长度1.2m，膜面积0.352m²

实施例2(C构型)：长度1.2m，膜面积0.5m²

实施例3(D构型)：长度1.2m，膜面积0.625m²

对比(A构型)：长度1.2m，膜面积0.216m²

效果对比的结果如下：

(1)强度对比

A构型检测的机械强度在20.8MPa左右，B构型支撑体平均机械强度22.7MPa，C构型支撑体平均机械强度21.65MPa，D构型支撑体平均机械强度22.32MPa。B、C和D这3种构型在机械强度方面均有一定的提升，B比A提升了9.1％，C比A提升了4.08％，D比A提升了7.3％。B、C和D这3种构型强度均比A高，主要是因为A构型通道数量少，单个通道较大，影响了机械强度。而B、C和D三种构型通道数量多，支撑数量多，在一定程度上增加了支撑体机械强度。

(2)1次涂膜成品率

生产A构型精度为100nm管式陶瓷膜20根，泡压不小于0.125MPa为合格品，根数为13根，合格率65％，剩余7根需重新涂膜；

生产B构型精度为100nm管式陶瓷膜25根，泡压不小于0.125MPa为合格品，根数为24根，合格率96％，剩余1根需重新涂膜；

生产C构型精度为100nm管式陶瓷膜25根，泡压不小于0.125MPa为合格品，根数为23根，合格率92％，剩余2根需重新涂膜；

生产D构型精度为100nm管式陶瓷膜25根，泡压不小于0.125MPa为合格品，根数为21根，合格率84％，剩余4根需重新涂膜；

B、C和D这三种构型的成品率远高于A构型，主要是因为B、C和D优化了通道轮廓，通道轮廓均采用直线、圆弧或圆角进行平滑性连接，不存在尖角、凸起和凹槽等，有利于涂膜均匀性，减少了膜层缺陷。

(3)耐磨性数据

采用280目氧化铝的RO水溶液冲刷膜管，料液比为1：20，电位器示数调为5，以≤5min为间隔。各个膜管的冲刷一段时间后进行泡压检测，结果如下：

构型	冲刷前	冲刷7min后	冲刷10min后	冲刷12min后	冲刷14min后
						A	0.125	0.125	0.113
B	0.127	0.126	0.125	0.125	0.118
						C	0.126	0.125	0.125	0.119
D	0.127	0.126	0.125	0.120

A构型耐冲刷时间为10min，B、C和D这三种构型分别为14、12和12min，耐磨时间增加，有利于延长管式陶瓷膜使用寿命。而B、C和D这三种构型耐磨性能提升的主要原因也是优化了通道轮廓，使之涂膜更加均匀。而A构型存在尖角和凹槽，从而造成涂膜成品率和耐磨性较差。

(4)通量对比

采用膜污染阻力较小的RO水溶液和膜污染阻力较大的浊度为65NTU的MBR池废水的稀释溶液，在操作压力为1.0bar下，单根1.2m膜管，过滤5min，其结果如下：

	膜面积	RO水透析总量	RO水通量	MBR池稀释液产水总量	MBR池稀释液产水通量
						A	0.21	37.2L	2125LMH	1.43L	81.5LMH
B	0.352	55.9L	1906LMH	2.35L	80.2LMH
						C	0.5	58.4L	1402LMH	3.18L	76.3LMH
D	0.625	65.3L	1255LMH	4.1L	78.8LMH

由上表可知，在膜污染阻力较小的RO水溶液中，B、C和D等构型通量降低，表面这三种构型通道之间存在一定的干扰效应和遮挡效应，产水主要贡献在于外层通道，因而通量变低。C和D因为是多层通道干扰效应和遮挡效应较强，导致通量更低。而B是双层通道，通道之间干扰较小，同时优化了渗透路径，减少了渗透阻力，且膜面积增大，从而产量比A大。

在膜污染阻力较大的MBR池稀释液中，B、C和D构型通道之间的干扰效应和遮挡效应减弱，同时优化了渗透路径，因此其通量差距不大，也增大了内部通道产水贡献率，且B、C和D构型中膜面积比较A大，所以产水总量也就大。

因B成品率比C和D高，且B构型支撑体的挤塑模具比C和D的模具简单，造价成本低(挤塑模具是损耗品)。且在膜污染阻力较小情况下通量和产量也较高。因而在膜污染阻力较小情况下，同时考虑制造成本，在此情况下可选择B构型。

在膜污染阻力较大的情况下，C构型通量与其余三种差距不大，膜面积也相对较大，产量也相对较大，且模具制造难度也比D构型小，而此构型强度会比B构型低，因而在满足强度要求下，可采用C构型。

但在苛刻流体环境下，膜污染阻力极大的情况下，建议选用D构型，需要较高强度的支撑体，此构型强度较高，同时优化了渗透路径，通量和产量均会比C构型高。但D构型模具制造相对复杂，且成本较高。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种多通道管式陶瓷膜支撑体，包括一均匀长条状的本体，其特征在于：该本体内具有与其中心轴线平行的一中央通道和若干周围通道，该中央通道的中心轴线与本体的中心轴线相重合，

在该本体的垂直于其中心轴线的横截面中，中央通道的形状为圆形，若干周围通道以该中央通道为圆心等间隔对称环绕在该中央通道周围，每一周围通道具有一第一侧壁、一第二侧壁、一远离圆心的拱顶外壁和一靠近圆心的拱顶内壁，第一侧壁和第二侧壁等长且为直线状，拱顶外壁和拱顶内壁为对称的弧状，拱顶外壁的当量直径不小于拱顶内壁的当量直径；

第一侧壁和第二侧壁的一端分别通过其所在直线与拱顶外壁相切或通过圆角与拱顶外壁相连，另一端分别通过其所在直线与拱顶内壁相切或通过圆角与拱顶内壁相连。

2.如权利要求1所述的一种多通道管式陶瓷膜支撑体，其特征在于：每一所述周围通道的形状尺寸相同，所述周围通道的水力学直径小于所述中央通道的直径。

3.如权利要求2所述的一种多通道管式陶瓷膜支撑体，其特征在于：在所述本体的垂直于其中心轴线的横截面中，所述第一周围通道的拱顶内壁的长度总和小于中央通道的周长，所述第二周围通道的拱顶内壁长度总和小于第一周围通道的拱顶外壁长度总和。

4.如权利要求1所述的一种多通道管式陶瓷膜支撑体，其特征在于：所述若干周围通道包括若干第一周围通道和若干第二周围通道，若干第一周围通道以所述中央通道为圆心等间隔对称环绕在该中央通道周围，若干第二周围通道以所述中央通道为圆心等间隔对称环绕在若干第一周围通道之外。

5.如权利要求4所述的一种多通道管式陶瓷膜支撑体，其特征在于：每一所述第二周围通道的形状尺寸相同，每一所述第一周围通道的形状尺寸相同，所述第一周围通道的水力学直径小于所述第二周围通道的水力学直径，且小于所述中央通道的直径。

6.如权利要求5所述的一种多通道管式陶瓷膜支撑体，其特征在于：在所述本体的垂直于其中心轴线的横截面中，所述若干第一周围通道的拱顶内壁的长度的总和小于中央通道的周长，所述第一周围通道与所述中央通道的间距小于第一周围通道与第二周围通道的间距，第一周围通道与第二周围通道的间距小于第二周围通道与所述本体的外侧壁的间距。

7.一种多通道管式陶瓷膜支撑体，包括一均匀长条状的本体，其特征在于：该本体内具有与其中心轴线平行的一中央通道、若干第一周围通道、若干第二周围通道和若干第三周围通道，该中央通道的中心轴线与本体的中心轴线相重合；

在该本体的垂直于其中心轴线的横截面中，中央通道的形状为圆形，若干第一周围通道和若干第三周围通道以该中央通道为圆心等间隔对称环绕在该中央通道周围，若干第二周围通道以该中央通道为圆心等间隔对称环绕在若干第一周围通道之外，一第二周围通道的长度方向的对称轴及与其相对应一第一周围通道的长度方向的对称轴在一条直线上；

每一第二周围通道和每一第三周围通道均具有一第一侧壁、一第二侧壁、一远离圆心的拱顶外壁和一靠近圆心的拱顶内壁，第一侧壁和第二侧壁等长且为直线状，拱顶外壁和拱顶内壁为对称的弧状，拱顶外壁的当量直径不小于拱顶内壁的当量直径；第三周围通道和第二周围通道的拱顶外壁的尺寸形状相同，第三周围通道的第一侧壁的长度大于第二周围通道的第一侧壁的长度，第三周围通道的拱顶内壁的直径小于第二周围通道的拱顶内壁的直径；第三周围通道的拱顶外壁的一端位于相邻的二第二周围通道之间，拱顶内壁的一端位于相邻的二第一周围通道之间；

第一侧壁和第二侧壁的一端分别通过其所在直线与拱顶外壁相切或通过圆角与拱顶外壁相连，另一端分别通过其所在直线与拱顶内壁相切或通过圆角与拱顶内壁相连。

8.如权利要求7所述的一种多通道管式陶瓷膜支撑体，其特征在于：所述第一周围通道的形状为圆角矩形。

9.如权利要求8所述的一种多通道管式陶瓷膜支撑体，其特征在于：每一所述第一周围通道的形状尺寸相同，每一所述第二周围通道的形状尺寸相同，每一所述第三周围通道的形状尺寸相同，所述第一周围通道的水力学直径小于所述中央通道的直径，所述第二周围通道的水力学直径大于所述第一周围通道的水力学直径且小于所述中央通道的直径，所述第三周围通道的水力学直径大于所述第二周围通道的水力学直径且小于所述中央通道的直径。

10.如权利要求9所述的一种多通道管式陶瓷膜支撑体，其特征在于：在所述本体的垂直于其中心轴线的横截面中，所述若干第一周围通道的拱顶内壁的长度的总和小于中央通道的周长，所述第一周围通道与第二周围通道的间距小于第二周围通道与所述本体的外侧壁的间距。

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