专利名称：一种连续纳滤浓缩装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于纳滤装置技术领域，特别是提供了一种连续纳滤浓缩装置。
背景技术：
纳滤膜属于反渗透范畴的半透膜，其孔径介于反渗透和超滤膜之间，通常指零点几到几个纳米。与反渗透膜相比，纳滤膜对离子具有选择性截留的效果，对有机物来讲，纳滤膜对分子量几百到几千的物质，截留效果很好，因此，自从发明纳滤膜以来，在化工、制药、食品饮料、水处理、环境保护等行业的应用得到了迅猛发展。纳滤膜的应用主要集中在浓缩和分离。从装置规模和配置上，纳滤膜分离装置分为单元件系统、单段系统和多段系统。单元件系统是最小的纳滤系统，只包含一支压力容器和一支膜元件(所有压力容器和膜元件一起称膜堆)。由于该系统仅采用一支膜元件，而设计要求单支40英寸长的膜元件浓水排放量与产水量比的最小值为5:1 (约相当于18%的回收率)，因此单一膜元件系统很难达到较高的系统回收率。为了提高回收率，可以在每一支压力容器内串联更多的月旲兀件。单支压力容器并联起来排列就成了单段系统。单段系统中至少包含两支压力容器和两个膜元件。单段系统回收率与单支压力容器中串联的膜元件数量有关，一般在15 50 %之间。单原件系统和单段系统通常采用全回流模式操作，即物料从纳滤循环罐出来，进入纳滤系统进行一次浓缩，浓缩液再回流到纳滤循环罐，如此反复，以达到需要的浓缩倍数。采用全回流方式操作，运行费用较高。当要求系统回收率超过50%时，应当采用多段系统。多段系统是指第一段的浓水作为第二段的进水，第二段的浓水作为第三段的进水，以此类推。多段系统从压力容器排列结构设计上可分为两种一种是圣诞树结构设计(Christmas Tree Design),另一种是再循环结构设计(Recirculation Design)。圣诞树结构设计(Christmas Tree Design):由于每段的进水一部分变成产水,后一段的进水流量会减少，为了保证每支膜元件的正常进水流量，所以后段的压力容器数量要比上一段的压力容器数量少，形成倒金字塔形状排列。具体排列方式与单支压力容器膜元件数量、物料性质(浓度、黏度等)、设计回收率等因素有关。通常四 六芯膜压力容器的排列方式是2:1或4:2:1。对多段系统，由于膜元件自身压降和浓度升高，后段系统会出现净驱动压力不足的现象，造成前段和后端产水不均衡，往往需要在每两段之间加增压泵，以提高后段的驱动力。圣诞树结构设计的两段系统回收率可达到50 70 %，三段系统回收率可达到75 80 %。圣诞树结构设计优点是结构和操作简单，投资省。该结构的系统通常仅需要一台高压泵(有时需要段间增压泵)和很少的工艺管道和控制阀，操作简单方便，便于实现自动控制。其最大缺点是受物料性质、回收率等因素影响，膜元件的进料流量选择通常会处于过高或过低的边缘，任何一点点进料流量的波动都可能会造成系统不稳定，另外这种排列的系统一次浓缩倍数最多只能达到4 5倍。当系统浓缩倍数要求不高时，圣诞树结构设计的多段系统可以实现连续操作；如果经过一次浓缩达不到浓缩倍数要求，也必须采用全回流操作。再循环结构设计(Recirculation Design):其最大特征在于每段系统均配备一台循环泵，进料管道连接到循环泵入口，同时每一段膜堆出口管道也连接到循环泵入口。循环泵以及膜堆、相关管道形成一个内部循环圈。循环泵的作用是提供每支压力容器所需要的进料流量，克服膜压降。再循环结构设计通常为2个以上循环圈并联，每个循环圈的循环泵入口和膜堆浓缩液出口安装阀门。其最大优点是每个循环圈可分别独立运行，通过控制每个循环圈进出口阀门，在生产不中断的情况下，实现清洗，从而实现真正意义上的连续浓缩；另外，由于采用了内循环结构，系统回收率可以达到很高(可达95%以上)，并且可根据物料性质和生产需要在大范围内调整。再循环结构设计主要缺点是投资和运行费用高。在浓缩倍数和处理速度确定的情况下，段数越少，所使用的膜元件会越多。增加段数，虽然会减少膜元件数量，但同时会增加循环泵的数量，装机功率提高，运行费用增加。受一次性投资费用影响，再循环结构设计通常用于处理规模比较大的系统。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种连续纳滤浓缩装置，用尽量少的膜元件和尽量少的装机功率，即可达到很高的浓缩倍数(可达到20倍以上)，解决了传统圣诞树结构设计浓缩倍数低，再循环结构设计投资和运行费用高的问题；实现了投资省、操作弹性大、运行费用低、适用性好。本实用新型包括供料泵I、安全过滤器2、高压泵3、一段膜堆4、二段膜堆9、循环泵13、三段膜堆14、三段浓缩液调节阀16、三段浓缩液流量计17、总渗透液流量计18。供料泵I与安全过滤器2连接，安全过滤器2与高压泵3连接，高压泵3与一段膜堆4连接，一段膜堆4浓缩侧与二段膜堆9连接，二段膜堆9与循环泵13入口连接，三段膜堆14的入口和浓缩侧出口分别与循环泵13的出口和入口连接，形成内部循环圈，三段膜堆14浓缩侧连接三段浓缩液调节阀16、三段浓缩液调节阀16与三段浓缩液流量计17连接，一段膜堆4渗透侧出口、二段膜堆9渗透侧出口以及三段膜堆14渗透侧出口合并，连接总渗透液流量计18。该纳滤装置为多段系统，通常为三段系统，其中末段采用内循环结构，前几段采用圣诞树结构设计。这种设计结合了两种传统设计方案的优点，用较少的膜元件，实现一次浓缩到较高的浓缩倍数(可达10 20倍)的生产需要，节约了一次性设备投资和运行成本。作为对本实用新型的进一步优化，在一段膜堆4、二段膜堆9之间增加一台段间增压泵8，其位置在一段膜堆4浓缩侧和二段膜堆9之间。作为对本实用新型的进一步优化，在二段膜堆9、三段膜堆14之间，增加一台段间增压泵8，其位置在二段膜堆9浓缩侧和循环泵13之间。增加段间增压泵8，可提高增压泵后各段膜堆的操作压力，提高后段膜的工作效率，从而有效减少膜元件数量，降低设备投资。作为对本实用新型的更进一步优化，在一段膜堆4浓缩侧和二段膜堆9之间增加段间增压泵8的同时，在一段膜堆4浓缩侧和段间增压泵8之间增加一段浓缩回流液调节阀门6，之后连接一段回流液流量计7 ；同时，将总渗透液流量计18去掉，在一段膜堆4渗透侧出口连接一段渗透液流量计5，在二段膜堆9渗透侧出口连接二段渗透液流量计10，在三段膜堆14侧出口连接三段渗透液流量计15，各段渗透液经过各段渗透液流量计后再合并；去掉总渗透液流量计18。作为对本实用新型的更进一步优化，在二段膜堆9浓缩侧和循环泵13之间增加段间增压泵8的同时，在二段膜堆9浓缩侧和段间增压泵8之间增加二段浓缩回流液调节阀门11，之后连接二段回流液流量计12 ;同时，将总渗透液流量计18去掉，在一段膜堆4渗透侧出口连接一段渗透液流量计5，在二段膜堆9渗透侧出口连接二段渗透液流量计10，在三段膜堆14侧出口连接三段渗透液流量计15，各段渗透液经过各段渗透液流量计后再合并；去掉总渗透液流量计18。作为对本实用新型的更进一步优化，在二段膜堆9浓缩侧和循环泵13之间增加段间增压泵8的同时，在一段膜堆4浓缩侧和二段膜堆9之间增加一段浓缩回流液调节阀门6，之后连接一段回流液流量计7 ;同时，将总渗透液流量计18去掉，在一段膜堆4渗透侧出口连接一段渗透液流量计5，在二段膜堆9渗透侧出口连接二段渗透液流量计10，在三段膜 堆14侧出口连接三段渗透液流量计15，各段渗透液经过各段渗透液流量计后再合并。通过上述优化，可降低各段膜堆的选型配置难度，同时可直观显示各段膜堆的实际运行出力情况，并能通过调节一段和二段回流液调节阀的开度以及高压泵和段间增压泵的频率来调节控制各段膜堆的工作流量。本实用新型的有益效果是使用较少的膜元件(或者较小的膜过滤面积)和较低的装机功率，实现所处理物料的连续浓缩，节约设备一次性投资费用和运行费用。同时，该设备一次浓缩倍数可在4 20倍(甚至更高)之间可调，适用性好，操作弹性大。本实用新型结构简单合理，装机功率小，可广泛应用于清洁物料的连续浓缩处理。配备合适的PLC、传感器和执行机构，可实现自动操作。
图I为连续纳滤浓缩装置结构示意图。图2为带段间增压泵的连续纳滤浓缩装置一种结构示意图。图3为带段间增压泵的连续纳滤浓缩装置另一种结构示意图。图4为带段间回流和段间增压泵的连续纳滤浓缩装置一种结构示意图。图5为带段间回流和段间增压泵的连续纳滤浓缩装置另一种结构示意图。图6为带段间回流和段间增压泵的连续纳滤浓缩装置再一种结构示意图。图7为传统三段再循环结构排列装置结构示意图。图8为传统三段圣诞树结构排列装置结构示意图。其中，供料泵I、安全过滤器2、高压泵3、一段膜堆4、一段渗透液流量计5、一段浓缩回流液调节阀6、一段回流液流量计7、段间增压泵8、二段膜堆9、二段渗透液流量计10、二段浓缩回流液调节阀11、二段回流液流量计12、循环泵13、三段膜堆14、三段渗透液流量计15、三段浓缩液调节阀16、三段浓缩液流量计17、总渗透液流量计18。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步解释。实施例I :[0032]本实用新型实施例I包括供料泵1，安全过滤器2，高压泵3，一段膜堆4，二段膜堆9，循环泵13，三段膜堆14，三段浓缩液调节阀16，三段浓缩液流量计17，总渗透液流量计18。其中，一段膜堆、二段膜堆以及三段膜堆由一支压力容器或多支压力容器并联组成，压力容器中装填膜元件；膜元件采用卷式纳滤膜元件、卷式反渗透膜元件或卷式超滤膜元件，膜元件规格包括8040，4040，2540等；压力容器可采用玻璃钢、不锈钢或其它材质的8寸1-6芯，4寸1-4芯，2. 5寸1-4芯膜壳。原料液经供料泵I进入安全过滤器2，拦截掉颗粒性杂质，通过高压泵3加压后，进入一段膜堆4，进行初步预浓缩；一段浓缩液直接进入二段膜堆9，进行二次浓缩；二段浓缩液作为三段的原料液，进入循环泵13，再进入三段膜堆14，进行最终的循环浓缩；三段浓缩液经三段浓缩流量计17计量，进入下一工序处理；一段、二段、三段渗透液合并后经总渗透 液流量计18计量，进行回收或排放处理。以上三段膜采用串联结构，其中三段膜堆14浓缩液出口与三段循环泵13的入口连通，形成内部循环，从而保证三段膜堆14需要的进料流量。通过调节三段浓缩液调节阀16的开度，可自由控制系统的浓缩倍数，浓缩倍数通过流量计读数进行计算。—段和二段膜采用圣诞树结构排列，也就是说一段膜堆与二段膜堆相比，采用更多的压力容器。以8寸6芯的压力容器为例，通常可采用2:1，3:2 (3:1)或5:3 (5:2)等排列方式。通过对供料泵、高压泵的选型和对膜对排列结构的计算，保证运行时每支压力容器的进料流量。三段为带循环泵的内循环结构，通过循环泵的选型，可保证三段压力容器的合适进料流量。本实施例I中，渗透侧采用了一个总渗透液流量计，成本低，但不能描述每段膜的回收率情况。可在每段膜渗透侧出口安装一台流量计，取消总渗透液流量计，如此一来，可根据各流量计读数，计算出各段膜的回收率。实施例2 与实施例I基本相同，所不同的是在一段膜堆4浓缩侧和二段膜堆9之间，增加了段间增压泵8。一、二段之间增加段间增压泵后，可使二段、三段的操作压力提高，从而提高二段和三段膜的工作效率，降低系统膜元件总数量，或者提高系统总的浓缩倍数。实施例3 与实施例2基本相同，所不同的是，段间增压泵8的位置位于二段膜堆9浓缩侧和循环泵13之间。二、三段之间增加段间增压泵后，可使三段的操作压力提高，从而提高三段膜的工作效率，降低三段膜元件数量，或者提高系统总的浓缩倍数。实施例4 与实施例2基本相同，所不同的是在一段膜堆4浓缩侧和段间增压泵8之间，增加了一段浓缩回流液调节阀6和对应的一段回流液流量计7 (—段回流管路)，同时，每段膜渗透侧出口分别增加了渗透液流量计5、10、15，取消了总渗透液流量计18。[0048]一、二段之间增加一段回流管路后，一、二段膜的排列和供料泵、高压泵的选型自由度会有所提高，可通过调节一段浓缩回流液调节阀6的开度，调节二段膜的进料流量以及一段膜的渗透流量，系统的可操作性大大增加。实施例5 与实施例3基本相同，所不同的是在二段膜堆9浓缩侧和段间增压泵8之间，增加了二段浓缩回流液调节阀11和对应的二段回流液流量计12 (二段回流管路)，同时，每段膜渗透侧出口分别增加了一个渗透液流量计5、10、15，取消了总渗透液流量计18。二、三段之间增加二段回流管路后，可提高设备选型的自由度。设备选型确定后，可通过调节二段浓缩回流液调节阀11的开度，调节一、二段膜的进料流量以及一、二段膜的渗透流量，改善系统的可操作性。实施例6 与实施例5基本相同，所不同的是在一段膜堆4浓缩侧和二段膜堆9之间，增加了 一段浓缩回流液调节阀6和对应的一段回流液流量计7 (—段回流管路)。增加一段回流管路后，可提高设备选型的自由度。设备选型确定后，可通过调节一段浓缩回流液调节阀7的开度，调节一、二段膜的进料流量以及一、段膜的渗透流量，改善系统的可操作性。实施例7 为传统三段再循环排列的系统配置。共配备了 5台泵，与本实用新型其它实施例比较，投资明显增加。实施例8 为传统三段圣诞树排列的系统配置。受到高压泵和膜元件的规格以及操作性能影响，圣诞树结构排列的膜装置，浓缩倍数最大能达到5倍左右。本实用新型的具体实现途径和方式还有很多，以上所述仅仅是本实用新型优选的几种实施方案。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基本原理的前提下，还可做出若干的改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种连续纳滤浓缩装置，其特征在于包括供料泵(I)、安全过滤器(2)、高压泵(3)、一段膜堆(4)、二段膜堆(9)、循环泵(13)、三段膜堆(14)、三段浓缩液调节阀(16)、三段浓缩液流量计(17)、总渗透液流量计(18);供料泵(I)与安全过滤器(2)连接，安全过滤器(2)与高压泵(3)连接，高压泵(3)与一段膜堆(4)连接，一段膜堆(4)浓缩侧与二段膜堆(9)连接，二段膜堆9与循环泵(13)入口连接，三段膜堆(14)的入口和浓缩侧出口分别与循环泵(13 )的出口和入口连接，形成内部循环圈，三段膜堆(14)浓缩侧连接三段浓缩液调节阀(16)、三段浓缩液调节阀(16)与三段浓缩液流量计(17)连接，一段膜堆(4)渗透侧出口、二段膜堆(9)渗透侧出口以及三段膜堆(14)侧出口合并，连接总渗透液流量计(18)。
2.根据权利要求I所述的连续纳滤浓缩装置，其特征在于，在一段膜堆(4)、二段膜堆(9)之间增加一台段间增压泵(8)，其位置在一段膜堆(4)浓缩侧和二段膜堆(9)之间。
3.根据权利要求I所述的连续纳滤浓缩装置，其特征在于，在二段膜堆(9)、三段膜堆(14)之间，增加一台段间增压泵(8)，其位置在二段膜堆(9)浓缩侧和循环泵(13)之间。
4.根据权利要求I或2所述的连续纳滤浓缩装置，其特征在于，在一段膜堆(4)浓缩侧出口增加一台一段浓缩回流液调节阀(6)，之后连接一段回流液流量计(7)，其位置在一段膜堆(4)浓缩侧与段间增压泵(8)之间。
5.根据权利要求I或3所述的连续纳滤浓缩装置，其特征在于，在二段膜堆(9)浓缩侧出口增加一台二段浓缩回流液调节阀(11)之后连接二段回流液流量计(12)，其位置在二段膜堆(9)浓缩侧与段间增压泵(8)之间。
6.根据权利要求5所述的连续纳滤浓缩装置，其特征在于，在一段膜堆(4)浓缩侧出口增加一台一段浓缩回流液调节阀(6)，之后连接一段回流液流量计(7)，其位置在一段膜堆(4 )浓缩侧与二段膜堆(9 )之间。
专利摘要一种连续纳滤浓缩装置，属于纳滤装置技术领域，包括供料泵、安全过滤器、高压泵、一段膜堆、二段膜堆、循环泵、三段膜堆、三段浓缩液调节阀、三段浓缩液流量计、总渗透液流量计。优点在于，结构简单合理，装机功率小，可广泛应用于清洁物料的连续浓缩处理。配备合适的PLC、传感器和执行机构，可实现自动操作。
文档编号B01D61/08GK202606034SQ20122029694
公开日2012年12月19日 申请日期2012年6月19日 优先权日2012年6月19日
发明者王自斌, 李君占 申请人:北京鑫佰利科技发展有限公司