用于薄膜蒸馏或氨除去的薄膜接触器和系统及相关方法_2

文档序号:9421414阅读:来源:国知局
>[0040]图39是图38的空心纤维的外部(壳体侧)的一部分的示意放大表面视图;
[0041]图40是按照本发明至少一个实施例的具体示范多级接触器构造或接触器阵列的 示意说明;
[0042] 图41和42是本发明至少一个实施例的模块或接触器的一个具体例子的示意示范 数据图表;
[0043] 图43和44是按照本发明至少示范实施例在相应示范逆流和顺流模式中的模块的 使用的示意说明;及
[0044] 图45是按照本发明至少一个实施例的具体示范多级接触器构造或接触器阵列的 不意说明。
【具体实施方式】
[0045] 按照本发明的至少选中实施例、方面或目的,用于薄膜蒸馏和/或氨除去的可能 优选薄膜接触器可以在圆筒形外壳中包括至少一个整体封装空心纤维薄膜结构,使薄膜结 构的端部在外壳中凹入某一距离,仅作为例子,离每个端部至少1"的凹入量。用于薄膜蒸 馏和/或氨除去的薄膜接触器也可以具有相应盘形、圆顶形及/或其它模压成形端盖,这些 端盖适于接收在外壳的每个敞开端部中。在其它实施例中,薄膜结构可以在外壳中凹入,例 如离每个端部至少2"的凹入量。端盖每个可以在其中具有液体和气体端口的至少一个, 并且端盖可以适于在圆筒形外壳中由至少一个保持元件保持定位。这样一种保持元件可以 包括例如卡环或锁紧环,该卡环或锁紧环接收在圆筒形外壳的内部中的凹槽中。端盖每个 可以在其中具有中心开口,并且在其中具有另一个开口,该中心开口适于接收液体端部端 口或喷嘴,该另一个开口适于接收气体(或第二液体)端部端口或管子。整体封装薄膜结 构可以包括开孔芯部、多个空心纤维薄膜、及管隔板或封装物,该管隔板或封装物固定空心 纤维的每个端部,并且粘结到外壳的内部上。整体封装薄膜结构可以在外壳中由颠倒封装 过程封装定位,该颠倒封装过程涉及可除去柱塞或塞子的使用,并且使用切削装置修整封 装物的端部和打开空心纤维的端部,以生产凹入管隔板。圆筒形外壳的管子长度可以由管 子的修改段形成,该修改段在每个端部中包括:较大直径段,用来接收端盖;凹槽,用来接 收卡环;及扩张进口,用来促进端盖和卡环的插入。管子长度可以从标准PVC、ABS、聚丙烯、 钢、不锈钢、或其它管材中选择,该管材将用环氧树脂粘结,以促进整体封装。尽管整体封装 可能是优选的,但在较不优选实施例中可以使用在壳体或外壳中的一个或多个筒。
[0046]用于薄膜蒸馏和/或氨除去的薄膜接触器、或多级薄膜接触器、接触器阵列或系 统的以上实施例可以用于薄膜蒸馏。用于薄膜蒸馏和/或氨除去的薄膜接触器、或多级薄 膜接触器、接触器阵列或系统的以上实施例也可以用于氨除去。
[0047] 利用用于氨除去和/或薄膜蒸馏的一个或多个薄膜接触器的本发明可以供给优 于其它设计的几个优点。这样的优点可以包括但不限于:
[0048] ?整体封装-这防止筒由于孔腔侧流动而移动。借助于筒型设计,在孔腔侧上的 压力差倾向于使筒向下游移动。它也由于在管隔板的两个端部上的压力区域倾向于使筒压 缩或折叠。这里描述的某些薄膜接触器的整体封装将这些接触器设有改进或添加的纵向长 度。因而,这里讨论的接触器、系统、及方法提供对于结构限制的解决方案,这些结构限制在 以前可能己经存在。
[0049] ?高孔腔侧压力能力
[0050] ?比较短纤维长度-这里描述的各种薄膜接触器在接触器中可以具有较短纤维长 度。例如,在一些实施例中,薄膜接触器可以具有约20英寸的孔腔流动距离。因为热量通 过在薄膜蒸馈过程中的传导和蒸汽运输可能丢失,所以可能重要的是,试图使归因于传导 的损失量最小。归因于传导的热量损失使蒸馏驱动力减小,潜在地导致较低蒸馏产品。通 过具有比较短纤维长度,这种现象可以减少,例如当与蒸馏比较时,该蒸馏使用具有较长孔 腔流动距离的接触器。
[0051] ?良好温度能力
[0052] ?低成本-这里所描述的薄膜接触器和模块可以向用户提供与现有解决方案相比 的较低成本解决方案,该较低成本解决方案用来实现氨除去和/或薄膜蒸馏。较低成本在 各种用途中可能是重要的,例如,从来自各种工业过程(例如,制造过程)的废水中除去氨、 蒸馏用途、等等。
[0053] ?改变纤维变形的能力-当使用薄膜接触器或模块实现氨除去和/或薄膜蒸馈解 决方案时,不是一种具体"最好"纤维要用在这样的用途中。因而,这里描述的接触器、模块、 系统、及方法保证如下机会:薄膜结构用任何数量的纤维类型制成。
[0054] ?交叉流动设计-这里描述的薄膜接触器和模块的设计良好地适于使用薄膜蒸馏 和/或氨除去的有效质量转移。
[0055] ?耐酸性-在这里描述的各种薄膜接触器和模块的构造中使用的材料(包括但不 限于??^81¥(:、此巧广等的材料)可以向薄膜接触器和/或模块提供对于酸(一种或多 种)和/或其它化学制品的希望耐受力,这些酸(一种或多种)用于氨除去。作为例子,使 用Noryl?树脂建造薄膜接触器或模块的一个或多个端盖可以向接触器或模块提供对于酸 或其它化学制品的改进耐受力。Noryl?树脂从SABIC是可买到的,并且描述成包括一族改 性聚亚苯基醚树脂,这些改性聚亚苯基醚树脂包括聚亚苯基醚树脂和聚苯乙烯的非晶体混 合物。这些Noryl?树脂被进一步描述,因为它们可以将聚亚苯基醚树脂的固有好处(有力 的高耐热性、良好的电气性能、优良的水解稳定性、等等)与优良的尺寸稳定性、良好的可 加工性及低比重相结合。在这里的一些实施例中,可以使用一种或多种加强Noryl?树脂, 而在其它实施例中,可以使用非加强Noryl?树脂。
[0056] 在其它实施例中,薄膜接触器的一个或多个端盖(或薄膜接触器的任何零件,该 零件可能被湿润,例如在氨除去过程中用含酸溶液湿润)可以由诸如PTFE之类的含氟聚 合物树脂制成,以将化学耐受性赋予零件(一个或多个)。PTFE树脂的一个例子可以是 Teffea?,该物酿a?从DuPont是可买到的。在其它实施例中,一个或多个端盖(或薄膜接触 器的其它零件,这些零件可能被湿润)可以由硅酮制成。在氨除去用途中,可以选择这样的 材料,以保证例如对于零件(一个或多个)的化学耐受性或耐酸性。这意味着,这里公开的 薄膜接触器、系统、及方法可以克服某些材料限制,这些材料限制对于以前接触器、系统、或 方法可能己经存在。
[0057] 参照其中类似附图标记指示类似元素的附图,在图1中表示有本发明至少一个实 施例的模块或接触器100,如液体脱气薄膜接触器或薄膜接触器,的一个实施例,该液体脱 气薄膜接触器或薄膜接触器在氨除去过程或薄膜(或渗透)蒸馏过程中是有用的。模块100 包括圆筒形外壳或容器110、中心端部端口或喷嘴112、114、端盖116、118、端盖锁120、122、 及端部端口或开口 124、126(如适于接收1"管的螺纹端部的1"NPT开口)。模块可能适 于液体脱气,或适于氨除去或适于薄膜蒸馏。对于液体脱气,端部端口或喷嘴112、114是液 体端口,这些液体端口依据通过装置1〇〇的液体流动的方向,适于优选地分别接收待被脱 气、去泡等的液体,或者排出脱气或去泡液体。对于氨除去,这样的端部端口或喷嘴112和 114可以是液体端口,该液体端口适于接收液体(或者包含氨的液体或者酸溶液)。端部端 口或开口 124、126是气体端口(或液体端口),这些气体端口(或液体端口)适于优选地分 别接收、排出、除去、或连接到残气、贫气(stripgas)、真空(待连接到真空源或栗上)、液 体流、或等(见例如图30至32)的至少一个上,以促进夹杂或溶解气体(一种或多种)的 除去或控制,或者促进氨除去或薄膜蒸馏。
[0058]尽管它可能没有以上优选,但模块100可能适于将一种或多种气体添加到液体, 并且中心端部端口或喷嘴112、114可以分别是液体端口,以接收待处理或改性的液体、或 者排出处理液体,并且端口或开口 124、12e可以是气体端口(或液体端口),以分别接收或 除去二氧化碳、氮气等,以连接到气体源或泵等上,以促进气体(一种或多种)的控制或添 加。
[0059] 尽管它可能仍然没有以上优选,但模块100可能适于控制或将水分添加到气体或 空气流,并且端部端口或喷嘴1U、114可以是液体端口,以接收水,并且端部端口或开口 124、126可以是气体端口,以分别接收和除去残气、贫气、空气等,及/或者用于待连接到真 空上(待连接到真空源或泵上)的一个或两者,以促进水蒸汽、湿度等的创建、添加、除去、 及/或控制。
[0060]尽管它可能还没有以上优选,但端部端口或喷嘴112、114可以是气体端口,并且 端部端口或开口 124、126可以是液体端口或气体端口。
[0061]端部端口 112、114可以是液体端口,并且端部端口 124、126可以是液体端口,或者 端部端口 112、114可以是气体端口,并且端部端口 124、126也可以是气体端口。
[0062]对于至少某些用途,布置可以是液体和/或气体的逆流流动(可能优选地逆流流 动液体1和液体2)。例如,液体可以从端口 112流到端口 114,而气体(或第二液体)从端 口 126流到端口 124,或者液体可以从端口 114流到端口 112,而气体(或第二液体)从端 口 124流到端口 126。对于至少某些其它用途,优选布置可以是液体和气体(或液体1和液 体2)的共同方向流动(顺流)。例如,液体可以从端口丨丨2流到端口U4,而气体(或第二 液体)从端口 124流到端口U6,或者液体可以从端口 ^4流到端口 112,而气体(或第二 液体)从端口I26流到端口 124。对于至少某些另外其它用途,优选布置可以是液体从一 个液体端口到另一个端口的流动,而气体从两个气体端口抽出。例如,两个气体端口 124和 126可以连接到真空上(如连接到真空栗上)。对于至少某些另外用途,优选布置可以是液 体从一个液体端口到另一个端口的流动,而强迫气体进入两个气体端口。例如,两个气体端 口 1糾和I26可以连接到气体的源或供给源上,该气体待引入到液体中(如为了碳酸化、氮 化等)。 丨^〇63]多种工业具有在液体中除去、添加或控制溶解气体的需要。这里所表示和描述的 模块或接触器100和类似薄膜接触器可用在这样的工业中,其中,气体需要除去、控制或添 加。换句话说,有多^种薄膜脱气和气体转移用途,其中,可使用目前液体除气器。此外,多 种工业具有从諸液体巾齡麵需要,瓶多种工有麵薄顧觸麵蒸馈 要。
[0064]参照图1至6,模块1〇〇可以包括薄膜结构、元件或单元丨加,该薄膜结构、元件或 单元130优选地包括圆柱形壳体、箱壳或外壳u〇的中心部分132,该中心部分丨犯具有内 5面 13^1见图8和9)。另外,薄膜结构130包括封装物 138、140,该封装物138、140用来 忠*寸在箱冗内部134与中心管154之间的结构130的端部,用来固定空心纤维的端部,及用 来形成管隔板。封装物UMO具有相应中心端部开口亂⑷,这些相应中 142、144优选地由中心管154的内部限定。
[0065]如图1、2和10至13所示,模块1〇〇优选地包括喷嘴U2和U4,这些喷嘴n2和 114包括相应第一端部146、148、隆起部分150、及第二端部152,这些相应第一端部146、148适于与中心管开口142、144配对或者配合在其中,该第二端部152适于接收在端盖118中 的开口136中,并且与液体源或供给源,如标准附件或凸缘153(例如,2"标准管接头,如图 1所示),相配对或接收其。而且,喷嘴112和114可以具有例如1"NPT开口,以接收1" 管的螺纹端部。
[0066] 如图1、2及6所示,薄膜结构130也优选地包括中心管154、挡板155及薄膜垫 156。尽管至少一块挡板可能是优选的,但接触器或筒可以建造成没有挡板。至少两块挡板 可以用在较长接触器或筒中。而且,尽管端部端口可能是优选的,但可以使用端部和/或侧 部端口。
[0067] 图1表示是4端口模块的示范模块或接触器100,该4端口模块具有两个中心端 部或壳体侧端口或喷嘴112、114和两个其它端部或孔腔侧端口或开口 124、126。按照可能 最优选实施例,外壳或壳体110优选地是一节或一段标准管,像例如24"长度的8"名义直 径Schedule80PVC管,该标准管优选地在每个端部上修改或加工,以在其中接收和保持端 盖116、11S。对于油井设备或海上钻井平台脱气用途,优选的是,使用非金属、耐腐蚀外壳 110。耐酸性和耐化学性在氨除去用途中也特别重要,因为酸溶液用来从液体中除去氨,该 液体包含氨。
[0068] 图3、4及5表示图1的模块1〇〇。
[0069] 优选地,模块10
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