CN202909631U - 鼓气式膜过滤装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种鼓气式膜过滤装置，所述鼓气式膜过滤装置包括：进料罐，所述进料罐具有进料口、回料口和出料口；膜组件，所述膜组件具有进口和出口，所述膜组件的进口与所述进料罐的出料口相连；加料泵，所述加料泵设在所述膜组件的进口与所述进料罐的出料口之间；曝气头，所述曝气头设在所述膜组件的底部且与所述膜组件的进口相连；和浓缩回流罐，所述浓缩回流罐通过回流管道与所述膜组件的出口相连，所述浓缩回流罐与所述进料罐的回料口相连。因此，根据本实用新型实施例的鼓气式膜过滤装置具有膜通量高、能耗低、运行成本低等优点。

Description

鼓气式膜过滤装置

技术领域

本实用新型涉及分离技术，具体而言，涉及一种鼓气式膜过滤装置。

背景技术

错流技术的运用使膜分离技术在工业化过程中的推广应用越来越成熟普及，并可高效率地进行固液、液液等多相分离。错流技术的原理是通过对在膜面附近形成的浓差极化和膜面沉积进行流体的剪切，而降低膜过程中膜污染，增加膜通量。膜分离，尤其在液液、液固等多相中分离，其驱动力大多是膜两侧的有效压力，在有效压力的作用下，通过膜的孔径筛分等机理，小分子的物质随溶剂透过膜，而大分子的物质则被截留，随着膜过程的不断进行，被截留物质越来越多，在膜面附近的浓度越来越高，形成的浓差极化和膜面沉积也会越来越严重，严重地影响了通量和膜过程的顺利进行。此时，就需要更高的错流速度来降低浓差极化和膜污染。而随着膜面流速的不断提高，设备的能耗也越来越大，造成膜过程的成本上升，另一方面膜的平均通量下降，导致膜的总体投资面积上升，也造成了膜分离设备投资成本上升。两者叠加，导致膜分离过程的使用成本升高，膜分离的优越性就不能充分发挥出来，大大降低了膜分离技术的竞争力。这种情况在发酵液领域尤其严重，在附加值较低的水处理领域也非常明显。

降低膜过程中的浓差极化和膜面沉积的方法除了增加膜面流速外，还有多种，如脉动进料法、双向进料法、湍流促进器法、改变膜组件构型等等。所有这些方法其实质就是通过在膜面附近形成强烈的紊流来打破膜面的浓差极化层和膜面沉积层。但这些方法或者因为膜组件构型复杂而不宜工程化，或者因设备控制较复杂而导致成本高。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提出一种膜通量高、能耗低、运行成本低的鼓气式膜过滤装置。

为实现上述目的，根据本实用新型提出一种鼓气式膜过滤装置，所述鼓气式膜过滤装置包括：进料罐，所述进料罐具有进料口、回料口和出料口；膜组件，所述膜组件具有进口和出口，所述膜组件的进口与所述进料罐的出料口相连；加料泵，所述加料泵设在所述膜组件的进口与所述进料罐的出料口之间；曝气头，所述曝气头设在所述膜组件的底部且与所述膜组件的进口相连；和浓缩回流罐，所述浓缩回流罐通过回流管道与所述膜组件的出口相连，所述浓缩回流罐与所述进料罐的回料口相连。

根据本实用新型实施例的鼓气式膜过滤装置通过在所述膜组件的底部设置所述曝气头，从而可以对所述膜组件进行均匀曝气，使得气泡以一定的尺寸和流速与液体一起进入到所述膜组件的流道中，并在所述膜组件的流道中形成弹状流和漩涡，这样可以打破在膜面附近形成的浓差极化层和膜面沉积层，强化了膜过程的传质，增加了膜通量，降低了能耗、膜的使用面积和运行成本。特别是在膜面流速较低的微错流过程中，可以达到较高的膜通量。具体地，在膜面流速低于0.5m/s的情况下，可以将膜通量提高1-2倍。

因此，根据本实用新型实施例的鼓气式膜过滤装置具有膜通量高、能耗低、运行成本低等优点。

所述膜组件的孔径为20纳米-3微米，所述膜组件为单管式或多管式，所述膜组件中的膜元件具有单通道或多通道，所述膜组件为有机管式膜、有机中空纤维膜或者无机管式膜，所述无机管式膜由陶瓷或者金属制成。

所述膜组件为多个，多个所述膜组件串联以便构成膜组件单元。

所述膜组件单元竖直放置。

所述膜组件单元为多个，多个所述膜组件单元并联。

所述回流管道的出口位于所述浓缩回流罐上方。

所述鼓气式膜过滤装置还包括排气罐，所述排气罐分别与所述浓缩回流罐和所述进料罐相连。

所述排气罐内设有隔板和铁丝球格栅，所述隔板和所述铁丝球格栅将所述排气罐分隔成两部分。

所述排气罐为多个，多个所述排气罐串联。

相邻的两个所述排气罐通过排气管道相连，所述排气罐通过所述排气管道与所述浓缩回流罐和所述进料罐相连，所述排气管道内设有铁丝球。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例的一个实施例的鼓气式膜过滤装置的结构示意图。

图2是图1中A区域的放大图。

图3是图2中沿B-B方向的剖视图。

图4是根据本实用新型实施例的另一个实施例的鼓气式膜过滤装置的结构示意图。

图5是图1中C区域的放大图。

图6是图2中沿D-D方向的剖视图。

图7是根据本实用新型实施例的再一个实施例的鼓气式膜过滤装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参照图1-图7描述根据本实用新型实施例的鼓气式膜过滤装置1。如图1-图7所示，根据本实用新型实施例的鼓气式膜过滤装置1包括进料罐20、膜组件30、加料泵40、曝气头50和浓缩回流罐60。

进料罐20具有进料口、回料口和出料口。膜组件30具有进口和出口，膜组件30的进口与进料罐20的出料口相连。加料泵40设在膜组件30的进口与进料罐20的出料口之间，加料泵40用于将进料罐20内的物料输送到膜组件30内以便膜组件30对物料进行过滤。曝气头50设在膜组件30的底部且曝气头50与膜组件30的进口相连。浓缩回流罐60通过回流管道70与膜组件30的出口相连，浓缩回流罐60与进料罐20的回料口相连。这样可以使经过膜组件30浓缩过滤后的气液混合物返回进料罐20内以便进行循环过滤。

根据本实用新型实施例的鼓气式膜过滤装置1通过在膜组件30的底部设置曝气头50，从而可以对膜组件30进行均匀曝气，使得气泡以一定的尺寸和流速与液体一起进入到膜组件30的流道中，并在膜组件30的流道中形成弹状流和漩涡，这样可以打破在膜面附近形成的浓差极化层和膜面沉积层，强化了膜过程的传质，增加了膜通量，降低了能耗、膜的使用面积和运行成本。特别是在膜面流速较低的微错流过程中，可以达到较高的膜通量。具体地，在膜面流速低于0.5m/s的情况下，可以将膜通量提高1-2倍。

因此，根据本实用新型实施例的鼓气式膜过滤装置1具有膜通量高、能耗低、运行成本低等优点。

其中，在图1、图4和图7中，L为液体流体，G为压缩气体。

有利地，膜组件30的孔径为20纳米-3微米。这样可以更加有效地对发酵液进行分离。

曝气头50具有气嘴51，气嘴51可以通过螺纹接口52安装在曝气头50上。如图3和图6所示，曝气头50还具有多个曝气孔53。

如图4和图7所示，在本实用新型的一些实施例中，膜组件30为多个，多个膜组件30串联以便构成膜组件单元。这样可以大大地提高鼓气式膜过滤装置1的处理能力。所述膜组件单元为多个，多个所述膜组件单元并联。这样可以进一步提高鼓气式膜过滤装置1的处理能力。所述膜组件单元竖直放置，这样在一定高度范围内基本不影响膜组件30中气液两相流的状态，从而不会影响气体所形成的弹状流对膜过程的强化作用。

回流管道70的出口位于浓缩回流罐60上方，这样可以在浓缩回流罐60的罐口上方的空气中释放浓缩回流液中的大部分气体，从而避免浓缩回流液中的气体在循环过滤过程中对加料泵40形成气蚀伤害。

如图1、图4和图7所示，在本实用新型的一些示例中，鼓气式膜过滤装置1还包括排气罐80，排气罐80分别与浓缩回流罐60和进料罐20相连。也就是说，浓缩回流罐60中的浓缩回流液先进入到排气罐80内，再从排气罐80进入到进料罐20内。通过设置排气罐80，可以进一步释放浓缩回流液中的气体，从而进一步避免浓缩回流液中的气体在循环过滤过程中对加料泵40形成气蚀伤害。

这样无论是对于高固含量的水处理、化工体系，还是食品、发酵的高粘度体系，鼓气式膜过滤装置1都能使用。因此鼓气式膜过滤装置1具有使用范围广等优点。

膜组件30可以是单管式，也可以是多管式。膜组件30的膜元件可以是单通道的，也可以是多通道的。换言之，所述膜组件中的膜元件具有单通道或多通道。膜组件30的膜元件可以是由陶瓷或金属等制成的无机管式膜，也可以是有机管式膜或有机中空纤维膜。

排气罐80内设有隔板81和铁丝球格栅82，隔板81和铁丝球格栅82将排气罐80分隔成两部分。这样溶解在浓缩回流液中的小气泡经过多次与铁丝球格栅82的碰撞，长大变成大气泡并从浓缩回流液中释放出来，从而进一步避免浓缩回流液中的气体在循环过滤过程中对加料泵40形成气蚀伤害。

排气罐80为多个，多个排气罐80串联。通过设置多个排气罐80，可以进一步释放浓缩回流液中的气体，从而进一步避免浓缩回流液中的气体在循环过滤过程中对加料泵40形成气蚀伤害。

相邻的两个排气罐80通过排气管道90相连，排气罐80通过排气管道90与浓缩回流罐60和进料罐20相连，排气管道90内设有铁丝球。这样可以进一步释放浓缩回流液中的气体，从而进一步避免浓缩回流液中的气体在循环过滤过程中对加料泵40形成气蚀伤害。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种鼓气式膜过滤装置，其特征在于，包括：

进料罐，所述进料罐具有进料口、回料口和出料口；

膜组件，所述膜组件具有进口和出口，所述膜组件的进口与所述进料罐的出料口相连；

加料泵，所述加料泵设在所述膜组件的进口与所述进料罐的出料口之间；

曝气头，所述曝气头设在所述膜组件的底部且与所述膜组件的进口相连；和

浓缩回流罐，所述浓缩回流罐通过回流管道与所述膜组件的出口相连，所述浓缩回流罐与所述进料罐的回料口相连。

2.根据权利要求1所述的膜过滤装置，其特征在于，所述膜组件的孔径为20纳米-3微米，所述膜组件为单管式或多管式，所述膜组件中的膜元件具有单通道或多通道，所述膜组件为有机管式膜、有机中空纤维膜或者无机管式膜，所述无机管式膜由陶瓷或者金属制成。

3.根据权利要求1所述的鼓气式膜过滤装置，其特征在于，所述膜组件为多个，多个所述膜组件串联以便构成膜组件单元。

4.根据权利要求3所述的鼓气式膜过滤装置，其特征在于，所述膜组件单元竖直放置。

5.根据权利要求3所述的鼓气式膜过滤装置，其特征在于，所述膜组件单元为多个，多个所述膜组件单元并联。

6.根据权利要求1所述的鼓气式膜过滤装置，其特征在于，所述回流管道的出口位于所述浓缩回流罐上方。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的鼓气式膜过滤装置，其特征在于，还包括排气罐，所述排气罐分别与所述浓缩回流罐和所述进料罐相连。

8.根据权利要求7所述的鼓气式膜过滤装置，其特征在于，所述排气罐内设有隔板和铁丝球格栅，所述隔板和所述铁丝球格栅将所述排气罐分隔成两部分。

9.根据权利要求7所述的鼓气式膜过滤装置，其特征在于，所述排气罐为多个，多个所述排气罐串联。

10.根据权利要求7所述的鼓气式膜过滤装置，其特征在于，相邻的两个所述排气罐通过排气管道相连，所述排气罐通过所述排气管道与所述浓缩回流罐和所述进料罐相连，所述排气管道内设有铁丝球。

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