一种箱体式膜组件的制作方法

本发明涉及气体膜分离等技术领域，尤其涉及一种箱体式膜组件。

背景技术：

膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有节能环保、操作便捷、费用低廉等优势，已经成为分离科学中重要的手段之一，目前被广泛的用于食品、医药、化工和水处理等领域。膜分离主要是利用混合物中各组分在材料中物理和化学性质的差异来实现混合物的分离过程，膜组件是膜分离技术中的核心部件，其组件的形式主要有：管式膜组件、中空纤维膜组件、平板膜组件和卷式膜组件，一般管式膜主要应用于中高压的分离过程，而平板膜和卷式膜组件主要应用于中低压的分离过程。

针对气体膜分离，最重要的应用包括制氮、富氧、提氢、脱碳、有机蒸气回收和脱湿等，主要优势在于无相变、能耗低、常温运行、占地面积小、操作简便等，应用较普遍的是中空纤维膜和卷式膜，这类膜都满足纯度的需要，但耐压性、耐温性和耐腐蚀性均不尽人意，相对于平板膜和卷式膜组件，管式膜组件的结构简单，组装、更换方便，更具有工业化意义。现有的管式膜组件，一般采用圆筒体外壳，膜管两端均使用支撑板和密封圈等实现密封，该结构对组装的要求很高，相应的制作成本较高，且装填密度一般不大，很难应用于规模化的气体分离。

技术实现要素：

为了克服现有管式膜组件的不足，本发明提供一种膜管装填密度大、膜面积可调节、制作成本低、适于规模化工业应用的箱体式膜组件。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种箱体式膜组件，包括箱体外壳和膜管束单元，箱体外壳设有原料气进口和渗余气出口，膜管束单元设有渗透气出口。原料气进口、渗余气出口和渗透气出口设有圆形法兰。箱体外壳可容纳至少一个膜管束单元，箱体外壳和膜管束单元采用方形法兰连接。

箱体外壳由不锈钢板或其它板材焊接在箱体架子形成，箱体外壳上侧设有一个或多个方形连接口，每个方形连接口通过方形法兰连接一个膜管束单元，方形连接口数目可根据容纳膜管束单元的数目来调节。

膜管束单元主要由装配底板、定距管、螺杆、管板、封头及方形法兰等构成。封头与方形法兰焊接，方形法兰下方依次设置法兰垫圈、管板和垫片；管板上方设有压板。装配底板包括多个膜管固定孔，膜管固定孔采用短钢管焊接在底板上，钢管位置与管板开孔位置相对应。膜管固定孔的数量可以根据需求进行调节。

膜管束单元可容纳至少一根膜管，膜管材料可以为聚合物/陶瓷复合膜、分子筛膜、金属有机骨架膜、陶瓷膜的一种或几种，膜管形式为单管式或多通道式。膜管下端孔采用堵头封堵，并采用胶水密封，膜管穿过管板，装配“O”型圈和压板，通过螺栓实现膜管上端的密封。

膜管束单元包括至少2个定距管，定距管可以固定管板和装配底板之间的间距，定距管内设有螺杆，螺杆上下端分别穿过管板和装配底板并采用螺母固定连接。

本发明的有益效果是：

（1）采用类似抽屉结构，使箱体外壳的每个方形连接口容纳一个膜管束单元，膜管在组装过程中是否被损坏可以通过类似打开抽屉方式被直观的观察出来。

（2）箱体外壳的方形连接口数目可根据容纳膜管束单元的数量来调节，膜管束单元中装配底板的尺寸以及膜管固定孔的数量也可调节，因此所能容纳的膜管数量和处理的气体量可以灵活变化，即装填密度大，更适于规模化工业应用。

（3）由于采用不锈钢板或其它板材直接焊接在箱体架子形成箱体外壳，膜管的一端只需添加适宜尺寸的堵头，另一端用“O”型圈、压板、管板来实现膜组件的密封，设计巧妙，减少了制作复杂性和成本，同时也防止了渗透气和渗余气的返混。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中箱体式膜组件的整体示意图。

图2为箱体式膜组件中箱体外壳的示意图。

图3为箱体式膜组件中膜管束单元的示意图。

图4为箱体外壳的箱体架子的示意图。

其中：

1、封头；2、方形法兰；3、法兰垫圈；4、管板；5、垫片；6、定距杆；7、装配底板。N1：原料气进口；N2：渗余气出口；N3：渗透气出口。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但 这些实施方式并不限本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所作出的结构、方法或者功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

本发明公开了一种箱体式膜组件，主要用于气体分离。本实施方式中以组件的组装实施使用进行说明。

参照附图1~3所示，一种箱体式膜组件，包括箱体外壳和膜管束单元。其中箱体外壳设有原料气进口N1和渗余气出口N2，膜管束单元设有渗透气出口N3。原料气进口、渗余气出口和渗透气出口设有圆形法兰。箱体外壳可容纳至少一个膜管束单元，箱体外壳与膜管束单元采用方形法兰密封连接。箱体外壳由不锈钢板或其它板材焊接在箱体架子形成，箱体外壳上侧设有一个或多个方形连接口，每个方形连接口可容纳一个膜管束单元，方形连接口数目可根据容纳膜管束单元的数目来调节。

膜管束单元主要由装配底板7、定距管6、管板4、封头1及方形法兰2等构成。封头1与方形法兰2焊接，方形法兰2下方依次设置法兰垫圈3、管板4和垫片5。管板4上方设有压板。装配底板包括多个膜管固定孔，膜管固定孔采用短钢管焊接在底板上，钢管位置与管板开孔位置相对应。膜管固定孔的数量可以根据需求进行调节。

膜管束单元可容纳至少一根膜管，膜管下端孔采用堵头封堵，并采用胶水密封，膜管穿过管板，装配“O”型圈和压板，通过螺栓实现膜管上端的密封。膜管束单元包括至少2个定距管6，定距管6可以固定管板4和装配底板7之间的间距，定距管内设有螺杆，螺杆上下端分别穿过管板和装配底板并采用螺母固定连接。

将装配好的膜管束单元放入箱体外壳中，然后通过法兰配用双头螺柱来固定衔接好膜管束单元和箱体外壳，并保证壳体的密封性。

本实施方式中箱体式膜组件的分离过程如下：

膜组件运行时，原料气首先从箱体外壳原料气进气口N1进入膜组件内，与膜管充分接触，在渗透气出口N3处施以一定的真空度，从而使得膜管内外形成分压差，促进原料气分离，一部分气体通过膜管壁进入膜管内部，形成渗透气，渗透气在膜管束单元封头1内汇集从渗透气出口N3流出；未能透过膜的渗余气最终从箱体外壳渗余气出口N2流出。

若膜管出现性能下降或损坏，将膜管束单元取下，可方便的取出损坏的膜管，装入新的膜管，再将膜管束单元安装上，即可投入使用。

由上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

采用类似抽屉结构，使箱体外壳的每个方形连接口容纳一个膜管束单元，膜管在组装过程中是否被损坏可以通过类似打开抽屉方式被直观的观察出来。

箱体外壳的方形连接口数目可根据容纳膜管束单元的数量来调节，膜管束单元中装配底板的尺寸以及膜管固定孔的数量也可调节，因此所能容纳的膜管数量和处理的气体量可以灵活变化，即装填密度大，更适于规模化工业应用。

由于采用不锈钢板或其它板材直接焊接在箱体架子形成箱体外壳，膜管的一端只需添加适宜尺寸的堵头，另一端用“O”型圈、压板、管板来实现膜组件的密封，设计巧妙，减少了制作复杂性和成本，同时也防止了渗透气和渗余气的返混。

在其他实施方式中，箱体外壳内与膜管连接时也可以采用石墨填料环代替“O”型圈进行密封，并采用螺栓固定。此外，原料气也可以采取增压代替渗透气出口抽真空来实现膜分离操作。

综上所述，本发明的箱体式膜组件可用于气体物料的分离，其结构设计巧妙，膜管装填密度大，膜面积可调节，制作成本低，适于规模化工业应用。

优选地，本实施方式中箱体外壳材质包括但不限于不锈钢材料、玻璃钢或工程塑料，优选不锈钢。膜材料为陶瓷膜、陶瓷复合膜、分子筛膜、金属有机骨架膜的一种或几种，陶瓷复合膜包括但不限于聚合物/陶瓷复合膜、分子筛/陶瓷复合膜、混合基质材料/陶瓷复合膜等。膜管形式为单管式或多通道式。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。