专利名称：一种卷式膜元件及膜分离装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及膜分离技术领域，特别是涉及一种卷式膜元件。本实用新型还涉及包括上述卷式膜元件的膜分离装置。
背景技术：
目前，膜分离技术已广泛运用于医药、食品、化学、环保等各个领域。特别是超滤技术，在食品、蛋白质浓缩、污水处理、天然产物分离等领域，已显现出巨大的应用价值。膜元件是膜分离技术的核心部件，其结构包括中心集水管、密封胶、分离膜片、产水导流网、进水导流网、抗折缩器、膜外观等。通过卷制而成的膜元件在应用中，会多支膜填充在一个膜壳中，直接填充会导致膜与膜之间断面直接接触、贴合，由于膜元件的流道很窄，很难使两支膜元件的流道准确对应，容易造成流道堵塞，而且在运行过程中，若进水流量较小，由于重力作用，料液会集中在膜元件的下半部分，造成布水不均。此外，由于系统在运行过程中会裹夹气体，当这些气体得到释放的时候水体会突然加压，这种突然的变化像锤子一样敲击在分离膜上(即水锤)，会破坏膜结构，由于压差的影响，分离膜片与导流网之间甚至会发生相对位移(即望远镜现象)。抗折缩器是设置在膜元件两端的挡板，其主体为立式薄片支撑结构，一般为塑料材质，加装抗折缩器的目的是为了提高膜元件强度和阻隔系统中的膜元件，可实现均勻布水、避免流道堵塞、防止水锤破坏膜结构等目的，尤其可以防止望远镜现象。然而，在实际应用中，一般是一个膜壳里面填充多个膜元件，具有两个抗折缩器的膜元件之间便存在两个抗折缩器，这样就加大了膜元件之间抗折缩器的厚度，由于抗折缩器采用立式薄片支撑结构，其厚度越大，薄片的强度越差，而且多出的一个抗折缩器会占用更多的空间，导致产品尺寸较大。请参考图1、图2，图1为现有技术中常用导流网的导流截面示意图；图2为现有技术中“H”型导流网的导流截面示意图。如图所示，膜片1之间的进水导流网的经线2作为骨架支撑起导流作用，纬线3起到促进湍流程度的作用，经线与纬线的结构位置包括纬线侧边与经线外圆曲面相切至纬线中心线与经线中心线相交，当纬线侧边不与经线外圆曲面相切时，即可称之为“H”型导流网，此种结构与传统结构相比，具有增加使用面积、促进湍流效果等优点。进水导流网的常用尺寸为0.6-1. 5mm，尺寸越小，对进膜料液的要求越苛刻，如 0. 6mm的进水流道网允许的料液固形物尺寸应该不大于5μπι;按经纬角度，进水导流网大体可分为菱形导流网和平行导流网，前者的过膜阻力会大于后者，前者适合近似水的溶液， 后者适合较复杂的特殊料液处理，如粘度较大等。由于导流网对进膜料液要求严格，需利用板框过滤器、沙滤、离心过滤等工艺将进膜料液处理至固形物尺寸小于5 μ m,使前处理的成本大大提高，繁琐的前处理要求极大的限制了膜技术的应用领域，如生物制药行业，发酵液经过简单的离心分离就需要直接进入膜分离过程，显然，现有膜元件并不能满足这一使用要求，导致该领域中膜分离技术的应用不是很广泛。因此，如何提高卷式膜元件的稳定性和强度，并降低对进膜料液的要求，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
实用新型内容本实用新型的第一目的是提供一种性能稳定、结构强度高的卷式膜元件。本实用新型的另一目的是提供一种设有上述卷式膜元件的膜分离装置。为了实现上述第一目的，本实用新型提供了一种卷式膜元件，包括膜片、进水导流网、产水导流网以及外网，所述产水导流网设于所述膜片中，所述膜片和进水导流网以叠层形式围绕中心管卷绕，形成圆筒状膜元件主体，所述外网包裹卷绕所述膜元件主体，所述膜元件主体仅有一端设有抗折缩器。优选地，所述抗折缩器位于所述膜元件主体的出水端。优选地，所述抗折缩器与中心管粘接固定。优选地，所述抗折缩器具体为塑料抗折缩器或不锈钢抗折缩器。优选地，所述进水导流网的纬线直径范围为0. 5mm-2. 5mm。优选地，所述进水导流网的纬线直径具体为2mm。优选地，所述进水导流网经线与纬线直径的比例为1 1 1 1000。优选地，所述进水导流网经线与纬线的夹角范围为10° 90°。优选地，所述进水导流网经线与纬线的结构位置包括纬线侧边与经线外圆曲面相切至纬线中心线与经线中心线相交。为了实现上述第二目的，本实用新型还提供一种膜分离装置，包括膜壳以及在所述膜壳中依次对接的多个膜元件，所述膜元件具体为上述任一项所述的卷式膜元件。本实用新型提供的卷式膜元件采用单抗折缩器结构，这样可以保证对接时每两支膜元件之间的抗折缩器有且仅有一个，即厚度相同，与两端都设有抗折缩器的膜元件相比， 不仅可以防止水锤和望远镜现象，而且保证了系统的稳定性，增强了产品强度，在相同尺寸条件下，增大了膜面积，提高了产水量，还降低了生产成本。在一种具体实施方式
中，所述进水导流网的纬线直径范围为0. 5mm-2. 5mm。这种导流网大大降低了膜元件对进膜料液的要求，一般可以达到固形物尺寸0. 2mm以下，简化了前处理工艺，提高了生产效率，降低了生产成本，拓展了卷式膜元件的应用领域。本发明所提供的膜分离装置设有上述卷式膜元件，由于上述卷式膜元件具有上述技术效果，具有该卷式膜元件的膜分离装置也应具备相应的技术效果。
图1为现有技术中常用导流网的导流截面示意图；图2为现有技术中“H”型导流网的导流截面示意图；图3是本实用新型所提供卷式膜元件的结构示意图；图4是图3中所示抗折缩器的轴侧视图；图5是本实用新型所提供卷式膜元件的进水导流网的经线与纬线相互交织的结构示意图；[0032]图6是本实用新型所提供膜分离装置的一种具体实施方式
的结构示意图。图1至图2中1.膜片2.经线3.纬线图3至图6中10.中心管20.膜片30.外网40.抗折缩器40-1.外环体40-2.内环体40-3.薄片50.纬线60.经线70.卷式膜元件80.膜壳
具体实施方式
本实用新型的核心在于提供一种性能稳定、结构强度高的卷式膜元件。本实用新型的另一核心在于提供一种设有所述卷式膜元件的膜分离装置。为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的详细说明。请参考图3，图3是本实用新型所提供卷式膜元件的结构示意图。如图所示，在一种具体实施方式
中，本实用新型提供的卷式膜元件主要由中心管 10、膜片20、进水导流网、产水导流网以及外网30等构成。中心管10为带有多排孔的不锈钢或塑料管，用来收集经膜片20过滤的液体；膜片 20由分离膜背面与产水导流网(图中未示出)通过胶粘剂实现三边密封，形成类似袋子的形状，其袋口与中心管10相通。进水导流网的功能是为料液提供从膜元件进料端流至出料端的流道，它能给分离膜表面提供湍流促进作用，防止浓差极化以及污堵，较宽的流道能够大幅度阻止污堵的形成，同时提高清洗性能。外网30为塑料网，从外部保护膜袋，具体可以采用经过加强处理的聚丙烯网。膜片20和进水导流网以叠层形式围绕中心管卷绕，形成直径为4inch-8. 3inch、 长约38inch(linch = 2. 54cm)的圆筒状膜元件主体，外网30包裹卷绕膜元件主体形成外壳，膜元件主体仅在其出水端设有抗折缩器40，另一端并没有设置抗折缩器，抗折缩器40 与中心管10牢固粘接，加固膜元件，防止使用中压力过大造成膜片变形。请参考图4，图4是图3中所示抗折缩器的轴侧视图。抗折缩器40具有一个外环体40-1和一个内环体40-2，外环体40_1与内环体40_2 之间为若干径向分布的立式薄片40-3。这种支撑可以最大限度的保证强度的同时减小进料阻力，但是抗折缩器厚度就成了强度的关键因素，抗折缩器40的厚度越大，薄片40-3的宽度就越大，强度也就越低，仅设置一支抗折缩器40之后，使得卷式膜元件的结构更加简单均一，有助于系统稳定，提高了元件强度，并且增加了有效膜面积，提高了系统效率。上述抗折缩器40的材料具体可以是塑料(如ABS、PE、PP、聚砜等)或不锈钢。请参考图5，图5是本实用新型所提供卷式膜元件的进水导流网的经线与纬线相互交织的结构示意图。进水导流网每25mm有0-20个格，纬线50直径的尺寸为2mm，经线60与纬线50直径的比例为1 1 1 1000，经线60与纬线50的结构位置包括纬线侧边与经线外圆曲面相切至纬线中心线与经线中心线相交，经线60与纬线50夹角10° -90°，导流网材料包括但不限于LDPE(低密度聚乙烯)、HDPE(高密度聚乙烯)、PMP(聚-4-甲基-1-戊烯)、ETFE (聚氟乙烯)、PVC (聚氯乙稀)、PVDF (聚偏氟乙烯)、PE (聚乙烯)、PP (聚丙烯)。这种导流网大大降低了对进膜料液的要求，一般可以达到固形物尺寸0.2mm以下，简化了前处理工艺，提高了生产效率，降低了生产成本。根据用途或者功能的不同，分离膜可以分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜四大类，下面分别对其进行简单的介绍。微滤膜能截留0. 1-1微米之间的颗粒，允许大分子和溶解性固体(无机盐)等通过，但会截留住悬浮物、细菌及大分子量胶体等物质。超滤膜能截留0. 002-0. 1微米之间的大分子物质和蛋白质，允许小分子物质和溶解性固体(无机盐)等通过，同时将截留下胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物。纳滤膜能截留纳米级(0. 001微米)的物质，操作区间介于超滤和反渗透之间，其截留有机物的分子量约为200-800左右，截留溶解盐类的能力为20% -98%之间，对可溶性单价离子的去除率低于高价离子，纳滤一般用于去除地表水中的有机物和色素、地下水中的硬度及镭，且部分去除溶解盐，在食品和医药生产中用于提取、浓缩有用物质。反渗透膜能有效截留所有溶解盐份及分子量大于一百的有机物，同时允许水分子通过，广泛应用于海水及苦咸水淡化、锅炉补给水、工业纯水及电子级高纯水制备、饮用纯净水生产、废水处理和特种分离等过程。本文对分离膜的具体类型不做限定，但本领域普通技术人员应该知晓，上述四种分离膜均可用于本实用新型所提供的卷式膜元件，即上述四种分离膜均在本实用新型的保护范围之内。请参考图6，图6是本实用新型所提供膜分离装置的一种具体实施方式
的结构示意图。除了上述卷式膜元件，本实用新型还提供一种包括上述卷式膜元件的膜分离装置，将上述卷式膜元件70依次对接并放入膜壳80中，就成为膜分离装置，膜壳80上设有进水口和出水口。该膜分离装置其它各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。以上对本实用新型所提供的卷式膜元件及膜分离装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
权利要求1.一种卷式膜元件，包括膜片、进水导流网、产水导流网以及外网，所述产水导流网设于所述膜片中，所述膜片和进水导流网以叠层形式围绕中心管卷绕，形成圆筒状膜元件主体，所述外网包裹卷绕所述膜元件主体，其特征在于，所述膜元件主体仅一端设有抗折缩器。
2.根据权利要求1所述的卷式膜元件，其特征在于，所述抗折缩器位于所述膜元件主体的出水端。
3.根据权利要求2所述的卷式膜元件，其特征在于，所述抗折缩器与中心管粘接固定。
4.根据权利要求3所述的卷式膜元件，其特征在于，所述抗折缩器具体为塑料抗折缩器或不锈钢抗折缩器。
5.根据权利要求1所述的卷式膜元件，其特征在于，所述进水导流网的纬线直径范围为 0. 5mm-2. 5mm。
6.根据权利要求5所述的卷式膜元件，其特征在于，所述进水导流网的纬线直径具体为 2mm。
7.根据权利要求5所述的卷式膜元件，其特征在于，所述进水导流网经线与纬线直径的比例为1 1 1 1000。
8.根据权利要求5所述的卷式膜元件，其特征在于，所述进水导流网经线与纬线的夹角范围为10° 90°。
9.根据权利要求5至8任一项所述的卷式膜元件，其特征在于，所述进水导流网经线与纬线的结构位置包括纬线侧边与经线外圆曲面相切至纬线中心线与经线中心线相交。
10.一种膜分离装置，包括膜壳以及在所述膜壳中依次对接的多个膜元件，其特征在于，所述膜元件具体为上述权利要求1至9任一项所述的卷式膜元件。
专利摘要本实用新型公开了一种卷式膜元件，包括膜片、进水导流网、产水导流网以及外网，所述产水导流网设于所述膜片中，所述膜片和进水导流网以叠层形式围绕中心管卷绕，形成圆筒状膜元件主体，所述外网包裹卷绕所述膜元件主体，所述膜元件主体仅一端设有抗折缩器。该卷式膜元件采用单抗折缩器结构，可以保证对接时每两支膜元件之间的抗折缩器有且仅有一个，与两端都设有抗折缩器的膜元件相比，不仅可以防止水锤和望远镜现象，而且保证了系统的稳定性，增强了产品强度，在相同尺寸条件下，增大了膜面积，提高了产水量，还降低了生产成本。本实用新型还公开了设有上述卷式膜元件的膜分离装置。
文档编号B01D61/08GK201988337SQ20112008399
公开日2011年9月28日 申请日期2011年3月25日 优先权日2011年3月25日
发明者何福海, 李政雄, 赵金龙 申请人:安得膜分离技术工程(北京)有限公司