用于流體膜分離裝置的構(gòu)造
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明整體涉及流體膜分離裝置的構(gòu)造。
【背景技術(shù)】
[0002] 流體膜裝置包括膜組件，該膜組件一般分為三類：管式膜、中空纖維膜和平片多孔 膜。平片多孔膜組件可裝配在褶式濾筒、螺旋卷式組件或板框式構(gòu)形中。板框式平片膜組 件通常比其他類型的膜組件更容易清潔。
[0003] 支撐片材可用于保持兩張平片膜之間的空間，以提供通過連接到平片膜組件的歧 管到達或來自膜組件之間的空間的流體輸送。支撐片材的形式可以是包括流動通道的可透 過的網(wǎng)、紙網(wǎng)、非織造或織造纖維基材料、波紋聚合物膜或擠出的聚合物片材。
[0004] 網(wǎng)式墊片在市售的過濾膜組件中扮演雙重角色，諸如錯流過濾或反滲透分離設 備。這種墊片不僅使相鄰膜層分開，以便于在其間形成進料通道，而且還促進膜表面附近 流體元的渦流，以保持膜表面相對干凈。這種墊片是市售的，例如德星技術(shù)公司（Delstar Technologies, Inc.)生產(chǎn)的名稱為"DELNET"和"NALTEX"的非織造和織造網(wǎng)眼織物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的替代膜構(gòu)造可具有（除了別的以外）改進的性能并且/或者制造或使用 成本較低。例如，需要一種膜分離組件，此組件具有改善的抗阻塞性和/或改善的所需成分 跨可選擇性透過膜的質(zhì)量傳遞。
[0006] 在一個方面，提供了一種構(gòu)造，包括：
[0007] (a)具有基部的支撐片材，該支撐片材包括
[0008] (i)從基部延伸的多個橫檔，其中多個橫檔中的每個橫檔沿著支撐片材的長度連 續(xù)地延伸，并且每個橫檔包括第一側(cè)表面和相反的第二側(cè)表面、以及頂表面；和
[0009] (ii)從基部延伸的多個第一突起，其中該多個第一突起位于該多個橫檔之間；和 [0010] (b)具有第一主要膜表面的可選擇性透過膜，該第一主要膜表面接觸至少兩個橫 檔的至少頂表面，從而圍出流動通道，該流動通道具有在支撐片材基部與第一主要膜表面 之間延伸的高度，其中從基部延伸的多個第一突起沿流動通道在縱向方向的長度改變流動 通道的高度。
[0011] 在另一方面，一種流體膜分離單元，包括：一系列重復層，每個層包括
[0012] (a)具有基部的支撐片材，該支撐片材包括
[0013] (i)從基部延伸的多個橫檔，其中多個橫檔中的每個橫檔沿著支撐片材的長度連 續(xù)地延伸，并且每個橫檔包括第一側(cè)表面和相反的第二側(cè)表面、以及頂表面；和
[0014] (ii)從基部延伸的多個第一突起，其中該多個第一突起位于該多個橫檔之間；和
[0015] (b)具有第一主要膜表面的可選擇性透過膜，該第一主要膜表面接觸至少兩個橫 檔的至少頂表面，從而圍出流動通道，該流動通道具有在支撐片材基部與第一主要膜表面 之間延伸的高度，其中多個第一突起沿流動通道在縱向方向的長度改變流動通道的高度。
[0016] 在另一方面，提供了制備構(gòu)造的方法，該方法包括：(a)提供包括設計的負像的壓 料輥；(b)將聚合物穿過包括壓料輥的輥隙擠出，以將該設計形成到聚合物的第一主表面 中，以在第一主表面上形成具有此設計的支撐片材；(c)將支撐片材的第一主表面與可選 擇性透過膜接觸，形成所述構(gòu)造。
[0017] 上述
【發(fā)明內(nèi)容】
并非意圖描述每個實施例。本發(fā)明的一個和多個實施例的細節(jié)還在 下面的描述中示出。根據(jù)以下"【具體實施方式】"和"權(quán)利要求書"，本發(fā)明的其他特征、目標 和優(yōu)點將顯而易見。
【附圖說明】
[0018] 圖Ia為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的示例性流體膜分離單元的透視圖，并且圖Ib為 根據(jù)本發(fā)明一個實施例的包括支撐片材的構(gòu)造和可選擇性透過膜的分解剖視圖；
[0019] 圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的支撐片材的分解透視圖；
[0020] 圖3為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的支撐片材的分解透視圖；
[0021] 圖4為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的支撐片材的分解透視圖；
[0022] 圖5a為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的支撐片材的分解透視圖，并且圖5b為對應的頂 視圖；
[0023] 圖6為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的支撐片材的分解透視圖；
[0024] 圖7為示出了用于裝配包括多個支撐片材和可選擇性透過膜層的組件的一個實 施例的分解透視圖；
[0025] 圖8為支撐片材的分解透視圖，示出了用作本發(fā)明實例中使用的比較支撐片材A 的支撐片材；和
[0026] 圖9為正弦型支撐片材的分解側(cè)視圖，示出了用作本發(fā)明實例中使用的比較支撐 片材B和C的支撐片材。
【具體實施方式】
[0027] 宙義
[0028] 如本文所用，術(shù)語
[0029] "一個"、"一種"和"所述"可互換使用并且意指一個或多個/ 一種或多種；和
[0030] "和/或"用于表示所說明的情況之一或兩者均可能發(fā)生，例如，A和/或B包括（A 和B)和（A或B)。
[0031] 如本文所用的術(shù)語"微孔"是指平均孔隙尺寸為0. 05至3. 0微米的多孔薄膜、膜 或膜層，該孔隙尺寸是通過泡點孔隙尺寸ASTM-F-316-03 (2011) "Standard Test Methods for Pore Size Characteristics of Membrane Filters by Bubble Point and Mean Flow Pore Test (用起泡點和氣孔平均流量法測量膜過濾器孔隙尺寸特點的標準測試方法）"測 量的。
[0032] 如本文所用的術(shù)語"超微孔"是指平均孔隙尺寸高達10微米，或甚至0. 001至0. 05 微米的薄膜、膜或膜層，該孔隙尺寸是通過泡點孔隙尺寸測試法ASTM-F-316-03 (2011)測 量的。
[0033] 另外，本文中由端點描述的范圍包括該范圍內(nèi)所包含的所有數(shù)目（如，1到10包括 L 4、1· 9、2· 33、5· 75、9· 98 等）。
[0034] 另外，本文中"至少一個"的表述包括一和更大的所有數(shù)目（如，至少2、至少4、至 少6、至少8、至少10、至少25、至少50、至少100等）。
[0035] 本發(fā)明提供構(gòu)造和使用這些構(gòu)造的制品，這些構(gòu)造用于流體膜分離裝置中以用于 從流體流中過濾和/或提取所需的或非所需的成分。
[0036] 如本文所用，流體膜分離裝置包括流體膜分離單元（或組件）和殼體，該殼體用于 將流體引導至流體膜分離單元或從其中引導出來。流體膜分離單元包括至少一個支撐片材 和可選擇性透過膜。流體膜分離單元包括至少一個入口和至少一個出口，其中流體被引入 和引出流體膜分離單元。
[0037] 在圖Ia中示出流體膜分離單元10,其包括支撐片材12和16以及兩者間的可選擇 性透過膜15。支撐片材12包括多個橫檔14和多個流動通道13。支撐片材16也包括多個 橫檔18和多個流動通道17。相對的橫檔的表面限定流動通道的側(cè)面，該流動通道具有沿流 動通道縱向軸線并且平行于橫檔長度的凈流動方向。如圖Ia所示，支撐片材16的多個流 動通道17具有的凈流動方向不同于支撐片材12的多個流動通道13的凈流動方向。在圖 Ia的一個實施例中，第一流體通過多個流動通道13進行輸送，從該第一流體中選擇的成分 穿過可選擇性透過膜15,進入多個流動通道17。
[0038] 本發(fā)明的支撐片材不僅用于提供對膜分離單元的結(jié)構(gòu)支撐并提供到達和/或來 自可選擇性透過膜的流體輸送（例如液體），而且還用于例如通過降低壓降、改善成分跨膜 的質(zhì)量傳遞以及減少可選擇性透過膜的結(jié)垢來改善流體膜分離單元的性能。這通過使用本 文所公開的支撐片材來實現(xiàn)。
[0039] 在本發(fā)明中，除了多個橫檔外，流體膜分離單元的至少一個支撐片材還包括多個 突起。圖Ib為從圖Ia截取的分解剖視圖，示出了本發(fā)明的示例性構(gòu)造。圖Ib包括支撐片 材12和可選擇性透過膜15。支撐片材12包括基部112 ;從基部112延伸的多個橫檔14 ; 和從基部112延伸的多個突起11。每個橫檔包括第一側(cè)表面（例如，114a、114c)、相反的第 二側(cè)表面（例如，114b、114d)和頂表面（例如，114e和114f)。多個突起11位于多個橫檔 14之間，并且從支撐片材的基部突起（或突出）?？蛇x擇性透過膜15具有第一主表面115， 該第一主表面接觸至少兩個橫檔的至少頂表面，從而圍出流動通道13。流動通道13由可選 擇性透過膜的第一主要膜表面115、橫檔的第一側(cè)表面（例如，114c)和相鄰橫檔的相對的 第二側(cè)表面（例如，114b)以及基部112限定。從支撐片材的基部到可選擇性透過膜的第 一主要膜表面，流動通道具有高度Ii1，如圖Ib所示。從突起的頂部到可選擇性透過的層的 第一主表面，流動通道具有高度h2，如圖Ib所示。另外在圖Ib中示出高度h3，其為突起的 高度；wp，其為突起的寬度；w，其為相鄰突起之間的寬度；其為橫檔的寬度；和w。，其為流 動通道的寬度。在本發(fā)明中，流動通道的高度沿縱向軸線（或流動通道的長度）發(fā)生變化。 例如，流動通道的高度可變化至少30 %、40 %、50 %、60 %、70 %或甚至80 %。
[0040] I撐片材
[0041] 在本發(fā)明中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過將突起制造成支撐片材的流動通道，可以改善膜分離 單元的性能，例如，質(zhì)量或熱傳遞得到改善、結(jié)垢減少等。
[0042] 從支撐片材的基部延伸的多個突起引入在流動通道內(nèi)的層流中形成擾動的特征 結(jié)構(gòu)。因此，多個突起在流動通道中實現(xiàn)了混沌的層流、有組織的層流、螺旋流和/或湍流。
[0043] 從支撐片材的基部延伸的多個突起的設計并無具體限制，只要突起提供的流動具 有與流動通道中的凈流動方向不平行的方向分量。優(yōu)選地，多個突起使得流動通道內(nèi)的流 體流動循環(huán)進行，從而破壞相鄰可選擇性透過膜的表面（例如，第一主表面115)上的流體 邊界層。在一個實施例中，多個突起在流動通道內(nèi)的縱向軸線方向上每毫米包括至少3、5、 8、10、15、20、50、100、200、500 或甚至 1000 個突起。
[0044] 包括多個突起的支撐片材的示例性設計在下圖2-6中示出。
[0045] 在圖2中示出支撐片材20的示意圖。支撐片材20包括從支撐片材的基部延伸的 多個橫檔24a，24b，24c，…和流動通道23a，23b，23c，…。
[0046] 兩個相鄰橫檔24a和24b的側(cè)表面形成流動通道23b，該流動通道對于位于支撐片 材的端部的膜分離單元的外部是開放的。這些流動通道具有沿流動通道縱向軸線的凈流動 方向。圖2中所示的箭頭27示出流動通道的縱向軸線。
[0047] 除了多個橫檔外，支撐片材20還包括多個第一突起29a，29b，29c···。這些