CN210674812U - 从混合流体中分离出溶剂的膜堆装置和溶剂分离处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于从混合流体中分离出溶剂的膜堆装置和溶剂分离处理系统。膜堆装置包括：第一端板，其设置有第一入口和第一出口；第二端板，其设置有第二入口和第二出口，并且与第一端板间隔布置以形成位于二者之间的空间；至少一个中间膜堆单元，其布置在空间内且与第一端板和第二端板封装在一起，并具有用于连通第一入口和第二出口的至少一个第一流路、连通第二入口和第一出口的至少一个第二流路，用以在混合流体经由第一入口流入后，且第二入口和第二出口经由外部管路连通形成回路并且在第一出口处提供负压时，使得其中一部分第二溶剂经由第一流路从第一出口输出，并且已分离出一部分第二溶剂的混合流体经由第二流路从第二出口流向所述外部管路。

Description

从混合流体中分离出溶剂的膜堆装置和溶剂分离处理系统

技术领域

本实用新型属于净化处理设备技术领域，尤其涉及用于从混合流体中分离出溶剂的膜堆装置和溶剂分离处理系统。

背景技术

在诸如各种机械加工、设备制造、化工工艺处理、石油炼化、生化处理、采矿等众多过程中可能会产生大量的有害废水，如果不能将它们安全妥当处理，那么这些废水无论对于自然环境、还是对于人体健康，都会带来非常不利的影响，甚至造成严重危害。尽管现有技术已经提供了很多的手段来对此进行处理，然而目前已知的此类装置、设备或者相应的方法等在例如废水处理可靠性、工作效率、耗费成本、安全环保等一些方面仍然存在着弊端和不足之处。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了用于从混合流体中分离出溶剂的膜堆装置和溶剂分离处理系统，从而有效解决或缓解了以上这些问题以及其他方面问题中的一个或多个。

根据本实用新型的技术方案，它首先提供了一种用于从混合流体中分离出溶剂的膜堆装置，所述混合流体至少包括第一溶剂和第二溶剂，所述膜堆装置包括：

第一端板，其设置有第一入口和第一出口；

第二端板，其设置有第二入口和第二出口，并且与所述第一端板间隔布置以形成位于二者之间的空间；以及

至少一个中间膜堆单元，其布置在所述空间内且与所述第一端板和所述第二端板封装在一起，并具有用于连通所述第一入口和所述第二出口的至少一个第一流路、连通所述第二入口和所述第一出口的至少一个第二流路，用以在所述混合流体经由所述第一入口流入后，且所述第二入口和所述第二出口经由外部管路连通形成回路并且在所述第一出口处提供负压时，使得其中一部分第二溶剂经由所述第二流路从所述第一出口输出，并且已分离出一部分第二溶剂的所述混合流体经由所述第一流路从所述第二出口流向所述外部管路。

在一个或一些根据本实用新型的膜堆装置中，可选地，所述中间膜堆单元包括：

至少一个第一组件，其包括彼此叠置的第一膜层和第一流道层，所述第一膜层被设置成相对于所述第一流道层更靠近所述第一端板并且仅允许至少一部分呈气态的所述第二溶剂通过，所述第一流道层的流道位于所述第一流路中；以及

至少一个第二组件，其与所述第一组件进行叠置，并且包括彼此叠置的第二膜层和第二流道层，所述第二膜层被设置成相对于所述第二流道层更靠近所述第一端板并且仅允许至少一部分呈气态的所述第二溶剂通过，所述第二流道层的流道位于所述第二流路中。

在一个或一些根据本实用新型的膜堆装置中，可选地，所述第一组件和所述第二组件具有相同的截面形状。

在一个或一些根据本实用新型的膜堆装置中，可选地，所述第一膜层和所述第二膜层设置有采用相同材料制成的膜片，所述材料包括高分子材料。

在一个或一些根据本实用新型的膜堆装置中，可选地，所述第一流道层中的至少一部分流道和/或所述第二流道层中的至少一部分流道被设置成具有至少一个弯曲区段的隔网。

在一个或一些根据本实用新型的膜堆装置中，可选地，所述隔网的网格形状被构造成正方形或菱形。

在一个或一些根据本实用新型的膜堆装置中，可选地，所述第一流道层中的流道的入口区域的至少一部分构成扩散状和/或出口区域的至少一部分被构造成收缩状，并且/或者所述第二流道层中的至少一部分入口区域和/或至少一部分出口区域被构造成收缩状。

在一个或一些根据本实用新型的膜堆装置中，可选地，所述膜堆装置还包括密封层，其设置在所述第一端板与所述中间膜堆单元之间用于进行密封，并且/或者设置在所述第二端板与所述中间膜堆单元之间用于进行密封。

在一个或一些根据本实用新型的膜堆装置中，可选地，所述第一溶剂是NMP（N-甲基吡咯烷酮）、DPG（二磷酸甘油酸）、DMAC（二甲基乙酰胺）、DMSO（二甲基亚砜）或THF（四氢呋喃），所述第二溶剂是水。

其次，根据本实用新型的第二方面，还提供了一种溶剂分离处理系统，其包括：

如以上任一项所述用于从混合流体中分离出溶剂的膜堆装置；

负压装置，其被设置成用于在所述膜堆装置的所述第一出口处提供负压；以及

容器，其通过管路分别与所述膜堆装置的所述第二入口和所述第二出口相连通，用于容纳从所述第二出口流出的混合流体，并且流入其中的所述混合流体中的第二溶剂的至少一部分从所述容器流出并经由所述第二入口返回至所述膜堆装置。

在一个或一些根据本实用新型的溶剂分离处理系统中，可选地，所述溶剂分离处理系统还包括：

冷却装置，其与所述第一出口相连通，用于冷却从所述膜堆装置的所述第一出口流出的第二溶剂；

泵装置，其设置在所述管路中；和/或

加热装置，其被设置成用于对所述容器内的混合流体进行加热。

在一个或一些根据本实用新型的溶剂分离处理系统中，可选地，所述溶剂分离处理系统还包括检测装置，其被设置成用于对从所述膜堆装置的所述第一出口流出的第二溶剂或者已再由冷却装置冷却处理后的第二溶剂进行检测。

从与附图相结合的以下详细描述中，将会清楚地理解根据本实用新型的各技术方案的原理、特点、特征以及优点等。例如，与现有技术相比较，采用本实用新型技术方案可以针对例如化工废水等混合流体中的不同溶剂组分进行分离处理和回收利用，其不仅易于操作、低成本且安全高效，而且不会占有更多的空间，并且尤其环境友好，在处理过程中不会产生额外的化学物或废物。本实用新型应用范围广，并具有很强的实用性。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本实用新型的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图只是出于解释目的而设计的，仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1是根据本实用新型的溶剂分离处理系统的一个实施例的组成布置示意图。

图2是图1所示实施例中的根据本实用新型的膜堆装置的一个示例的组成布置示意图。

图3是图2中所示的膜堆装置示例中的第一流道层的结构示意图。

图4是根据本实用新型的膜堆装置的另一个示例的组成布置示意图。

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本实用新型的用于从混合流体中分离出溶剂的膜堆装置和溶剂分离处理系统的组成、布置、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将它们理解为对本实用新型形成任何的限制。在本文中，技术用语“连接（或连通、相连等）”涵盖了特定部件直接连接至另一部件和/或间接连接至另一部件，技术术语“第一”、“第二”等仅是用于区分性表述目的，而无意于表示它们的顺序以及相对重要性。

此外，对于在本文所提及的实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，本实用新型仍允许在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或者删减，从而应当认为这些根据本实用新型的更多实施例也是在本文的记载范围之内。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的零部件和特征在同一附图中可能仅在一处或若干处进行标示。还应当注意，为了清楚起见，在本文中不多赘述本领域技术人员已经公知的一般事项。

在图1中仅以示意方式大致图示出了一个根据本实用新型的溶剂分离处理系统实施例的组成布置情况。如图1所示，该溶剂分离处理系统100可以包括膜堆装置10、容器20、冷却装置30、负压装置40和泵装置50，借助于该溶剂分离处理系统可以针对例如工业废水等混合流体中的不同溶剂组分进行安全、有效地分离处理和回收利用，下面就对此进行详细说明。

在图1所给出的实施例中，膜堆装置10是用来实现混合流体中不同溶剂彼此分离的主要部分。在根据本实用新型的设计主旨下，该膜堆装置10可以采用众多可能的结构布置形式来实现。

作为举例说明，请参阅图2，在该图中示意性地展示了一个膜堆装置示例的组成布置情况。在这个示例中，该膜堆装置10可以包括第一端板11、第二端板12、中间膜堆单元13和密封层16。具体来讲，可以在第一端板11上设置第一入口111和第一出口112，前者是用于将位于膜堆装置10外部的混合流体经由其输入，以便通过膜堆装置10来对混合流体进行溶剂分离处理，而后者是用来供混合流体中的已经过分离处理后的一部分溶剂从其流出，以便继续对其进行例如冷却、回收再利用等任何可能的后续处理。同样，可以在该膜堆装置10的第二端板12上设置第二入口121和第二出口122，并且可通过在该膜堆装置10中所形成的一个或多个第一流路p1将上述的第一入口111和第二出口122进行连通，并且可通过一个或多个第二流路p2将上述的第二入口121和第一出口112进行连通，关于以上这些内容，在后文中将予以详细介绍。

就上述的混合流体来讲，在不同的应用情形下，它有可能会包含两种、三种或者更多种类型的不同溶剂，无论属于何种情形，使用本溶剂分离处理系统都可以针对这些溶剂进行安全、有效的分离处理。为了便于说明起见，在本实施例中将混合流体示例为包含两种溶剂，即第一溶剂（例如NMP、DPG、DMAC、DMSO或THF等任何可能被使用的有机溶剂）和第二溶剂（例如通常是水，或者也可采用任何其他的适宜溶剂）。

中间膜堆单元13是被布置在由第一端板11和第二端板12间隔布置所形成的空间内，可以采用例如压装、胶封等任何适宜的方式将它们整体封装在一起，从而可形成独立的中间膜堆单元13。在此，需要指出的是，对于第一端板11和第二端板12来讲，并不意味着它们只允许平板形状，而应将其理解为可具有任何可能的形状构造。同样地，将第一端板11、第二端板12和中间膜堆单元13进行封装后所形成的产品构造可能是多种多样的。

另外，在可选情形下，为了提供更佳的密封效果，可以仅在第一端板11与中间膜堆单元13之间设置密封层16，或者仅在第二端板12与中间膜堆单元13之间设置密封层16，或者例如图2中所示地同时在以上两处均设置密封层16。上述的单个或多个密封层16也是与第一端板11、第二端板12和中间膜堆单元13一同进行封装，其可采用例如硅橡胶等能够提供良好密封性能的柔性材料来制成，并且可根据实际应用需求来选择设置其外形形状、具体尺寸等。

作为示例性说明，如图2和图4所示，可将上述的中间膜堆单元13构造成具有一个或多个第一组件14以及一个或多个第二组件15，这些组件的具体设置数量、形状、尺寸、相对布置位置等在本实用新型技术方案中均允许进行灵活选择和设定，以便更好地适宜不同的应用需求。例如，在图2示例中通过设置一个第一组件14和一个第二组件15来构建成中间膜堆单元13，而在图3示例中则通过在一个第二组件15的上方和下方各设置一个第一组件14来构建成中间膜堆单元13。

对于第一组件14，它可以包括彼此叠置的第一膜层141和第一流道层142。其中，第一膜层141是被布置成比第一流道层142更靠近于第一端板11，该第一膜层141可采用根据具体应用需要所选择采用合适材料制成的膜片、复合膜片或者膜块，例如在图2和图3的示例中可使用由高分子材料制成的膜片，其仅允许示例为水的第二溶剂以气态形式渗透通过，而拒绝混合流体中的第一溶剂以及可能存在的其他成分通过。

如图2所示，第一流道层142是被布置成紧邻于第一膜层141，位于第一流道层142中的流道构成了第二流路p2的一部分。当使用例如真空泵等负压装置40在第一出口112处提供了负压条件时，由于出现了压力差，因此位于容器20内的一部分第二溶剂将流经外部管路60后从第二入口121进入到膜堆装置10，并经由包括上述第一流道层142中的流道在内的第二流路p2流动并从第一出口112流出。

此时，正如在后文中对混合流体在第一流路p1中的流动进行讨论时同样将会提及到的，由于这部分第二溶剂（即在本示例中是水）已经从原先的混合流体中分离出来，其中已经排除或者基本上排除了混合流体中的第一溶剂或其他组分，因此它将具有较高的纯净度，可以将其重复利用。当然，在一些可选实施方式下，可以针对上述已分离出的第二溶剂进行检测，以便能够更加准确地判定分离处理是否已经达到预期的标准，并可据此实施进一步的操作处理。例如，如果发现未能达标，那么就可以例如通过调整设置中间膜堆单元13的数量、尺寸或更换膜材料等，并且/或者调整设置第一组件14和/或第二组件15的数量、尺寸或更换膜材料等来进一步增强溶剂分离处理系统的溶剂分离处理能力。

请再参阅图3，在该图中给出了一个第一流道层142的示范性结构示例。如该图中所示，可将第一流道层142中的一部分或全部流道设置成具有隔网结构1420，它的网格形状可以例如是正方形、菱形或者任何其他的适宜形状。此外，还可以通过例如在其中设置一个或多个栅格1421来使得第一流道层142中的流道具有一个或多个弯曲区段，这样的结构布置方式将有助于第二溶剂（至少包括了已流入的混合流体当中能够穿过第一膜层141并已进入到第一流道层142的一部分第二溶剂、经由第二端板12的第二出口122返回并已进入到第一流道层142的一部分第二溶剂）在从流道的入口1422朝向流道的出口1424的流径内能够更加充分有效地流动。

另外，在可选情形下，可以仅将第一流道层142中的流道的入口区域1423的其中一部分或者全部构造成扩散状，或者可以将该流道的出口区域1425的其中一部分或者全部构造成收缩状，或者还可以同时采用以上两种结构构造，采用这些设计方式都将有助于促进第二溶剂在第一流道层142的流道中快速、充分有效的积极流动。

在图3中还示出了设置在该第一流道层142上的另外两个端口1426和1427，它们并不参与以上所讨论的第二溶剂在负压作用下朝向第一入口111的流动，而是用作混合流体（通常仍然同时包含了第一溶剂和第二溶剂）流向相邻的第二组件15（或者在一些应用情形下可能是另一个第一组件14）的流动通道，即它们是处于上述的第一流路p1中。对于第一组件14和第二组件15的各组成部分，可以在其上应用与以上所述相同或相类似的端口设计。

以上已经详细讨论了第一组件14及其组成部分的大致情况，下面将继续介绍第二组件15。在下文中，除非特别指出之外，关于第二组件15及其组成部分中的结构构造均可以对应参阅以上关于第一组件14及其组成部分的相关描述。

如图2和图4所示，根据实际应用需要，可以将一个或多个第二组件15与第一组件14进行叠置来形成上述的中间膜堆单元13。就单个第二组件15来讲，其中可以包括彼此叠置的第二膜层151和第二流道层152，前者相对于后者更加靠近于第一端板11。第二膜层151可采用与上述的第一膜层141完全相同或者不尽相同的设计，例如它也可采用例如高分子材料的膜片用来仅允许至少一部分呈气态的第二溶剂通过而阻挡混合流体中的其他成分通过，又比如可将第二膜层151构造成与第一膜层141具有相同的截面尺寸，再比如可以将第二膜层151构造成其厚度不同于第一膜层141的厚度，如此等等。

在图2中以示意方式图示出了，当混合流体从第一端板11的第一入口111流入后，由于位于中间膜堆单元13的第一组件14中的第一膜层141的上述选择性通过特性，这将使得混合流体中当前以气态形式存在的第二溶剂（例如作为示例说明的水）能够穿过第一膜层141而被分离汇集到第一流道层142，但是混合流体中的第一溶剂以及以液态形式存在的一部分第二溶剂和可能存在的其他组分将只能沿着图中所示的第一流路p1一起进行流动，并且流入到第二组件15中的第二流道层152进行充分流动之后，再从第二端板12的第二出口122流向外部管路60，并且随后流入到容器20中。由于在以上流动过程中已经从原先的混合流体中分离出了至少一部分第二溶剂，因此流入到容器20内的混合流体中的第二溶剂的含量比例已经相当高，达到了将不同溶剂进行分离的目的。

此外，由于流入到容器20内的这部分混合流体中可能还存在着以液态形式存在的第二溶剂，它们将聚集并继续经由外部管路60流向第二端板12的第二入口121，从而返回到中间膜堆单元13并经历如以上已讨论过的经由第二流路p2朝向第一出口112的流动，这可以进一步提高第二溶剂在位于容器20内的混合流体中的含量比例。在可选情形下，通过设置各种可用的加热装置（例如电加热装置等）用来对容器20内的混合流体进行加热处理，能够进一步促进生成更多的第二溶剂以气态形式经由外部管路60流动返回。

在图1示例中，容器20是通过外部管路60与膜堆装置10的第二入口121和第二出口122进行连通， 并且该外部管路60中设置了泵装置50用来泵送其中的流体以使其更好地流动。当然，在一些实施方式下，本实用新型也允许不必设置上述的泵装置50，而可以借助于例如流体压力、势能差等来实现流体在外部管路60内的流动。

另外，在图1示例中还示出了可选的冷却装置30，用来对从第一端板11的第一出口111流出的第二溶剂进行冷却处理。在可选情形下，可以使用前述的检测装置在冷却装置30的排放口31处对已冷却后的第二溶剂进行例如化学成分检测等各种可能的检测处理。当然，应当理解的是，在不脱离本申请主旨的情况下，上述的冷却装置30并不是必须的，在一些实施场合下允许将其省略掉。

经过以上讨论内容可以发现，本实用新型提供了创新性的技术方案用来实现不同溶剂的分离处理，这根本不同于现有技术所提供的技术方案。作为举例说明，在制造阳离子交换膜时通常使用NMP（N-甲基吡咯烷酮）用作溶剂，从而导致在每天产生的废水含有大量的NMP，例如根据测试，含有NMP的废水中的COD（Chemical Oxygen Demand）含量可高达228618 PPM；与之类似，在制造阴离子交换膜时通常会DPG（二磷酸甘油酸）用作溶剂，这也会导致在生产废水含有大量的NMP，例如COD水平可高达为271220 PPM。对于以上问题，现有技术习惯于采用使用化学工艺、生物处理等方式来进行相应处理，这些方法都很昂贵并且需要大的占地面积，而且还会造成环境污染，并且未能充分再利用废水中的NMP、DPG而将其直接消耗处理掉了。与此相对比，采用本实用新型不仅安全、有效且低成本，根本不会占用空间，而且相当环境友好，不会产生额外的可能有害的化学物质。应当指出的是，本实用新型更加突出的优势还在于，借助于例如以上所讨论的膜堆装置和溶剂分离处理系统，可以经溶剂分离后分别获得具有高含量的各溶剂，由此能使得例如上述的原先废水中NMP、DPG重新回收使用，从而节省下相当可观的成本。

以上仅以举例方式来详细阐明根据本实用新型的用于从混合流体中分离出溶剂的膜堆装置和溶剂分离处理系统，这些个例仅供说明本实用新型的原理及其实施方式之用，而非对本实用新型的限制，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，本领域技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本实用新型的范畴并为本实用新型的各项权利要求所限定。

Claims (12)

1.一种用于从混合流体中分离出溶剂的膜堆装置，所述混合流体至少包括第一溶剂和第二溶剂，其特征在于，所述膜堆装置包括：

第一端板，其设置有第一入口和第一出口；

第二端板，其设置有第二入口和第二出口，并且与所述第一端板间隔布置以形成位于二者之间的空间；以及

至少一个中间膜堆单元，其布置在所述空间内且与所述第一端板和所述第二端板封装在一起，并具有用于连通所述第一入口和所述第二出口的至少一个第一流路、连通所述第二入口和所述第一出口的至少一个第二流路，用以在所述混合流体经由所述第一入口流入后，且所述第二入口和所述第二出口经由外部管路连通形成回路并且在所述第一出口处提供负压时，使得其中一部分第二溶剂经由所述第二流路从所述第一出口输出，并且已分离出一部分第二溶剂的所述混合流体经由所述第一流路从所述第二出口流向所述外部管路。

2.根据权利要求1所述的膜堆装置，其中，所述中间膜堆单元包括：

至少一个第一组件，其包括彼此叠置的第一膜层和第一流道层，所述第一膜层被设置成相对于所述第一流道层更靠近所述第一端板并且仅允许至少一部分呈气态的所述第二溶剂通过，所述第一流道层的流道位于所述第一流路中；以及

至少一个第二组件，其与所述第一组件进行叠置，并且包括彼此叠置的第二膜层和第二流道层，所述第二膜层被设置成相对于所述第二流道层更靠近所述第一端板并且仅允许至少一部分呈气态的所述第二溶剂通过，所述第二流道层的流道位于所述第二流路中。

3.根据权利要求2所述的膜堆装置，其中，所述第一组件和所述第二组件具有相同的截面形状。

4.根据权利要求2所述的膜堆装置，其中，所述第一膜层和所述第二膜层设置有采用相同材料制成的膜片，所述材料包括高分子材料。

5.根据权利要求2所述的膜堆装置，其中，所述第一流道层中的至少一部分流道和/或所述第二流道层中的至少一部分流道被设置成具有至少一个弯曲区段的隔网。

6.根据权利要求5所述的膜堆装置，其中，所述隔网的网格形状被构造成正方形或菱形。

7.根据权利要求2所述的膜堆装置，其中，所述第一流道层中的流道的入口区域的至少一部分被构造成扩散状并且/或者出口区域的至少一部分被构造成收缩状；并且/或者，所述第二流道层中的流道的入口区域的至少一部分被构造成扩散状并且/或者出口区域的至少一部分被构造成收缩状。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的膜堆装置，其中，所述膜堆装置还包括密封层，其设置在所述第一端板与所述中间膜堆单元之间用于进行密封，并且/或者设置在所述第二端板与所述中间膜堆单元之间用于进行密封。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的膜堆装置，其中，所述第一溶剂是NMP、DPG、DMAC、DMSO或THF，所述第二溶剂是水。

10.一种溶剂分离处理系统，其特征在于，包括：

如权利要求1-9中任一项所述用于从混合流体中分离出溶剂的膜堆装置；

负压装置，其被设置成用于在所述膜堆装置的所述第一出口处提供负压；以及

容器，其通过管路分别与所述膜堆装置的所述第二入口和所述第二出口相连通，用于容纳从所述第二出口流出的混合流体，并且流入其中的所述混合流体中的第二溶剂的至少一部分从所述容器流出并经由所述第二入口返回至所述膜堆装置。

11.根据权利要求10所述的溶剂分离处理系统，其中，所述溶剂分离处理系统还包括：

冷却装置，其与所述第一出口相连通，用于冷却从所述膜堆装置的所述第一出口流出的第二溶剂；

泵装置，其设置在所述管路中；和/或

加热装置，其被设置成用于对所述容器内的混合流体进行加热。

12.根据权利要求10或11所述的溶剂分离处理系统，其中，所述溶剂分离处理系统还包括检测装置，其被设置成用于对从所述膜堆装置的所述第一出口流出的第二溶剂或者已再由冷却装置冷却处理后的第二溶剂进行检测。

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