CN1476923A - 中空纤维膜分离装置及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种中空纤维膜分离装置及运行方法。膜分离装置包括膜组件、控制阀、压力表、泵、空气压缩机、过滤槽以及连接管路等部件，还包括：液体进口管路；液体出口管路；工作流路，用于供应清液；循环回流流路，管接于膜组件的上侧出口和循环过滤槽之间；压缩空气供应管路，用于清洗时供应压缩空气；化学清洗回流流路，管接于上述液体出口管路末端和循环过滤槽之间；旁路管路，用于使泵在膜分离装置运转过程中连续工作。上述中空纤维膜分离装置的运行方法是通过调节管路上的阀门，使系统在工作状态、第一清洗状态、第二清洗状态、化学清洗状态之间进行切换。通过本发明的膜分离装置及运行方法，节省了过滤时间，提高了设备使用效率。

Description

中空纤维膜分离装置及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种膜分离技术，尤其涉及一种外压中空纤维膜分离装置及其运行方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，人们对饮用水的要求不断提高，所谓的纯净水、太空水或净化水已进入人们的日常生活。而且，生产和工业用水，如生化、医药、食品、调料等领域对水的净化度要求也越来越高。近年来人们开发研制的微滤和超滤膜技术用于水质的净化，正适应了这种需要，并且取得了良好的实际效果。其中尤以外压中空纤维膜使用得最多。这是因为外压中空纤维膜(以下简称膜)具有单位体积内装填膜的面积最大，可去除原水中的藻类，微生物和胶体物质等多种悬浮物，并且净化纯度高等优点。但在实际应用中，膜的内腔、孔隙及外壁由于各种悬浮物的滞留、淤积而使膜的透水通量迅速下降，甚至堵塞而不能正常工作。因此对膜的清洗是膜应用技术不可缺少重要组成部分。

申请人已经就膜清洗技术申请了多件专利，其中一件是“外压中空纤维膜分离装置及其使用方法”(公开号为CN1333080A)。该项申请主要在膜组件的结构和水流线路设计方面作了重要改进，很好地解决了膜的在线高效清洗问题。但它仍存在着不足：该膜装置中膜组件的外部管路设计尚不完善。另外一件是“中空纤维膜分离装置及其使用方法”(CN1347752A)。该项申请主要对膜装置中膜组件的外部管路设计进行了完善，设计了化学清洗回路和双反洗回路。但是上述管路设计主要用于水处理，不能用于茶汁、果汁、中药、发酵液等。因为处理茶汁、果汁、中药、发酵液等应尽可能提高被处理液体中有用物的回收率，因此膜表面的浓缩物不能排放，同时，也不能用水反洗，否则会导致原液被稀释。因此必须对中空纤维膜分离装置及其运行方法作进一步的改进。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述提出的问题，提供一种适用于处理茶汁、果汁、中药、发酵液等液体的中空纤维膜分离装置及其运行方法。

本发明提供一种中空纤维膜分离装置，包括膜组件、控制阀、压力表、泵、空气压缩机、过滤槽以及连接管路等部件，其特征在于，还包括：

液体进口管路，管接于循环过滤槽与膜组件9之间，管路上设置有工作泵12和膜组件进口调压阀1、1′；

液体出口管路，管接于膜组件9的上端出口15，其上设置有阀门3和液体流量计19；

工作流路，管接于上述液体出口管路的末端，用于供应清液；

循环回流流路，管接于膜组件9的上侧出口16和循环过滤槽之间；

压缩空气供应管路，管接于膜组件的下端18，用于清洗时供应压缩空气；

化学清洗回流流路，管接于上述液体出口管路末端和循环过滤槽之间；

旁路管路，管接于循环过滤槽和液体进口管路末端之间，用于使泵在膜分离装置运转过程中连续工作，旁路上设置有调压阀6、6′；

原液补充管路，该管路上设置有调压阀11，上述原液补充管路与上述液体进口管路的设置有膜组件进口调压阀1，1′的管路部分并联，并与上述旁路串联，通过调节设置于上述原液补充管路上的上述控制阀11的开度和设置于上述旁路上的上述控制阀6的开度，控制在对膜进行清洗时膜组件中的水量。

本发明还提供一种中空纤维膜分离装置的运行方法，其特征在于包括如下步骤：

工作状态：半开旁路管路和原液补充管路上的调节阀门6、11，调节液体进口管路和循环回流流路上的阀门1、2，使得工作压力为P1进口0.04~0.09MPa、出口压力P2 0.02~0.07MPa，工作时间10～30分钟；

第一清洗状态：关闭液体进口管路和液体出口管路，打开循环回流流路和旁路管路，调节旁路管路和原液补充管路上的调节阀门6、11使膜组件中保持有水，气体流量计读数为每支膜组件3~6Nm³/h，清洗时间20～100秒；

第二清洗状态：关闭压缩空气，打开液体进口管路，关闭旁路管路，冲洗时间2～20秒；

打开液体出口管路上的自动阀3，回到工作状态；

化学清洗：在循环水槽中加入化学试剂，关闭工作流路，打开化学清洗回流流路，设定工作时间为40～60min，其余同工作状态，在低压大回流，低滤过通量下运行。

通过本发明提供膜分离装置及运行方法，不仅可以应于处理茶汁、果汁、中药、发酵液等液体，还可以在线清洗，加快过滤速度，提高膜组件的生产效率。

附图说明

图1是本发明装置的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例进一步详细叙述本发明。

本发明的装置中设置有多个阀门，通过控制阀门的开闭对膜组件的运行及清洗进行控制。图1中的阀门，如果按照种类，可以分为手动阀；气动隔膜阀(也就是自动阀)；单向阀。在图1中，阀门1、2、4-8、10、11、14、15是手动阀；阀门1′、2′、3、6′是自动阀；13是单向阀。

如果按照功能或作用分，阀门1、1′是进口调压阀或调节阀；阀门2、2′是出口调压阀或调节阀；阀门4、5是切换阀，用于膜分离工作与化学清洗工作之间的转换；阀门7是工作泵进口阀门；阀门6、11是清洗调压阀；阀门8、14、15是低位排放阀。

本发明设计的中空纤维膜分离装置具有膜组件9，连接膜组件上侧口16的管路的一端在膜组件的一侧连接放空阀10，管路的另一端在膜组件的另一侧经过压力表23后，通过出口调压阀2、2′(出口调压阀是手动阀2与与自动阀2′并联构成的阀门组)，与茶汤等原液循环过滤槽(CMF)相连，从而构成循环回流流路。

连接膜组件的上端15的管路分为两路，一路连接低位排放阀14；另一路先后通过自动阀3、液体流量计19之后，又分为两个支路，其中一个支路是工作流路，通过切换阀4，供应处理完毕的茶汤清液等滤过液；另一支路是连到原液循环过滤槽的化学清洗回流流路，该流路上设置有切换阀5。这两个支路上的切换阀4、5的作用是在工作流路和化学清洗回流流路之间进行切换。

膜组件9的下端18连接有三条管路，其中第一支路与低位排放阀8连接，用于清洗排污。第二支路通过泵12与原液循环过滤槽相连，泵12与原液循环过滤槽之间设置有工作泵进口阀门，该支路上膜组件进口前设置有压力表22，泵12与压力表23之间还设置有手动阀门1、自动阀门1′串联构成的阀门组，而且，还设置有与该阀门组并联的调压阀11管路，该具有阀门11的管路是原液补充管路，用于补充原液，防止膜组件中因无液体而失去振荡清洗的效果。第三支路与第一、第二支路并联于膜组件下端18，该支路上设置有压缩空气单向阀13以及气体流量计20，用于在清洗状态1向膜组件供应压缩空气。

在阀门组和泵之间设置通过清洗调压阀手动阀6和自动阀6′串联的旁路，该旁路直接与原液循环过滤槽相连接。该旁路有两个作用：一是使泵12在膜分离装置运转的过程中始终处于开机状态，保护了泵22，也能提高生产效率，二是通过控制调压阀6的开度和原液补充管路上调压阀11的开度能在清洗状态时保持膜组件9中的水量。

原液循环过滤槽的下端还连接有低位排放阀15。

在下面的具体实施例中，为了说明上的简练，在提到各种用途的阀门时，简称为阀门X(阀门的附图标记号)。

实施例1

某种氨基酸发酵液，湿菌重13％，欲除去发酵液中菌体等杂质。采用本发明的膜分离装置，其中配置1支Φ90标准工业型膜组件，按下述工艺参数进行过滤精制：

1)、工作状态。打开阀门1’、2、3、4、7，关闭阀门1、2’、5、6’、8、14、15，调节阀门1、2，半开阀6、11，使工作压力为P1进口0.09MPa、出口压力P2 0.07MPa。工作时间20分钟。

2)、清洗状态1。关闭自动阀1’、3，打开自动阀2’、6’，调节阀门6、11使膜组件中保持有水，气体流量计读数为每支膜组件3Nm³/h。清洗时间20秒。

3)、清洗状态2。关闭压缩空气，打开阀门1’，关闭阀门6’。冲洗时间2秒。

4)、打开阀门3，回到工作状态。运行时间2小时15分钟，滤出清液500L。

实施例2

同上氨基酸发酵液，湿菌重13％，欲除去发酵液中菌体等杂质。采用本发明的膜分离装置，其中配置1支Φ90标准工业型膜组件，无阀门11的管路，按下述工艺参数进行过滤精制：

1)、工作状态。打开阀门1’、2、3、4、7，关闭阀门1、2’、5、6’、8、14、15，调节阀门1、2，半开阀6，使工作压力为P1进口0.09MPa、出口压力P2 0.07MPa。工作时间20分钟。

2)、清洗状态1。关闭自动阀1’、3，打开自动阀2’、6’、，气体流量计读数为每支膜组件3Nm³/h。清洗时间20秒。

3)、清洗状态2。关闭压缩空气，打开阀门1’，关闭阀门6’。冲洗时间2秒。

4)、打开阀门3，回到工作状态。运行时间3小时45分钟，滤出清液500L。即过滤速度低于实施例1。

实施例3

某种氨基酸发酵液，湿菌重3％，欲除去发酵液中菌体等杂质。采用本发明的膜分离装置，其中配置1支Φ90标准工业型膜组件，按下述工艺参数进行过滤精制：

1)、工作状态。打开阀门1’、2、3、4、7，关闭阀门1、2’、5、6’、8、14、15，调节阀门1、2，半开阀6、11，使工作压力为P1进口0.09MPa、出口压力P2 0.07MPa。工作时间20分钟。

2)、清洗状态1。关闭自动阀1’、3，打开自动阀2’、6’、，调节阀门6、11使膜组件中保持有水，气体流量计读数为每支膜组件3Nm³/h。清洗时间20秒。

3)、清洗状态2。关闭压缩空气，打开阀门1’，关闭阀门6’。冲洗时间2秒。

4)、打开阀门3，回到工作状态。

运行时间2小时25分钟，滤出清液1300L。

实施例4

同上氨基酸发酵液，湿菌重3％，欲除去发酵液中菌体等杂质。采用本发明的膜分离装置，其中配置1支Φ90标准工业型膜组件，无阀门11的管路，按下述工艺参数进行过滤精制：

1)、工作状态。打开阀门1’、2、3、4、7，关闭阀门1、2’、5、6’、8、14、15，调节阀门1、2，半开阀6，使工作压力为P1进口0.09MPa、出口压力P2 0.07MPa。工作时间20分钟。

2)、清洗状态1。关闭自动阀1’、3，打开自动阀2’、6’、，气体流量计读数为每支膜组件3Nm³/h。清洗时间20秒。

3)、清洗状态2。关闭压缩空气，打开阀门1’，关闭阀门6’。冲洗时间2秒。

4)、打开阀门3，回到工作状态。

运行时间4小时5分钟，滤出清液1300L。即过滤速度低于实施例3。

从实施例1与实施例2的比较，以及实施例3与实施例4的比较中可以看出，增加阀门11的管路大大提高过滤速度，节省了过滤时间，提高了设备使用效率。

Claims (7)

1、一种中空纤维膜分离装置，包括膜组件、控制阀、压力表、泵、空气压缩机、过滤槽以及连接管路等部件，其特征在于，还包括：

液体进口管路，管接于循环过滤槽与膜组件(9)之间，管路上设置有工作泵(12)和膜组件进口调压阀(1、1′)；

液体出口管路，管接于膜组件(9)的上端出口(15)，其上设置有阀门(3)和液体流量计(19)；

工作流路，管接于上述液体出口管路的末端，用于供应清液；

循环回流流路，管接于膜组件(9)的上侧出口(16)和循环过滤槽之间；

压缩空气供应管路，管接于膜组件的下端(18)，用于清洗时供应压缩空气；

化学清洗回流流路，管接于上述液体出口管路末端和循环过滤槽之间；

旁路管路，管接于循环过滤槽和液体进口管路末端之间，用于使泵在膜分离装置运转过程中连续工作，旁路上设置有调压阀(6、6′)；

原液补充管路，该管路上设置有调压阀(11)，上述原液补充管路与上述液体进口管路的设置有膜组件进口调压阀(1，1′)的管路部分并联，并与上述旁路串联，通过调节设置于上述原液补充管路上的上述控制阀(11)的开度和设置于上述旁路上的上述控制阀(6)的开度，控制在对膜进行清洗时膜组件中的水量。

2、根据权利要求1所述的中空纤维膜分离装置，其特征在于：

在上述液体出口管路的末端，上述工作流路与上述化学清洗回流流路并联，通过设置在上述工作流路上的切换阀4和设置在上述化学清洗回流流路上切换阀5在工作与化学清洗之间进行切换。

3、根据权利要求1或2所述的中空纤维膜分离装置，其特征在于：

上述液体进口管路上，上述膜组件进口调压阀(1、1′)是由一个手动阀(1)和一个自动阀(1′)串联起来的阀门组；

上述循环回流流路上，设置有膜组件出口调压阀(2、2′)，是由一个手动阀(2)和一个自动阀(2′)并联起来的阀门组；

上述旁路管路上，自动阀门(6′)和手动阀门(6)构成阀门组；

通过上述阀门组可以实现远程自动控制。

4、根据权利要求3所述的中空纤维膜分离装置，其特征在于：

上述液体进口管路上，上述工作泵(12)与循环过滤槽之间设置有泵进口阀(7)，膜组件进口调节阀门组(1、1′)与膜组件(9)的下端(18)之间还设置有压力表(22)；

上述循环回流流路上，阀门组(2、2′)与膜组件(9)的上侧(16)之间设置有压力表(23)。

5、根据上述任意一项权利要求所述的中空纤维膜分离装置，其特征在于：

还具有管接于上述膜组件(9)下端(18)的排放管路、管接于上述液体出口管路上的排放管路、管接于循环过滤槽的排放管路，上述管路上分别设置有低位排放阀(8、14、15)。

6、一种中空纤维膜分离装置的运行方法，其特征在于包括如下步骤：

工作状态：半开旁路管路和原液补充管路上的调节阀门(6、11)，调节液体进口管路和循环回流流路上的阀门(1、2)，使得工作压力为P1进口0.04~0.09MPa、出口压力P2 0.02~0.07Mpa，工作时间10～30分钟；

第一清洗状态：关闭液体进口管路和液体出口管路，打开循环回流流路和旁路管路，调节旁路管路和原液补充管路上的调节阀门(6、11)使膜组件中保持有水，气体流量计读数为每支膜组件3~6Nm³/h，清洗时间20～100秒；

第二清洗状态：关闭压缩空气，打开液体进口管路，关闭旁路管路，冲洗时间2～20秒；

打开液体出口管路上的自动阀(3)，回到工作状态；

化学清洗：在循环水槽中加入化学试剂，关闭工作流路，打开化学清洗回流流路，设定工作时间为40~60min，其余同工作状态，在低压大回流，低滤过通量下运行。

7、根据权利要求5所述的中空纤维膜分离装置的运行方法，其特征在于：

各种状态的阀门操作为：

工作状态打开液体进口管路上的自动阀(1′)、循环回流流路上的手动阀2、液体出口管路上的自动阀(3)、工作流路上的手动阀(4)、进口管路上工作泵进口阀(7)，关闭液体进口管路上的手动阀(1)循环回流流路上的自动阀2′、化学清洗回流流路上的切换阀(5)、旁路管路上的自动阀(6′)、设置在管接于膜组件(9)的下端(18)的排放管路上的阀门(8)、设置在管接于液体出口流路上的排放管路上的阀门(14)、设置在管接于循环过滤槽下端的排放管路上的阀门(15)；

第一清洗状态：关闭液体进口管路上的自动阀(1′)和液体出口管路上的自动阀(3)，打开循环回流流路上的自动阀(2′)和旁路管路上的自动阀门(6′)；

第二清洗状态：打开液体进口管路上的自动阀(1′)，关闭旁路管路上的自动阀(6′)；

化学清洗：关闭工作流路上的阀门(4)，打开化学清洗回流流路上的阀门(5)。

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