专利名称：管式膜擦洗装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及管式膜的清洗，具体为一种管式膜擦洗装置。
背景技术：
膜分离技术是以选择性透过膜为分离介质，当膜的两侧存在压力差时，原料 侧组分就会选择性透过膜，从而实现原料液不同组分的分离、浓縮和提纯的目的。 人类对于膜的认识和研究具有悠久的历史，法国的Nelkt于1748年就发现能自发 地通过膜扩散的膜分离现象。19世纪发现天然橡胶对气体有不同的透过率，因此 提出了用多孔膜分离混合气体、分离细菌、蛋白、胶体和极细粒子的超过滤概念。 l挑4年Traube成功地研制出亚铁氰化铜膜，这是人类历史上第一片人造膜，但直 到20世纪30年代人们才开始系统研究膜分离技术。自从20世纪60年代Loeb和 Sourirajan研制成功的醋酸纤维素膜之后，膜分离技术工业化应用获得了突破性 的发展。膜分离技术具有无相变、能耗低、效率高、适用范围广、操作稳定、不 产生二次污染等优点。因此，目前膜分离技术在各个领域得到广泛应用。如海 水淡化、食品饮料、石油化工、生物医药、环保等。膜污染是膜分离过程中普遍存在的现象。在膜分离过程中，由于处理物料中 的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用，从 而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流 量与分离特性的不可逆变化，导致膜污染，被污染的膜必须清洗，以恢复其性能。 目前膜清洗的主要方法有物理清洗和化学清洗。化学清洗是在水流中加入某种合适的化学药剂，如酸(硝酸、盐酸、磷酸、柠 檬酸等)、碱(烧碱、氨水等)、螯合剂(如EDTA、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠 等)、表面活性剂以及酶等，进行连续循环清洗。化学清洗存在清洗效率低、化学 清洗剂残留等问题。物理清洗通常是利用高流速的水流冲洗膜表面以及利用水流在膜的渗透侧反 向清洗或反向冲洗。有时为了增强冲洗效果，在水流冲洗的同时也有向水流中鼓 气，增加超声波、电场、海绵球、机械振动等增强水流扰动的手段，增加超声波、 电场的手段，由于存在工业化放大困难的问题，这些方法仅局限于实验研究，向
水流中鼓气和增加机械振动的手段只是部分增加了水流的扰动，存在清洗效率不 高的问题。海绵球清洗由于需要通过膜元件流道，因此一般只有管式膜才能使用， 目前使用的管式膜海绵球清洗方法， 一般所选用的海绵球直径都小于管式膜流道 直径，并且清洗过程只是海绵球一次性通过管式膜的流道，增加水流扰动的效应 是主要的，擦洗的效应是次要的，因此清洗效率低。《一种利用软质球形颗粒进行膜清洗的系统及其清洗方法》的专利申请(申请号03120999.8)和《一种有效 的膜清洗方法——海绵球管式膜清洗系统研究》(刘恩华等，《膜科学与技术》23 巻第6期)介绍了一种海绵球循环清洗的方法，其具体特点是>通过在管式膜工艺流程中增加了 "清洗供应流路"、专门的"小球循环器" 实现海绵球的循环清洗；>专门的"小球循环器"由"上容器"和"下容器"构成；>为了实现海绵球的循环，需要在"下容器"产生负压；>该专利说明书的具体实施方式
中说明了使用的海绵球直径为6-7mm,但是没有说明所使用官式膜流道直径，所以不知道海绵球直径是否大于管式膜流道直径。 该方法存在以下不足>在流程中增加了 "清洗供应流路"、专门的"小球循环器"，因此使系统 流程变得复杂；>为了实现海绵球的循环，需要在"下容器"产生负压。众所周知，在液 体流动过程中，存在沿程阻力损失，因此为了使"下容器"产生对"上 容器"的负压，"下容器"必须通过特殊的设计或特殊装置才能实现，这只会导致系统工艺更加复杂，不利于大规模工业化使用；>对海绵球的密度有特别要求，清洗后膜通量的恢复效果还有待提高。发明内容本实用新型要解决的问题是现有对管式膜的清洗不能满足工业生产的需求， 需要一种结构简单，适于大规模工业化，清洗效果好的管式膜清洗装置。本实用新型的技术方案是管式膜擦洗装置，包括循环罐、料液供应通道、 管式膜、料液回流通道，还设有液体换向器、擦洗球和两个擦洗球收放器，两个 擦洗球收放器分别设置于管式膜的流道进/出口处，料液供应通道、料液回流通道 连接循环罐与液体换向器，液体换向器、擦洗球收放器、管式膜的流道和另一擦路，擦洗球设置在两个擦洗球收放器之间。循环罐中的料液经料液供应通道流入液体换向器，再依次流经擦洗球收放器、 管式膜的流道和另一擦洗球收放器，擦洗球随料液从一个擦洗球收放器通过管式 膜到另一个擦洗球收放器，液体换向器可改变管式膜中液体流向，擦洗球随液体 流向的改变在两擦洗球收放器之间运动，料液最后经料液回流通道回流至循环罐。 本实用新型还将物理清洗和化学清洗结合起来，还设有清洗罐、清洗液供应 通道和清洗液回流通道，清洗液供应通道、清洗液回流通道连接清洗罐与液体换 向器，清洗罐中的清洗液经清洗液供应通道流入液体换向器，再依次流经擦洗球 收放器、管式膜的流道和另一擦洗球收放器，擦洗球随清洗液从一个擦洗球收放 器通过管式膜到另一个擦洗球收放器，液体换向器可改变管式膜中液体流向，擦 洗球随液体流向的改变在两擦洗球收放器之间运动，清洗液最后经清洗液回流通 道回流至清洗循环罐。作为进一步的改进，本实用新型使用的擦洗球直径不小于管式膜流道直径， 且擦洗球在液体压力下能通过管式膜流道。选用比较柔软的擦洗球，如海绵球、 橡胶球或者纤维球等，利用液体的推动力，推动擦洗球通过管式膜的流道，依靠 擦洗球与管式膜表面之间的摩擦力，将膜表面的污垢清洗下来，从而达到恢复膜 通量的目的。在液体换向器的作用下，管式膜中的液体流向可以改变，擦洗球随 液体流向在两擦洗球收放器之间往复运动，可以达到良好的擦洗效果，并且操作 简便。本实用新型结构简单，生产过程中也可进行管式膜的清洗，利用擦洗球反复 对管式膜擦洗的方式，可以达到90%以上的膜通量恢复，并且可以自由选择对管 式膜物理清洗或化学清洗，或者物理清洗与化学清洗相结合，满足不同的使用需 求。
图l为本实用新型的结构示意图。图2为本实用新型液体换向器的示意图。图3为本实用新型擦洗球收放器的示意图。图4为本实用新型选用海绵球做擦洗球，其直径对管式膜清洗效果的曲线图。 图5为管式膜清洗使用碱洗和海绵球擦洗+碱洗的清洗效果曲线图。 图6为管式膜清洗使用酸洗和海绵球擦洗+酸洗的清洗效果曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式
说明本实用新型。如图1所示，系统包括循环罐1,清洗罐4，料液供应通道3，清洗液供应 通道6，循环泵7，液体换向器14，擦洗球收放器18、 27，管式膜25，料液回流 通道34，清洗液回流通道32以及配套的阀2、 5、 33、 35,压力计8、 31，流量计 9、 30，和温度计IO。图2为液体换向器14的结构示意图，液体换向器14设置有进口 11、出口29 以及液流通道17、液流通道28，进口 11、液流通道17、出口29以及液流通道28 之间分别由阀15、阀16、阀13和阀12隔离开。循环罐1通过阀2和料液供应通道3与循环泵7相连接，清洗罐4通过阀5和 清洗液供应通道6与循环泵7相连接；循环泵7提供动力促使液体(料液或清洗 液)流动，经过压力计8，流量计9和温度计10，从液体换向器进口 ll流入液体 换向器器14,液体换向器14如图2所示，液体换向器14通过液流通道17、 28分 别连接擦洗球收放器18、 27，再与管式膜的流道进/出口相连；液体换向器14的 出口29经过压力计31，流量计30和阀35，连接料液回流通道34，料液回流通道 34连接循环罐1;清洗罐4通过清洗回流通道32、阀33与液体换向器14的出口 29相连接。图3为本实用新型的擦洗球收放器示意图，擦洗球收放器进口 36与液体换向 器14的液流通道17或液流通道28相连接，擦洗球收放器出口 37与管式膜的流 道进/出口相连接，隔离网38阻挡擦洗球从擦洗球收放器的进口 36流出，使擦洗 球只在两擦洗球收放器之间运动，擦洗球投放/排出口 39设在擦洗球收放器上， 位于隔离网38与出口37之间，便于投加、取出擦洗球。清洗过程 (1)在系统正常生产过程中循环罐1中存有膜分离系统生产所需要的料液，生产时，与清洗罐4相连接的 阀5、 33关闭，循环罐1底部的阀2打开，料液经过料液供应通道3进入循环泵7, 然后经过液体换向器进口 11进入液体换向器14，此时液体换向器14的阀12、 16 开，阀13、 15关，因此料液经过阀12进入液流通道28，然后经过擦洗球收放器 27进入管式膜25的流道，在循环泵7提供的压力作用下，部分料液透过膜进入管 式膜渗透侧，经膜渗透液出口26流出管式膜系统，剩余的料液经过擦洗球收放器
18进入液流通道17，经过阀16进入液体换向器出口 29，最后经阀35和料液回流 通道34回到循环罐i。如此不断循环，实现管式膜系统正常生产。当在生产过程中需要实现擦洗时，可以通过擦洗球收放器18、 27的擦洗球投 放/排出口 39处投加擦洗球，如海绵球，在液流的推动下，海绵球被液流冲到擦 洗球收放器18的隔离网38处被截留下来，而液体则能无障碍通过隔离网，此时 将液体换向器14的阀12、 16关闭，阀13、 15打开，则进入管式膜流道的液流方 向发生改变，料液经过阀15和液流通道17进入擦洗球收放器18，海绵球在液流 的推动下进入管式膜25流道，由于海绵球直径不小于管式膜流道直径，同时由于 海绵球柔软有弹性，在液流作用下可以根据通道的状况发生变形，在经过管式膜 流道时擦洗管式膜25表面，当海绵球到达管式膜25另一端的擦洗球收放器27， 由于隔离网38将海绵球截留下来，而液流继续通过隔离网进入液流通道28、液体 换向器14的出口29回到循环罐1，如此就实现一次擦洗。反复切换阀12、 16和 阀13、 15的开关状态，改变管式膜流道内的液体流向，使擦洗球随液流在管式膜 流道内来回往复运动，就可以实现反复擦洗管式膜的膜表面。 (2)在系统清洗过程中清洗罐4中放置清洗液，也可以是水，清洗时，关闭循环罐1两端的阀2、 35， 打开清洗罐4底部的阀5，清洗液经过清洗液供应通道6进入循环泵7,然后经过 液体换向器进口 11进入液体换向器14，此时液体换向器14的阀12、 16开，阀 13、 15关闭，因此清洗液经过阀12进入液流通道28，然后经过擦洗球收放器27 进入管式膜25的流道，在循环液流的作用下，选用的海绵球停留在擦洗球收放器 18的隔离网38处，而液流继续无障碍通过隔离网进入液流通道17、液体换向器 14的出口 29、阀33和清洗液回流通道34回到清洗罐4。此时切换液体换向器的 阀，将液体换向器14的阀12、 16关闭，阀13、 15打开，则进入管式膜流道的液 流方向发生改变，经过阀15和液流通道17进入擦洗球收放器18，海绵球在液流 的推动下进入管式膜25流道，由于海绵球直径不小于管式膜流道直径，同时由于 海绵球柔软有弹性，在液流作用下可以根据通道的状况发生变形，在经过管式膜 流道时擦洗管式膜25表面，当海绵球到达管式膜25另一端的擦洗球收放器27, 由于隔离网38将海绵球截留下来，而液流继续通过隔离网进入液流通道28、液体 换向器14的出口29回到清洗罐4，如此就实现一次擦洗。反复切换阀12、 16和 阀13、 15的开关状态，改变管式膜流道内的液体流向，使擦洗球随液流在管式膜 流道内来回往复运动，就可以实现反复擦洗管式膜的膜表面。针对管式膜的污垢
选用相应的清洗液，结合海绵球的擦洗，可以快速有效的恢复管式膜的膜通量。本实用新型使用的擦洗球直径不小于管式膜流道直径，适当增大擦洗球直径有 利于增强擦洗效果，图4是选用海绵球做擦洗球，其直径对管式膜清洗效果的曲 线图。管式膜流道直径12mm，海绵球直径①球10醒，②球12mra，③球15mm， 球17mm，在膜清洗设备中加入软水，在循环压力4bar，温度48土2。C条件下 恒温循环15分钟后，依次使用不同直径海绵球进行清洗数次后，计算通量并分析 其变化。在清洗过程中，由于④球堵塞在管式流道中，无法通过，其他直径海绵 球都能通过管式膜起到擦洗作用，从图4可看出，除了④球之外，不同直径海绵 球对膜通量均有不同程度的提高，从擦洗效果看③球〉②球〉①球。因此，在能 够通过的条件下，擦洗效果随着海绵球直径的增加而增加。图5和图6是化学清洗和海绵球擦洗+化学清洗的清洗效果曲线图。化学清洗一般是采用酸、碱配置清洗液对污染膜进行循环冲洗。选用两支相 同规格被污染的管式膜，分别采用酸、碱化学清洗、海绵球擦洗+化学清洗的方法， 在循环压力4bar，温度48土2'C条件下恒温循环清洗。膜通量的测量海绵球每擦洗一次膜表面后测量膜通量，同时采集使用化学 清洗膜的通量以比较清洗效果。从图5中可以看出，纯粹的碱洗对膜通量没有明显改善，海绵球擦洗+碱洗则 将膜通量从9L/m2h提高到了 37. lL/m2h，提高了 4倍多。从图6中可以看出，纯粹的酸洗对膜通量恢复只是略有改善，海绵球擦洗+酸 洗的效果好于纯粹酸洗，但效果不如碱洗。因此，根据污垢选择合适的清洗剂， 再增加海绵球擦洗工艺将明显提高清洗效率。
权利要求1、管式膜擦洗装置，包括循环罐、料液供应通道、管式膜、料液回流通道，其特征是还设有液体换向器、擦洗球和两个擦洗球收放器，两个擦洗球收放器分别设置于管式膜的流道进/出口处，料液供应通道、料液回流通道连接循环罐与液体换向器，液体换向器、擦洗球收放器、管式膜的流道和另一擦洗球收放器连接成一环形通路，擦洗球设置在两个擦洗球收放器之间。
2、 根据权利要求1所述的管式膜擦洗装置，其特征是还设有清洗罐、清洗液 供应通道和清洗液回流通道，清洗液供应通道、清洗液回流通道连接清洗罐与液 体换向器。
3、 根据权利要求1或2所述的管式膜擦洗装置，其特征是擦洗球直径不小于 管式膜流道直径，且擦洗球在液体压力下能通过管式膜流道。
4、 根据权利要求1或2所述的管式膜擦洗装置，其特征是擦洗球收放器包括 进口、出口、隔离网和擦洗球投放/排出口，擦洗球收放器的进口与液体换向器的 液流通道相连接，出口与管式膜的流道进/出口相连接，隔离网设在进口与出口之 间，阻挡擦洗球从擦洗球收放器的进口流出，擦洗球投放/排出口设在擦洗球收放 器上，位于隔离网与出口之间。
5、 根据权利要求3所述的管式膜擦洗装置，其特征是擦洗球收放器包括进口、 出口、隔离网和擦洗球投放/排出口，擦洗球收放器的进口与液体换向器的液流通 道相连接，出口与管式膜的流道进/出口相连接，隔离网设在进口与出口之间，阻 挡擦洗球从擦洗球收放器的进口流出，擦洗球投放/排出口设在擦洗球收放器上， 位于隔离网与出口之间。
专利摘要管式膜擦洗装置，包括循环罐、料液供应通道、管式膜、料液回流通道、清洗罐、清洗液供应通道和清洗液回流通道，还设有液体换向器、擦洗球和两个擦洗球收放器，两个擦洗球收放器分别设置于管式膜的流道进/出口处，液体换向器可改变管式膜中液体流向，擦洗球随液体流向的改变在两擦洗球收放器之间运动，擦洗球直径不小于管式膜流道直径，且擦洗球在液体压力下能通过管式膜流道。本实用新型结构简单，生产过程中也可进行管式膜的清洗，利用擦洗球反复对管式膜擦洗的方式，可以达到90％以上的膜通量恢复，并且可以自由选择对管式膜物理清洗或化学清洗，或者物理清洗与化学清洗相结合，满足不同的使用需求。
文档编号B01D65/00GK201214050SQ20082003442
公开日2009年4月1日 申请日期2008年4月24日 优先权日2008年4月24日
发明者云金明, 王怀林 申请人:南京凯米科技有限公司