CN1806900A - 一种陶瓷膜过滤元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种陶瓷膜过滤元件的结构，其特征在于陶瓷膜管的中心孔不涂膜，用作过滤渗透侧，在中心孔处有一引流管把渗透液体引出，并用环氧树脂密封中心孔与引流管之间的间隙，防止渗透液体与原料液混合。这种结构具有渗透液体通过该元件的路程短的特点，而且简便了制造工艺，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种陶瓷膜过滤元件的结构，这种结构具有渗透液体通过该元件的路程短的特点。
背景技术
微滤、超滤的膜分离过程用以分离含溶解的溶质或悬浮微粒的液体，其中溶剂和溶质小分子透过膜，溶质大分子和悬浮颗粒被膜截留。
膜过滤装置的核心部分是过滤膜，与有机膜相比，陶瓷膜具有化学稳定性好，机械强度大，抗微生物能力强，耐高温，孔径分布窄，分离效率高等优点。
工业上一般应用的陶瓷膜元件以多通道形式的为主，因为多通道形式的过滤元件膜面积比较大，过滤效率高，为了进一步增大膜面积，蜂窝陶瓷结构可被应用于陶瓷过滤元件。陶瓷膜元件的不足之处在于多通道结构的液体渗透阻力比较大。
美国专利US5009781和US5108601中的陶瓷支撑体的结构是蜂窝状的，它的通道非常多，为了减小渗透阻力，它必须开很多的槽导流，把渗透液汇集到引流槽，还要通过在外侧开孔或开槽引流，或者在支撑体的中心处开孔接一根引流管引流，因此，其加工工艺复杂。
发明内容
本发明所要解决的问题是克服陶瓷膜过滤阻力较大的缺点，提出了一种有两个渗透侧的过滤元件的结构，这种结构与原多通道陶瓷膜元件相比，具有较短的液体通过元件的路程以及较小的液体渗透阻力。
本发明的技术方案是：膜过滤的关键在于膜，被过滤液体在压力的作用下透过膜，液体透过膜的阻力越小能耗越小、效率越高，液体通过支撑体的路程越短阻力越小。在膜的阻力一定的条件下，过滤元件支撑体的结构会对液体通过支撑体的路程产生影响，现在工程中所使用的陶瓷膜大多数都是多通道形式的，采用的是错流过滤的方式。液体从膜管的一端进入，截留液从膜管的另一端流出，渗透液透过膜和支撑体渗透到渗透侧即膜管外侧出水，由于多通道的结构特点，处于膜管中心位置的液体要经过膜和很厚的一段支撑体才能到达渗透侧，这就增加了液体到达渗透侧的路程，从而增大了液体通过支撑体的阻力。
本发明针对这一问题，提出了增加一个渗透侧，减少液体渗透路程的支撑体结构。具体的技术方案为：一种陶瓷膜过滤元件，其特征在于陶瓷膜管3的中心孔道2d不涂膜，用作过滤渗透侧，该渗透侧孔道在陶瓷膜元件的挤出成型时直接制备得到，在中心孔道2d处有一引流管1把渗透液体引出，并用粘结剂密封中心孔道2d与引流管1之间的间隙，防止渗透液体与原料液混合。
其中所述的陶瓷膜管3的结构为多通道陶瓷膜管或蜂窝陶瓷膜管；所述的引流管1为致密陶瓷、工程塑料或不锈钢材料。
其中所述的引流管1可以在膜元件的一端接上，另一端用塞子堵住并密封，或者两侧都接引流管。
该过滤元件的结构如图1所示。
多通道膜管中的液体渗透路线如图2所示，可以把多通道膜管的通道分成4层，分别由序号a、b、c、d表示，a层中的渗透液经过最短的路程到达渗透侧，然后依次是b、c、d层，其中膜管中心的通道中的渗透液体要到达渗透侧要经过最长的路程，这样渗透阻力会很大，几乎起不到过滤效果，通量不大。
如图3所示，如果不用中心孔道来过滤，而是作为渗透侧引流，那么c层孔的效率就会大大提高，虽然本发明放弃了中心孔道的过滤面积，但是大大提高了c层孔的利用率，所以总的来说减小了渗透阻力，提高了通量。
该结构也可应用于蜂窝陶瓷膜管，与多通道膜管类似，蜂窝陶瓷结构的膜管中的液体渗透路线如图4所示，本发明的结构中液体渗透路线如图5所示。
把中心孔道作为一个渗透侧需要在中心孔道处加一个引流管，该引流管可以使用致密陶瓷管、工程塑料、不锈钢管等材料，采用环氧树脂、聚氨酯等有机密封材料密封引流管与通道之间的间隙可以达到完全密封的效果。
该膜元件可以应用于错流过滤装置的微滤、超滤元件。支撑体和膜的材料为纯的氧化铝、氧化锆、氧化钛或上述材料的混合物以及堇青石、莫来石等等。
本发明主要应用于水处理领域，应用于反渗透过程的预处理过程也可以用于其它各种液体过滤。
有益效果：
1、缩短了液体从进料侧到达渗透侧的路程。多通道结构只有一个渗透侧，就是膜管外侧，多通道结构中，中心通道中的液体到达渗透侧的路程最长，阻力最大。本发明从膜管的中心通道引出渗透液，这样膜管就多了一个渗透侧，液体在到达渗透侧的路径中又多了一个选择，根据能量最低原理，液体总是会选择最短的路程到达渗透侧，在本发明的结构中，变成了外渗透侧和内渗透侧中间的通道中的液体要经过的路程最长，这个路程与原多通道的相比缩短了许多。
2、与美国专利相比，本发明的结构在多通道支撑体在挤出成型时已经有中心孔，只要外接一个引流管即可，而且完全密封也容易实现。对于蜂窝陶瓷结构来说也是一样，由于本发明所用的蜂窝结构孔的排布是中心发散形的，所以中间的孔在挤压成型时已挤出，不必另外开孔，由于通道的数目少也不必开槽。这样就为加工成型降低了难度，而可以通过增大膜组件来实现要求的膜面积。
3、简便了制造工艺，降低了生产成本。
附图说明
图1为支撑体的结构图；图中1-引流管，2-膜孔，3-膜元件。
图2为多通道膜管中的液体渗透路线图；图中2a、2b、2c、2d为各层膜孔。
图3为本发明的多通道膜管中的液体渗透路线图。
图4为蜂窝陶瓷膜管中的液体渗透路线图；图中2e、2f、2g、2h、2i为各层膜孔。
图5为蜂窝陶瓷膜管中的液体渗透路线图。
具体实施方式
实施例1
多通道膜管的外形如图1所示。膜管采用挤出成型，其长度为1m，直径为41mm，内有37个通道，通道的直径为4mm，通道之间的壁厚为2mm，膜管的中心孔道一端接引流管，用环氧树脂胶密封，另一端密封。采用浸浆涂膜制备一层氧化铝膜，膜的平均孔径为0.2μm，支撑体和膜的孔隙率为35％，在0.1MPa的压力下操作，纯水通量为1000L/m2h。
实施例2
多通道膜管的外形如图1所示。膜管采用挤出成型，其长度为1m，直径为41mm，内有37个通道，通道的直径为4mm，通道之间的壁厚为2mm，膜管的中心孔道一端接引流管，用环氧树脂胶密封，另一端密封。采用浸浆涂膜制备一层氧化铝膜，膜的平均孔径为0.5μm，支撑体和膜的孔隙率为35％，在0.1MPa的压力下操作，纯水通量为2000L/m2h。
实施例3
蜂窝状陶瓷膜管的外形如图5所示。膜管采用挤出成型，其长度为1m，直径为41mm，内有59个通道，通道的边长为2.5mm，通道之间的壁厚为1.2mm，膜管的中心孔道两端各接一个引流管，用聚氨酯胶密封。采用浸浆涂膜制备一层氧化锆膜，膜的平均孔径为0.2μm，支撑体和膜的孔隙率为35％，在0.1MPa的压力下操作，纯水通量为800L/m2h。
Claims (4)
1、一种陶瓷膜过滤元件，其特征在于陶瓷膜管(3)的中心孔道(2d)不涂膜，用作过滤渗透侧，在中心孔道(2d)处有一引流管(1)把渗透液体引出，并用粘结剂密封中心孔道(2d)与引流管(1)之间的间隙，防止渗透液体与原料液混合。
2、根据权利要求1所述的过滤元件，其特征在于所述的陶瓷膜管(3)的结构为多通道陶瓷膜管或蜂窝陶瓷膜管。
3、根据权利要求1所述的过滤元件，其特征在于所述的引流管(1)为致密陶瓷、工程塑料或不锈钢材料。
4、根据权利要求1所述的过滤元件，其特征在于所述的引流管(1)可以在膜元件的一端接上，另一用端塞子堵住并密封，或者两端都接引流管。
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