CN201008777Y - 超声场和高压交流脉冲电场复合强化的超滤膜分离组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种超声场和高压交流脉冲电场复合强化的超滤膜分离组件，该组件由上下基板、上下导电板、超声波振子、接线柱、进/出液口、浓缩液出口、压条、密封圈等组成。上下导电板分别安装于上下基板内，下基板设计一个凹槽，通过压条将超滤膜压紧。上下导电板连接高压交流脉冲电源，从而形成电场；在基板上加工若干均匀分布的超声波安装孔，使超声波振子和导电板紧密连接，从而形成超声场。本实用新型与其他超滤膜组件相比，可以在很大程度上改善浓差极化，防止膜污染，提高超滤速度和效率，膜通量和截留率显著提高。

Description

超声场和高压交流脉冲电场复合强化的超滤膜分离组件

技术领域

本实用新型涉及一种超滤膜分离组件，特别涉及一种超声场和高压交流脉冲电场复合强化的超滤膜分离组件。

背景技术

膜分离技术是一种以选择性透过膜为分离介质，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分体系进行分离、分级、提纯和富集的技术，具有能耗低、分离效率高、过程简单以及污染少等优点。自20世纪60年代成为一门新兴的分离技术以来，膜分离技术已广泛应用于化工、轻工、纺织、冶金、食品、医药、电子等工业领域，对这些领域的发展起到了十分巨大、甚至是关键性的作用。

超滤技术是一种典型的膜分离技术。在超滤过程中，由于浓差极化和膜污染，膜的通量会逐渐减小，使分离效率降低。浓差极化是膜表面局部浓度增加引起边界层流体阻力增加，导致传质推动力下降的现象。膜污染是料液中的微粒、胶体粒子或溶质分子由于与膜之间存在物理化学作用而在膜表面及膜孔中沉积，使膜孔堵塞或变小，膜阻力增大，膜的渗透速率下降的现象。浓差极化和膜污染严重阻碍了超滤技术的更大规模应用。

现有技术主要通过改善膜面附近料液侧的流体力学条件(如提高流速、采用湍流促进器和设计合理的流道结构)、采用新型膜材料和进行膜清洗等来改善浓差极化，防止膜污染。但流体力学性质的改善并不能从根本上改变浓差极化和膜污染的本质，并有可能导致生物产品活性的降低；新型膜材料的合成或改性需要使用新的化学品，必将涉及膜稳定性、材料安全性和成本等问题；而频繁的清洗将耗费大量的时间，引致生产过程的中断，影响装置的正常运行。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种超声场和高压交流脉冲电场的超滤膜分离组件。通过在膜组件中引入超声场和高压交流脉冲电场，利用超声波对分离体系的声冲流和空化作用，以及高压交流脉冲电场对溶液离子的扰动作用，来防止因溶液中大分子沉积而造成的浓差极化和膜污染，提高分离效率；同时利用复合场的协同增效作用，来进一步强化超滤过程。通过这些作用，超滤膜的截流率和膜通量将大大提高。原料液从进液口进入超滤膜分离组件，经超滤膜的分离浓缩作用，将低相对分子质量的溶液过滤到超滤膜的下方，并从浓缩液出口流出。

本实用新型的技术目的通过下述技术方案实现：压条12将超滤膜9压紧在上基板5和下基板8之间，所述上基板5和下基板8之间设有密封圈6和密封圆条7，上导电板4与下导电板11分别压于所述上基板5和下基板8中间所设的空腔内，所述上导电板4和下导电板11分别通过接线柱连接高压交流脉冲电源两极；超声波振子安装于所述上基板5或下基板8中间所设的若干超声波安装孔13内，其表面与上导电板4或下导电板11紧密连接，所述超声波振子与超声波换能器连接；所述上基板5两侧各开有进液口14和出液口15，所述下基板8开有浓缩液出口。

作为本技术的改进，所述接线柱分别安装于上基板5和下基板8的后侧。

本实用新型在超滤膜分离组件内引入了超声场和高压交流脉冲电场。当流体经过超滤膜上方时，超声波由超声波振子经导电板传至溶液，通过超声的声冲流和空化作用，使得大分子物质不再附着在膜表面，同时由于超声的振动作用，流体在膜过滤表面产生射流效果，提高了分离浓缩的效率。另外，在超滤膜分离组件的上下基板内安装了导电板，在组件的上下基板之间引入一个高压交流脉冲电场，原料液流经电场时，由于脉冲电场对大分子的作用，使得大分子在电场中产生偏转运动，进而产生扰动作用，改善了浓差极化，大大减缓了超滤膜的污染和堵塞问题。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、在膜组件两侧安装了超声波振子，使超声直接作用于过滤腔体，利用超声的声冲流和空化作用，可大大改善浓差极化，防止膜污染；

2、在膜组件的上下基板内安装了导电板，引入高压交流脉冲电场，同样可大大改善浓差极化，防止膜污染；

3、两种外加场将产生协同增效作用，从而进一步强化分离浓缩过程；

4、利用超声场还可对膜组件的清洗进行强化；

5、与无外加复合场的超滤膜组件相比，本实用新型所述复合场强化的超滤膜分离组件可使膜通量和截留率显著提高。

附图说明

图1是本实用新型所述的复合场强化的超滤膜分离组件的结构的正视图；

图2是图1所示复合场强化的超滤膜分离组件的结构的俯视图；

图3是图1所示复合场强化的超滤膜分离组件的结构的侧视图。

图中：1.双头螺栓  2.圆头螺母  3.平垫片  4.上导电板  5.上基板  6.密封圈  7.密封圆条  8.下基板  9.膜  10.平头螺钉  11.下导电板  12.压条13.超声波安装孔  14.进液口  15.出液口。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步的详细描述：

图1～3中，上导电板4通过平头螺钉10和上基板5固定。上基板5或下基板8的中间开若干孔(超声波安装孔13)，超声波振子通过超声波安装孔13，利用强力胶与上导电板4或下导电板11连接。下导电板11通过平头螺钉10和下基板8固定。两个导电板与各自的基板的结合表面略低，以保证导电板之间留有一定的间隙。膜9通过压条12被压紧在两块基板之间，从而将上下导电板分成两个相互隔开的空间。最后将上基板5和下基板8安装在一起，通过密封圈6和密封圆条7进行密封，防止液体渗漏。两个基板通过双头螺栓1、圆头螺母2和平垫片3连接成整体。原料液通过进液口14进入，从出液口15流出。

由图1～3可见，本实用新型所述复合场强化超滤膜分离组件的上导电板4通过平头螺钉10安装于上基板5内，下导电板11通过平头螺钉10安装于下基板8内，在上导电板4和下导电板11之间形成一个空腔。在下基板8的周边加工一圈凹槽，安装超滤膜9时将膜9贴附于下基板8的表面，利用方形的压条12将超滤膜9压紧。在上基板5和下基板8的周边还开设了圆形的凹槽，将密封圆条7置于凹槽内以实现密封。在上基板5或下基板8上加工若干个均匀分布的超声波安装孔13，以安装超声波振子，见附图2，超声波振子的表面紧贴上导电板4或下导电板11。超声波振子与外加的超声波换能器连接。在上基板5和下基板8的后侧安装高压交流脉冲电源的接线柱，与外加的高压交流脉冲电源连接。进液口14和出液口15在上基板5的两侧，浓缩液出口在下基板8的一侧。最后上基板5和下基板8通过密封圈6和密封圆条7进行密封，以防止液体渗漏。两个基板通过双头螺栓1、圆头螺母2和平垫片3连接成整体。原料液通过进液口14进入后从出液口15流出。

本实用新型所述的超声波和高压交流脉冲电源可选型如下，但选型不限于此：

1、高压交流脉冲电源：输入220V两相交流电源，功率500W，输出脉冲电压-500V～+500V可调，输出脉冲频率5～1000Hz可调，输出占空比0～98％可调，脉冲波形为方波、正弦波、三角形波等多种波形可调。

2、超声波：振子为28kHz和40kHz或其他频率的双频振子，每个振子功率为100W；超声波换能器的功率根据振子的功率配置，频率可以通过自动或手动切换，占空比可调，声波发射周期可调。

Claims (2)

1.一种超声场和高压交流脉冲电场复合强化的超滤膜分离组件，其特征在于：压条(12)将超滤膜(9)压紧在上基板(5)和下基板(8)之间，所述上基板(5)和下基板(8)之间设有密封圈(6)和密封圆条(7)，上导电板(4)与下导电板(11)分别压于所述上基板(5)和下基板(8)中间所设的空腔内，所述上导电板(4)和下导电板(11)分别通过接线柱连接高压交流脉冲电源两极；超声波振子安装于所述上基板(5)或下基板(8)中间所设的若干超声波安装孔(13)内，其表面与上导电板(4)或下导电板(11)紧密连接，所述超声波振子与超声波换能器连接；所述上基板(5)两侧各开有进液口(14)和出液口(15)，所述下基板(8)开有浓缩液出口。

2.根据权利要求1所述的超滤膜分离组件，其特征在于：所述接线柱分别安装于上基板(5)和下基板(8)的后侧。

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