本實(shí)用新型涉及膜技術(shù)，具體涉及氣體分離膜技術(shù)，尤其涉及一種用于氣體分離的中空纖維氣體分離膜組件。

背景技術(shù)：

氣體分離膜組件主要應(yīng)用于兩種或兩種以上不同氣體組分的分離，采用膜法進(jìn)行氣體分離具有工藝流程簡單、易于自動(dòng)化控制、運(yùn)行穩(wěn)定、低能耗、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，因此膜分離過程在諸多領(lǐng)域得到普及。

用于氣體分離的膜主要有中空纖維分離膜和平板分離膜。平板膜主要有卷式膜和疊片式膜兩種，是將具有規(guī)定過濾面積的膜片，每兩張膜片通過粘結(jié)劑或熱熔的方式密封形成一個(gè)膜袋，將一定數(shù)量的膜袋卷制或疊放在中心管上，裝填到膜外殼中形成膜組件，平板膜制造工藝簡單，抗污染性較好，主要應(yīng)用于中低壓的分離過程。中空纖維膜組件是將一定數(shù)量的中空纖維復(fù)合膜捆扎在一起，兩端以環(huán)氧樹脂澆鑄成具有一定結(jié)構(gòu)的封頭，裝填到膜外殼中形成膜組件，中空纖維分離膜具有高裝填面積，其裝填率可以達(dá)到平板膜的10倍以上，適用于高中低壓的分離過程。

目前中空纖維膜組件沒有流道設(shè)計(jì)，氣體在組件內(nèi)得不到合理的分配，降低了膜的分離效率，同時(shí)氣體流道的長度受膜組件外殼長度的限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有的中空纖維膜組件流道設(shè)計(jì)不合理，膜分離效率低下的問題，本實(shí)用新型旨在提供一種具有流道分配的中空纖維分離膜組件，以提高膜的分離效率，同時(shí)本實(shí)用新型還可以在有限長度的膜組件外殼內(nèi)提供較長的氣體流道。

本實(shí)用新型提供了一種中空纖維氣體分離膜組件，包括殼體、膜芯和分流組件；

所述的殼體由筒體和端蓋組成，筒體與兩側(cè)端蓋可拆卸連接；端蓋上設(shè)有進(jìn)氣口和排氣口；

所述的膜芯由中心管和膜絲束組成；膜芯設(shè)置于筒體內(nèi)，中空纖維膜絲的內(nèi)腔與兩側(cè)端蓋內(nèi)腔相通；中心管與兩側(cè)端蓋相交，并開口于其中之一的端蓋表面形成滲透氣連接口；

所述分流組件設(shè)置于中心管的兩端，端蓋內(nèi)側(cè)；其包括與中心管外徑相匹配的內(nèi)轂，套于中心管上，還包括與內(nèi)轂同軸設(shè)置的外轂，在內(nèi)轂外壁與外轂內(nèi)壁之間軸向設(shè)置n個(gè)隔板，將二者之間的腔體分割為n個(gè)扇區(qū)，兩側(cè)端蓋內(nèi)的對應(yīng)扇區(qū)Li和Ri經(jīng)膜絲束Si的內(nèi)腔連通，構(gòu)成膜組件的n_i流道，流道一端隔板上設(shè)置通孔，使相鄰流道首尾串行連通形成折返流道；i和n都是整數(shù)且i≤n；

膜芯兩端端頭分別設(shè)有一個(gè)用于膜絲束分區(qū)的分流組件，其與中心管兩端的分流組件具有相匹配的徑向截面。在上述本實(shí)用新型的中空纖維氣體分離膜組件中，所述的膜絲束是由由預(yù)設(shè)數(shù)量的中空纖維膜絲捆扎并經(jīng)灌膠封裝切割而成，使膜絲束兩端的膜絲內(nèi)腔與外界相通；其在分流組件的作用下被分為n個(gè)扇區(qū)，被分離氣體由進(jìn)氣口進(jìn)入膜組件，在扇區(qū)內(nèi)折流，中心管管壁與膜絲束重合的部分具孔，而延長于端蓋的部分不具孔，滲透氣通過中心管管壁上的孔進(jìn)入中心管并由滲透氣連接口收集，未透過氣在流道末端由端蓋上的排氣口排出，進(jìn)氣口和出氣口設(shè)置于同側(cè)端蓋或?qū)?cè)端蓋決定于流道的折流次數(shù)。

在上述本實(shí)用新型的中空纖維氣體分離膜組件中，所述膜芯兩端端頭的分流組件，在膜絲封頭時(shí)便嵌入膜絲中，并與另一套分流組件分別通過相應(yīng)形狀的密封墊密封連接，這樣不僅在兩端進(jìn)氣部分分區(qū)，更進(jìn)一步地使膜絲束分區(qū)，有利于分離。因氣體并不在此處設(shè)置的分流組件處折流，因此，此套分流組件的隔板上可不設(shè)置通孔。

在上述本實(shí)用新型的中空纖維氣體分離膜組件中，作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述端蓋以螺栓或快裝卡箍方式可拆卸地連接于筒體上。

在上述本實(shí)用新型的中空纖維氣體分離膜組件中，作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述膜組件中還設(shè)置有必要的密封裝置，如“O”型密封圈、密封墊等，為了防止氣體泄漏或串混，此為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的技術(shù)，在此不再贅述。

在上述本實(shí)用新型的中空纖維氣體分離膜組件中，作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的n是2～10的整數(shù)；n優(yōu)選2～6的整數(shù)。

在上述本實(shí)用新型的中空纖維氣體分離膜組件中，作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的與進(jìn)氣口對應(yīng)的扇區(qū)為第1扇區(qū)，角度為β₁；沿同一方向第i個(gè)扇區(qū)角度設(shè)置為β_i，β₁+β₂+……+β_i＝360°，β_i/β_i+1＝1.0～1.5；優(yōu)選β_i/β_i+1＝1.1-1.3。

在上述本實(shí)用新型的中空纖維氣體分離膜組件中，作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的膜芯的長度為500～4000mm，優(yōu)選500～2000mm；外徑為50～300mm，優(yōu)選100～200mm。

在上述本實(shí)用新型的中空纖維氣體分離膜組件中，作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的膜芯由中空纖維復(fù)合膜膜絲裝填而成，所述膜絲包括中空纖維支撐層和復(fù)合分離層。所述的復(fù)合分離層在中空纖維復(fù)合膜膜絲的外表面或內(nèi)表面。

在上述本實(shí)用新型的中空纖維氣體分離膜組件中，所述的中空纖維支撐層的制備原料選自：醋酸纖維素(cellulose acetates)，纖維素衍生物(cellulosic derivatives)，硝酸纖維素(cellulose nitrates)，乙基纖維素(ethyl cellulose)，聚酰胺(polyamides)，聚酰亞胺(polyimides)，聚酯(polyester)，聚碳酸酯(polycarbonates)，共聚碳酸酯(copolycarbonate ester)，聚(多)醚(polyether)，聚醚酮(polyetherketones)，聚醚酰亞胺(polyetherimides)，聚醚砜(polyethersulfones)，聚砜(polysulfones)，聚苯并咪唑(polybenzimidazoles)，聚丙烯腈(polyacrylonitrile)，聚乙烯醇(polyvinylalcohol)，聚氯乙烯(polyvinylchloride)，聚偶氮芳烴(polyazoaromatics)，聚苯醚/聚亞苯基氧/聚2,6-二甲基-1,4-苯醚(polyphenylene oxide)/poly(2,6-dimethylphenylene oxide)，聚脲(polyureas)，聚氨基甲酸乙酯(polyurethanes)，聚酰肼(polyhydrazides)，聚偶氮甲堿/聚甲亞胺(polyazomethines)，聚(縮)醛(樹脂)(polyacetals)，苯乙烯－丙稀腈共聚物(styrene-acrylonitrile copolymers)，溴代聚二甲苯醚(brominated poly(xylene oxide))，磺化聚二甲苯醚(sulfonated poly(xylene oxide))，四鹵代聚碳酸酯(tetrahalogen-substituted polycarbonates)，四鹵代聚酯(tetrahalogen-substituted polyesters)，聚酰胺亞胺(polyamideimides)，聚酰亞胺酯(polyimide esters)，聚醚砜酮(PPESK)/二氮雜萘聯(lián)苯型聚芳醚砜酮(poly(phthalazine ether sulfone ketone))，磺化聚醚砜酮(PPESK)/磺化二氮雜萘聯(lián)苯型聚芳醚砜酮(sulfonated poly(phthalazine ether sulfone ketone))等以及材料之間的共混與改性。

在上述本實(shí)用新型的中空纖維氣體分離膜組件中，所述的復(fù)合分離層的制備原料選自：聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane)，聚硅氧烷(polysiloxanes)，硅橡膠(silicone rubbers)，天然橡膠(nature rubbers)，乙烷－丙稀(二烯)橡膠(ethane-propene(diene)rubbers),丁二烯腈橡膠(nitrile butadiene rubbers),聚乙烯醇(polyvinylalcohol),聚氧化二甲苯(polyphenylene oxide)，聚氧乙烯(polyethylene oxide)，多炔(polyacetylenes)，聚4－甲基戊烯(poly(4-methylpentene))，聚三甲基硅丙炔poly(trimethylsilylpropyne),聚乙烯基三甲基硅烷poly(vinyltrimethylsilane)，聚亞胺酯(polyurethanes)，聚醚氨酯(polyetherurethanes)PEU，聚醚嵌段酰胺(Polyether block amide)和全氟聚合物(perfluorinated polymer)等。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的中空纖維氣體分離膜組件將流道分為n個(gè)扇區(qū)，使得每個(gè)扇區(qū)成為一個(gè)膜分離單元，通過分流組件實(shí)現(xiàn)氣體在各膜單元之間的折流，膜分離單元的數(shù)量及分配比例可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明的膜組件設(shè)計(jì)突破了傳統(tǒng)的膜組件氣體流道受膜組件外殼長度的限制問題，延長了氣體流道，提高了膜分離效率。

附圖說明

圖1.二次折流中空纖維氣體分離膜組件的剖面示意圖；

圖2.圖1中整個(gè)膜組件的左視圖；

圖3.圖1中整個(gè)膜組件的右視圖；

圖4.(a)是圖1中的分流組件在A-A’位置的截面示意圖；(b)是(a)中沿C-C’的截面示意圖；

圖5.(a)是圖1中的分流組件在B-B’位置的截面示意圖；(b)是(a)中沿D-D’的截面示意圖；

圖6.五次折流中空纖維氣體分離膜組件的剖面示意圖；

圖7.圖6的左視圖；

圖8.圖6中的分流組件在E-E’位置的截面示意圖；

圖9.圖6中的分流組件在F-F’位置的截面示意圖；

其中，100.膜芯，101.中心管，102.膜絲束，200.殼體，201.筒體，202.端蓋，203.端蓋，204.進(jìn)氣口，205.排氣口，206.滲透氣連接口，300.分流組件，310.內(nèi)轂，320.隔板，330.外轂，340.通孔。

具體實(shí)施方式

下述非限制性實(shí)施例用于對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)當(dāng)理解為對發(fā)明內(nèi)容任意形式的限定。

實(shí)施例1

二次折流中空纖維氣體分離膜組件，其具有3個(gè)流道，膜組件的剖面示意圖如圖1所示，所述膜組件包括殼體200、模芯100和分流組件300；所述的殼體200由筒體201和端蓋202，203組成，筒體201與兩側(cè)端蓋202，203以快裝卡箍方式可拆卸連接；端蓋202上設(shè)有進(jìn)氣口204，端蓋203上設(shè)有排氣口205；如圖2和圖3 所示；膜芯100設(shè)置于筒體201內(nèi)，模芯100由中心管101和膜絲束102組成；膜絲束102由中空纖維膜絲捆扎并經(jīng)灌膠封裝后切割而成，膜絲束兩端的膜絲內(nèi)腔與外界相通；中心管101與兩側(cè)端蓋202，203相交，并開口于端蓋202表面形成滲透氣連接口206；中心管101的中段與膜絲束重合部分的管壁上具孔，其兩端延伸至端蓋的部分不具孔。

在中心管的兩端，端蓋內(nèi)側(cè)分別設(shè)置有分流組件300，其包括與中心管101外徑相匹配的內(nèi)轂310，套于中心管101上，其還設(shè)置與內(nèi)轂310同軸的外轂330，在內(nèi)轂310外壁與外轂330內(nèi)壁之間軸向設(shè)置3個(gè)隔板320，將二者之間的腔體分割為3個(gè)扇區(qū)，兩側(cè)端蓋內(nèi)的對應(yīng)扇區(qū)Li和Ri經(jīng)膜絲束Si的內(nèi)腔連通，構(gòu)成膜組件的n_i流道，即左側(cè)端蓋內(nèi)的空腔被分為3個(gè)扇區(qū)，分別為L1、L2和L3，右側(cè)端蓋內(nèi)的空腔被分為3個(gè)扇區(qū)，分別為R1、R2和R3，如圖4和圖5所示，圖4為即左側(cè)的分流組件300的橫切面示意圖，圖5為右側(cè)的分流組件300的橫切面示意圖；扇區(qū)L1經(jīng)過絲束S1與R1聯(lián)通成為n₁流道，n₂和n₃流道也以同樣的方式分別與兩端對應(yīng)的扇區(qū)連通，隔板320上設(shè)置通孔340，使相鄰流道首尾串行連通形成折返流道。

在上述膜組件中，各扇區(qū)的角度β_i/β_i+1＝1.15，膜芯100的長度為960mm，外徑為190mm。膜組件中還包括必要的密封裝置，如在模芯100與筒體201、分流組件300與筒體201及端蓋202，203之間均設(shè)置密封圈或密封墊，以避免氣體串混和泄露，使其更好地分離。

采用本發(fā)明的中空纖維氣體分離膜組件進(jìn)行氣體分離時(shí)，被分離氣體由進(jìn)氣口204進(jìn)入n₁流道，流至非進(jìn)氣側(cè)，非進(jìn)氣側(cè)的分流組件上(圖5)由R1到R2扇區(qū)的隔板上設(shè)置通孔340，氣體由此進(jìn)入n₂流道并折回流至進(jìn)氣側(cè)，進(jìn)氣側(cè)的分流組件上(圖4)由R2到R3的流道隔板上也設(shè)置通孔340，氣體進(jìn)入n₃流道折回至非進(jìn)氣側(cè)，由端蓋203上的排氣口205排出，此過程中的滲透氣通過中心管壁上的孔進(jìn)入中心管內(nèi)部，并由滲透氣連接口206收集。

實(shí)施例2

五次折流中空纖維氣體分離膜組件，其具有6個(gè)流道，膜組件的剖面示意圖如圖6所示，所述膜組件包括殼體200、模芯100和分流組件300；所述的殼體200由筒體201和端蓋202，203組成，筒體201與兩側(cè)端蓋202，203以快裝卡箍方式可拆卸連接；端蓋202上設(shè)有進(jìn)氣口204和排氣口205；膜芯100設(shè)置于筒體201內(nèi)，模芯100由中心管101和膜絲束102組成；膜絲束102由中空纖維膜絲捆扎并經(jīng)灌膠封裝后切割而成，膜絲束兩端的膜絲內(nèi)腔與外界相通；中心管101與兩側(cè)端蓋202，203相交，并開口于端蓋202表面形成滲透氣連接口206，如圖7所示；中心管101的中段與膜絲束重合部分的管壁上具孔，其兩端延伸至端蓋的部分不具孔。

在中心管的兩端，端蓋內(nèi)側(cè)分別設(shè)置有分流組件300，其包括與中心管101外徑相匹配的內(nèi)轂310，套于中心管101上，其還設(shè)置與內(nèi)轂310同軸的外轂330，在內(nèi)轂310外壁與外轂330內(nèi)壁之間軸向設(shè)置6個(gè)隔板320，將二者之間的腔體分割為6個(gè)扇區(qū)，兩側(cè)端蓋內(nèi)的對應(yīng)扇區(qū)Li和Ri經(jīng)膜絲束Si的內(nèi)腔連通，構(gòu)成膜組件的n_i流道，即左側(cè)端蓋內(nèi)的空腔被分為6個(gè)扇區(qū)，分別為L1、L2、L3、L4、L5和L6，右側(cè)端蓋內(nèi)的空腔被分為6個(gè)扇區(qū)，分別為R1、R2、R3、R4、R5和R6，如圖8和圖9所示，圖8為即左側(cè)的分流組件300的橫切面示意圖，圖9為右側(cè)的分流組件300的橫切面示意圖；扇區(qū)L1經(jīng)過絲束S1與R1聯(lián)通成為n₁流道，n₂、n₃、n₄、n₅和n₆流道也以同樣的方式分別與兩端對應(yīng)的扇區(qū)連通，隔板320上設(shè)置通孔340，使相鄰流道首尾串行連通形成折返流道。

上述膜組件中，在模芯100的兩端端頭上還分別設(shè)置一個(gè)用于膜絲束分區(qū)的分流組件，其與另外兩個(gè)分流組件300具有相匹配的徑向截面，在膜絲封頭時(shí)便嵌入膜絲中，并與另一套分流組件分別通過相應(yīng)形狀的密封墊密封連接，這樣不僅在兩端進(jìn)氣部分分區(qū)，更進(jìn)一步地使膜絲束分區(qū)，有利于分離。此套分流組件的隔板上不設(shè)置通孔。

在上述膜組件中，各扇區(qū)的角度β_i/β_i+1＝1.15；膜芯100的長度為960mm，外徑為190mm。膜組件中還包括必要的密封裝置，如在模芯100與筒體201、分流組件300與筒體201及端蓋202，203之間均設(shè)置密封圈或密封墊，以避免氣體串混和泄露，使其更好地分離。

采用此中空纖維氣體分離膜組件進(jìn)行氣體分離時(shí)，被分離氣體由進(jìn)氣口204進(jìn)入n₁流道，流至非進(jìn)氣側(cè)，非進(jìn)氣側(cè)的分流組件上(圖9)由R1到R2扇區(qū)的隔板上設(shè)置通孔340，氣體由此進(jìn)入n₂流道并折回流至進(jìn)氣側(cè)，進(jìn)氣側(cè)的分流組件上(圖8)由R2到R3扇區(qū)的隔板上也設(shè)置通孔340，氣體進(jìn)入n₃流道又折回至非進(jìn)氣側(cè)，如此反復(fù)，最后由端蓋203上的排氣口205排出，此過程中的滲透氣通過中心管壁上的孔進(jìn)入中心管內(nèi)部，并由滲透氣連接口206收集。

以上所述實(shí)施例，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施的幾種方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。