CN1262338C - 陶瓷膜组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于多个单管陶瓷膜的膜组件。所述膜组件包括管状壳体、第一壳体端盖和第二壳体端盖、支撑杆、密封盘、多个单管陶瓷膜以及多种诸如O型环的密封件和密封装置。管状壳体具有分别与其相对端连接的盖板。典型地，盖板永久连接在管状壳体上。多个单管陶瓷膜安置在管状壳体内部，并且通过盖板和密封盘紧密固定并基本上平行于管状壳体。第一壳体端盖进一步包括将待过滤流体泵送进入膜组件的一个入口。

Description

陶瓷膜组件

技术领域

本发明总体上涉及膜组件。更具体地，本发明涉及用于多个单管陶瓷膜的膜组件。

背景技术

膜技术在工业用途中的应用要求采用大的膜面积。膜组件是容纳膜的最小单元。膜组件通常用于分离液体、固体或气体。目前有两种常用的膜组件设计：板框状和管状。对陶瓷膜应用而言优选管状组件。典型地，一个陶瓷膜组件包括相互平行并成组放置在一个单独壳体内的多个管状陶瓷膜元件。这样的布置比采用一个单独膜元件允许有更高的过滤产量。这一布置还能更好利用空间。

然而，陶瓷膜在上述膜组件中的应用引起人们对陶瓷膜的完整性和结构强度的担心。陶瓷膜典型地是用多孔陶瓷基材料制造的。这些陶瓷材料本质上不具有高的抗张强度。它们在遭受高的机械应力时容易破碎和裂开。

膜组件在安装和操作时经常受到来自泵压马达的振动和运动所产生的机械和热应力，同时还有膜组件内所处理流体的温度变化导致的膨胀和收缩。这些机械和热应力传入膜组件内部，并容易损坏其中安装的陶瓷膜。

通过确保上述陶瓷膜的壁具有足以提供结构强度和支撑的厚度可以简单地部分解决上述担心。但壁的增厚也降低了膜元件的效率和渗透性。更好的方法应该是采用多通道陶瓷膜元件。

多通道陶瓷膜元件包括一个大型的单个膜元件，其中有很多通道穿过。它还可以进一步成组以形成数个多通道膜并安装在一个膜组件中，这正如美国专利申请公开No.2001/0013272A1所描述的。这样的多通道膜大而且厚，足以为多通道膜提供内在的机械支撑。

然而，与在一个膜组件内使用多个单管陶瓷膜相比，采用多通道膜组件在性能上仅仅是一个折衷方案。单管陶瓷膜在成本和性能上都优于多通道陶瓷膜。单管陶瓷膜更便宜。它们适用于高粘度和腐蚀性流体的分离。多个单管陶瓷膜具有高的表面积/体积比，因而增加了产量。总体上，多个单管陶瓷膜远胜于多通道陶瓷膜。但是，单管陶瓷膜通常具有薄壁，并因此在受到机械和热应力时结构薄弱且容易损坏。

因此，很明显需要一种在膜组件中安装多个单管陶瓷膜的新型装置。

发明内容

一种陶瓷膜组件包括：装有多个各自具有相对端部的单管陶瓷膜的管状壳体，该管状壳体包括分别与管状壳体的相对端连接的两个盖板；用于密封所述管状壳体的两个密封盘，各个密封盘分别在管状壳体的所述相对端处固定在各盖板上；用以分别封住管状壳体各相对端的两个壳体端盖，各个壳体端盖分别在管状壳体的相对端处固定在各个密封盘上；以及用以支撑陶瓷膜组件的至少一个支撑杆，并且所述至少一个支撑杆包括一个主轴和两个相对的定位键。

附图说明

附图1是根据本发明的陶瓷膜组件的横截面视图；

附图2是附图1所示的陶瓷膜组件的支撑杆；

附图3是附图1所示的陶瓷膜组件的A区域的放大图；以及

附图4是附图1所示的陶瓷膜组件的B区域的放大图。

具体实施方式

参见附图1，根据本发明的陶瓷膜组件5包括一个管状壳体11，一个第一壳体端盖13和一个第二壳体端盖15，一个支撑杆17，密封盘19，多个单管陶瓷膜23以及多种诸如O型环24a、24b的密封件和密封装置。

管状壳体11具有分别与管状壳体11的相对两端11a连接的盖板25。典型地，盖板25永久连接在管状壳体11上。多个单管陶瓷膜23安置在管状壳体11内部，通过盖板25和密封盘19紧密固定并基本上平行于管状壳体11。第一壳体端盖13进一步包括一个入口32，以供待过滤流体泵送进入膜组件。流体在压力下压入多个单管陶瓷膜23。从单管陶瓷膜23过滤后的流体称为渗透液，它离开单管陶瓷膜23后进入管状壳体11。这就是通常所谓的对流过滤。管状壳体11进一步还包括两个渗透液出口34、36用于流出渗透液。滞留物，也就是过滤后的液体残留，随后离开单管陶瓷膜23进入膜组件的第二壳体端盖15，再通过出口38离开膜组件。第二壳体端盖15进一步还提供有至少一个其它的出口40以作排水之用。

参见附图3，密封盘19叠放在盖板25上，而且壳体端盖13、15进一步叠放在密封盘19上。然后用诸如螺栓和螺母41的固定装置将上述三层夹层结构紧固地夹在一起。盖板25和密封盘19上带有多个管状开口以容纳单管陶瓷膜23的端部23a。排列盖板25和密封盘19的管状开口，使得在相对端部23a插入管状开口时单管陶瓷膜23基本上平行。单管陶瓷膜23稍长于管状壳体11及与其相连的相对盖板25。这样，单管陶瓷膜23的相对端部23a就从盖板25上稍微突起。O型环24a放置在每个单管陶瓷膜23的两个相对端部23a上。每个单管陶瓷膜23的相对端部23a放置在相应的盖板25和密封盘19的管开口处。放在单管陶瓷膜23的端部23a上的O型环24a就插在盖板25和密封盘19中间。将盖板25和密封盘19压紧在位于单管陶瓷膜23端部23a上的O型环24a上，从而将单管膜23固定在壳体11中。同时，这些O型环24a还能防止流体未流经单管陶瓷膜23即从端盖13泄漏进入管状壳体11中。另外，O型环24a还可作为阻尼装置耗散任何可能传到单管陶瓷膜23的振动或机械应力。

参见附图2和附图4，支撑杆17连同并平行于多个单管陶瓷膜23位于管状壳体11内部。支撑杆17包括一个主轴18，其相对端部称作定位键17a。定位键17a的横截面厚度小于主轴18。由于这一厚度差异，在支撑杆17上定位键17a处形成一个肩台18a。主轴18横截面基本上为圆形，而定位键17a横截面为多边形。

支撑杆17通过盖板25和密封盘19在其定位键17a处被放置在合适的位置。每个盖板25和密封盘19进一步还包括一个杆状开口以容纳支撑杆17的定位键17a。主轴18的长度与管状壳体11长度相近。因此支撑杆17的肩台18a完全接触盖板25。为进一步提高支撑杆17和盖板25的刚性，将支撑杆17焊接在盖板25上肩台18a处。这也进一步确保不会有流体在杆状开口处由端盖13、15泄漏到管状壳体11中。

杆状开口形状为多边形，与支撑杆17的定位键17a的多边形横截面形状一致。主轴18安装在管状壳体11内部，其定位键17a从盖板25和密封盘19的杆状开口中伸出。主轴18的长度使得相对的肩台18a直接接触盖板25。

支撑杆17的定位键17a起向导作用以保证密封盘19精确定位在盖板25上，防止单管陶瓷膜的端部23a在安装过程中被盖板25损坏。此外，一旦安装完毕，定位键17a的多边形形状也有助于为整个结构提供支撑和硬度。与圆柱状定位键相比，定位键17a的多边形形状可防止任何由机械或热应力引起的支撑杆17的滑移。

管状壳体11以及与盖板25和密封盘19连接的支撑杆17共同形成一个支撑结构，可以为多个单管陶瓷膜23提供硬度和结构强度。用于紧固和密封单管陶瓷膜23的O型环24a也可衰减可能传到单管陶瓷膜的振动和机械应力。此外，当陶瓷膜组件5受到例如加热和冷却的大温度变化时，管状壳体11和多个单管陶瓷膜23将经历热胀或冷缩。考虑到管状壳体11和膜材料之间热膨胀系数的较大差异，上述温度变化将在单管陶瓷膜23上产生热应力。放置在单管陶瓷膜23相对端部23a上的O型环24a可承受上述伸展和冷缩，消除热应力并防止任何对单管陶瓷膜23的损坏。

根据管状壳体的尺寸、单管陶瓷膜23的数量、例如温度和压力等操作条件和操作参数，陶瓷膜组件5可带有多于一个的支撑杆17。还可通过在定位键17a上加上螺纹延伸来进一步增强陶瓷膜组件5的硬度和完整性。上述螺纹延伸可调节以容纳一个螺纹螺母。通过将螺母装配并紧固在延伸部分上，可以施加压力从而将密封盘19紧固在盖板25上。

一般操作中，根据本发明的陶瓷膜组件5通常以对流的模式操作。它也适合于采用多种操作形式，例如开放和封闭系统、进料和放气操作、间歇和连续操作的多种过程中。

本发明进一步允许陶瓷膜组件5进行单管陶瓷膜23的在线再生过程，以及单独的受损单管陶瓷膜23的简易更换过程。

当用于处理高粘性流体，如废机油、废油、有机废水以及生物或食品废水时，单管陶瓷膜很容易被上述高粘性流体中的残余颗粒或生物物质所污染。用渗透液对单管陶瓷膜23进行表面清洗并不能产生令人满意的效果，单管陶瓷膜上的一些孔仍然堵塞。更有效的办法就是进行单管陶瓷膜23的在线反冲。

反冲操作中，切断进料流体并排出任何残留的过滤流体和渗透液。从渗透液出口向组件泵入已选择的溶剂溶液，从而溶剂溶液从壳侧进入膜壁并通过膜表面进入管侧。保持系统在一定的预定压力下。最终，堵塞单管陶瓷膜的微小颗粒和粘性材料溶解并作为洗液洗去。然后将洗液输送至容器中以备回收。采用诸如氮气的保护气体去除陶瓷膜组件5上的任何残留溶剂。现在即可继续陶瓷膜组件5的正常操作。

正常操作中，单个的单管陶瓷膜23可能受损于或暴露于磨损中并需要更换。根据本发明，受损单管陶瓷膜23可在不影响其它单管陶瓷膜23的情况下很容易地更换。

上述描述并非以任何方式限制发明的范围。对本领域技术人员而言很明显可以在不背离本发明范围的情况下修改本发明。

Claims (12)

1.一种陶瓷膜组件，包括：

装有多个各自具有相对端部的单管陶瓷膜的管状壳体，所述管状壳体包括分别与所述管状壳体的相对端连接的两个盖板；

用以密封所述管状壳体的两个密封盘，每个所述密封盘分别在所述管状壳体的所述相对端处固定在各个所述盖板上；

用以分别封住所述管状壳体各个所述相对端的两个壳体端盖，每个所述的壳体端盖分别在所述管状壳体的相对端处固定在各个所述密封盘上；

用以支撑所述陶瓷膜组件的至少一个支撑杆，并且所述至少一个支撑杆包括一个主轴和两个相对的定位键，所述相对定位键的横截面厚度小于所述主轴的横截面厚度；

所述多个单管陶瓷膜进一步具有至少一个密封装置放置在每个所述相对端部上；放置在所述多个单管陶瓷膜各个相对端部上的所述至少一个密封装置在所述管状壳体的所述相对端处被夹在所述盖板和所述密封盘之间；

其中所述至少一个密封装置放置在各个所述多个单管陶瓷膜的所述相对端部上，通过允许每个所述的单管陶瓷膜膨胀和收缩来减轻热应力。

2.根据权利要求1的陶瓷膜组件，其中所述的密封盘和所述的盖板进一步包括多个开口以容纳所述多个单管陶瓷膜。

3.根据权利要求2的陶瓷膜组件，其中所述多个单管陶瓷膜组件通过它们的端部固定在所述密封盘和所述盖板上。

4.根据权利要求2的陶瓷膜组件，其中所述多个单管陶瓷膜组件的所述端部放置在所述密封盘和所述盖板的多个开口中。

5.根据权利要求2的陶瓷膜组件，其中所述密封盘和所述盖板进一步包括至少一个杆状开口以分别容纳一个所述至少一个支撑杆的所述相对的定位键。

6.根据权利要求5的陶瓷膜组件，其中所述至少一个支撑杆固定在所述盖板上从而为所述多个单管陶瓷膜提供硬度和支撑。

7.根据权利要求1的陶瓷膜组件，其中至少一个密封件放置在各个所述多个单管陶瓷膜的各个所述相对端部上。

8.根据权利要求7的陶瓷膜组件，其中所述至少一个密封件放置在所述密封盘和所述盖板之间。

9.根据权利要求1的陶瓷膜组件，其中所述主轴的横截面为圆形。

10.根据权利要求1的陶瓷膜组件，其中所述相对定位键的横截面为多边形。

11.根据权利要求1的陶瓷膜组件，其中所述主轴的长度等于连接在所述管状壳体相对端的所述两个盖板之间的距离。

12.根据权利要求1所述的陶瓷膜组件，其中所述的密封装置包括O型环。

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