一种膜系统洗料方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种膜系统洗料方法，膜系统由多个膜组件并联组成，膜容器的一端入口内布有布气管，在洗料时向布气管内通入混合比例1：10?1：20之间的气液混合液，气液混合液通过膜容器内的膜元件表面时错流速率3m/s?6m/s,能够对流体产生强烈的扰动作用，对元件产生强烈的冲刷，以减少其浓差极化层的厚度，剥离膜容器内壁和膜元件表面的物料；洗料装置，包括管道、循环泵、截止阀I、截止阀II、气液混合器、纯水流量计、空气流量计、多个带布气管膜容器并联组成的膜系统和原料罐；解决现有膜设备排料过程中存在的问题；保证排料的彻底、快捷，保证产品收率、产品的浓度；结构简单、控制容易方便，具有良好的经济性和实用性。
【专利说明】
一种膜系统洗料方法及装置
技术领域
[0001]本发明涉及膜系统洗料工艺和相关设备技术，特别涉及一种膜系统洗料方法及装置。
【背景技术】
[0002]膜分离技术以其低成本、高效率、低耗环保等强大的优势在越来越多的行业中得到了广泛的应用；由于膜元件、膜容器本身具有一定的体积和吸附能力，所以在生产中往往会蓄积一定量的料液;随着膜设备越来越大型化，如何将膜元件、膜容器中蓄积的料液更彻底、快捷的收集、排放，是每一个生产操作人员必须面对的问题;传统的排料方法主要采用压缩空气吹扫或纯化水顶洗，但是用压缩空气吹扫，因是采用纯粹的气体，溶解性不强，不能很好的将黏附在膜元件和设备管道内的料液溶解后带出系统，影响了产品的收率；用纯化水顶洗，虽然克服了压缩空气溶解性不强的不足，但水的加入又会导致料液浓度的下降，特别是附加值特别高的料液，为了保证产品收率，需要用大量的纯化水顶洗，导致产品的浓度更低。
【发明内容】
[0003]针对上述存在的技术问题，本发明提出一种膜系统洗料方法及装置;它具有广泛的实用性、有效的清洗效果和更简单经济的结构。
[0004]本发明的目的是如下实现的:一种膜系统洗料方法，所述膜系统由多个膜组件并联组成，所述膜组件的一端入口内布有布气管，在洗料时向布气管内通入混合比例1:10-1:20之间的气液混合液，气液混合液通过膜组件内的膜容器内壁和膜元件表面时错流速率3m/s-6m/s，能够对膜容器内的流体产生强烈的扰动作用，对膜容器内壁及膜元件表面产生强烈的冲刷，以减少其浓差极化层的厚度，剥离膜容器内壁和膜元件表面的物料。
[0005]本发明的一种膜系统洗料方法，所述气液混合液中的气为压缩空气;所述气液混合液中的液为纯水。
[0006]本发明的一种膜系统洗料方法，所述纯水流量Q水(m3/h)=NXRXVX3.14X 3600 XI Ο"6，所述N为膜组件个数，所述R常数，由膜组件内的膜元件外径确定。
[0007]本发明的一种膜系统洗料方法，所述压缩空气流量Q空=IlXQ水，所述Tl为气液混合比。
[0008]与此相应的，本发明设计一套膜系统洗料装置，包括管道、循环栗、截止阀1、截止阀I1、气液混合器、纯水流量计、空气流量计、多个带布气管的膜组件并联组成的膜系统和原料罐;所述截止阀1、纯水流量计、气液混合器、空气流量计和截止阀11依次通过管道连接，所述气液混合器通过多个并联的管道与所述多个膜组件一端入口内的布气管连接;所述多个膜组件的上端设有清液出口 ；所述多个膜组件的下端通过多个并联的管道与所述循环栗连接，所述循环栗通过管道与所述原料罐连接;所述膜组件与所述循环栗之间的管道上设有放料阀，所述放料阀设于所述洗料装置的最低位置处;所述布气管弯折成未封闭圆环形结构，所述布气管一端口为开口端，所述布气管另一端口为封闭端;所述布气管上间隔开有多个设有角度的小孔;所述开口端与所述封闭端的间距为所述未封闭圆环形结构直径的二十分之一。
[0009]本发明方法和设备的积极效果表现在:一些生产工艺中，由于物料附值极高，物料浓缩倍数有严格的工艺要求，因此设计出一种气液混合洗料工艺;洗料工艺中，根据物料浓缩倍数N的要求，首先调节纯水流量、调节压缩空气流量，基于牛顿-莱布尼兹气提模型的计算确定合适的气液混合比，布气管分布于膜组件内的一端，并开有若干具有一定角度的小孔，能够将混合液高速喷出；获得符合洗料工艺浓缩浓度要求的膜表面错流流速，混合液具有非常高的流速，通过膜组件时，主要用于洗出膜系统中膜容器内壁和膜元件表面的粘附料液;能够对流体产生强烈的扰动作用，对膜层产生强烈的冲刷，以减少其浓差极化层的厚度，降低了膜层污染程度；同时混合液的气液比高达I: 20，液滴粒径更小，比表面积增大，其溶解性增强，从而更好地提高了产品的收率;可实现同时对膜组件内膜容器内壁物料清洗和对膜元件表面的自清洗；同时发挥出比各自本身作用之和更大的协同作用，具有明显的高效性和彻底性;其次，本发明方法不用加“药”，不会二次污染，节约清洗成本，提高工作效率，适用性强;最后，本发明方法膜组件可使洗液始终动态充满膜组件内部的全部隙腔，有利于空气和洗液对膜纤维的全长清洗。
[0010]与本发明方法一并设计膜系统洗料装置中，在传统的在膜组件结构上进行改进，在膜组件内的一端布设布气管的独特结构，通过布气管的高速气液混合液能够对流体产生强烈的扰动作用，对膜层产生强烈的冲刷，以减少其浓差极化层的厚度，有利于剥离膜容器内壁的物料，也可进一步提高膜元件表面的清洗效果;本发明方法相应设计的膜系统洗料装置，构思严谨巧妙，针对现有膜设备排料中存在的问题，采取了有针对性的解决措施，以解决现有排料过程中存在的问题;保证排料的彻底、快捷，既能保证产品收率，又保证了产品的浓度;结构简单，与之相配套的外部管路阀门等也相应较少，并且控制容易，操作方便，具有良好的经济性和实用性。
【附图说明】
[0011 ]附图1为本发明一种膜系统洗料装置结构示意图；
附图2为本发明一种膜系统洗料装置中膜组件内布气管俯视结构示意图；
附图3为本发明一种膜系统洗料装置中膜组件结构示意图。
【具体实施方式】
[0012]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0013]以下实例以附图1、2、3所示本发明一种膜系统洗料装置窗口示意图为例进行实施:
本发明设计一套膜系统洗料装置，包括管道1、循环栗2、截止阀13、截止阀114、气液混合器5、纯水流量计6、空气流量计7、多个带布气管12膜组件8并联组成膜系统001和原料罐9 ；截止阀13、纯水流量计6、气液混合器5、空气流量计7和截止阀II4依次通过管道I连接，气液混合器5通过多个并联的管道I与多个膜组件8上端入口内的布气管12连接;多个膜组件8的上端设有清液出口 10，清液出口 10通过多个并联的管道I向外排出清液;多个膜组件8的下端通过多个并联的管道I与循环栗2连接，循环栗2通过管道I与原料罐9连接;膜组件8与循环栗2之间的管道I上设有放料阀11，放料阀11设于洗料装置的最低位置处;原料罐9通过多个并联的管道I与膜系统内的多个膜组件8上端连接;布气管12弯折成未封闭圆环形结构13，布气管12—端口为开口端14，布气管12另一端口为封闭端15;布气管12上间隔开有多个设有角度的小孔16;开口端14与封闭端15的间距S为所述未封闭圆环形结构直径D的二十分之一;膜组件8从上至下依次设有端盖17、布气管12、ATD18、中心管19和膜容器20，布气管12套设在ATD上;端盖17上穿过设有用于管道I与布气管12连接的气液混合液接口管21，膜容器20内设有膜元件22。
[0014]—种膜系统洗料方法，膜系统由多个中空纤维膜的超滤膜制作的膜组件8并联组成，膜组件8的上端入口内布气管12，在洗料时向布气管12内通入混合比例I: 20的气液混合液，气液混合液通过膜组件8的膜表面时错流速率3m/s，能够对流体产生强烈的扰动作用，对膜层产生强烈的冲刷，以减少其浓差极化层的厚度，剥离膜组件内膜容器内壁和膜元件表面的物料;气液混合液中的气为压缩空气，气液混合液中的液为纯水;纯水流量0*(m3/h)=NXRXVX3.14X3600X 10—6，N为膜组件个数，R常数，由膜组件中的膜元件外径确定;压缩空气流量Qs=n X 0*，η为气液混合比。
[0015]具体实施过程中，某批次物料体积为A升，需要运用膜系统对其浓缩，浓缩倍数为η倍，由于料液附加值极高，要求在系统生产工序结束后，清洗工序执行前，将设备内的料液体积降到最低，因而为该系统配置了带气液混合洗料工艺的膜系统，该系统运行工艺由以下工序组成:
一N生产
物料投放入原料罐I内，通过循环栗2栗入膜系统的多个并联系的膜组件3内，由于膜的筛分作用，经过该系统后的料液被分为两部分一浓缩液和清液，浓缩液由无法透过膜大分子的物质组成，回到原料罐I中，清液则由透过膜的物质组成，最终排放;通过该过程实现物料的浓缩。当系统浓缩至η+Χ倍时，设备停机，这里X取决于气水混合洗料膜时用到纯水的总量，即要保证最终回收的料液回入原料罐I后，总浓缩倍数需正好为η倍。
[0016]二、洗料
该工序即为本发明技术方案具体应用时的操作过程。
[0017]1、调节纯水流量
调节截止阀I 4，通过观察纯水流量计5，确定合适的流量，纯水流量按以下公式确定:
Q 水(m3/h)=N XRXVX3.14X 3600 X 10-6
N:膜组件3并联数量；
R:常数，由膜元件确定，膜元件外径2”取15，3”取20，4”取25，6.5”取30，8”取35 ；
V:流速，取2-3。
[0018]2、调节压缩空气流量
调节截止阀II 6，通过观察空气流量计7，确定合适的流量，压缩空气流量:
Q空=nXQ水
η:气水混合比，基于牛顿-莱布尼兹气提模型的计算，气水比为1:20的情况下，获得膜表面错流流速为3m/s，故该参数取值在I/20-1/I O之间。
[0019]3、收集
打开系统内最低点放料阀8，进行料液收集。
[0020]三、清洗
按照常规工艺，对膜系统进行清洗。
[0021]实施案例1:
配置1%葡萄糖溶液300L，采用纳滤膜设备对其进行浓缩，考察上述工艺与传统空气顶料、纯化水顶料工艺之间的收率差异性。
[0022]称取以上溶液100L，进入纳滤膜设备进行浓缩过滤；当截留液体积为1L时停机；设备最低点排料，排出截留液体积8.65L，截留液中葡萄糖的浓度为9.8%;采用本发明的方式对设备中的截留液进行顶料，共排出溶液I.27L，截留液中葡萄糖的浓度为9.76%。
[0023]称取以上溶液100L，进入纳滤膜设备进行浓缩过滤；当截留液体积为1L时停机。设备最低点排料，排出截留液体积8.65L，截留液中葡萄糖的浓度为9.8%;采用空气顶料的方式对设备中的截留液进行吹顶，共排出溶液I.15L，截留液中葡萄糖的浓度为9.8%。
[0024]称取以上溶液100L，进入纳滤膜设备进行浓缩过滤；当截留液体积为1L时停机。设备最低点排料，排出截留液体积8.65L，截留液中葡萄糖的浓度为9.8%;采用3L纯化水的的方式对设备中的截留液进行顶洗，共排出溶液3.93L，截留液中葡萄糖的浓度为2.71%。
[0025]实施案例2:
配置5%酱油溶液200L，采用纳滤膜设备对其进行过滤，考察上述工艺对膜通量的影响。
[0026]称取以上溶液100L，进入纳滤膜设备进行过滤；在过滤过程中，对膜通量进行测量;起始通量:23L/ m2.h，15分钟时的膜通量:19L/ m2.h，30分钟时的膜通量:14L/ m2.h，45分钟时的膜通量:1OL/ m2.h，60分钟时的膜通量:8L/ m2.h。
[0027]称取以上溶液100L，进入纳滤膜设备进行过滤；在过滤过程中，分别在14分30秒、29分30秒、44分30秒、59分30秒采用本发明方式对膜设备进行气液冲顶30秒并对膜通量进行测量。起始通量:23L/ m2.h，15分钟时的膜通量:201/m.h, 30分钟时的膜通量:17L/ m2.h，45分钟时的膜通量:15L/m2.h，60分钟时膜通量:12L/m2.h。
[0028]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种膜系统洗料方法，所述膜系统由多个膜组件并联组成，其特征在于，所述膜组件的一端入口内布有布气管，在洗料时向布气管内通入混合比例1:10-1:20之间的气液混合液，气液混合液通过膜组件内的膜容器内壁和膜元件表面时错流速率3m/s-6m/s，能够对膜容器内的流体产生强烈的扰动作用，对膜容器内壁及膜元件表面产生强烈的冲刷，以减少其浓差极化层的厚度，剥离膜容器内壁和膜元件表面的物料。2.根据权利要求1所述的一种膜系统洗料方法，其特征在于，所述气液混合液中的气为压缩空气;所述气液混合液中的液为纯水。3.根据权利要求2所述的一种膜系统洗料方法，其特征在于，所述纯水流量0*(1113/11)=~XRXVX3.14X 3600 X 10—6，所述N为膜组件个数，所述R常数，由膜组件内的膜元件外径确定。4.根据权利要求2或3所述的一种膜系统洗料方法，其特征在于，所述压缩空气流量Q5=η X 0*，所述η为气液混合比。5.一种膜系统洗料装置，包括管道和循环栗，其特征在于，还包括截止阀1、截止阀I1、气液混合器、纯水流量计、空气流量计、多个带布气管的膜组件并联组成的膜系统和原料罐;所述截止阀1、纯水流量计、气液混合器、空气流量计和截止阀II依次通过管道连接，所述气液混合器通过多个并联的管道与所述多个膜组件一端入口内的布气管连接;所述多个膜组件的上端设有清液出口 ；所述多个膜组件的下端通过多个并联的管道与所述循环栗连接，所述循环栗通过管道与所述原料罐连接。6.根据权利要求5所述的一种膜系统洗料装置，其特征在于，所述膜组件与所述循环栗之间的管道上设有放料阀，所述放料阀设于所述洗料装置的最低位置处。7.根据权利要求5所述的一种膜系统洗料装置，其特征在于，所述布气管弯折成未封闭圆环形结构，所述布气管一端口为开口端，所述布气管另一端口为封闭端;所述布气管上间隔开有多个设有角度的小孔。8.根据权利要求7所述的一种膜系统洗料装置，其特征在于，所述开口端与所述封闭端的间距为所述未封闭圆环形结构直径的二十分之一。
【文档编号】B01D65/02GK105854620SQ201610395193
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】钟扣章, 王晟, 吉祥军
【申请人】南京鼎仕和膜科技有限公司