一种渗透汽化膜组件及基于该组件的分离系统的制作方法

本实用新型属于分离技术领域，具体涉及渗透汽化膜分离装置

背景技术：

渗透汽化(pervaporation，pv)是一种新兴的膜分离技术。pv利用料液膜上下游某组分化学势差为驱动力实现传质，利用膜对料液中不同组分亲和性和传质阻力的差异实现选择性。膜材料是pv过程能否实现节能，高效等特点的关键。

渗透汽化膜组件工作时，有机溶剂与水的高温高压混合汽体快速从膜管外表面流过，膜管内部存在高真空，内外存在的压力差作为一种推动力使得水分子通过涂覆于膜管外表面的分子筛进入膜管内部，有机溶剂分子动力学直径比分子筛的孔径要大因而被留在膜管外侧，因此水分子和有机溶剂得到有效分离。

而传统的膜组件在使用时存在膜元件渗透通量不高严重影响分离效率的情况，究其原因就在于高温高压的混合汽体在膜组件中的停留时间过短且汽体的湍流程度不高。

现有采取在膜壳中加入阻流隔板的解决方案，在垂直于膜管的方向增加一些水平方向的隔板，虽然能在一定程度上解决上述存在的问题，但又带来了新的加工难度大等加工方面的问题，如膜管需要依次传过这些隔板，隔板上的孔必须上下完全对准在同一直线上，也即对上下孔同心度的加工精度要求非常高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种渗透汽化膜组件以及基于改膜组件的分离系统，以提高渗透通量和渗透效率。

基于以上发明目的，本实用新型提供一种渗透汽化膜组件，由若干根渗透汽化膜管、圆柱形膜壳和膜隔板构成，所述膜管均匀固定在设置有多个固定孔的固定盘上，所述固定盘安装于膜壳顶部，所述膜隔板一端固定在固定盘上，另一端伸向膜壳底部，将膜壳内空间均匀隔成相通的两部分。

进一步地，为增加膜管渗透通量，可以选择采用以下两种设置中的一种：

(1)每根渗透汽化膜管外均套有耐腐蚀材质(如四氟材质等)制作的阻尼弹簧，优选地，所述阻尼弹簧的长度与膜管长度相等。

该弹簧的作用具体体现在以下两点，一方面弹簧增加了渗透汽化膜壳内介质的湍动性，使料在膜壳径向的分布更加均匀，尽可能地避免返混；另一方面，因弹簧的扰动作用，使渗透汽化膜表面的浓差极化层大大变薄，极大地增加了物料的传质速率。因此，通过该阻尼设置大大提高了渗透汽化膜的通量和分离效率。

(2)所述膜壳内壁和膜隔板表面设置有多个阻尼条，所述阻尼条由安装条和间隔一定距离均匀设置在安装条上的阻尼块构成，膜壳内壁设置有与安装条大小匹配的安装槽，所述安装条嵌入安装槽中实现阻尼块的固定。优选地，阻力块形似契型，阻尼块向膜壳内空间顺气流方向凸起。阻力块的作用在于提高汽流方向上的阻力，增加汽流在膜壳中的湍流程度，也能有效减少浓差极化的影响，还提高汽体在膜壳中的停留时间，从而有效提高渗透汽化膜组件的通量，减少膜组件的数量也就减少膜组件的投资成本。

本实用新型提供基于上述渗透汽化膜组件的分离系统，包括汽化器、汽液分离器、再热器、渗透汽化膜组、渗透液冷凝器、产品冷凝器、产品接收槽组成；所述汽化器出料口与汽液分离器的进料口连通，汽液分离器的出料口与再热器的进料口连通，再热器的出料口连接渗透汽化膜组，所述渗透汽化膜组由若干渗透汽化膜单元串联构成，每级由若干渗透汽化膜组件串联或并联构成，每级渗透汽化膜单元分别配置用于收集渗透液的冷凝器和渗透液槽，渗透汽化膜组的出料口连接产品冷凝器和产品接收槽。

进一步地，所述渗透汽化膜组由1～6级渗透汽化膜单元串联构成，每级由2-6个渗透汽化膜组件并联或串联构成。

进一步地，渗透汽化膜组与产品冷凝器之间(物料蒸汽出口)设置有背压阀。

渗透汽化膜分离的主要推动力为膜内外的压差，设置背压阀的作用是增加膜管外待分离物料蒸汽的压力，提高渗透汽化膜内外侧物料的压差，提高水分等透过渗透汽化膜组分的通量，以实现快速、高效的分离。渗透汽化膜的分子筛膜管内为真空状态操作，实际使用过程中膜装置是配有真空泵来实现膜管内的真空操作的，通过真空泵变频和真空泵进气口设置调节阀来实现真空度的调节和控制。

进一步地，渗透汽化膜组的上一级渗透汽化膜单元和下一级渗透汽化膜单元之间设置有补热器。

进一步地，所述渗透液槽连接真空泵，保持渗透液冷凝器以及膜管内侧具有较大并且稳定的真空度，以确保渗透汽化膜内外保持较大的压差，进一步增大渗透汽化膜分离过程的推动力，使渗透汽化膜具有较高的通量和分离效率。

进一步地，所述汽化器、再热器均为加热设备，使液体能够汽化成汽体，以进入渗透汽化膜组件进行分离操作。所述汽液分离器为常规汽化器。

本实用新型所述回收分离系统采用耐腐蚀的304材质或316l材质制作。

本实用新型所述分离回收系统可适用于多种含水有机废液的分离、套用(回收的有机溶剂作为新溶剂，重新返回生产工段中使用)，尤其对与水共沸的体系具有较好的分离效果。可广泛用于但不限于多肽行业(乙腈、四氢呋喃、乙醇，甲基叔丁基醚脱水，二氯甲烷，甲醇回收等)、电子行业(异丙醇，丁酮脱水，丙酮回收等)以及实验室废有机溶剂的在线回收和套用。以上行业中涉及到的乙腈、四氢呋喃、乙醇、异丙醇、丁酮、甲醇、二氯甲烷、甲基叔丁基的含水量从0～99％均适用该装置，经过该装置后废水中有机溶剂的含量小于0.1％。

与现有技术相比，本实用新型具有以下益效果：

1.本实用新型所述膜组件由于设置有阻尼弹簧，高温高压的混合汽体在膜组件中的停留时间长，并提高汽流方向上的阻力，增加汽流在膜壳中的湍流程度，也能有效减少浓差极化的影响，还延长汽体在膜壳中的停留时间，从而有效提高渗透汽化膜组件的通量，减少膜组件的数量也就减少膜组件的投资成本。同时，结构简单，易于加工制作，加工成本低。

2.本实用新型所述分离回收系统可广泛用于但不仅限于多肽行业(乙腈、甲醇、dmf、四氢呋喃、乙醇脱水等)、电子行业(异丙醇脱水等)以及实验室废有机溶剂的在线回收和套用，大大降低企业溶剂外购量和危废产生量，极大地降低企业的生产成本和环保成本。

附图说明

图1为本实用新型所述膜组件的俯视图；

图2为本实用新型所述膜组件正视图；

图3为本实用新型所述套装阻尼弹簧的膜示意图。

图4为本实用新型所述分离系统是结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本实用新型，而不应视为限定本实用新型的范围。按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1

一种渗透汽化膜组件，由若干根渗透汽化膜管10、圆柱形膜壳12和膜隔板11构成，所述膜管均匀固定在设置有多个固定孔的固定盘13上，所述固定盘安装于膜壳顶部，所述膜隔板一端固定在固定盘上，另一端伸向膜壳底部，将膜壳内空间均匀隔成相通的两部分。所述膜管外壁套装有阻尼弹簧14。

该弹簧的作用具体体现在以下两点，一方面弹簧增加了渗透汽化膜壳内介质的湍动性，使料在膜壳径向的分布更加均匀，尽可能地避免返混；另一方面，因弹簧的扰动作用，使渗透汽化膜表面的浓差极化层大大变薄，极大地增加了物料的传质速率。因此，通过该阻尼设置大大提高了渗透汽化膜的通量和分离效率。

实施例2

一种渗透汽化膜组件，由若干根渗透汽化膜管10、圆柱形膜壳12和膜隔板11构成，所述膜管均匀固定在设置有多个固定孔的固定盘13上，所述固定盘安装于膜壳顶部，所述膜隔板一端固定在固定盘上，另一端伸向膜壳底部，将膜壳内空间均匀隔成相通的两部分。

所述膜壳内壁和膜隔板表面设置有多个阻尼条，所述阻尼条由安装条和间隔一定距离均匀设置在安装条上的阻尼块构成，膜壳内壁设置有与安装条大小匹配的安装槽，所述安装条嵌入安装槽中实现阻尼块的固定。优选地，阻力块形似契型，阻尼块向膜壳内空间顺气流方向凸起。阻力块的作用在于提高汽流方向上的阻力，增加汽流在膜壳中的湍流程度，也能有效减少浓差极化的影响，还提高汽体在膜壳中的停留时间，从而有效提高渗透汽化膜组件的通量，减少膜组件的数量也就减少膜组件的投资成本。

实施例3

本实用新型提供基于实施例1中渗透汽化膜组件的分离系统，包括汽化器1、汽液分离器2、再热器3、渗透汽化膜组4、渗透液冷凝器5、产品冷凝器6、产品接收槽7组成；所述汽化器出料口与汽液分离器的进料口连通，汽液分离器的出料口与再热器的进料口连通，再热器的出料口连接渗透汽化膜组，所述渗透汽化膜组由4级渗透汽化膜单元串联构成，每级由5个渗透汽化膜组件并联构成，每级渗透汽化膜单元分别配置用于收集渗透液的冷凝器和渗透液槽9，渗透汽化膜组的出料口连接产品冷凝器和产品接收槽。所述渗透液槽连接真空泵，保持渗透液冷凝器以及膜管内侧具有较大并且稳定的真空度，以确保渗透汽化膜内外保持较大的压差，进一步增大渗透汽化膜分离过程的推动力，使渗透汽化膜具有较高的通量和分离效率。

渗透汽化膜组与产品冷凝器之间(物料蒸汽出口)设置有背压阀8。渗透汽化膜组的上一级渗透汽化膜单元和下一级渗透汽化膜单元之间设置有补热器。

所述回收分离系统采用耐腐蚀的304材质或316l材质制作。

本实用新型所述分离回收系统可适用于多种含水有机废液的分离、套用(回收的有机溶剂作为新溶剂，重新返回生产工段中使用)，尤其对与水共沸的体系具有较好的分离效果。可广泛用于但不限于多肽行业(乙腈、四氢呋喃、乙醇，甲基叔丁基醚脱水，二氯甲烷，甲醇回收等)、电子行业(异丙醇，丁酮脱水，丙酮回收等)以及实验室废有机溶剂的在线回收和套用。以上行业中涉及到的乙腈、四氢呋喃、乙醇、异丙醇、丁酮、甲醇、二氯甲烷、甲基叔丁基的含水量从0～99％均适用该装置，经过该装置后废水中有机溶剂的含量小于0.1％。

实施例4

本实用新型提供基于实施例2中渗透汽化膜组件的分离系统，包括汽化器1、汽液分离器2、再热器3、渗透汽化膜组4、渗透液冷凝器5、产品冷凝器6、产品接收槽7组成；所述汽化器出料口与汽液分离器的进料口连通，汽液分离器的出料口与再热器的进料口连通，再热器的出料口连接渗透汽化膜组，所述渗透汽化膜组由4级渗透汽化膜单元串联构成，每级由5个渗透汽化膜组件并联构成，每级渗透汽化膜单元分别配置用于收集渗透液的冷凝器和渗透液槽9，渗透汽化膜组的出料口连接产品冷凝器和产品接收槽。所述渗透液槽连接真空泵，保持渗透液冷凝器以及膜管内侧具有较大并且稳定的真空度，以确保渗透汽化膜内外保持较大的压差，进一步增大渗透汽化膜分离过程的推动力，使渗透汽化膜具有较高的通量和分离效率。

渗透汽化膜组与产品冷凝器之间(物料蒸汽出口)设置有背压阀8。渗透汽化膜组的上一级渗透汽化膜单元和下一级渗透汽化膜单元之间设置有补热器。

所述渗透液槽连接真空泵，保持渗透液冷凝器以及膜管内侧具有较大并且稳定的真空度，以确保渗透汽化膜内外保持较大的压差，进一步增大渗透汽化膜分离过程的推动力，使渗透汽化膜具有较高的通量和分离效率。

所述汽化器为、再热器为汽化器再热器均为加热设备，使液体能够汽化成汽体，以进入渗透汽化膜组件进行分离操作。

所述回收分离系统采用耐腐蚀的304材质或316l材质制作。

本发明所述膜分离系统的基本原理和真空相关设备与常规渗透汽化膜装置相同。

本实用新型所述分离回收系统可适用于多种含水有机废液的分离、套用(回收的有机溶剂作为新溶剂，重新返回生产工段中使用)，尤其对与水共沸的体系具有较好的分离效果。可广泛用于但不限于多肽行业(乙腈、四氢呋喃、乙醇，甲基叔丁基醚脱水，二氯甲烷，甲醇回收等)、电子行业(异丙醇，丁酮脱水，丙酮回收等)以及实验室废有机溶剂的在线回收和套用。以上行业中涉及到的乙腈、四氢呋喃、乙醇、异丙醇、丁酮、甲醇、二氯甲烷、甲基叔丁基的含水量从0～99％均适用该装置，经过该装置后废水中有机溶剂的含量小于0.1％。