CN206474022U - 一种高效膜组件结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种高效膜组件结构，其在组件内部形成多组串联模组，提升了单个组件的过滤效率，节约成本、减少占地面积，且其强迫过滤介质横向冲刷膜表面，减少膜表面污染物沉积，改善膜污染。其包括圆柱形膜壳，圆柱形膜壳的中心轴位置设置有中心布水管，中心布水管、圆柱形膜壳所对应的两端分别盖装有环形封装挡板，中心布水管的两端连通外部、分别为介质出口和介质进口，中心布水管外壁上设置有布水槽，中心布水管的外壁上环布有若干层中空纤维膜丝，每根中空纤维膜丝平行于中心布水管的长度方向中心轴布置，最外层的中空纤维膜丝和圆柱形膜壳的内壁间留有一定空隙，该空隙为介质流道，中心布水管的内腔被N块管挡板分隔成(N+1)个独立的腔体。

Description

一种高效膜组件结构

技术领域

本实用新型涉及分离膜的技术领域，具体为一种高效膜组件结构。

背景技术

膜技术是21世纪蓬勃发展的一项新的分离技术，广泛用于各行各业的分离过程。除了膜材料本身，膜组件的性能也备受关注。为了提高分离效果，膜组件的串联是常用的解决方案，现有的膜组件是将多个独立的组件各自首尾组合形成一个体积较大的组件，其组装成本高、且体积大，使得组装成本高；在膜技术高速发展的同时，膜过滤过程中在膜表面产生的膜污染是阻碍膜有效过滤的难题，现有的膜组件结构需要定期对膜表面进行停机清洗才能保证膜组件的正常过滤性能。

膜污染问题是膜应用面临的难题。解决膜污染问题的办法通常有：气体扰动、膜丝振动、加大水流速度、化学清洗等。本实用新型通过把大流道分隔成众多的小流道，并且强迫水横向冲刷膜丝，减少膜丝外壁的污染物沉积，改善膜污染。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种高效膜组件结构，其在组件内部形成多组串联模组，提升了单个组件的过滤效率，节约成本、减少占地面积，且其强迫过滤介质横向冲刷膜表面，减少膜表面污染物沉积，改善膜污染。

一种高效膜组件结构，其特征在于：其包括圆柱形膜壳，所述圆柱形膜壳的中心轴位置设置有中心布水管，所述中心布水管、圆柱形膜壳所对应的两端分别盖装有环形封装挡板，所述中心布水管的两端连通外部、分别为介质出口和介质进口，所述中心布水管外壁上设置有布水槽，所述中心布水管的外壁上环布有若干层中空纤维膜丝，每根所述中空纤维膜丝平行于所述中心布水管的长度方向中心轴布置，最外层的所述中空纤维膜丝和所述圆柱形膜壳的内壁间留有一定空隙，该空隙为介质流道，所述中心布水管的内腔被N块管挡板分隔成(N+1)个独立的腔体，其中N为大于等于1的自然数，所述中心布水管的外壁位于所述管挡板所在位置的分别设置有中心布水器分割盘，所述中心布水器分割盘自中心布水管的外壁延伸至最外层的所述中空纤维膜丝所在的环面，相邻的所述中心布水器分割盘所对应的中空纤维膜丝所在的区域内设置有一个腔体分割盘，所述腔体分割盘自中心布水管的外壁延伸至圆柱形膜壳的内壁。

其进一步特征在于：

所述中心布水器分割盘的数量为N，所述中心布水器分割盘、腔体分割盘将中空纤维膜丝区域分隔为2N个独立的区域，每个独立的中空纤维膜丝区域内沿着中空纤维膜丝的长度方向上均布有若干个拦截盘，所述拦截盘自中心布水管的外壁延伸至最外层的所述中空纤维膜丝所在的环面，所述拦截盘将区域内的流道分隔成更小的流道、使得介质流速更大，其将过滤的大流道分隔成众多的小流道，并且强迫过滤介质横向冲刷膜表面，减少膜表面污染物沉积，改善膜污染；

将2N个独立的中空纤维膜丝区域按照靠近介质进口至远离介质进口的顺序自1、2…2N进行标记，则序号为奇数的区域所对应的独立的中空纤维膜丝区域为布水腔、序号为偶数的区域所对应的独立的中空纤维膜丝区域为收水腔，所述布水腔内的介质流自中心布水管的外壁流向外围的对应区域的所述介质流道，所述收水腔内的介质自介质流道流向对应区域的所述中心布水管外壁、并通过布水槽流入中心布水管对应的独立腔体内；

当N＝1时，整个结构没有所述腔体分割盘，所述中心布水器分割盘将中空纤维膜丝区域均分为两个长度相同的独立区域；

当N为大于等于2的自然数时，所述腔体分割盘的数量为(N-1)个，所述中心布水器分割盘、腔体分割盘将中空纤维膜丝区域均分为2N个长度相同的独立区域；

每根所述中空纤维膜丝的长度方向分别穿过中心布水器分割盘、腔体分割盘所对应的区域，介质无法直接通过中心布水器分割盘、腔体分割盘达到下一个独立的中空纤维膜丝区域；

圆柱形膜壳内的腔体内装填的中空纤维膜丝采用捆扎、编织等形式保证均匀排列，每根中空纤维膜丝与所述中心布水管的长度方向中心轴平行布置；每根所述中空纤维膜丝内径0.1mm～2mm，壁厚0.001mm～0.3mm，长度与圆柱形膜壳的腔体的总长度相等，所述中空纤维膜丝的膜孔当量孔径1～1000nm；所述中空纤维膜丝材质为聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚醚砜中的一种；

优选地，所述中心布水器分割盘的中心位置可覆盖至所述中心布水管的中心轴位置，此时所述中心布水器分割盘的中心区域即为管挡板；

优选地，2N个中空纤维膜丝区域中每个区域的所述拦截盘的数量为1～20个，具体根据区域的长度布置；

所述布水槽位于同一区域内的相邻的两块拦截盘的之间，所述布水槽沿管状中心布水管外壁周向均匀分布；

优选地，所述中空纤维膜丝对应于所述中心布水器分割盘、腔体分割盘、拦截盘的位置部分通过胶水粘接、并最终形成胶水材质的中心布水器分割盘、腔体分割盘、拦截盘，所述中心布水器分割盘、拦截盘胶水粘接的外层和所述圆柱形膜壳的内壁间留有一定空隙，该空隙为介质流道；

优选地，所述中空纤维膜丝编织成布，布装的中空纤维膜丝旋转缠绕在所述中心布水管的外壁，胶水涂布于相邻层的布所对应的中心布水器分割盘、腔体分割盘、拦截盘的面域，最外层的布的外表面和所述圆柱形膜壳的内壁间留有一定空隙，该空隙为介质流道。

采用本实用新型后，中心布水管和圆柱形膜壳体所组成的腔体内装填大量中空纤维膜丝，利用腔体分割盘、管挡板、中心布水器分割盘，把腔体分割成若干“Ω”型传质单元，每个“Ω”型传质单元正中间有布水器分割盘，又被分成布水腔和收水腔，中心布水管流入布水腔的介质直接冲刷中空纤维膜丝外表面、之后外环位置介质流道流入收水腔的介质直接冲刷中空纤维膜丝外表面；综上，组件内部形成多组串联的“Ω”型传质单元，提升了单个组件的过滤效率，节约成本、减少占地面积，且其强迫过滤介质横向冲刷膜表面，减少膜表面污染物沉积，改善膜污染；该结构提高了膜组件的传质效率和抗污染性，可以广泛应用于固-液、液-液、气-液、气-气分离等各种中空纤维膜组件。

附图说明

图1为本实用新型的主视图剖视结构示意图；

图2为本实用新型的中心布水管的剖视图结构示意图；

图3为本实用新型的中空纤维膜丝组装的具体实施例一的主视图结构示意图；

图4为图3的侧视图结构示意图；

图5为本实用新型的中空纤维膜丝组装的具体实施例二的结构示意图；

图6为图5的侧视图结构示意图；

图7为本实用新型的具体实施例的主视图剖视结构示意图；

图中序号所对应的名称如下：

圆柱形膜壳1、中心布水管2、环形封装挡板3、介质出口4、介质进口5、布水槽6、中空纤维膜丝7、介质流道8、管挡板9、中心布水器分割盘10、最外层的中空纤维膜丝11、腔体分割盘12、拦截盘13、布水腔14、收水腔15。

具体实施方式

一种高效膜组件结构，见图1～图7：其包括圆柱形膜壳1，圆柱形膜壳1的中心轴位置设置有中心布水管2，中心布水管2、圆柱形膜壳1所对应的两端分别盖装有环形封装挡板3，中心布水管2的两端连通外部、分别为介质出口4和介质进口5，中心布水管2外壁上设置有布水槽6，中心布水管2的外壁上环布有若干层中空纤维膜丝7，每根中空纤维膜丝7平行于中心布水管2的长度方向中心轴布置，最外层的中空纤维膜丝11和圆柱形膜壳1的内壁间留有一定空隙，该空隙为介质流道8，中心布水管2的内腔被N块管挡板9分隔成(N+1)个独立的腔体，其中N为大于等于1的自然数，中心布水管2的外壁位于管挡板9所在位置的分别设置有中心布水器分割盘10，中心布水器分割盘10自中心布水管2的外壁延伸至最外层的中空纤维膜丝11所在的环面位置，具体而言，中心布水器分割盘10直径比圆柱形膜壳1的内径小，确保介质流道8在该位置保持畅通，相邻的中心布水器分割盘10所对应的中空纤维膜丝所在的区域内设置有一个腔体分割盘12，腔体分割盘12自中心布水管2的外壁延伸至圆柱形膜壳1的内壁，介质流道8在腔体分割盘12所在的位置被隔断。

中心布水器分割盘10的数量为N，中心布水器分割盘10、腔体分割盘12将中空纤维膜丝区域分隔为2N个独立的区域，每个独立的中空纤维膜丝区域A内沿着中空纤维膜丝的长度方向上均布有若干个拦截盘13，拦截盘13的数量为1～20个，具体根据区域的长度布置，拦截盘13自中心布水管2的外壁延伸至最外层的中空纤维膜丝11所在的环面，具体而言，拦截盘13直径比圆柱形膜壳1的内径小，拦截盘13将独立的中空纤维膜丝区域A内的流道分隔成更小的流道、使得介质流速更大，其将过滤的大流道分隔成众多的小流道，并且强迫过滤介质横向冲刷膜表面，减少膜表面污染物沉积，改善膜污染；

将2N个独立的中空纤维膜丝区域按照靠近介质进口至远离介质进口的顺序自1、2…2N进行标记，具体标记见图1中的(A1、A2…A2N),则序号为奇数的区域所对应的独立的中空纤维膜丝区域A为布水腔14、序号为偶数的区域所对应的独立的中空纤维膜丝区域A为收水腔15，布水腔14内的介质流自中心布水管2的外壁流向外围的对应区域的介质流道8，收水腔15内的介质自介质流道流8流向对应区域的中心布水管2外壁、并通过布水槽6流入中心布水管2对应的独立腔体内；

当N＝1时，整个结构没有腔体分割盘12，中心布水器分割盘10将中空纤维膜丝区域均分为两个长度相同的独立区域；

当N为大于等于2的自然数时，腔体分割盘12的数量为(N-1)个，中心布水器分割盘10、腔体分割盘12将中空纤维膜丝区域均分为2N个长度相同的独立区域；

每根中空纤维膜丝的长度方向分别穿过中心布水器分割盘10、腔体分割盘12所对应的区域，介质无法直接通过中心布水器分割盘10、腔体分割盘12达到下一个独立的中空纤维膜丝区域；

圆柱形膜壳1内的腔体内装填的中空纤维膜丝7采用捆扎、编织等形式保证均匀排列，中空纤维膜丝7与中心布水管2的长度方向中心轴平行布置；每根中空纤维膜丝7内径0.1mm～2mm，壁厚0.001mm～0.3mm，长度与圆柱形膜壳1的腔体的总长度相等，中空纤维膜丝7的膜孔当量孔径1～1000nm；中空纤维膜丝7材质为聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚醚砜中的一种；

优选地，中心布水器分割盘10的中心位置可覆盖至中心布水管1的中心轴位置，此时中心布水器分割盘10的中心区域即为管挡板9；

图1、图2、图7中箭头为介质流动方向。

具体实施例：圆柱形膜壳1内径20mm～800mm，长度50mm～2000mm。整个膜组件腔体被分割成2～8个“Ω”型传质单元，每个传质单元由一个布水腔14和一个收水腔15组成。每“Ω”型传质单元中心有中心布水器分割盘10，中心布水器分割盘10呈饼状，中心布水器分割盘10的中心区域即为管挡板9，所有膜丝都穿过，中心布水器分割盘10、腔体分割盘12将中心布水管1连同膜丝分割成布水腔14和收水腔15，水流不能通过中心布水器分割盘10、腔体分割盘12，只能从中心布水器分割盘10与圆柱形膜壳内壁形成的环状介质流道8从布水腔14流入到收水15腔，中心布水器分割盘10直径比圆柱形膜壳1内径小2～100mm，中心布水器分割盘10的厚度1～50mm；腔体分割盘12外径与圆柱形膜壳1内径相等，中心孔直径与中心布水管2内径相等，厚度3～200mm，中心布水管2与若干拦截盘13垂直连接，拦截盘13间的中心布水管上开若干布水槽6，拦截盘13呈环状，所有膜丝必须穿过，拦截盘13在中心布水器分割盘10两边对称、均匀分布，数量1～20个。当组件长度较小时，整个组件流道被“Ω”型传质单元分割得足够小，可以不设置拦截盘13。拦截盘13与中心布水管2垂直，水流不能通过。拦截盘13内孔直径与中心布水管2外径相等，密封。拦截盘13外径比圆柱形膜壳1内径小2～200mm，厚度1～20mm。布水槽6位于两块拦截盘13中间，槽宽度1～50mm，槽数量1～50个。布水槽6沿管状中心布水管1周向均匀分布，一周上的数量可为2～12个。

中空纤维膜丝组装的具体实施例一、见图3、图4，中空纤维膜丝7对应于中心布水器分割盘10、腔体分割盘12、拦截盘13的位置部分通过胶水粘接、并最终形成胶水材质的中心布水器分割盘10、腔体分割盘12、拦截盘13，中心布水器分割盘10、拦截盘13所对应的胶水粘接的外层和圆柱形膜壳1的内壁间留有一定空隙，该空隙为介质流道8。

中空纤维膜丝组装的具体实施例二、见图5、图6、图7，中空纤维膜丝编织成布16，布16装的中空纤维膜丝旋转缠绕在中心布水管2的外壁，胶水涂布于相邻层的布16所对应的中心布水器分割盘10、腔体分割盘12、拦截盘13的面域，所对应的最外层的布16的外表面和圆柱形膜壳1的内壁间留有一定空隙，该空隙为介质流道8，胶体分隔盘12所对应的胶外端和圆柱形膜壳1的内壁间设置有O型密封圈17。

中空纤维膜丝组装的具体实施例一、二中胶体分隔盘12所对应的胶外端和圆柱形膜壳1的内壁间设置有O型密封圈17(见图7)。

以上对本实用新型的具体实施例进行了详细说明，但内容仅为本实用新型创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型创造的实施范围。凡依本实用新型创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (11)

1.一种高效膜组件结构，其特征在于：其包括圆柱形膜壳，所述圆柱形膜壳的中心轴位置设置有中心布水管，所述中心布水管、圆柱形膜壳所对应的两端分别盖装有环形封装挡板，所述中心布水管的两端连通外部、分别为介质出口和介质进口，所述中心布水管外壁上设置有布水槽，所述中心布水管的外壁上环布有若干层中空纤维膜丝，每根所述中空纤维膜丝平行于所述中心布水管的长度方向中心轴布置，最外层的所述中空纤维膜丝和所述圆柱形膜壳的内壁间留有一定空隙，该空隙为介质流道，所述中心布水管的内腔被N块管挡板分隔成(N+1)个独立的腔体，其中N为大于等于1的自然数，所述中心布水管的外壁位于所述管挡板所在位置的分别设置有中心布水器分割盘，所述中心布水器分割盘自中心布水管的外壁延伸至最外层的所述中空纤维膜丝所在的环面，相邻的所述中心布水器分割盘所对应的中空纤维膜丝所在的区域内设置有一个腔体分割盘，所述腔体分割盘自中心布水管的外壁延伸至圆柱形膜壳的内壁。

2.如权利要求1所述的一种高效膜组件结构，其特征在于：所述中心布水器分割盘的数量为N，所述中心布水器分割盘、腔体分割盘将中空纤维膜丝区域分隔为2N个独立的区域，每个独立的中空纤维膜丝区域内沿着中空纤维膜丝的长度方向上均布有若干个拦截盘，所述拦截盘自中心布水管的外壁延伸至最外层的所述中空纤维膜丝所在的环面。

3.如权利要求2所述的一种高效膜组件结构，其特征在于：将2N个独立的中空纤维膜丝区域按照靠近介质进口至远离介质进口的顺序自1、2…2N进行标记，则序号为奇数的区域所对应的独立的中空纤维膜丝区域为布水腔、序号为偶数的区域所对应的独立的中空纤维膜丝区域为收水腔，所述布水腔 内的介质流自中心布水管的外壁流向外围的对应区域的所述介质流道，所述收水腔内的介质自介质流道流向对应区域的所述中心布水管外壁、并通过布水槽流入中心布水管对应的独立腔体内。

4.如权利要求1所述的一种高效膜组件结构，其特征在于：当N＝1时，整个结构没有所述腔体分割盘，所述中心布水器分割盘将中空纤维膜丝区域均分为两个长度相同的独立区域。

5.如权利要求1所述的一种高效膜组件结构，其特征在于：当N为大于等于2的自然数时，所述腔体分割盘的数量为(N-1)个，所述中心布水器分割盘、腔体分割盘将中空纤维膜丝区域均分为2N个长度相同的独立区域。

6.如权利要求1所述的一种高效膜组件结构，其特征在于：每根所述中空纤维膜丝的长度方向分别穿过中心布水器分割盘、腔体分割盘所对应的区域，介质无法直接通过中心布水器分割盘、腔体分割盘达到下一个独立的中空纤维膜丝区域。

7.如权利要求1所述的一种高效膜组件结构，其特征在于：圆柱形膜壳内的腔体内装填的中空纤维膜丝采用捆扎、编织的形式保证均匀排列，每根中空纤维膜丝与所述中心布水管的长度方向中心轴平行布置；每根所述中空纤维膜丝内径0.1mm～2mm，壁厚0.001mm～0.3mm，长度与圆柱形膜壳的腔体的总长度相等，所述中空纤维膜丝的膜孔当量孔径1～1000nm；所述中空纤维膜丝材质为聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚醚砜中的一种。

8.如权利要求1所述的一种高效膜组件结构，其特征在于：所述中心布水器分割盘的中心位置可覆盖至所述中心布水管的中心轴位置，此时所述中心布水器分割盘的中心区域即为管挡板。

9.如权利要求2所述的一种高效膜组件结构，其特征在于：2N个中空纤维膜丝区域中每个区域的所述拦截盘的数量为1～20个，具体根据区域的长度布置。

10.如权利要求2所述的一种高效膜组件结构，其特征在于：所述中空纤维膜丝对应于所述中心布水器分割盘、腔体分割盘、拦截盘的位置部分通过胶水粘接、并最终形成胶水材质的中心布水器分割盘、腔体分割盘、拦截盘，所述中心布水器分割盘、拦截盘胶水粘接的外层和所述圆柱形膜壳的内壁间留有一定空隙，该空隙为介质流道。

11.如权利要求2所述的一种高效膜组件结构，其特征在于：所述中空纤维膜丝编织成布，布装的中空纤维膜丝旋转缠绕在所述中心布水管的外壁，胶水涂布于相邻层的布所对应的中心布水器分割盘、腔体分割盘、拦截盘的面域，最外层的布的外表面和所述圆柱形膜壳的内壁间留有一定空隙，该空隙为介质流道。