CN203678259U - 一种管式膜组件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种管式膜组件，属于膜分离技术领域，其主要用于渗透汽化、蒸汽渗透及气体分离等膜分离过程。包括有筒体、料液入口、料液出口，管式膜，管式膜安装于筒体内，管式膜的外侧是原料液侧、内侧是渗透液侧，原料液侧与渗透液侧被隔板隔开；管式膜的内侧与渗余液出口相连通，在筒体内的原料液流动区域中设置有阻流部件。本实用新型的管式膜组件优点在于适用于高温高压下渗透汽化或者蒸汽渗透过程，增大管式膜的装填面积，有效改善液体或蒸汽的流动状态，提高膜的分离效率，便于拆卸维修等。
Description
技术领域
本实用新型公开了一种管式膜组件，属膜分离技术领域，其主要用于渗透汽化、蒸汽渗透及气体分离等膜分离过程。
背景技术
渗透汽化和蒸汽渗透作为一种新型膜分离技术，对有机溶剂和混合溶剂中微量水的脱除及废水中少量有机污染物的分离具有明显的技术和经济优势；还可以同生物及化学反应耦合，优化工艺，提高效率。
膜组件作为渗透汽化和蒸汽渗透分离过程的关键设备，可分为板框式、螺旋卷式、管式及中空纤维式等几种。板框式膜组件结构复杂，操作繁琐；螺旋卷式膜组件存在着制作工艺复杂、密封困难等问题；中空纤维式膜组件由于存在浓差极化问题有待进一步优化尺寸；管式膜组件的尺寸大于中空纤维式膜组件，并且结构较板框式简单，便于安装、拆卸及维修，工业应用具有广阔的前景。另外，渗透汽化和蒸汽渗透过程通常在高温下操作；膜后侧采用真空操作方式，要求的真空度较高；分离过程涉及到浓度很高的有机溶剂，对密封要求较高；因此，在工业过程中，需要开发出装填面积大，密封性及耐温耐溶剂性好，结构相对简单，拆卸方便、寿命长的管式膜组件。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种渗透汽化或蒸汽渗透膜组件，克服传统的膜组件在使用时产品的渗透通量不高的问题。主要的工作原理是基于在膜组件中加装阻挡料液流动的部件、提高料液的湍流程度、减小浓差极化来实现，而且需要安装、拆卸方便，具体的技术方案是：
一种管式膜组件，包括有筒体、料液入口、料液出口，管式膜，管式膜安装于筒体内，管式膜的外侧是原料液侧、内侧是渗透液侧，原料液侧与渗透液侧被隔板隔开；管式膜的内侧与渗余液出口相连通，在筒体内的原料液流动区域中设置有阻流部件。
本实用新型的实现原理：膜组件采用的筒体和管式膜皆可以采用常规的装配方式，膜组件主要是应用于渗透汽化或者蒸汽渗透的工艺过程。管式膜的外侧为膜分离层，内侧是支撑层，其构型可以是单管式的，也可以是多通道式的。将管式膜安装于筒体中后，筒体上可以一边设置料液入口，另一边设置料液出口，使用输送泵对待处理的料液进行输送后，原料液即可以沿着管式膜外侧流动。另外，管式膜的外侧还设置有隔板，使原料液侧与渗透液侧被隔开；为了尽量使管式膜有较多的有效过滤面积，隔板一般是设置在管式膜的两端。在管式膜的内侧是与渗余液出口相连通的，进行分离操作时，在渗余液出口开启真空，就可以使管式膜实现对料液中的组分的分离，原料液中中优先透过膜层的组分会进入到管式膜的内侧，再由真空的作用通过渗余液出口带离膜组件。在传统的方法中，待处理的料液在膜式膜的外侧实现了组分的分离后，被截留后的组分会在管式膜的外侧聚积，其浓度会升高，会形成浓差极化现象，进而提高了传质阻力，使分离效率降低。本实用新型提供的技术方案中，在管式膜的外侧，也就是筒体内的原料液侧加装了阻流部件，其可以在原料液的流动方向上干扰料液的正常流动，当液体经过这个区域后，会提高湍流程度，进而削弱了管式膜外侧的浓差极化现象，降低了传质阻力，提高了分离效率。阻流部件的形状可以采用常见的片状、柱状、锥形的部件。
作为本实用新型的改进，阻流部件是板状，板上设置有开口，开口的直径大于管式膜的外径，管式膜套接于开口中。这样的构型更容易安装，将板状的阻流部件套在管式膜上即可，而且这种安装方式也有利于阻流部件的固定，将其套装在管式膜上，即可基本实现其的固定。
作为本实用新型的改进，在上述的开口内侧设置有密封片。密封片可以将管式膜与板状的阻流部件卡紧，其作用一是可以进一步地将阻流部件固定于管式膜之上，二是可以防止原料液从开口与管式膜之间的缝隙穿过，而是从更大的范围绕开流过，可以更好地提高湍流程度、减小浓差极化。
作为本实用新型的改进，筒体截面是圆形，阻流部件是扇形，弧边与筒体的内壁贴合。由于扇形弧边与圆筒的内壁贴合，使得原料液从这一区域是无法通过的，而扇形的弦是不与筒体相贴合的，原料液只能从这个区域通过，将料液入口、料液出口分别设置于阻流部件的两侧时，那么原料在筒体内流动则会形成更大程度的折流，其对于提高湍流程度的效果更好。
作为本实用新型的改进，阻流部件的数量是两个以上，相邻的两块阻流部件的弧边在筒体截面的投影位置相反。这样就可以使原料的流动的往返折流的效果更好。
作为本实用新型的改进，管式膜在筒体内呈平行排列，阻流部件与管式膜相互垂直。这样的布置能够使折流的效果更好。
作为本实用新型的改进，管式膜与封头之间的密封结构是：在封头的内部设置有压板，压板上设置有开口，管式膜嵌套于压板和隔板的开口中，在压板的开口的内侧开设有凹槽，在凹槽内套接有环套，套环一侧设置有凸椽，隔板通过卡环将内密封环压在套环的凸椽上，在套环的凸椽与凹槽的底边之间设置有外密封环。
作为本实用新型的改进，阻流部件上设置有固定杆，所述的固定杆的另一端设置于隔板上。固定杆的作用可以使阻挡部件更好地被固定。
本实用新型的技术方案中，管式膜的外径范围可以为5～30mm，长度范围可以为100～2000mm。隔板、压板上开口的大小范围可以是7～35mm，阻流部件当采用板式结构时，板上的开口的大小范围也可以为7～35mm。
有益效果
本实用新型的管式膜组件优点在于适用于高温高压下渗透汽化或者蒸汽渗透过程，增大管式膜的装填面积，有效改善液体或蒸汽的流动状态，提高膜的分离效率，便于拆卸维修等。
附图说明
图1是实施例1中的管式膜组件的结构示意图。
图2是实施例1中阻流部件的截面示意图。
图3是实施例1中压板、管式膜与隔板之间的密封结构的放大示意图。
其中，1是筒体；2是料液入口；3是料液出口；4是封头；5是管式膜；6是阻流部件；7是压板；8是隔板；9是渗余液出口；10是密封结构；11是开口；12是密封片；13是固定杆；14是外密封环；15是套环；16是内密封环；17是卡环；18是底边；19是凹槽；20是凸椽。
具体实施方式
如图1和图3所示，一种管式膜组件，包括有筒体1、封头4和管式膜5，筒体1整体呈圆筒形，两端设置有封头4，多根管式膜5平行地安装于筒体1中(为了使示例图更简洁，在图中只画了一根管式膜)，管式膜5两端套于隔板8中，隔板8设置于在筒体1两侧与封头4的相交位置处，封头4内部设置有与管式膜5相配合的压板7，压板7上开口，管式膜5超出隔板8的部分套接于套接于压板7上的开口，将封头4与筒体1用法兰固定，实现压板7、隔板8之间通过密封结构10对管式膜5的相互密封；管式膜5的外侧为分离层，管式膜5的内侧与封头4上的渗余液出口9相连通。在筒体1的两侧分别开设有料液入口2和料液出口3。
在筒体1内部还安装有阻流部件6，其平面结构如图2所示，阻流部件6整体呈扇形，为板状，在阻流部件6中间开设有多个与管式膜5相对应的开口11，管式膜5套接于开口11中 ，开口11中设置有密封片12，当管式膜5套于开口11中时，密封片12可以起到密封效果，使原料液在流动时，不从开口11与管式膜5之间的间隙通过，阻流部件6与管式膜5相互垂直。扇形的阻流部件6的弧边与筒体1的内壁贴合，只有其下部的弦边与筒体1之间存在有缺口，原料液是从这个部位通过的。
在筒体1内部，设置有3块阻流部件6，阻流部件6的面积可以覆盖全部的管式膜5，每块阻流部件6与筒体1的空隙不在同一个截面投影位置，从图1中看，左右两块的阻流部件6的弦边在筒体1的下方，而中间的阻流部件6的弦边上筒体1上方，这样可以保证原料最大程度的折流。
在使用该膜组件进行料液分离操作时，料液首先从料液入口2进入，然后会被左侧的阻流部件阻挡而向下流动，直至到底侧的时候会从阻流部件与筒体1的空隙进行折流，然后再向上流动，直至再流动到筒体1的顶部，接下来向左侧流动，如此上下反复折流，直至从料液出口离开膜组件。与此同时，在管式膜5出口上抽真空，使原料液中的易透过组分从管式膜5上透过，进入到渗透侧，从渗余液出口9移出。如果是按照传统的膜组件，原料液在筒体1内是沿着管式膜5的表面进行平行流动的，这样对于消除膜管上的浓差极化的作用极为有限，会影响到分离效果，通过本实施例中的膜组件，原料的流动方向是与膜管的方面相互垂直的，这样的流动方式就可以更好地消除浓差极化层，原料液在筒体1做往复的折回流动就可以提高膜面料液的湍动程度，提高分离效率；另外，由于在筒体1中安装有多根管式膜5，管式膜5之间产生的原料分散流动会彼此之间互相干扰，进一步地提高流体的扰动程度。
在本实施例中，板状的阻流部件6是通过固定杆13进行固定的，固定杆13的一端设置于隔板8上，可以进一步使阻流部件6被固定牢固。
更优选的密封结构10如图3所示，管式膜5与封头4之间是这样密封的：在封头4的内部设置有压板7，压板7上设置有开口，管式膜5嵌套于压板7和隔板8的开口中，在压板7的开口的内侧开设有凹槽19，在凹槽19内套接有套环15，套环15一侧设置有凸椽20，隔板8通过卡环17将内密封环16压在套环15的凸椽20上，在套环15的凸椽20与凹槽19的底边18之间设置有外密封环14。
采用这样的结构时，套环15、卡环17和管式膜5之间就构成了一个密封的空间，在这个空间内放置了内密封环16之后，即使压紧压板7和隔板8，这个内密封圈的弹性变化的范围仅限于密封的空间内，使密封圈不易产生过度的形变而导致无法恢复的损坏，内密封圈形成了对于管式膜外侧壁面的密封。最后，在凸椽与底板之间设置的外密封圈可以保证在压紧压板7和隔板8之后，凹槽19与管式膜5之间的良好密封。
Claims (8)
1.一种管式膜组件，包括有筒体(1)、料液入口(2)、料液出口(3)，管式膜(5)，管式膜(5)安装于筒体(1)内，管式膜(5)的外侧是原料液侧、内侧是渗透液侧，原料液侧与渗透液侧被隔板(8)隔开；管式膜(5)的内侧与渗余液出口(9)相连通，其特征在于：在筒体(1)内的原料液流动区域中设置有阻流部件(6)。
2.根据权利要求1所述的管式膜组件，其特征在于：所述的阻流部件(6)是板状，板上设置有开口(11) ，开口(11)的直径大于管式膜(5)的外径，管式膜(5)套接于开口(11)中。
3.根据权利要求2所述的管式膜组件，其特征在于：所述的开口(11)内侧设置有密封片(12)。
4.根据权利要求2所述的管式膜组件，其特征在于：所述的筒体(1)截面是圆形，阻流部件(6)是扇形，弧边与筒体(1)的内壁贴合。
5.根据权利要求4所述的管式膜组件，其特征在于：相邻的阻流部件(6)的弧边在筒体(1)截面的投影位置相反。
6.根据权利要求2～5任一项所述的管式膜组件，其特征在于：阻流部件(6)的数量是两个以上，管式膜(5)在筒体(1)内呈平行排列，阻流部件(6)与管式膜(5)相互垂直。
7.根据权利要求1所述的管式膜组件，其特征在于：所述的管式膜(5)与封头(4)之间的密封方式是：在封头(4)的内部设置有压板(7)，压板(7)上设置有开口，管式膜(5)嵌套于压板(7)和隔板(8)的开口中，在压板(7)的开口的内侧开设有凹槽(19)，在凹槽(19)内套接有套环(15)，套环(15)一侧设置有凸椽(20)，隔板(8)通过卡环(17)将内密封环(16)压在套环(15)的凸椽(20)上，在套环(15)的凸椽(20)与凹槽(19)的底边(18)之间设置有外密封环(14)。
8.根据权利要求1～5任一项所述的管式膜组件，其特征在于：阻流部件(6)上设置有固定杆(13)，所述的固定杆(13)的另一端设置于隔板(8)上。
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