CN202036926U - 一种箱式蜂窝陶瓷过滤膜组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种箱式蜂窝陶瓷过滤膜组件，包括外壳、料液管道、陶瓷膜元件；所述陶瓷膜元件设置在外壳内；此外，还包括进料管和分流导向管；所述进料管与料液管道连接、且对应设置在陶瓷膜元件的端面处；所述进料管为一个或一个以上，其轴线与陶瓷膜元件孔道的轴线垂直；所述分流导向管排布在进料管外侧面上，分流导向管的端口与陶瓷膜元件的孔道对应。本实用新型料液经料液管道进入进料管，然后通过分流导向管流向陶瓷膜元件的孔道内，降低了陶瓷膜各孔道之间流速及流量的差异，从而有效提高了流体分布的均匀性，可有效控制浓差极化，提高了陶瓷膜分离性能。而且在提高渗透通量的同时，提高了蜂窝陶瓷膜的成品率，降低了陶瓷膜成本。

Description

一种箱式蜂窝陶瓷过滤膜组件

技术领域

本实用新型涉及膜分离技术领域，尤其涉及一种大规格蜂窝陶瓷过滤膜组件。

背景技术

膜分离是一种相对简单、耗能低的分离工艺，原则上可以回收并再利用混合物中的组分，因而广泛应用于生物工程、石油、化工、冶金、医药等领域。所有膜分离装置的核心部分都是膜组件，即按一定技术要求将膜组装在一起的组合构件。膜组件涉及膜、膜的支撑体或连接物、与膜组件中流体分布有关的流道、膜的密封、外壳以及外接口等。在开发膜组件的过程中，必须考虑以下几个基本要求：流体分布均匀，无死角；具有良好的机械稳定性、化学稳定性和热稳定性；装填密度大；制造成本低；易于清洗；压力损失小。

根据膜的形状和性质，膜组件可分为管式膜组件、中空纤维膜组件、板框式膜组件和卷式膜组件。由于陶瓷材料的刚性较好，同时受制备工艺的限制，对陶瓷膜而言，目前现有技术使用最多的是管式陶瓷膜组件。在这种膜组件中，膜(一般为4～18根)被固定在一个多孔的不锈钢、陶瓷或塑料支撑管内而构成过滤膜元件。输送原料的管道与过滤膜元件处在同一轴线上，只是过滤膜元件的管径大于或等于输送原料管道的管径。原料流经过滤膜元件中心，经膜分离后渗透物通过多孔支撑管流入膜组件外壳。

现有技术陶瓷膜组件，体积规格较小，易于控制浓差极化，流动状态好，可大范围地调节料液的流速，对料液的预处理要求不高并可处理含悬浮固体的料液，而且膜生成污垢后容易清洗。但其缺点是投资和运行费用较高，而且装填密度很低，一般低于300m²/m³。

为提高陶瓷膜组件的装填密度，目前陶瓷过滤膜也采用了蜂窝陶瓷结构，通过增加膜孔道数、减少孔道直径的方法来增加单位体积内的膜面积。但是，目前现有技术这种蜂窝陶瓷结构的过滤膜组件仍然存在着以下技术缺陷：

(1)流体分布不均匀。

蜂窝陶瓷膜通过增大其截面面积来提高单位体积膜面积，体积相对较大，而目前将多通道管式膜组件简单地放大应用于蜂窝陶瓷膜，必然导致与原料管道成轴线的蜂窝陶瓷膜孔道的流速要高于其他孔道，从而造成流体分布不均匀，难以控制膜的浓差极化。尤其对于大规格的蜂窝陶瓷膜组件更是如此。

(2)渗透阻力增大，制备工艺复杂。

对于蜂窝陶瓷膜而言，随着孔道直径和陶瓷膜孔壁厚度的减小，更多膜孔道的渗透液只能通过蜂窝陶瓷支撑体内部孔道渗透至出口，渗透液的传输阻力也明显增大，降低了渗透通量。目前现有技术通常所采用的将部分膜孔道改作渗透液通道、或者端口开槽等方法，尽管减少了渗透液渗透长度、提高了渗透通量，但同时在一定程度上降低了单位体积内的膜面积，从而违背了通过蜂窝构型来增加膜面积的设计初衷。而且，需要对陶瓷膜进行后期加工，难度较高，进一步增加了制备工艺的复杂性。

(3)陶瓷膜成品率低、成本较高。

蜂窝陶瓷膜的制备工序较多、工艺复杂，引入缺陷的可能性增加，使得无缺陷蜂窝陶瓷膜的成品率较低，特别是较大体积的大规格蜂窝陶瓷膜，随着陶瓷膜截面积的增大，成品率还会更低，从而进一步增加了原本就比较高的陶瓷膜成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种陶瓷膜装填密度高、原料流体能在蜂窝陶瓷膜内均匀分布的箱式蜂窝陶瓷过滤膜组件，以获得均匀的流体流场，有效控制浓差极化，提高陶瓷膜分离性能；此外，在提高渗透通量的同时，提高蜂窝陶瓷膜的成品率，降低陶瓷膜成本。

本实用新型的目的通过以下技术方案予以实现：

本实用新型提供的一种箱式蜂窝陶瓷过滤膜组件，包括外壳、料液管道、陶瓷膜元件；所述陶瓷膜元件设置在外壳内；此外，还包括进料管和分流导向管；所述进料管与料液管道连接、且对应设置在陶瓷膜元件的端面处；所述进料管为一个或一个以上，其轴线与陶瓷膜元件孔道的轴线垂直；所述分流导向管排布在进料管外侧面上，分流导向管的端口与陶瓷膜元件的孔道对应。本实用新型料液经料液管道进入进料管，然后通过分流导向管流向陶瓷膜元件的孔道内，降低了陶瓷膜各孔道之间流速及流量的差异，从而有效提高流体分布的均匀性。

为提高膜分离处理能力，本实用新型所述陶瓷膜元件为二个，且以所述进料管为轴对称设置。

进一步地，本实用新型所述分流导向管与陶瓷膜元件呈斜角设置，使得料液以一定角度流向陶瓷膜元件的孔道，从而在狭窄的孔道内与孔壁相撞击，产生Taylor涡流，增加料液的湍流程度，减少膜污染。

此外，本实用新型所述进料管连接有旋转驱动机构，使得进料管可以旋转；所述分流导向管的轴线与进料管的轴线垂直，且进料管外侧面同一圆周上的分流导向管依进料管的旋转方向均布排列。这样，可以根据需要通过旋转进料管、分流导向管，以增加料液进入膜孔道的初始速率，从而进一步提高料液的湍流程度。

本实用新型所述陶瓷膜元件可以采用蜂窝陶瓷膜结构，包括蜂窝陶瓷支撑体、过滤孔道、支承件、紧固件；所述蜂窝陶瓷支撑体为平板状，所述过滤孔道其轴线与蜂窝陶瓷支撑体的板面平行、且并排设置在蜂窝陶瓷支撑体内而构成蜂窝陶瓷膜单体；所述蜂窝陶瓷膜单体为二个或二个以上，且呈间隔叠放组合；所述紧固件设置在组合后的蜂窝陶瓷膜单体外围；所述支承件位于相邻蜂窝陶瓷膜单体之间、以及紧固件与蜂窝陶瓷膜单体之间，且设置在过滤孔道端口处。

上述蜂窝陶瓷膜结构中，过滤孔道为料液通道，各蜂窝陶瓷膜单体呈平板状，使得陶瓷膜具有较短的渗透距离。蜂窝陶瓷膜单体之间的间隙为渗透液通道，渗透液经过滤孔道的孔壁渗透后，经蜂窝陶瓷膜单体之间的间隙流出，从而具有较高的渗透通量。

进一步地，本实用新型陶瓷膜元件中，所述支承件可拆卸式设置在过滤孔道端口处。这样，可以根据渗透通量的大小，通过调节支承件的厚度来调整渗透液通道的宽度；此外，便于拆卸清洗污染严重、或替换有缺陷的蜂窝陶瓷膜单体。

为减少渗透液的传输阻力，本实用新型蜂窝陶瓷膜单体中过滤孔道直接与渗透液通道相邻，即所述过滤孔道可以采用单排孔道；也可以采用双排孔道而具有更高的单位体积膜面积。进一步地，所述蜂窝陶瓷膜单体中过滤孔道与蜂窝陶瓷支撑体外表面之间的壁厚小于其他部位壁厚，从而具有更短的渗透距离，同时可提高蜂窝陶瓷支撑体的强度。

本实用新型所述蜂窝陶瓷膜单体其垂直于过滤孔道轴线的截面形状为矩形，组合后的陶瓷膜元件呈长方体。

本实用新型具有以下有益效果：

(1)流体分布均匀。

本实用新型料液经料液管道、进料管进入分流导向管。分流导向管能够完全覆盖陶瓷膜元件的孔道，且料液的流速接近，从而实现料液在大规格蜂窝陶瓷膜孔道内的均匀分布。

(2)能够有效地控制浓差极化，提高了膜分离性能。

分流导向管使得料液以与陶瓷膜元件呈一定角度进入膜孔道，料液的惯性使得料液不断与膜孔壁相碰撞，产生Taylor涡流，形成的巨大湍流将溶质从膜表面上带走。而且，通过旋转输送料液，进一步提高了流体对膜表面的冲刷，能够有效地控制膜的浓差极化，进而减轻膜的污染，提高了膜分离性能。

(3)具有较高的渗透通量和单位体积膜面积。

本实用新型陶瓷膜管件中，蜂窝陶瓷膜单体呈平板状，渗透距离短，渗透阻力明显减小，具有较高的渗透通量。蜂窝陶瓷膜单体之间的间隔即渗透液通道的宽度可以调整，因此能够容易地根据渗透通量的大小调整渗透液通道，从而避免了多余渗透液通道宽度所造成的单位体积膜面积的降低，有助于提高陶瓷膜的膜密度。

(4)构型及制备工艺简单，提高了蜂窝陶瓷膜的成品率，降低了陶瓷膜成本。

平板状的蜂窝陶瓷膜单体，体积较小，单个产品产生缺陷的可能性明显降低。同时，构型简单，由蜂窝陶瓷膜单体可拆卸式组合而成，便于拆卸清洗污染严重的陶瓷膜单体，并且仅更换有缺陷的陶瓷膜单体即可重新恢复蜂窝陶瓷膜组件的分离渗透功能，而不至于整体报废，极大地提高了陶瓷膜的成品率、降低了陶瓷膜成本。

附图说明

下面将结合实施例和附图对本实用新型作进一步的详细描述：

图1是本实用新型实施例箱式蜂窝陶瓷过滤膜组件的结构示意图；

图2是图1所示实施例箱式蜂窝陶瓷过滤膜组件的立体图；

图3是图1所示实施例中料液管道、进料管、分流导向管的装配立体图；

图4是图1所示实施例中陶瓷膜元件的主视图；

图5是图4的左视图；

图6是图1所示实施例中蜂窝陶瓷膜单体横截面局部示意图；

图7是图1所示实施例中陶瓷膜元件的立体图。

图中：外壳1，料液管道2，进料管3，分流导向管4，陶瓷膜元件5，蜂窝陶瓷膜单体51，蜂窝陶瓷支撑体51a，过滤孔道51b，支承件52，紧固件53，渗透液通道54，旋转驱动机构6，渗透液出口7，出料口8

具体实施方式

图1～图7所示为本实用新型箱式蜂窝陶瓷过滤膜组件的实施例，如图1所示，包括外壳1、料液管道2、进料管3、分流导向管4、陶瓷膜元件5。其中，进料管3为数个，并列设置在外壳1内的中部，且连接到料液管道2上。陶瓷膜元件5为二个，以进料管3为轴对称设置在外壳1内。进料管3其轴线与陶瓷膜元件5孔道的轴线垂直，且对应于陶瓷膜元件5的端面。

如图2和图3所示，各进料管3均连接有旋转驱动机构6。分流导向管4排列在进料管3的外侧面上，其轴线垂直于进料管3的轴线，其端口与陶瓷膜元件5的孔道对应。而且，进料管3外侧面同一圆周上的分流导向管4依进料管3的旋转方向均布排列。分流导向管4的轴线与进料管3外表面的夹角在10°～90°之间，以30°～60°为宜。

如图4、图5和图6所示，陶瓷膜元件5为蜂窝陶瓷膜结构，包括由蜂窝陶瓷支撑体51a和过滤孔道51b构成的蜂窝陶瓷膜单体51、支承件52和紧固件53。

其中，蜂窝陶瓷支撑体51a为平板状，过滤孔道51b其轴线与蜂窝陶瓷支撑体51a的板面平行、且并排设置在蜂窝陶瓷支撑体51a内而构成蜂窝陶瓷膜单体51。如图5所示，蜂窝陶瓷膜单体51其垂直于过滤孔道51b轴线的截面形状为矩形，过滤孔道51b采用双排孔道，孔道的横截面形状为正方形，且过滤孔道51b与蜂窝陶瓷支撑体51a外表面之间的壁厚W1小于其他部位壁厚W2(见图6)。

蜂窝陶瓷膜单体51为若干个，呈间隔叠放组合构成长方体(见图7)。紧固件53采用不锈钢箍，且设置在组合后的蜂窝陶瓷膜单体51外围。支承件52采用厚度为1mm的硅橡胶垫，且可拆卸式设置在相邻蜂窝陶瓷膜单体51之间、以及紧固件53与蜂窝陶瓷膜单体51之间的过滤孔道端口处。

本实施例料液经料液管道2进入进料管3，然后通过分流导向管4以一定角度流向陶瓷膜元件5的孔道内，并通过旋转驱动机构6，使进料管3、分流导向管4旋转，从而增加料液进入膜孔道的初始速率，进一步提高料液的湍流程度。陶瓷膜元件5中，过滤孔道51b为料液通道，蜂窝陶瓷膜单体51之间的间隙为渗透液通道54，渗透液经过滤孔道51b的孔壁渗透后，从蜂窝陶瓷膜单体51之间的间隙即渗透液通道54流出到外壳1的内壁上，然后经设置在外壳壁上的渗透液出口7收集。过滤后的溶质则通过设置在外壳两端的出料口8排出。

本实施例中的陶瓷膜元件5，根据渗透通量的大小，可以通过更换不同厚度的支承件52来调整蜂窝陶瓷膜单体51之间的间隙，从而改变渗透液通道54的宽度。而且，可单独拆卸清洗污染严重的陶瓷膜单体，或仅更换有质量缺陷的陶瓷膜单体即可重新恢复蜂窝陶瓷膜组件的整体性能。

Claims (10)

1.一种箱式蜂窝陶瓷过滤膜组件，包括外壳(1)、料液管道(2)、陶瓷膜元件(5)；所述陶瓷膜元件(5)设置在外壳(1)内；其特征在于：还包括进料管(3)和分流导向管(4)；所述进料管(3)与料液管道(2)连接、且对应设置在陶瓷膜元件(5)的端面处；所述进料管(3)为一个或一个以上，其轴线与陶瓷膜元件(5)孔道的轴线垂直；所述分流导向管(4)排布在进料管(3)外侧面上，分流导向管(4)的端口与陶瓷膜元件(5)的孔道对应。

2.根据权利要求1所述的箱式蜂窝陶瓷过滤膜组件，其特征在于：所述陶瓷膜元件(5)为二个，且以所述进料管(3)为轴对称设置。

3.根据权利要求1所述的箱式蜂窝陶瓷过滤膜组件，其特征在于：所述分流导向管(4)与陶瓷膜元件(5)呈斜角设置。

4.根据权利要求1或2或3所述的箱式蜂窝陶瓷过滤膜组件，其特征在于：所述进料管(3)连接有旋转驱动机构(6)；所述分流导向管(4)的轴线与进料管(3)的轴线垂直，且进料管(3)外侧面同一圆周上的分流导向管(4)依进料管(3)的旋转方向均布排列。

5.根据权利要求1所述的箱式蜂窝陶瓷过滤膜组件，其特征在于：所述陶瓷膜元件(5)包括蜂窝陶瓷支撑体(51a)、过滤孔道(51b)、支承件(52)、紧固件(53)；所述蜂窝陶瓷支撑体(51a)为平板状，所述过滤孔道(51b)其轴线与蜂窝陶瓷支撑体(51a)的板面平行、且并排设置在蜂窝陶瓷支撑体(51a)内而构成蜂窝陶瓷膜单体(51)；所述蜂窝陶瓷膜单体(51)为二个或二个以上，且呈间隔叠放组合；所述紧固件(53)设置在组合后的蜂窝陶瓷膜单体外围；所述支承件(52)位于相邻蜂窝陶瓷膜单体(51)之间、以及紧固件(53)与蜂窝陶瓷膜单体(51)之间，且设置在过滤孔道端口处。

6.根据权利要求5所述的箱式蜂窝陶瓷过滤膜组件，其特征在于：所述支承件(52)可拆卸式设置在过滤孔道端口处。

7.根据权利要求5所述的箱式蜂窝陶瓷过滤膜组件，其特征在于：所述过滤孔道(51b)为单排孔道。

8.根据权利要求5所述的箱式蜂窝陶瓷过滤膜组件，其特征在于：所述过滤孔道(51b)为双排孔道。

9.根据权利要求5或7或8所述的箱式蜂窝陶瓷过滤膜组件，其特征在于：所述蜂窝陶瓷膜单体(51)中过滤孔道(51b)与蜂窝陶瓷支撑体(51a)外表面之间的壁厚 (W1)小于其他部位壁厚(W2)。

10.根据权利要求5所述的箱式蜂窝陶瓷过滤膜组件，其特征在于：所述蜂窝陶瓷膜单体(51)其垂直于过滤孔道(51b)轴线的截面形状为矩形，组合后的陶瓷膜元件呈长方体。 

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