專利名稱：膜管組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括管狀膜和整合的熱交換器的管組件。
背景技術(shù)：
在膜技術(shù)中使用的用于液體或氣態(tài)混合物分離的膜以有效的排列方式結(jié)合在組件中。這種組件的通常公知的形狀一類是帶有皺褶膜的平板狀組件和螺旋狀纏繞的組件，另一類是中空纖維、毛細管、管狀或管的組件。第一類組件用于平板狀膜，第二類組件用于管狀形式的膜。各個管狀膜的直徑，對于中空纖維組件，變化范圍在30μ至100μ，對于毛細管組件，變化范圍在0.2mm至3mm，對于管狀或管組件，其范圍在4mm至50mm。跨膜流動對于中空纖維是從外側(cè)向內(nèi)側(cè)進行，在毛細管膜中它可以是從外側(cè)向內(nèi)側(cè)，也可從內(nèi)側(cè)向外側(cè)進行，在管狀或管膜中它一般是從內(nèi)側(cè)向外側(cè)進行。
在管狀或管組件中，膜以管或撓性軟管的形狀排列在抗壓支撐管的內(nèi)側(cè)上，因此，該支撐管的材料可以具有足夠的孔隙和對滲透物的滲透性。在支撐管的材料沒有足夠的滲透性時，支撐管必須具備合適數(shù)量的孔或洞，用于滲透物的排除。在這種情況下，有效的方法是將另外的多孔管安裝在膜和支撐管之間，該多孔管可由多孔聚乙烯制造。這種排列可使支撐管中的孔間滲透物的排出不受阻礙，并且將膜支撐在該孔之上。該膜或是可更換的，或是固定于支撐材料上。在現(xiàn)有技術(shù)中，下述的結(jié)構(gòu)組件稱為管組件，相應(yīng)的膜稱為管狀膜，該結(jié)構(gòu)組件結(jié)合具有上述直徑為4mm至50mm的管狀或撓性軟管形式的膜，并備有支撐層。根據(jù)相關(guān)的工藝過程，被分離的混合物可以流過串聯(lián)形式的管組件的管狀膜，或者可流過并聯(lián)形式的兩個或多個管狀膜。根據(jù)相關(guān)的工藝過程，可實施串聯(lián)或并聯(lián)的任何組合。
根據(jù)其各自的特性，管狀膜用于，譬如微量過濾、超濾或反滲透以及全蒸發(fā)和蒸汽滲透的過程中。在用于液體混合物分離的全蒸發(fā)過程中，用于滲透物蒸發(fā)的熱量取自液體混合物的顯熱，由此而引起的溫度降低會導(dǎo)致驅(qū)動力的降低，以及由此引起的通過膜的通量的減少，從而導(dǎo)致過程進行的減弱。在蒸汽和氣態(tài)混合物的分離中，不可避免的熱量損耗可導(dǎo)致進料混合物的冷卻以及其成分從該混合物中濃縮出來，結(jié)果可出現(xiàn)流過該膜的通量的堵塞。因此，需要對進料混合物補充其損失的熱量。在現(xiàn)有技術(shù)的管組件中，這種損失熱量的再引入，是通過在組件外的中間熱交換器中加熱被分離的混合物來逐步實施的。在離開中間熱交換器并進入組件的入口之后，在現(xiàn)有技術(shù)的管組件中是不可能供給熱量的。尤其是，在具有長的膜管或撓性軟管以及在膜的面積相對大而且滲透量大的管組件中，可出現(xiàn)進料混合物的明顯冷卻，該冷卻將影響分離或徹底終止分離。因此，只能使用中間熱交換器位于每兩個組件間，而且膜面積有限的組件。因而，每個組件膜面積的不可避免的限制、中間熱交換器所需的數(shù)量、在這些裝置間必需額外增加的管道連接以及用于控制的額外開支，導(dǎo)致了安裝單位膜面積的費用上的增加。本發(fā)明的任務(wù)是直接從這些考慮得出的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明中，上述任務(wù)是通過使用一種管組件解決的，在該管組件中，多個管狀膜段以軸向排列在圓柱形的殼體中，必要時，這些膜段在它們的末端(105、105’)彼此部分互相連接從而形成較長的管狀膜段，其特征在于所述管組件在其圓柱形殼體的一端或兩端處各有一個加熱腔，這些加熱腔配置有U型的內(nèi)連接管，這些U型管的開口端穿過分離加熱腔和該殼體的壁，并連接兩個毗鄰開口管狀膜段，形成管狀膜的無限環(huán)路。
在現(xiàn)有技術(shù)的管組件中，排列在圓柱形殼體中的管狀膜段在其末端互相連接形成無限的膜管。本發(fā)明的管組件不同于現(xiàn)有技術(shù)在于使圓柱形殼體的一端或兩端處一定數(shù)量的相鄰管狀膜段開口，使用所述U型互相連接管連接它們的末端，該U型互相連接管使用其開口端穿過分離加熱腔和該殼體的壁。被分離的進料混合物在加熱腔內(nèi)部通過U型互相連接管，在加熱腔處可供給所需要的熱量。從而使加熱腔起熱交換器的作用，其熱量，譬如通過蒸汽或其它熱傳遞介質(zhì)供給。
在本發(fā)明的管組件的優(yōu)選實施方案中，管狀膜段的一端或兩端被固定在有洞的板上。U型互相連接管的開口端穿過這些洞，當(dāng)然，是有密封的。沒有被連接至熱交換器的管狀膜段可在該殼體內(nèi)互相連接，或者，當(dāng)其被固定在端板的洞中時，通過端板中的相應(yīng)孔隙互相連接。
管組件的圓柱形殼體可由鋼或其他金屬制造或由塑料制造，配置相應(yīng)用于滲透物去除的開口。
用作熱交換器的加熱腔配置相應(yīng)用于熱傳遞介質(zhì)的流入和流出的開口。當(dāng)蒸汽用作熱傳遞介質(zhì)時，該加熱腔必須設(shè)計成具有分別抗溫度和壓力的能力，優(yōu)選由鋼制造。
在另一優(yōu)選實施方案中，作為熱交換器的加熱腔設(shè)置在圓柱形殼體的兩端。每個腔可配備用于溫度控制的裝置。當(dāng)加熱腔設(shè)置在圓柱形殼體的兩端時，至少一個腔必須具有用來使該管組件所處理的液體流入和流出的相應(yīng)管道。
在另一優(yōu)選實施方案中，加熱腔在一或兩端處構(gòu)成為可拆卸的裝置。這有利于在事故中更換損壞的管膜段。
本發(fā)明的管組件可用于所有類型的管狀膜，一方面用于具有支撐管的常規(guī)型，在該支撐管對滲透物有滲透性的情況下可使用，或者，當(dāng)該支撐管對滲透物沒有滲透性時，在該支撐管和管狀膜之間有另外多孔管的的情況下使用。在另一方面，優(yōu)選用于下述這種管狀膜，其中膜層、支撐層以及必要時附加的載體層構(gòu)成一個器件。對于按照全蒸發(fā)過程進行的液體混合物的分離，多層膜是優(yōu)選的，該多層膜包括至少兩層不同化學(xué)組成的層，必要時還有由無紡織物或紡織物制造的另外載體層。通常，這種多層或復(fù)合膜包括多孔基片，該基片主要是對膜(支撐層)的機械穩(wěn)定性起作用，以及位于該基片的頂部有一層不同化學(xué)特性的材料層，主要是對膜(分離層)的分離特性起作用。優(yōu)選由無紡織物或紡織物制造的另外載體層安裝在支撐層的下面。EP-B-0096339中公開了這種復(fù)合膜，它以平板形式用于分離難以通過蒸餾分離的液體混合物的全蒸發(fā)或蒸汽滲透或氣體分離過程中。這種平板膜在成形為管狀膜或撓性軟管之后，用于本發(fā)明的管組件優(yōu)選實施方案中。管狀膜的直徑范圍在4mm至50mm，優(yōu)選8mm至30mm，進一步證明12mm至25mm之間的直徑在實際應(yīng)用中尤其有用。
在具體實施方案中，管狀膜在制成后在外側(cè)包覆或包裝一層或幾層紡織物或無紡織物。這種管狀膜顯示足夠的抗壓性，且可在管組件中沒有另外的支撐管的情況下使用。


下面通過圖1和圖2對本發(fā)明加以說明，圖1顯示僅在一側(cè)具有一個加熱腔的本發(fā)明的組件，以及圖2顯示在兩側(cè)具有加熱腔的組件。
具體實施例方式
圖1中管組件101具有圓柱形殼體102，其中包含多個軸向排列并帶有管狀膜段104的支撐管103。在另一實施方案(未顯示)中，使用沒有支撐管的有足夠抗壓性的管狀膜段。圓柱形殼體102配置至少一個連接頭120，用于排出已通過膜的滲透物。
圖1中，在管組件101的一側(cè)，管狀膜段104的相應(yīng)一端105被固定在分離壁107的洞108中，并且通過連接器106連接至固定在分離壁107的洞108′中的第二管狀膜段104′的端部105′。在圖1中，連接器106是U型管，然而它還可是端板109中相應(yīng)的間隙。使用端板109中的這種間隙，可將幾個管狀膜段104連接。各自的密封(未顯示)放置在端板109和分離壁107之間。
在管組件101的另一端，放置一加熱腔110，加熱腔中有連接頭111、111′，用于熱傳遞介質(zhì)的流入和流出。管狀膜段104的一端112被固定在分離壁114的洞113中，并且通過U型連接管115連接至第二個管狀膜段104′，第二管狀隔膜段104′的端部112′固定至分離壁114的洞113′中。按照保證足夠的熱量輸入被分離的混合物中并通過U型連接關(guān)115的方式，設(shè)計U型連接管115的長度。U型連接管115本身可固定進端板117的洞116、116′中。然后，將各自的墊圈放置在端板117和分離壁114(未顯示)之間。穿過加熱腔110通向帶有連接頭119、119′的管道118、118′，用于被分離混合物的流入和流出。
圖2顯示依據(jù)本發(fā)明本發(fā)明的具有兩個加熱腔210a、210b的管組件201。管組件201的圓柱形殼體202包含許多軸向排列的帶有管狀膜段204的支撐管203。在另一個實施方案(未顯示)中，使用沒有支撐管的有足夠抗壓性的管膜段。管組件201的圓柱形殼體202配置至少一個連接頭220，用于排出通過膜的滲透物。每個管狀膜204被固定在分離壁207a、207b的洞208a、208b的兩端205a、205b。分離壁207a、207b中的每個洞208a、208b對應(yīng)于端板217a、217b中的洞213a、213b。U型連接管215a、215b固定在非面向分離壁207a、207b的側(cè)面的端板217a、217b中的洞213a、213b中，215a、215b各自連接端板217a、217b中的每兩個洞213a、213a′、213b、213b′，并從而連接管狀膜段204的每兩端205a、205a′、205b、205b′。
在分離壁207和端板217之間，必要時放置墊圈(未顯示)。U型連接管215a、215b適合于加熱腔210a、210b，該管道的長度由必須傳遞給被分離流體且通過連接管215a、215b的熱量確定。
加熱腔210a、210b配置有用于相應(yīng)于熱傳遞介質(zhì)的流入和流出的連接頭211a、211a′、211b、211b′。用于被分離混合物的流入和流出的具有連接頭19a、119a′的管道218a、218a′穿過至少一個加熱腔(圖2中的210a)。在具體實施方案中，這種連接頭119a、119a′可位于組件的兩側(cè)。
依據(jù)本發(fā)明的組件在工業(yè)應(yīng)用中顯示出明顯的優(yōu)勢。在全蒸發(fā)過程中用于液體混合物的分離時，依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)安裝在組件中的膜面積受到限制，因為必須要避免由于滲透物的蒸發(fā)導(dǎo)致的太大幅度的冷卻以及相應(yīng)的流量的大量減少。這種限制對本發(fā)明的組件是不存在的，因為被分離的液體混合物在通過管狀膜段的某一長度后在加熱腔中被重新加熱。因此，任何熱量損耗立即被補充；該膜在近乎恒定的高溫度和最適的高通量下工作。尤其在全蒸發(fā)過程中，這導(dǎo)致所需的膜面積的明顯減少和成本的下降。在分離組件和中間熱交換器之間的管道的省略導(dǎo)致成本進一步下降。在蒸汽滲透和氣體分離的過程中，避免了進料混合物的成分在膜表面濃縮出來，該濃縮可導(dǎo)致膜的堵塞和跨膜通量的降低。
權(quán)利要求
1.包括圓柱形殼體(102)的膜管組件，在其中多個管狀膜段(104)按軸向排列，必要時，所述管狀膜段在它們的末端(105、105′)連接，形成較長的管狀膜部分，其特征在于加熱腔(110)依附在圓柱形殼體(102)的一側(cè)或兩側(cè)上，所述加熱腔(110)包含U型連接管(115)，該U型連接管(115)的開口端穿過在加熱腔(110)和圓柱形殼體之間的分離壁(117、114)并且該U型連接管連接每兩個相鄰的開口管狀膜段(112、112′)，形成無限的管狀膜環(huán)路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的膜管組件，其特征在于管狀膜段的直徑為12mm至25mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的膜管組件，特征在于在外部使用一或多層紡織物或無紡織物包覆或包裝管狀膜段，具有改進的抗壓性且在組件內(nèi)不使用支撐管。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中之一的膜管組件，其特征在于采用適用于全蒸發(fā)過程復(fù)合管狀膜。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中之一的膜管組件，其特征在于在圓柱形殼體(102)的一側(cè)或兩側(cè)的加熱腔(210a、210b)被設(shè)計為可拆卸的單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的膜管組件用于在全蒸發(fā)過程中分離液體混合物的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及膜管組件，所述組件包括包含多個管狀膜部分(104)的圓柱形殼體(102)，該管狀膜部分(104)在軸向上延伸且在其端(105、105′)處互相連接、形成較長的管狀膜部分。所述圓柱形殼體(102)在其一側(cè)或兩側(cè)包括含有U型連接管(115)的可加熱腔(110)，該U型連接管(115)排列在腔體中且穿過在腔體(110)和殼體(102)之間的分離壁(117、114)，其兩個開口端分別連接兩個毗鄰開口管狀膜部分(112、112′)，形成一個膜的回路。
文檔編號B01D63/06GK1795041SQ200480014243
公開日2006年6月28日 申請日期2004年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月23日
發(fā)明者帕特里克·尼古拉斯·淮恩, 弗蘭克-克勞斯·馬格拉夫, 哈特姆特·布與史科 申請人:德國舒爾舍薄膜化工科技有限公司