CN211677193U - 一种新型高通量过滤装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型高通量过滤装置，包括膜元件，所述的膜元件包括柱体状支撑体，支撑体的中心沿轴向设有柱状内腔通道，内腔通道与支撑体外层之间构成支撑层，支撑层的内壁设有内膜层，外壁设有外膜层，支撑层内设有沿轴向设置的两层或两层以上以非对称结构分布的原料液过滤通道；通过增加膜元件的内腔通道，从而增大了膜元件的渗透面积，降低了循环流量与透过膜的渗出量的比值，显著提高陶瓷膜元件的渗透性能。同时，根据需要净化的水质情况，通过内膜层和外膜层的过滤精度的调配，原料液过滤通道尺寸的合理配置，达到最佳的渗透性，提高渗透率。
Description
技术领域
本实用新型涉及管状陶瓷膜的研发技术领域，尤其涉及一种新型高通量过滤装置。
背景技术
陶瓷膜是采用陶瓷粉体烧结制造的具有筛分效能的分离介质。与较早产业化的高聚物分离膜相比，无机分离膜的特长是孔径分布窄、分离性能好，耐高温，化学性能稳定，不受有机溶剂、细菌侵蚀，可酸碱清洗，高机械强度、不变形，可高压反冲，热蒸汽再生、反洗等。陶瓷膜分离元件一般是在大孔支撑体上制备一层或多层的非对称孔径结构，呈多孔结构的分离材料，已经广泛产业化和市场化的是具有规律排布通道结构的管状陶瓷膜元件，这种多通道设计，一方面可以保证膜元件具有足够大的机械强度，另一方面保证单位体积元件具有较大的总过滤面积，从而可以提高过滤效能并降低制造成本，减小设备占地面积。
进一步，管状陶瓷膜元件是由多孔支撑层、支撑层及微孔膜层，呈非对称分布；其管壁密布微孔，在压力驱动下，原料液在膜管多孔通道内流动，含小分子物质（或液体）沿与之垂直方向向外透过支撑层、膜层，含大分子物质（或固体颗粒）被支撑层、膜层截留，从而实现流体的分离、浓缩、纯化和环保等目的。
然而，随着膜分离技术应用领域的开拓，陶瓷膜过滤技术在使用过程中显现出不足，在节能降耗上存在缺陷，需要予以改善。现有的管状陶瓷膜元件在使用时，其中主要是陶瓷膜分离过程的泵类设施操作流体量大，实际应用中循环流量一般为透过膜的渗出量的几十倍甚至上百倍，运行中消耗了大量能源。以当前广泛商品化和应用的膜通道直径为4mm的19通道陶瓷分离膜元件（外圆直径为30mm，有效长度约100cm）为例，一个19膜芯的膜组件过滤面积大约为4.4 m2。在某种典型的污水处理过程中，膜面流速为5m/sec时，稳定通量大约为100 l/m2h，总渗出液流量为每小时440 L，而液体循环流量大约为
F＝3.142 x ( 0.2cm）2 x19 x19x500cm/Secx3600Sec =81.7 m3。可见循环流量为流过膜的渗出量的185.6倍，这就消耗了大量能源。
由上述实例可以看出，导致错流过滤的渗透通量率不高，有效产水过滤面积小，设备投资和运行成本较高等，不能有效的节约能耗、提高流体通量。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种新型高通量过滤装置，进一步提高流体透过膜的渗透量。
本实用新型采用的技术方案为：
一种新型高通量过滤装置，包括膜元件，所述的膜元件包括柱体状支撑体，支撑体的中心沿轴向设有柱状内腔通道，内腔通道与支撑体外层之间构成支撑层，支撑层的内壁设有内膜层，外壁设有外膜层，支撑层内设有沿轴向设置的两层或两层以上以非对称结构分布的原料液过滤通道。
还包括上导流盘和下导流盘，所述的上导流盘包括多层环形导流通道和中心导流筒，多层环形导流通道以中心导流筒为中心由内而外依次套设，所述的中心导流筒上端封闭，下端开放，每相邻的两层环形导流通道之间通过连通筒连接，最内层的环形导流通道与中心导流筒之间通过连通筒连接，每个环形导流通道的下端均匀分布连通有多个导流嘴，每个导流嘴与一个膜元件的内腔通道上端对接；所述的下导流盘和上导流盘结构相同且对称。
所述的柱体状支撑体采用圆柱体结构。
所述的柱状内腔通道采用圆柱体或多边体或三角体结构，内腔通道截面面积占支撑体截面面积的1/10-1/2。
所述的支撑层采用碳硅石、碳化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛的其中一种制作，支撑层的过滤精度为0.1um-50um。
所述的支撑层采用橡胶、塑胶或者橡塑复合材料制作，内膜层和外膜层的过滤精度为10nm-500nm。
所述的内膜层和外膜层采用碳硅石、碳化硅、氧化铝、氧化锆和氧化钛的其中一种制作，内膜层和外膜层的过滤精度为10nm-500nm。
所述的原料液过滤通道采用圆柱体或多边体或三角体结构，原料液过滤通道截面面积占支撑体截面面积的1/20-1/3。
本实用新型将管状陶瓷膜元件原料液过滤通道，以非对称分布在内腔通道与外膜层之间，原料液过滤通道两侧的压力差为驱动力，支撑体和膜为过滤介质，以提高有效的渗透面积，增加膜的通透量，达到节能降耗及降低运行成本。
管状陶瓷膜元件的内腔通道，以增加陶瓷膜通道的渗透面积，使原料液在过滤通道内在同样压差下快速通过支撑层、内外膜层，提高膜的渗透通量，降低泵类设施功率及流量，节约能耗、降低运行成本。
管状陶瓷膜元件以降低原水流量，提高膜元件渗透面积，增加滤液渗透通量，提高净化效果，节约能耗。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的截面图；
图3为本实用新型的整体结构示意图；
图4为本实用新型的导流盘立体结构示意图。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本实用新型包括膜元件1、上导流盘2和下导流盘3，所述的膜元件1包括柱体状支撑体4，柱体状支撑体4采用圆柱体结构。圆柱体结构匹配现有成熟的过滤装置，满足市场型号匹配度。支撑体4的中心沿轴向设有柱状内腔通道12，内腔通道12与支撑体4外层之间构成支撑层11，柱状内腔通道12可采用圆柱体或多边体或三角体结构，内腔通道12截面面积占支撑体4截面面积的1/10-1/2。支撑层11的内壁设有内膜层13，外壁设有外膜层14，支撑层11内设有沿轴向设置的两层或两层以上以非对称结构分布的原料液过滤通道15。
如图4所示，所述的上导流盘2包括多层环形导流通道21和中心导流筒22，多层环形导流通道21以中心导流筒22为中心由内而外依次套设（所述的多层环形导流通道代表大于等于1的整数），所述的中心导流筒22上端封闭，下端开放，每相邻的两层环形导流通道21之间通过连通筒23连接，最内层的环形导流通道21与中心导流筒22之间通过连通筒23连接，每个环形导流通道21的下端均匀分布连通有多个导流嘴24，每个导流嘴24与一个膜元件1的内腔通道12上端对接；在这里，本实用新型的导流嘴24与一个膜元件1的内腔通道12并非插接，对接的目的是防止在水压冲击压力作用下，将膜元件1撑列，从而破坏膜元件1。所述的下导流盘3和上导流盘2结构相同且对称。上导流盘2和下导流盘3之间设有多根膜元件1，每根膜元件1的内腔通道12上下两端分别对应上导流盘2和下导流盘3的一个导流嘴24。
所述的支撑层11采用碳硅石、碳化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛的其中其中一种制作，支撑层11的过滤精度为0.1um-50um。所述的支撑层11采用橡胶、塑胶或者橡塑复合材料制作，内膜层13和外膜层14的过滤精度为10nm-500nm。所述的内膜层13和外膜层14采用碳硅石、碳化硅、氧化铝、氧化锆和氧化钛的其中其中一种制作，内膜层13和外膜层14的过滤精度为10nm-500nm。
所述的原料液过滤通道15采用圆柱体或多边体或三角体结构，相应的结构匹配相应结构的导流嘴24，原料液过滤通道15截面面积占支撑体4截面面积的1/20-1/3。
新型高通量过滤装置的使用方法，包含以下步骤：
A：首先，将原液注入到原料液过滤通道15内，原液在水压下由原料液过滤通道15向支撑层11的内、外渗透过滤，过滤过程中，以就近原则进行渗透；
B：靠近内腔通道12的原料液过滤通道15内的原液在水压下，原料液首先穿过支撑层11，再穿过内膜层13，向内腔通道12渗透，形成过滤液；靠近支撑层11外壁的原料液过滤通道15内的原液在水压下，原料液首先穿过支撑层11，再穿过外膜层14，向支撑层11外围渗透，形成过滤液；
C：流入内腔通道12的过滤液在水压下，流向上导流盘2和下导流盘3的导流嘴24内，由导流嘴24流入相对应的环形导流通道21，再由环形导流通道21之间的连通筒23流入相邻内层的环形导流通道21内，最终汇集到中心导流筒22，由中心导流筒22的下端开口进入过滤桶4内；
D：流入支撑层11外围的过滤液，直接进入过滤桶4内；
E：过滤桶4内的过滤液由过滤桶4排水口排出。
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型的实施例1
支撑体4采用圆柱体结构，支撑体4的中心沿轴向设有圆柱体内腔通道12，内腔通道12截面面积占支撑体4截面面积的1/5，内腔通道12与支撑体4外层之间构成支撑层11，所述的支撑层11采用碳硅石制作，支撑层11的过滤精度为10um，支撑层11的内膜层13和外膜层14采用碳硅石制作，内膜层13和外膜层14的过滤精度为300nm；支撑层11内设有沿轴向设置的四层，以非对称结构分布的原料液过滤通道15，原料液过滤通道15采用圆柱体，原料液过滤通道15截面面积占支撑体4截面面积的1/8。
相对应的上导流盘2和下导流盘3的导流嘴24为圆柱体结构。
采用上述膜元件1与之相匹配的上导流盘2和下导流盘3结构，再加上本实用新型的使用方法，由实验得出，本实用新型的装置水流通量是现有膜元件水流通量的2倍。现有膜元件虽然同样设有中心的内腔通道12，但是，现有的内腔通道12进入的是原液，而非过滤液，这是本实用新型与现有结构的本质区别。而此时的原液只有20%能够经过支撑层11过滤，而80%直接流出或者进入下一轮的循环。而本实用新型仅仅依靠原料液过滤通道15与支撑层11之间进行过滤，以就近原则流入到内腔通道12或者支撑层11外围，达到快速疏解、分散、过滤原料液的效果，而进入内腔通道12的过滤液再通过上导流盘2和下导流盘3的疏导，最终进入到过滤桶4中。现有设备是：多根膜元件平列排列在过滤桶4内，膜元件之间存在间隙，膜元件两头直接通过桶罩定位、固定。而本实用新型设置了上导流盘2和下导流盘3，对内腔通道12中的过滤液进行快速导流，从而使得流通量大大提高。
在相同条件下，本实用新型与现有的同规格的膜元件相比，原料液流量可以降低1/10-1/2；渗透面积提高1-2倍，在此基础上膜元件的滤液通量可以提高1.5-5倍。
实施例2
支撑体4采用圆柱体结构，支撑体4的中心沿轴向设有多边体（采用6边结构）内腔通道12，内腔通道12截面面积占支撑体4截面面积的1/4，内腔通道12与支撑体4外层之间构成支撑层11，所述的支撑层11采用氧化铝和氧化锆混合制作，支撑层11的过滤精度为1um，支撑层11的内膜层13和外膜层14采用氧化铝和氧化锆制作，内膜层13和外膜层14的过滤精度为400nm；支撑层11内设有沿轴向设置的三层，以非对称结构分布的原料液过滤通道15，原料液过滤通道15采用多边体（采用6边结构）结构，原料液过滤通道15截面面积占支撑体4截面面积的1/6。
相对应的上导流盘2和下导流盘3的导流嘴24为6边柱体结构。
采用上述膜元件1与之相匹配的上导流盘2和下导流盘3结构，再加上本实用新型的使用方法，由实验得出，本实用新型的装置水流通量是现有膜元件水流通量的3倍。
在相同条件下，本实用新型与现有的同规格的膜元件相比，原料液流量可以降低1/10-1/2；渗透面积提高1-2倍，在此基础上膜元件的滤液通量可以提高1.5-5倍。
实施例3
支撑体4采用圆柱体结构，支撑体4的中心沿轴向设有三角体内腔通道12，内腔通道12截面面积占支撑体4截面面积的1/3，内腔通道12与支撑体4外层之间构成支撑层11，所述的支撑层11采用橡胶、塑胶或者橡塑复合材料制作，支撑层11的过滤精度为50um，支撑层11的内膜层13和外膜层14采用氧化铝、氧化锆和氧化钛混合制作，内膜层13和外膜层14的过滤精度为500nm；支撑层11内设有沿轴向设置的两层，以非对称结构分布的原料液过滤通道15，原料液过滤通道15采用三角体结构，原料液过滤通道15截面面积占支撑体4截面面积的1/4。
相对应的上导流盘2和下导流盘3的导流嘴24为三棱柱体结构。
采用上述膜元件1与之相匹配的上导流盘2和下导流盘3结构，再加上本实用新型的使用方法，由实验得出，本实用新型的装置水流通量是现有膜元件水流通量的5倍。
在相同条件下，本实用新型与现有的同规格的膜元件相比，原料液流量可以降低1/10-1/2；渗透面积提高1-2倍，在此基础上膜元件的滤液通量可以提高1.5-5倍。
本实用新型在使用时，原料液通过原料液过滤通道15进入陶瓷膜管件，在压力驱动下，靠近内腔通道12的原料液过滤通道15内的原液经过原料液过滤通道15沿与之垂直方向向就近的内腔透过支撑层11、内膜层13，含大分子物质（或固体颗粒）被支撑层11截留，含小分子物质透过支撑层11、内膜层13渗透到内腔通道12内，得到过滤液；过滤液在膜管内腔通道12的终端进入到相对应的导流嘴24内，由导流嘴24流入相对应的环形导流通道21，再由环形导流通道21之间的连通筒23流入相邻内层的环形导流通道21内，最终汇集到中心导流筒22，由中心导流筒22的下端开口进入过滤桶4内；被收集并导流到与膜元件1配套的过滤桶4内。
沿膜元件1外侧分布的原料液通道，在压力驱动下，含小分子物质透过支撑层11、外膜层14渗透到膜元件1外侧，得到过滤液；含大分子物质被支撑层11截留，膜元件1外侧过滤液与内腔收集的过滤液同时汇聚的与膜元件1配套的过滤桶4内。
本实用通过增加膜元件1的内腔通道12，从而增大了膜元件1的渗透面积，降低了循环流量与透过膜的渗出量的比值，显著提高陶瓷膜元件1的渗透性能。同时，根据需要净化的水质情况，通过内膜层13和外膜层14的过滤精度的调配，原料液过滤通道15尺寸的合理配置，达到最佳的渗透性，提高渗透率。
管状陶瓷膜元件1，过滤方式采用循环“错流过滤”，是通过循环泵使原料液在通道内做高速循环运动，在泵的推动下，原料液平行于膜面流动，同时在压力作用下，滤液以切线通过的方式滤出；极大地提高生产效率、节约能源。
管状陶瓷膜元件1结构，可根据实际需要通过改变通道直径及膜元件1参数，生产出不同规格的膜元件1，从而满足实际需求。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种新型高通量过滤装置，其特征在于：包括膜元件，所述的膜元件包括柱体状支撑体，支撑体的中心沿轴向设有柱状内腔通道，内腔通道与支撑体外层之间构成支撑层，支撑层的内壁设有内膜层，外壁设有外膜层，支撑层内设有沿轴向设置的两层或两层以上以非对称结构分布的原料液过滤通道。
2.根据权利要求1所述的新型高通量过滤装置，其特征在于：还包括上导流盘和下导流盘，所述的上导流盘包括多层环形导流通道和中心导流筒，多层环形导流通道以中心导流筒为中心由内而外依次套设，所述的中心导流筒上端封闭，下端开放，每相邻的两层环形导流通道之间通过连通筒连接，最内层的环形导流通道与中心导流筒之间通过连通筒连接，每个环形导流通道的下端均匀分布连通有多个导流嘴，每个导流嘴与一个膜元件的内腔通道上端对接；所述的下导流盘和上导流盘结构相同且对称。
3.根据权利要求1所述的新型高通量过滤装置，其特征在于：所述的柱体状支撑体采用圆柱体结构。
4.根据权利要求1所述的新型高通量过滤装置，其特征在于：所述的柱状内腔通道采用圆柱体或多边体或三角体结构，内腔通道截面面积占支撑体截面面积的1/10-1/2。
5.根据权利要求1所述的新型高通量过滤装置，其特征在于：所述的支撑层采用碳硅石、碳化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛的其中一种制作，支撑层的过滤精度为0.1um-50um。
6.根据权利要求1所述的新型高通量过滤装置，其特征在于：所述的支撑层采用橡胶、塑胶或者橡塑复合材料制作，内膜层和外膜层的过滤精度为10nm-500nm。
7.根据权利要求1所述的新型高通量过滤装置，其特征在于：所述的内膜层和外膜层采用碳硅石、碳化硅、氧化铝、氧化锆和氧化钛的其中一种制作，内膜层和外膜层的过滤精度为10nm-500nm。
8.根据权利要求1所述的新型高通量过滤装置，其特征在于：所述的原料液过滤通道采用圆柱体或多边体或三角体结构，原料液过滤通道截面面积占支撑体截面面积的1/20-1/3。
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|---|---|---|---|
| CN201922266843.7U CN211677193U (zh) | 2019-12-17 | 2019-12-17 | 一种新型高通量过滤装置 |
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| CN201922266843.7U CN211677193U (zh) | 2019-12-17 | 2019-12-17 | 一种新型高通量过滤装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110841482A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-02-28 | 河南绿典环保节能科技有限公司 | 一种新型高通量过滤装置及使用方法 |
| CN114762798A (zh) * | 2021-01-14 | 2022-07-19 | 美富特有限公司 | 用于膜过滤模块的承载盘、用于膜过滤模块的膜元件以及膜过滤模块 |
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| CN114762798A (zh) * | 2021-01-14 | 2022-07-19 | 美富特有限公司 | 用于膜过滤模块的承载盘、用于膜过滤模块的膜元件以及膜过滤模块 |
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