CN202020991U - 一种新型低气阻箱式气液接触膜吸收单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型低气阻箱式气液接触膜吸收单元，包括多片片状帘式疏水性中空纤维膜元件、膜清洗部件和箱体。其中帘式膜元件以一定的膜填充密度、均匀排布于箱体内部，沿着气相流经方向形成格栅状网络结构，以保证气相均匀地沿着垂直于中空纤维膜轴方向流过中空纤维膜外表面。还公开了一种多级集成化的箱式气液接触膜吸收单元，由多级上述的箱式气液接触膜吸收单元并联和/或串联集成。本实用新型气阻低，处理气体流量大，效率高；气液两相均匀分布、有效接触面积大、传质速率快；气液两相流速独立控制，可在较宽范围内操作；可实现对中空纤维膜内/外表面的在线清洗，减缓膜污染；膜吸收单元可形成模块化多级集成放大，便于工程化应用。

Description

一种新型低气阻箱式气液接触膜吸收单元

技术领域

本实用新型涉及一种气液接触膜吸收单元，尤其涉及一种适用于脱除废气中有毒/有害组分或回收有价值组分，及液体脱气/充气等方面应用的新型低气阻箱式气液接触膜吸收单元。

背景技术

膜接触器应用领域十分广泛，包括但不限于液体脱气/充气、气体吸收与解析过程。例如，利用中空纤维膜接触器脱除液体中溶解或夹带的气体(氮气、氧气和二氧化碳)。迄今广泛应用的中空纤维膜接触器多为管状设计，即将一束中空纤维膜封装在圆管(膜壳)内，中空纤维膜中孔称为管程，中空纤维膜外表面和膜壳之间的空间称为壳程。现有膜接触器的设计是有效的，但也存在诸多问题。

公开号为CN1642628A，其公开日为2005年7月20日的中国专利申请提供了一种中空纤维膜壳程气液接触器，设计大量的导流管和挡板以增加介质流动均匀性，提高传质效率，并采用TIPS法制备了耐腐蚀、化学稳定性良好的全氟热塑性中空纤维膜，具有耐低表面张力液体润湿等优点。该接触器应用于生产臭氧化水时，典型进气压力高达0.15MPa。

公开号为CN1680006A其公开日为2005年10月12日的中国专利申请提供了一种将编织中空纤维束永久固定密封在壳体的内侧的方法，以制造大直径的薄膜接触器。该接触器的外形、结构设计仍属于传统管式膜接触器范畴，典型应用是液体脱气。

公开号为CN1689690A，其公开日为2005年11月2日的中国专利申请提供了一种用于液体脱气/充气的气液接触中空纤维膜接触器。一方面，气相始终是在一端封闭的中空纤维内流动，气相憋压容易造成中空纤维膜污堵和损坏；另一方面，膜接触器内部配置中心管，尽管提高了液相分布的均匀性，但是两相介质的相对流速不能任意调整，大流量气液两相介质的膜吸收过程难以实现。

帘式中空纤维膜组件由于具有很强的污水处理能力，因而广泛应用于水处理装置，尤其是膜生物反应器。有关帘式中空纤维膜组件可以参见公开号如下且为日前公开的几件中国专利申请CN1264613A、CN1481271A、CN1627981A、CN1785487A、CN2711152Y、CN1843973A、CN1951546A、CN1951547A、CN2835231Y、CN1923725A、CN101254978A、CN201470317U。现有形式帘式中空纤维膜组件大多为亲水性，目前尚未见帘式疏水性中空纤维膜组件及单元应用于气液膜吸收过程的专利报道。

综上，现有技术中膜接触器应用于气液膜吸收过程中，气相阻力过大的技术瓶颈凸显，难以实现工程化应用。

实用新型内容

针对现有形式膜接触器应用于膜吸收领域凸显气相阻力过大的技术瓶颈，本实用新型提供一种新型低气阻箱式气液接触膜吸收单元。本实用新型具有气阻低、处理气体流量大的特点。

为了解决上述技术问题，本实用新型一种新型低气阻箱式气液接触膜吸收单元予以实现的技术方案是：包括中空纤维膜元一箱体、设置在箱体中的挡板和设置在箱体上部的膜清洗部件；所述中空纤维膜元件为片状帘式疏水性中空纤维膜元件；所述箱体中沿着气相流经方向呈格栅网络状布置有多片所述的片状帘式疏水性中空纤维膜元件；所述片状帘式疏水性中空纤维膜元件由经过编织的中空纤维膜片和密封在多片所述的片状帘式疏水性中空纤维膜片上、下两端的膜元件封头构成，所述膜元件封头设有汲液腔；每片所述的片状帘式疏水性中空纤维膜元件之间相对独立；与多个所述的膜元件封头两端分别对正的设置有给水管，所述膜元件封头两端分别连接至与之对正的给水管上，所述箱体的壁上在与每个给水管的两端对正的位置处设有一孔口，所述给水管的两端从与之对正的孔口中伸出箱体；所述挡板为一中空的板，所述挡板与气相流经方向基本垂直，所述挡板紧密地设置在多片所述的片状帘式疏水性中空纤维膜元件与所述箱体之间；所述膜清洗部件包括水平地设置在箱体中的一清洗给水管和多个清洗管，所述清洗管的管壁上均匀地设有多个喷嘴，多个所述的清洗管连接至所述的清洗给水管上。

本实用新型一种多级集成化的箱式气液接触膜吸收单元予以实现的技术方案是：由多级上述的箱式气液接触膜吸收单元并联和/或串联集成。

本实用新型与现有形式的膜接触器相比，所具有的有益效果是：

(1)气阻低、处理气体流量大、效率高；

(2)气液两相均匀分布、接触面积大、传质速率快；

(3)气液两相流速独立控制，可在较宽范围内操作；

(4)可实现对纤维膜内/外表面的在线清洗，减缓膜污染；

膜吸收单元可形成模块化，易于多级集成放大，便于工程化应用。

附图说明

图1a是本实用新型箱式气液接触膜吸收单元透视图；

图1b是图1a中所示的片状帘式疏水性中空纤维膜元件示意图；

图1c是图1a中所示的束集成片状帘式疏水性中空纤维膜元件示意图；

图2a是本实用新型箱式气液接触膜吸收单元中膜清洗部件的透视图；

图2b是图2a中所示清洗管的示意图；

图3是本实用新型箱式气液接触膜吸收单元中壳体内部挡板的结构透视图；

图4是本实用新型箱式气液接触膜吸收单元运行模式的示意图；

图5是本实用新型箱式气液接触膜吸收单元反冲洗模式的示意图；

图6是本实用新型箱式气液接触膜吸收单元在线清洗模式的示意图；

图7是本实用新型箱式气液接触膜吸收单元由一两级串联集成后的示意图。

图中：

1——液相进入/流出管道的进/出口

9——清洗剂流进多孔清洗管的进口    10——清洗剂出口

11——给水管                       12——膜元件封头

13——中空纤维膜                   14——清洗给水管

15——清洗管                       16——挡板

17——箱体                         18——给水管

22——汲液腔                       24——中空纤维膜元件

I——第一级箱式膜吸收单元          II——第二级箱式膜吸收单元

A——液相                          B——清洗剂

C——气相

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细地描述。

如图1a、图2a和图3所示，本实用新型一种新型低气阻箱式气液接触膜吸收单元，包括箱体17、中空纤维膜元件，设置在箱体17中的挡板16、设置在箱体17上部的膜清洗部件。

所述中空纤维膜元件为片状帘式疏水性中空纤维膜元件24，所述片状帘式疏水性中空纤维膜元件24是沿着气相流经方向并呈格栅网络状布置在所述的箱体17中，多片片状帘式疏水性中空纤维膜元件24以一定膜填充密度、均匀排布于箱体17内部。

如图1b和图1c所示，所述片状帘式疏水性中空纤维膜元件24由经过编织的中空纤维膜片23和密封在多片所述的中空纤维膜片23上、下两端的膜元件封头12构成，所述膜元件封头12设有汲液腔22；所述中空纤维膜元件24选用普通帘式中空纤维膜元件，所述普通帘式中空纤维膜元件包括用纱线编织的连续排布的中空纤维膜和具有汲液腔22的帘式膜元件封头12，如图1b所示。或选用束集成帘式中空纤维膜元件，所述束集成帘式膜元件包括多束并列排布的集成式中空纤维膜和具有汲液腔22的帘式膜元件封头12，如图1c所示。所述的编织或束集成帘式中空纤维膜是指中空纤维膜被均匀的排布成疏松帘子形状，这种结构有利于中空纤维膜在膜吸收单元内均匀分布，以实现气液有效接触面积最大化。所述中空纤维膜13材料选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚砜、聚醚砜、聚芳醚砜、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、硅橡胶，一种或两种以上聚合物共混或复合膜材料；其多孔膜最大孔径0.01μm～2.0μm，壁厚20μm～200μm；中空纤维膜外径100μm～2000μm，孔隙率30％～80％。所述膜填充密度是膜吸收单元箱体内所填充的中空纤维膜总体积占壳体内部空间体积的百分比，其范围为3％～50％。每片所述的片状帘式疏水性中空纤维膜元件24之间是相对独立的；所述箱体17中在与多个所述的膜元件封头12两端分别对正的位置上设置有给水管，所述膜元件封头12两端分别连接至与之对正的那个给水管上，所述箱体17的壁上，在与每个给水管11、18、19、20的两端对正的位置处设有一孔口，所述给水管的两端从与之对正的孔口中伸出箱体17，从而形成了多个液相进入/流出管道的进/出口1、2、3、4、5、6、7、8。

如图2a所示，所述膜清洗部件包括水平地设置在箱体17中的一清洗给水管14和多个清洗管15，如图2b所示，所述清洗管15的管壁上均匀地设有一定数量的喷嘴，多个所述的清洗管15以一定优化的间距均布并集中连接至所述的清洗给水管14上，并水平置于箱体17内部，所述清洗管15的高度与所述膜元件封头12的高度平齐或所述清洗管15的高度高于所述膜元件封头12的高度；箱体侧壁上设有用于清洗剂流进清洗给水管14的进口，以及清洗剂的出口10。每个所述清洗管15的管壁上的多个所述喷嘴所占据的区域面积小于或等于所述清洗管15的横截面积。

如图3所示，所述箱体17的外形可以是正方体或长方体的壳体，由于箱体是正方体或长方体的六面体，因此，所述箱体17的六面壁是两两一组为正对面设置的，其中一组的对面壁为可打开的箱体壁，其余的四面箱体壁为连续封闭设置的。箱体17内部的挡板16为一中空的板，所述挡板16与气相流经方向基本垂直，所述挡板16被紧密地设置在多片所述的片状帘式疏水性中空纤维膜元件24与所述箱体的壁之间，所述箱式是膜吸收单元的壳体，因此，其内部应至少设置一级的挡板16，该挡板16的设置可防止气体从膜元件以外的空间流过，目的是保证气体均匀流过膜元件的中空纤维膜表面，从而使气液膜接触单元的有效接触面积最大化。

图4示出了本实用新型箱式气液接触膜吸收单元运行模式，液相A由多个液相进入管道的进口1和2流入，与此同时，将孔口5、6封闭；依次流经给水管11和18、膜元件封头12、管程、给水管19和20，由出口7和8(此时3和4封闭)流出；气相C由箱体一侧流入箱体内形成的壳程，沿着呈栅状网络结构的帘式膜元件，垂直于中空纤维膜轴方向流过中空纤维膜13外表面。两种(气液)流体不直接接触，而是以疏水性中空纤维膜13为介质进行传质。

图5示出了本实用新型箱式气液接触膜吸收单元反冲洗模式。液相A由进口5和6(1和2封闭)流入，依次流经给水管19和20、帘式膜元件封头12、管程、给水管11和18，由出口3和4(7和8封闭)流出；气相C由箱体一侧流入经壳程，沿着呈栅状网络结构的帘式膜元件，垂直于中空纤维膜轴方向流过中空纤维膜13外表面，两种(气液)流体不直接接触，以中空纤维膜13为介质进行传质；图5所示反冲模式实质上是图4所示运行模式中液相A在管程的反向运行，运行和反冲模式的交替运行的目的是为实现对中空纤维膜13内表面和膜元件封头12汲液腔22进水端面的冲洗，减缓中空纤维膜内表面污染的速度。

图6示出了本实用新型箱式气液接触膜吸收单元在线清洗模式，实质上是在图4所示运行模式的基础上，开启进口9，清洗剂B进入清洗给水管14、由具有多个喷嘴孔的清洗管15将清洗液均匀地喷向中空纤维膜外表面，实现在线运行时对中空纤维膜外表面的清洗，减缓中空纤维膜外表面的污染速度。

上述箱式气液接触膜吸收单元的运行、反冲洗和清洗三种模式，均通过外部给水管路和自动控制的优化设计，实现定时自动切换运行。

本实用新型一种多级集成化的箱式气液接触膜吸收单元，可以由多级如权利要求1所述的箱式气液接触膜吸收单元并联和/或串联集成。图7示出了其中一个具体的实施例，是采用第二级的箱式气液接触膜吸收单元II旋转90°后与第一级的箱式气液接触膜吸收单元I连接，使相邻两个箱式气液接触膜吸收单元中的片状帘式疏水性中空纤维膜元件排列方式在沿气相C的方向上相互垂直。在实现上述箱式膜吸收单元运行、反冲和清洗三种模式的基础上，使气相C依次流经膜吸收单元(I至N级)。

多级集成化的箱式气液接触膜吸收单元的集成形式可以是多级箱式膜吸收单元的串联或并联的有机组合连接，图7所示串联组合是本实用新型的一种集成形式，但不限制本发明。

尽管上面结合图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (8)

1.一种新型低气阻箱式气液接触膜吸收单元，包括中空纤维膜元件，其特征在于：

所述中空纤维膜元件为片状帘式疏水性中空纤维膜元件；

还包括一箱体、设置在箱体中的挡板和设置在箱体上部的膜清洗部件；

所述箱体中沿着气相流经方向呈格栅网络状布置有多片所述的片状帘式疏水性中空纤维膜元件；

所述片状帘式疏水性中空纤维膜元件由经过编织的中空纤维膜片和密封在多片所述的片状帘式疏水性中空纤维膜片上、下两端的膜元件封头构成，所述膜元件封头设有汲液腔；

每片所述的片状帘式疏水性中空纤维膜元件之间相对独立；与多个所述的膜元件封头两端分别对正的设置有给水管，所述膜元件封头两端分别连接至与之对正的给水管上，所述箱体的壁上在与每个给水管的两端对正的位置处设有一孔口，所述给水管的两端从与之对正的孔口中伸出箱体；

所述挡板为一中空的板，所述挡板与气相流经方向基本垂直，所述挡板紧密地设置在多片所述的片状帘式疏水性中空纤维膜元件与所述箱体之间；

所述膜清洗部件包括水平地设置在箱体中的一清洗给水管和多个清洗管，所述清洗管的管壁上均匀地设有多个喷嘴，多个所述的清洗管连接至所述的清洗给水管上。

2.根据权利要求1所述的箱式气液接触膜吸收单元，其特征在于，所述片状帘式疏水性中空纤维膜元件，其多孔膜最大孔径范围为0.01μm～2.0μm，壁厚范围为20μm～200μm，中空纤维膜外径范围100μm～2000μm，孔隙率范围为30％～80％。

3.根据权利要求1所述的箱式气液接触膜吸收单元，其特征在于，所述片状帘式疏水性中空纤维膜元件选用普通帘式膜元件或束集成帘式膜元件。

4.根据权利要求1所述的箱式气液接触膜吸收单元，其特征在于，所述片状帘式疏水性中空纤维膜元件的膜填充密度是膜吸收单元箱体内所填充的中空纤维膜总体积占箱体内部空间体积的百分比，其范围为3％～50％。

5.根据权利要求1所述的箱式气液接触膜吸收单元，其特征在于，所述清洗管的高度与所述膜元件封头的高度平齐或所述清洗管的高度高于所述膜元件封头的高度。

6.根据权利要求1所述的箱式气液接触膜吸收单元，其特征在于，每个所述清洗管的管壁上的多个所述喷嘴所占据的区域面积小于或等于所述清洗管的横截面积。

7.根据权利要求1所述的箱式气液接触膜吸收单元，其特征在于，所述箱体呈正方体或长方体，箱体壁中的一组对面的壁为可打开的箱体壁，其余的四面箱体壁为连续封闭设置的。

8.一种多级集成化的箱式气液接触膜吸收单元，其特征在于，由多级如权利要求1所述的箱式气液接触膜吸收单元并联和/或串联集成。

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