一種箱式膜接觸單元的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種箱式膜接觸單元，包括箱體和設(shè)置在箱體內(nèi)的多片片狀簾式疏水性中空纖維膜元件。其中片狀簾式疏水性中空纖維膜元件按照垂直于殼程流體流經(jīng)方向、等間距平行排布于箱體內(nèi)，且相鄰的兩片片狀簾式疏水性中空纖維膜元件中中空纖維多孔膜絲的排布方向相互垂直。本實(shí)用新型膜填充均勻；對氣液兩相均勻分布、尤其是殼程流體均布效果好，有效接觸面積大、處理效率高；管程和殼程兩相流速獨(dú)立控制，可在較寬范圍內(nèi)操作；可實(shí)現(xiàn)對管程的在線清洗，減緩膜污染；簾式膜片連接管路均設(shè)置在箱體外部，結(jié)構(gòu)緊湊，可形成模塊化多級集成放大，便于工程化應(yīng)用。
【專利說明】
一種箱式膜接觸單元
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種箱式膜接觸單元，尤其涉及一種適用于脫除廢氣中有毒/有害組分或回收有價(jià)值組分膜吸收過程，并可以應(yīng)用到膜蒸餾、膜結(jié)晶、膜萃取、膜汽提等多種膜接觸傳質(zhì)、傳熱過程的新型箱式膜接觸單元。
【背景技術(shù)】
[0002]膜接觸過程是以疏水性多孔膜材料為核心器，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括但不限于液體脫氣/充氣、氣體吸收與解析過程。例如，利用中空纖維膜接觸器脫除液體中溶解或夾帶的氣體(氮?dú)?、氧氣和二氧化?。迄今廣泛應(yīng)用的中空纖維膜接觸器多為管狀設(shè)計(jì)，即將一束中空纖維膜封裝在圓管(膜殼)內(nèi)，中空纖維膜中孔稱為管程，中空纖維膜外表面和膜殼之間的空間稱為殼程。現(xiàn)有膜接觸器的設(shè)計(jì)是有效的，但多存在如:氣阻大、處理能力小、操作靈活度、集成操作性差和適用范圍窄等諸多問題。有關(guān)管式中空纖維膜接觸器可以參見公開號如下且為日前公開的幾件中國發(fā)明專利申請CN1642628A、CN1680006A、CN1689690A。
[0003]另外，公開號為CN202020991U，其【公開日】為2011年11月2日的中國實(shí)用新型專利中公開了一種新型低氣阻箱式氣液接觸膜吸收單元，包括多片片狀簾式疏水性中空纖維膜元件、膜清洗部件和箱體。然而，一方面，其多片片狀簾式疏水性中空纖維膜元件的集水管占用單元內(nèi)部體積，導(dǎo)致膜填充不均勻，處理效率及能力低；另一方面，其多片片狀簾式疏水性中空纖維膜元件獨(dú)立平行排布于單元內(nèi)部，對流體導(dǎo)流均布的效果有待提高。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型提供一種箱式膜接觸單元。本實(shí)用新型具有管程和殼程兩相流體導(dǎo)流均布效果好、有效接觸面積大、效率高的特點(diǎn)。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型一種箱式膜接觸單元予以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案是:該箱式膜接觸單元，包括箱體和設(shè)置在箱體內(nèi)的多片片狀簾式疏水性中空纖維膜元件；多片片狀簾式疏水性中空纖維膜元件是沿著殼程流體流經(jīng)方向的垂直面布置在所述箱體內(nèi)；所述片狀簾式疏水性中空纖維膜元件包括多片由中空纖維多孔膜絲編織的疏水性中空纖維膜片和密封在多片疏水性中空纖維膜片上端和下兩端的膜元件封頭;所述膜元件封頭設(shè)有集水流道，所述集水流道的兩端設(shè)有管道端口；所述片狀簾式疏水性中空纖維膜元件按照垂直于殼程流體流經(jīng)方向、等間距平行排布于所述箱體內(nèi)，且相鄰的兩片片狀簾式疏水性中空纖維膜元件中中空纖維多孔膜絲的排布方向相互垂直;所述箱體的壁上設(shè)有與所述管道端口位置一一對應(yīng)的通孔，每個管道端口均穿過位置對應(yīng)的通孔、且與通孔之間為過盈配合。
[0006]本實(shí)用新型箱式膜接觸單元，其中，所述片狀簾式疏水性中空纖維膜元件的膜填充密度為I %?70 %，所述膜填充密度是所述箱體內(nèi)疏水性中空纖維膜片的體積與箱體容積的百分比。
[0007]所述箱體呈正方體或長方體，所述箱體上的一組對面的壁為可打開的箱體壁，其余的四面箱體壁為連續(xù)封閉設(shè)置的。
[0008]本實(shí)用新型與現(xiàn)有形式的膜接觸器相比，所具有的有益效果是:
[0009](I)箱式膜接觸單元內(nèi)部相鄰簾式膜片平行且中空纖維多孔膜絲的排布方向呈垂直排布，殼程流體均布效果好，有效接觸面積大、處理效率高；
[0010](2)箱式膜接觸單元簾式膜片連接管路均設(shè)置在箱體外部，結(jié)構(gòu)緊湊；
[0011 ] (3)膜接觸單元模塊化設(shè)計(jì)，易于多級集成放大，便于工程化應(yīng)用。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型中片狀簾式疏水性中空纖維膜元件的外形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是圖1中A-A所示剖切位置的剖面圖；
[0014]圖3是本實(shí)用新型箱式膜接觸單元的局部剖視圖；
[0015]圖4是圖3所示箱式膜接觸單元外觀示意圖；
[0016]圖5是圖4所示反方向視角的箱式膜接觸單元外觀示意圖。
[0017]圖中:
[0018]1-箱體，2-片狀簾式疏水性中空纖維膜元件，3-中空纖維多孔膜絲，4-疏水性中空纖維膜片，5-膜元件封頭，6-集水流道，11、12、13、14、21、22、23、24、31、32、33、34、41、42、43、44、51、52、53、54、61、62、63、64、71、72、73、74、81、82、83、84-管程流體流經(jīng)簾式膜元件集水流道的進(jìn)/出口，Cl、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8-管程流體，B-殼程流體。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述，所描述的具體實(shí)施例僅對本實(shí)用新型進(jìn)行解釋說明，并不用以限制本實(shí)用新型。
[0020]如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型提出的一種箱式膜接觸單元，包括箱體I和設(shè)置在箱體I內(nèi)的多片片狀簾式疏水性中空纖維膜元件2。如圖3所示，多片片狀簾式疏水性中空纖維膜元件2是沿著殼程流體流經(jīng)方向的垂直面布置在所述箱體I內(nèi)。如圖1和圖2所示，所述片狀簾式疏水性中空纖維膜元件2包括多片由中空纖維多孔膜絲3編織的疏水性中空纖維膜片4和密封在多片疏水性中空纖維膜片上端和下兩端的膜元件封頭5。
[0021]所述中空纖維多孔膜絲3的材料選自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚砜、聚醚砜、聚芳醚砜、聚乙烯、聚丙烯、聚酯和硅橡膠中的一種或兩種以上聚合物共混或復(fù)合膜材料;所述中空纖維多孔膜絲3的最大孔徑為Ο.ΟΙμ???2.0μ??，壁厚20μπι?200μ??，外徑ΙΟΟμ???2000μπι，孔隙率30%?80%。所述片狀簾式疏水性中空纖維膜元件的膜填充密度為I %?70%，所述膜填充密度是所述箱體內(nèi)疏水性中空纖維膜片的體積與箱體容積的百分比。
[0022]如圖2所示，所述膜元件封頭5設(shè)有集水流道6，所述集水流道6的兩端設(shè)有管道端
□ O
[0023]如圖3所示，所述箱體I呈正方體或長方體，所述片狀簾式疏水性中空纖維膜元件2按照垂直于殼程流體流經(jīng)方向、等間距平行排布于所述箱體I內(nèi)，且相鄰的兩片片狀簾式疏水性中空纖維膜元件2中膜絲3的排布方向相互垂直，即多片片狀簾式疏水性中空纖維膜元件2是按照相鄰兩面片狀簾式疏水性中空纖維膜元件2兩端的膜元件封頭5交錯90度來布置，從而在多片片狀簾式疏水性中空纖維膜元件2的外圍形成八列管道端口，所述箱體I的壁上設(shè)有與所有管道端口位置一一對應(yīng)的通孔，每個管道端口均穿過位置對應(yīng)的通孔、且與通孔之間為過盈配合。
[0024]將每片片狀簾式疏水性中空纖維膜元件2的同一端的膜元件封頭5上、且位于箱體I外同一列的一個管道端口用封堵封閉，將每片片狀簾式疏水性中空纖維膜元件2的同一端的膜元件封頭5、且位于箱體I外同一列的另一個管道端口伸出箱體作為管程流體流經(jīng)簾式膜元件集水流道的進(jìn)/出口。如圖3、圖4和圖5示出了箱體I內(nèi)容納有8片片狀簾式疏水性中空纖維膜元件2的端口連接形式，如圖4所示，自上向下疊放的片狀簾式疏水性中空纖維膜元件依次為第1、2、3、4、5、6、7、8片，每片片狀簾式疏水性中空纖維膜元件2的膜元件封頭5的管道端口，即第I片的四個管路端口為11、12、13、14，第2片的四個管路端口為21、22、23、24，以此類推，第8片的四個管路端口為81、82、83和84。其中的第2、4、6、8片的同一端膜元件封頭5上同一側(cè)的一個管道端口22、42、62、82及第1、3、5、7片的同一端膜元件封頭5上同一側(cè)的一個管道端口 11、31、51、71均從與之位置對正的箱體I壁上的通孔伸出作為管程流體流經(jīng)簾式膜元件集水流道的進(jìn)/出口；如圖5所示，其中的第2、4、6、8片的另一端膜元件封頭5上同一側(cè)的一個管道端口 24、44、64、84及第1、3、5、7片的另一端膜元件封頭5上同一側(cè)的一個管道端口 13、33、53、73均從與之位置對正的箱體I壁上的通孔伸出作為管程流體流經(jīng)簾式膜元件集水流道的進(jìn)/出口；8片片狀簾式疏水性中空纖維膜元件12的其余管路端口21、41、61、81、12、32、52、72、23、43、63、83、14、34、54和74封閉，如圖4和圖5所示。
[0025]如圖4和圖5所示，所述箱體I的外形可以是正方體或長方體的殼體，由于箱體是正方體或長方體的六面體，因此，所述箱體I的六面壁是兩兩一組為正對面設(shè)置的，其中一組平行于所述片狀簾式疏水性中空纖維膜元件布置方向的對面壁為可打開的箱體壁，其余的四面箱體壁為連續(xù)封閉設(shè)置的。
[0026]如圖4和圖5所示，本實(shí)用新型箱式膜接觸單元運(yùn)行模式為，流體(:1工2、03工4、05、C6、C7、C8分別由端口22、42、62、82、11、31、51、71進(jìn)入多片片狀簾式疏水性中空纖維膜元件疏水性中空纖維膜片中孔(即管程)，然后分別由端口 24、44、64、84、13、33、53、73流出。所述流體Cl、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8可以是同種流體，也可以分別是不同種類的流體;流體B由箱體I的一側(cè)流入箱體I內(nèi)形成的殼程，沿著相互平行布置的片狀簾式疏水性中空纖維膜元件2的垂直方向，流經(jīng)疏水性中空纖維膜片軸方向流過疏水性中空纖維膜絲3外表面。兩相流體不直接接觸，是以疏水性中空纖維膜絲3為介質(zhì)進(jìn)行傳質(zhì)/傳熱過程。
[0027]本實(shí)用新型箱式膜接觸單元反向運(yùn)行模式為，管程流體(:1工2、03工4、05工6、〇7、〇8分別由端口24、44、64、84、13、33、53、73進(jìn)入所述多片片狀簾式疏水性中空纖維膜元件疏水性中空纖維膜片中孔(管程)，分別由端口22、42、62、82、11、31、51、71流出；流體8由箱體一側(cè)流入箱體內(nèi)形成的殼程，沿著平行布置的簾式膜元件的垂直方向，流經(jīng)疏水性中空纖維膜片軸方向流過疏水性中空纖維膜絲3外表面。兩相流體不直接接觸，是以疏水性中空纖維膜絲3為介質(zhì)進(jìn)行傳質(zhì)/傳熱過程。所述箱式膜接觸單元反向運(yùn)行模式實(shí)質(zhì)上是所述運(yùn)行模式中管程流體在管程的反向運(yùn)行，運(yùn)行和反向模式的交替運(yùn)行的目的是為實(shí)現(xiàn)對疏水性中空纖維膜絲3內(nèi)表面沖洗，減緩疏水性中空纖維膜片內(nèi)表面污染的速度。
[0028]本實(shí)用新型箱式膜接觸單元為模塊化設(shè)計(jì)，在工業(yè)化應(yīng)用過程中可實(shí)現(xiàn)多級集成化，集成形式可以是多級箱式膜接觸單元的串聯(lián)或并聯(lián)的有機(jī)組合連接。
[0029]盡管上面結(jié)合圖對本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種箱式膜接觸單元，包括箱體(I)和設(shè)置在箱體(I)內(nèi)的多片片狀簾式疏水性中空纖維膜元件(2);其特征在于: 多片片狀簾式疏水性中空纖維膜元件(2)是沿著殼程流體流經(jīng)方向的垂直面布置在所述箱體(I)內(nèi)； 所述片狀簾式疏水性中空纖維膜元件(2)包括多片由中空纖維多孔膜絲(3)編織的疏水性中空纖維膜片(4)和密封在多片疏水性中空纖維膜片(4)兩端的膜元件封頭(5);所述膜元件封頭(5)設(shè)有集水流道(6)，所述集水流道(6)的兩端設(shè)有管道端口 ； 所述片狀簾式疏水性中空纖維膜元件(2)按照垂直于殼程流體流經(jīng)方向、等間距平行排布于所述箱體(I)內(nèi)，且相鄰的兩片片狀簾式疏水性中空纖維膜元件(2)中中空纖維多孔膜絲(3)的排布方向相互垂直； 所述箱體(I)的壁上設(shè)有與所有管道端口位置一一對應(yīng)的通孔，每個管道端口均穿過位置對應(yīng)的通孔、且與通孔之間為過盈配合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述箱式膜接觸單元，其特征在于:所述片狀簾式疏水性中空纖維膜元件的膜填充密度為1%?70%，其中，所述膜填充密度是所述箱體內(nèi)疏水性中空纖維膜片(4)的體積與箱體(I)容積的百分比。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述箱式膜接觸單元，其特征在于，所述箱體(I)呈正方體或長方體，所述箱體(I)上的一組對面的壁為可打開的箱體壁，其余的四面箱體壁為連續(xù)封閉設(shè)置的。
【文檔編號】B01D53/18GK205461833SQ201620232244
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月23日
【發(fā)明人】陳穎, 關(guān)毅鵬, 郭春剛, 劉錚, 李曉明, 李雪梅, 曹震, 呂經(jīng)烈
【申請人】國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所