專利名稱：管式膜擦洗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及管式膜的清洗，具體為一種管式膜擦洗裝置。
背景技術(shù)：
膜分離技術(shù)是以選擇性透過膜為分離介質(zhì)，當(dāng)膜的兩側(cè)存在壓力差時，原料 側(cè)組分就會選擇性透過膜，從而實現(xiàn)原料液不同組分的分離、濃縮和提純的目的。 人類對于膜的認(rèn)識和研究具有悠久的歷史，法國的Nelkt于1748年就發(fā)現(xiàn)能自發(fā) 地通過膜擴散的膜分離現(xiàn)象。19世紀(jì)發(fā)現(xiàn)天然橡膠對氣體有不同的透過率，因此 提出了用多孔膜分離混合氣體、分離細(xì)菌、蛋白、膠體和極細(xì)粒子的超過濾概念。 l挑4年Traube成功地研制出亞鐵氰化銅膜，這是人類歷史上第一片人造膜，但直 到20世紀(jì)30年代人們才開始系統(tǒng)研究膜分離技術(shù)。自從20世紀(jì)60年代Loeb和 Sourirajan研制成功的醋酸纖維素膜之后，膜分離技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用獲得了突破性 的發(fā)展。膜分離技術(shù)具有無相變、能耗低、效率高、適用范圍廣、操作穩(wěn)定、不 產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點。因此，目前膜分離技術(shù)在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。如海 水淡化、食品飲料、石油化工、生物醫(yī)藥、環(huán)保等。膜污染是膜分離過程中普遍存在的現(xiàn)象。在膜分離過程中，由于處理物料中 的微粒、膠體粒子或溶質(zhì)大分子由于與膜存在物理化學(xué)相互作用或機械作用，從 而引起的在膜表面或膜孔內(nèi)吸附、沉積造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn)生透過流 量與分離特性的不可逆變化，導(dǎo)致膜污染，被污染的膜必須清洗，以恢復(fù)其性能。 目前膜清洗的主要方法有物理清洗和化學(xué)清洗。化學(xué)清洗是在水流中加入某種合適的化學(xué)藥劑，如酸(硝酸、鹽酸、磷酸、檸 檬酸等)、堿(燒堿、氨水等)、螯合劑(如EDTA、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉 等)、表面活性劑以及酶等，進(jìn)行連續(xù)循環(huán)清洗?；瘜W(xué)清洗存在清洗效率低、化學(xué) 清洗劑殘留等問題。物理清洗通常是利用高流速的水流沖洗膜表面以及利用水流在膜的滲透側(cè)反 向清洗或反向沖洗。有時為了增強沖洗效果，在水流沖洗的同時也有向水流中鼓 氣，增加超聲波、電場、海綿球、機械振動等增強水流擾動的手段，增加超聲波、 電場的手段，由于存在工業(yè)化放大困難的問題，這些方法僅局限于實驗研究，向
水流中鼓氣和增加機械振動的手段只是部分增加了水流的擾動，存在清洗效率不 高的問題。海綿球清洗由于需要通過膜元件流道，因此一般只有管式膜才能使用， 目前使用的管式膜海綿球清洗方法， 一般所選用的海綿球直徑都小于管式膜流道 直徑，并且清洗過程只是海綿球一次性通過管式膜的流道，增加水流擾動的效應(yīng) 是主要的，擦洗的效應(yīng)是次要的，因此清洗效率低?！兑环N利用軟質(zhì)球形顆粒進(jìn)行膜清洗的系統(tǒng)及其清洗方法》的專利申請(申請?zhí)?3120999.8)和《一種有效 的膜清洗方法——海綿球管式膜清洗系統(tǒng)研究》(劉恩華等，《膜科學(xué)與技術(shù)》23 巻第6期)介紹了一種海綿球循環(huán)清洗的方法，其具體特點是>通過在管式膜工藝流程中增加了 "清洗供應(yīng)流路"、專門的"小球循環(huán)器" 實現(xiàn)海綿球的循環(huán)清洗；>專門的"小球循環(huán)器"由"上容器"和"下容器"構(gòu)成；>為了實現(xiàn)海綿球的循環(huán)，需要在"下容器"產(chǎn)生負(fù)壓；>該專利說明書的具體實施方式
中說明了使用的海綿球直徑為6-7mm,但是沒有說明所使用官式膜流道直徑，所以不知道海綿球直徑是否大于管式膜流道直徑。 該方法存在以下不足>在流程中增加了 "清洗供應(yīng)流路"、專門的"小球循環(huán)器"，因此使系統(tǒng) 流程變得復(fù)雜；>為了實現(xiàn)海綿球的循環(huán)，需要在"下容器"產(chǎn)生負(fù)壓。眾所周知，在液 體流動過程中，存在沿程阻力損失，因此為了使"下容器"產(chǎn)生對"上 容器"的負(fù)壓，"下容器"必須通過特殊的設(shè)計或特殊裝置才能實現(xiàn)，這只會導(dǎo)致系統(tǒng)工藝更加復(fù)雜，不利于大規(guī)模工業(yè)化使用；>對海綿球的密度有特別要求，清洗后膜通量的恢復(fù)效果還有待提高。發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的問題是現(xiàn)有對管式膜的清洗不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求， 需要一種結(jié)構(gòu)簡單，適于大規(guī)模工業(yè)化，清洗效果好的管式膜清洗裝置。本實用新型的技術(shù)方案是管式膜擦洗裝置，包括循環(huán)罐、料液供應(yīng)通道、 管式膜、料液回流通道，還設(shè)有液體換向器、擦洗球和兩個擦洗球收放器，兩個 擦洗球收放器分別設(shè)置于管式膜的流道進(jìn)/出口處，料液供應(yīng)通道、料液回流通道 連接循環(huán)罐與液體換向器，液體換向器、擦洗球收放器、管式膜的流道和另一擦路，擦洗球設(shè)置在兩個擦洗球收放器之間。循環(huán)罐中的料液經(jīng)料液供應(yīng)通道流入液體換向器，再依次流經(jīng)擦洗球收放器、 管式膜的流道和另一擦洗球收放器，擦洗球隨料液從一個擦洗球收放器通過管式 膜到另一個擦洗球收放器，液體換向器可改變管式膜中液體流向，擦洗球隨液體 流向的改變在兩擦洗球收放器之間運動，料液最后經(jīng)料液回流通道回流至循環(huán)罐。 本實用新型還將物理清洗和化學(xué)清洗結(jié)合起來，還設(shè)有清洗罐、清洗液供應(yīng) 通道和清洗液回流通道，清洗液供應(yīng)通道、清洗液回流通道連接清洗罐與液體換 向器，清洗罐中的清洗液經(jīng)清洗液供應(yīng)通道流入液體換向器，再依次流經(jīng)擦洗球 收放器、管式膜的流道和另一擦洗球收放器，擦洗球隨清洗液從一個擦洗球收放 器通過管式膜到另一個擦洗球收放器，液體換向器可改變管式膜中液體流向，擦 洗球隨液體流向的改變在兩擦洗球收放器之間運動，清洗液最后經(jīng)清洗液回流通 道回流至清洗循環(huán)罐。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，本實用新型使用的擦洗球直徑不小于管式膜流道直徑， 且擦洗球在液體壓力下能通過管式膜流道。選用比較柔軟的擦洗球，如海綿球、 橡膠球或者纖維球等，利用液體的推動力，推動擦洗球通過管式膜的流道，依靠 擦洗球與管式膜表面之間的摩擦力，將膜表面的污垢清洗下來，從而達(dá)到恢復(fù)膜 通量的目的。在液體換向器的作用下，管式膜中的液體流向可以改變，擦洗球隨 液體流向在兩擦洗球收放器之間往復(fù)運動，可以達(dá)到良好的擦洗效果，并且操作 簡便。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)過程中也可進(jìn)行管式膜的清洗，利用擦洗球反復(fù) 對管式膜擦洗的方式，可以達(dá)到90%以上的膜通量恢復(fù)，并且可以自由選擇對管 式膜物理清洗或化學(xué)清洗，或者物理清洗與化學(xué)清洗相結(jié)合，滿足不同的使用需 求。


圖l為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型液體換向器的示意圖。圖3為本實用新型擦洗球收放器的示意圖。圖4為本實用新型選用海綿球做擦洗球，其直徑對管式膜清洗效果的曲線圖。 圖5為管式膜清洗使用堿洗和海綿球擦洗+堿洗的清洗效果曲線圖。 圖6為管式膜清洗使用酸洗和海綿球擦洗+酸洗的清洗效果曲線圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式
說明本實用新型。如圖1所示，系統(tǒng)包括循環(huán)罐1,清洗罐4，料液供應(yīng)通道3，清洗液供應(yīng) 通道6，循環(huán)泵7，液體換向器14，擦洗球收放器18、 27，管式膜25，料液回流 通道34，清洗液回流通道32以及配套的閥2、 5、 33、 35,壓力計8、 31，流量計 9、 30，和溫度計IO。圖2為液體換向器14的結(jié)構(gòu)示意圖，液體換向器14設(shè)置有進(jìn)口 11、出口29 以及液流通道17、液流通道28，進(jìn)口 11、液流通道17、出口29以及液流通道28 之間分別由閥15、閥16、閥13和閥12隔離開。循環(huán)罐1通過閥2和料液供應(yīng)通道3與循環(huán)泵7相連接，清洗罐4通過閥5和 清洗液供應(yīng)通道6與循環(huán)泵7相連接；循環(huán)泵7提供動力促使液體(料液或清洗 液)流動，經(jīng)過壓力計8，流量計9和溫度計10，從液體換向器進(jìn)口 ll流入液體 換向器器14,液體換向器14如圖2所示，液體換向器14通過液流通道17、 28分 別連接擦洗球收放器18、 27，再與管式膜的流道進(jìn)/出口相連；液體換向器14的 出口29經(jīng)過壓力計31，流量計30和閥35，連接料液回流通道34，料液回流通道 34連接循環(huán)罐1;清洗罐4通過清洗回流通道32、閥33與液體換向器14的出口 29相連接。圖3為本實用新型的擦洗球收放器示意圖，擦洗球收放器進(jìn)口 36與液體換向 器14的液流通道17或液流通道28相連接，擦洗球收放器出口 37與管式膜的流 道進(jìn)/出口相連接，隔離網(wǎng)38阻擋擦洗球從擦洗球收放器的進(jìn)口 36流出，使擦洗 球只在兩擦洗球收放器之間運動，擦洗球投放/排出口 39設(shè)在擦洗球收放器上， 位于隔離網(wǎng)38與出口37之間，便于投加、取出擦洗球。清洗過程 (1)在系統(tǒng)正常生產(chǎn)過程中循環(huán)罐1中存有膜分離系統(tǒng)生產(chǎn)所需要的料液，生產(chǎn)時，與清洗罐4相連接的 閥5、 33關(guān)閉，循環(huán)罐1底部的閥2打開，料液經(jīng)過料液供應(yīng)通道3進(jìn)入循環(huán)泵7, 然后經(jīng)過液體換向器進(jìn)口 11進(jìn)入液體換向器14，此時液體換向器14的閥12、 16 開，閥13、 15關(guān)，因此料液經(jīng)過閥12進(jìn)入液流通道28，然后經(jīng)過擦洗球收放器 27進(jìn)入管式膜25的流道，在循環(huán)泵7提供的壓力作用下，部分料液透過膜進(jìn)入管 式膜滲透側(cè)，經(jīng)膜滲透液出口26流出管式膜系統(tǒng)，剩余的料液經(jīng)過擦洗球收放器
18進(jìn)入液流通道17，經(jīng)過閥16進(jìn)入液體換向器出口 29，最后經(jīng)閥35和料液回流 通道34回到循環(huán)罐i。如此不斷循環(huán)，實現(xiàn)管式膜系統(tǒng)正常生產(chǎn)。當(dāng)在生產(chǎn)過程中需要實現(xiàn)擦洗時，可以通過擦洗球收放器18、 27的擦洗球投 放/排出口 39處投加擦洗球，如海綿球，在液流的推動下，海綿球被液流沖到擦 洗球收放器18的隔離網(wǎng)38處被截留下來，而液體則能無障礙通過隔離網(wǎng)，此時 將液體換向器14的閥12、 16關(guān)閉，閥13、 15打開，則進(jìn)入管式膜流道的液流方 向發(fā)生改變，料液經(jīng)過閥15和液流通道17進(jìn)入擦洗球收放器18，海綿球在液流 的推動下進(jìn)入管式膜25流道，由于海綿球直徑不小于管式膜流道直徑，同時由于 海綿球柔軟有彈性，在液流作用下可以根據(jù)通道的狀況發(fā)生變形，在經(jīng)過管式膜 流道時擦洗管式膜25表面，當(dāng)海綿球到達(dá)管式膜25另一端的擦洗球收放器27， 由于隔離網(wǎng)38將海綿球截留下來，而液流繼續(xù)通過隔離網(wǎng)進(jìn)入液流通道28、液體 換向器14的出口29回到循環(huán)罐1，如此就實現(xiàn)一次擦洗。反復(fù)切換閥12、 16和 閥13、 15的開關(guān)狀態(tài)，改變管式膜流道內(nèi)的液體流向，使擦洗球隨液流在管式膜 流道內(nèi)來回往復(fù)運動，就可以實現(xiàn)反復(fù)擦洗管式膜的膜表面。 (2)在系統(tǒng)清洗過程中清洗罐4中放置清洗液，也可以是水，清洗時，關(guān)閉循環(huán)罐1兩端的閥2、 35， 打開清洗罐4底部的閥5，清洗液經(jīng)過清洗液供應(yīng)通道6進(jìn)入循環(huán)泵7,然后經(jīng)過 液體換向器進(jìn)口 11進(jìn)入液體換向器14，此時液體換向器14的閥12、 16開，閥 13、 15關(guān)閉，因此清洗液經(jīng)過閥12進(jìn)入液流通道28，然后經(jīng)過擦洗球收放器27 進(jìn)入管式膜25的流道，在循環(huán)液流的作用下，選用的海綿球停留在擦洗球收放器 18的隔離網(wǎng)38處，而液流繼續(xù)無障礙通過隔離網(wǎng)進(jìn)入液流通道17、液體換向器 14的出口 29、閥33和清洗液回流通道34回到清洗罐4。此時切換液體換向器的 閥，將液體換向器14的閥12、 16關(guān)閉，閥13、 15打開，則進(jìn)入管式膜流道的液 流方向發(fā)生改變，經(jīng)過閥15和液流通道17進(jìn)入擦洗球收放器18，海綿球在液流 的推動下進(jìn)入管式膜25流道，由于海綿球直徑不小于管式膜流道直徑，同時由于 海綿球柔軟有彈性，在液流作用下可以根據(jù)通道的狀況發(fā)生變形，在經(jīng)過管式膜 流道時擦洗管式膜25表面，當(dāng)海綿球到達(dá)管式膜25另一端的擦洗球收放器27, 由于隔離網(wǎng)38將海綿球截留下來，而液流繼續(xù)通過隔離網(wǎng)進(jìn)入液流通道28、液體 換向器14的出口29回到清洗罐4，如此就實現(xiàn)一次擦洗。反復(fù)切換閥12、 16和 閥13、 15的開關(guān)狀態(tài)，改變管式膜流道內(nèi)的液體流向，使擦洗球隨液流在管式膜 流道內(nèi)來回往復(fù)運動，就可以實現(xiàn)反復(fù)擦洗管式膜的膜表面。針對管式膜的污垢
選用相應(yīng)的清洗液，結(jié)合海綿球的擦洗，可以快速有效的恢復(fù)管式膜的膜通量。本實用新型使用的擦洗球直徑不小于管式膜流道直徑，適當(dāng)增大擦洗球直徑有 利于增強擦洗效果，圖4是選用海綿球做擦洗球，其直徑對管式膜清洗效果的曲 線圖。管式膜流道直徑12mm，海綿球直徑①球10醒，②球12mra，③球15mm， 球17mm，在膜清洗設(shè)備中加入軟水，在循環(huán)壓力4bar，溫度48土2。C條件下 恒溫循環(huán)15分鐘后，依次使用不同直徑海綿球進(jìn)行清洗數(shù)次后，計算通量并分析 其變化。在清洗過程中，由于④球堵塞在管式流道中，無法通過，其他直徑海綿 球都能通過管式膜起到擦洗作用，從圖4可看出，除了④球之外，不同直徑海綿 球?qū)δね烤胁煌潭鹊奶岣?，從擦洗效果看③球〉②球〉①球。因此，在?夠通過的條件下，擦洗效果隨著海綿球直徑的增加而增加。圖5和圖6是化學(xué)清洗和海綿球擦洗+化學(xué)清洗的清洗效果曲線圖?；瘜W(xué)清洗一般是采用酸、堿配置清洗液對污染膜進(jìn)行循環(huán)沖洗。選用兩支相 同規(guī)格被污染的管式膜，分別采用酸、堿化學(xué)清洗、海綿球擦洗+化學(xué)清洗的方法， 在循環(huán)壓力4bar，溫度48土2'C條件下恒溫循環(huán)清洗。膜通量的測量海綿球每擦洗一次膜表面后測量膜通量，同時采集使用化學(xué) 清洗膜的通量以比較清洗效果。從圖5中可以看出，純粹的堿洗對膜通量沒有明顯改善，海綿球擦洗+堿洗則 將膜通量從9L/m2h提高到了 37. lL/m2h，提高了 4倍多。從圖6中可以看出，純粹的酸洗對膜通量恢復(fù)只是略有改善，海綿球擦洗+酸 洗的效果好于純粹酸洗，但效果不如堿洗。因此，根據(jù)污垢選擇合適的清洗劑， 再增加海綿球擦洗工藝將明顯提高清洗效率。
權(quán)利要求1、管式膜擦洗裝置，包括循環(huán)罐、料液供應(yīng)通道、管式膜、料液回流通道，其特征是還設(shè)有液體換向器、擦洗球和兩個擦洗球收放器，兩個擦洗球收放器分別設(shè)置于管式膜的流道進(jìn)/出口處，料液供應(yīng)通道、料液回流通道連接循環(huán)罐與液體換向器，液體換向器、擦洗球收放器、管式膜的流道和另一擦洗球收放器連接成一環(huán)形通路，擦洗球設(shè)置在兩個擦洗球收放器之間。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管式膜擦洗裝置，其特征是還設(shè)有清洗罐、清洗液 供應(yīng)通道和清洗液回流通道，清洗液供應(yīng)通道、清洗液回流通道連接清洗罐與液 體換向器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的管式膜擦洗裝置，其特征是擦洗球直徑不小于 管式膜流道直徑，且擦洗球在液體壓力下能通過管式膜流道。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的管式膜擦洗裝置，其特征是擦洗球收放器包括 進(jìn)口、出口、隔離網(wǎng)和擦洗球投放/排出口，擦洗球收放器的進(jìn)口與液體換向器的 液流通道相連接，出口與管式膜的流道進(jìn)/出口相連接，隔離網(wǎng)設(shè)在進(jìn)口與出口之 間，阻擋擦洗球從擦洗球收放器的進(jìn)口流出，擦洗球投放/排出口設(shè)在擦洗球收放 器上，位于隔離網(wǎng)與出口之間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的管式膜擦洗裝置，其特征是擦洗球收放器包括進(jìn)口、 出口、隔離網(wǎng)和擦洗球投放/排出口，擦洗球收放器的進(jìn)口與液體換向器的液流通 道相連接，出口與管式膜的流道進(jìn)/出口相連接，隔離網(wǎng)設(shè)在進(jìn)口與出口之間，阻 擋擦洗球從擦洗球收放器的進(jìn)口流出，擦洗球投放/排出口設(shè)在擦洗球收放器上， 位于隔離網(wǎng)與出口之間。
專利摘要管式膜擦洗裝置，包括循環(huán)罐、料液供應(yīng)通道、管式膜、料液回流通道、清洗罐、清洗液供應(yīng)通道和清洗液回流通道，還設(shè)有液體換向器、擦洗球和兩個擦洗球收放器，兩個擦洗球收放器分別設(shè)置于管式膜的流道進(jìn)/出口處，液體換向器可改變管式膜中液體流向，擦洗球隨液體流向的改變在兩擦洗球收放器之間運動，擦洗球直徑不小于管式膜流道直徑，且擦洗球在液體壓力下能通過管式膜流道。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)過程中也可進(jìn)行管式膜的清洗，利用擦洗球反復(fù)對管式膜擦洗的方式，可以達(dá)到90％以上的膜通量恢復(fù)，并且可以自由選擇對管式膜物理清洗或化學(xué)清洗，或者物理清洗與化學(xué)清洗相結(jié)合，滿足不同的使用需求。
文檔編號B01D65/00GK201214050SQ20082003442
公開日2009年4月1日 申請日期2008年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月24日
發(fā)明者云金明, 王懷林 申請人:南京凱米科技有限公司