用于薄膜蒸馏或氨除去的薄膜接触器和系统及相关方法_3

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0的外壳或壳体110具有细长恒定直径中心开口部分132和加大 直径端部部分162、164(见图1、2、7、及16至19)、扩口端部166、168、及环形保持凹槽170、 172。按照至少一个实施例,端盖116、118通过例如在端盖中的凹槽119中的相应〇形圈密 封在开口 162、164中。扩口端部开口 1明、168适于接收端盖116、118和端盖锁或环120、 I22,这些端盖锁或环120、I22配合在凹槽170、1了2中,以将端盖在外壳11〇中固定到位,使 端部端口 112、114到位,并且由中心管154的相应端部142、144接收。喷嘴112、114的隆 起部分150和台肩180限定相应端部146、148可插入在相应中心管开口 142、144中的最大 值。喷嘴端部146、148优选地也包括例如〇形圈凹槽I%、184,这些。形圈凹槽182、184用 来接收相应〇形圈,这些相应〇形圈与中心管1M的端部形成流体不透过密封。
[0070]另外,喷嘴112、114由卡环或锁紧环或保持夹1部、188在端盖116、118中的开口 136中锁定到位,这些卡环或锁紧环或保持夹丨86、188接收在喷嘴 112、n4中的相应凹槽 187 中。
[0071]如以上描述的那样,优选模块1〇〇具有非常简单而非常有效的构造。壳体侧流体 或液体与孔腔侧流体或气体分尚(除在薄膜界面处之外)。优选地,在可能的场合,使用标 准材料和零件。例如,标准〇形圈和锁紧环与定制或修改零件,如外壳、端盖、喷嘴、及中心 管,一起使用。依据模块最终使用或用途,可能需要使用不同的端部端口、喷嘴、侧部 及/或开口。 '
[0072]在某些实施例中,一个或多个〇形圈可以由弹性体或橡胶制成。例如,一个或多个 0形圈可以由EPDM橡胶(乙烯丙烯二烯系单体橡胶)制成。在其它实施例中,一个或多 〇形圈可以由含氟弹性体制成,例如由切含氟弹性体树脂制成,该 vit〇n;?含氟弹性体 可买_。这_魏雜胸_確_谓除細腿巾,在该处需 要耐化学性。
[0073]尽管土心管154可以是单件开孔管(具有或没有中心塞或限流器),如图he、?、 及21至26所示,但优选的是,中心管由至少三个零件制成:第一开孔管部分19〇、第二 =孔管部分192、及实心管连接器 194。如表示的那样,管连接器194优选地具有相应螺纹 端部191和193,这些相应螺纹端部191和1Q3适于与在管ig〇和192的端部中的内螺纹配 对,这些端部与连接器194相邻。而且,管连接器194优选地具有隆起中心开凹槽部分 195, 该隆起中心开凹槽部分1%用来隔离管丨9〇、192,并且随着薄膜垫或织物绕管 154包裹,用 来帮助由例如环氧树脂形成挡板155,并且帮助挡板I55在形成之后保持定位。类似地,管 190、192的每一根可以优选地在与连接器相对的端部附近包括肋或凹槽2〇2,用来在 将薄膜垫或织物绕管154包裹和放置在箱壳U2中之后,帮助由例如环氧树脂形成封装物 138、140,并且帮助封装物us、14〇在形成之后保持定位。优选地,管190、192的每一根在 端部中具有光滑开孔自由内表面,该端部适于接收喷嘴1丨2、114的相应端部146、148。
[0074]薄膜垫156优选地由挡板155分离成两个薄膜部分1%和198。例如,如果待脱 气的液体(或第一液体)正在从端部端口 112到端部端口 114流过模块1〇〇,则液体流过 在端部端口 112中的开口II3,流过在管ig〇中的开口 142,通过在管190中的开孔或开口 200流出,绕例如在薄膜垫部分1%中的空心纤维流动,流越挡板 155 (在挡板155与箱壳内 部134之间),绕例如在薄膜垫部分igg中的空心纤维流动,流过在管192中的开孔或开口 2〇〇,流过在管192中的开口 144,及通过在喷嘴114中的开口 115流出。在这个例子中,管 19〇是液体分配管,并且管1吧是液体收集管。
[0075]在另一个例子中,待脱气的液体(或某种第一液体)正在从端部端口 114到端部 端口 112流过模块100,液体流过在端部端口 u4中的开口115,流过在管192中的开口144, 通过在管I92中的开孔或开口 200流出,绕例如在薄膜垫部分198中的空心纤维流动,流越 挡板155 (在挡板1M与箱壳内部134之间),绕例如在薄膜垫部分196中的空心纤维流动, 流过在管190中的开孔或开口 200,流过在管190中的开口 142,及通过在端部端口 112中 的开口II3流出。在这个例子中,管192是液体分配管,并且管190是液体收集管。
[0076]尽管图1、6及7表示在模块1〇〇的外壳11〇中的单个集成封装薄膜单元或结构, 在其中有单块挡板,但想到,可以使用两个或更多个这样的单元、两块或更多块挡板、其它 挡板构造、没有挡板、及/或诸如此类。
[0077]尽管优选的是,使用一个薄膜单元,该薄膜单元在其中具有挡板薄膜垫,但要理 解,可使用无挡板或多挡板构造。例如,短模块的薄膜垫可以是无挡板的,而长模块的那些 薄膜垫可以包括两块或更多块挡板。
[0078]参照图27A-27D,示意表示有示范压装型过程300,该示范压装型过程300用来将 卡环12〇或122放置在外壳110中的相应凹槽170、172中,以在外壳110中锁定相应端盖 116或118。如表示的那样,柱塞302用来将环122穿过扩口开口 168压装,并且压装到凹 槽W2中。扩口开口 16S帮助压缩环丨22,直到它到达凹槽172,并且可向外膨胀和锁定在 凹槽I72中。相同过程可用于环120。这样的卡环如果需要,则可以典型地用平片改锥除 去。
[0079] 参照图28A-28D,示意表示有示范压装型过程400,该示范压装型过程400用来将 卡环I86或I88放置在喷嘴112或114中的相应凹槽187中,以将相应喷嘴和端盖116或 11S锁定到位。如表示的那样,柱塞402与适配器或安装锥404-道用来将环188压装在 锥404的锥形上部部分406上,以使环伸展,将它沿适配器404的侧部推动,及将它释放到 在喷嘴114中的凹槽187上和其中,该适配器或安装锥404放置在喷嘴114上。锥形部分 406帮助扩展环188,所以它套在喷嘴114上和沿其配合,直到它到达凹槽187,并且可向内 收缩和锁定在凹槽187中。相同过程可用于环186。这样的卡环如果需要,则可以典型地用 平片改锥除去。
[0080] 想到的是,压装型过程300和400可组合,以同时将环122和188放置到位。这可 通过使用适配器404和将柱塞4〇2与柱塞302组合而完成。相同的组合过程可用于环120 和186,并且可以用Arbor压机完成。
[0081] 参照图1至5,注意到的是,接触器或模块1〇〇优选地是合理尺寸和重量的自主薄 膜接触器,以装运、搬运、安装、及更换。这样的接触器可以使它容易建造和保持这样的模块 的系统或阵列。按照可能优选例子,8"名义直径接触器的长度是40"或更小,并且16"直 径接触器的长度是20"或更小。
[0082]参照图1、2及12,喷嘴或端口 112、114每个具有中心开口 113、115,该中心开口 113、115保证流体流过它。
[0083] 参照图29,优选地为了将诸如水之类的液体脱气,空心纤维是疏水微孔薄膜,这些 疏水微孔薄膜具有细孔,这些细孔阻止液体的通过,但允许气体和蒸汽的通过或转移。
[0084] 图30、31及32表明模块或接触器的各种使用或模式(Sweep Gas、Vacuum、及两 者)。
[0085] 图33和34表示相应并联和串联接触器构造。
[0086]图35表示侧部气体(或液体)端口构造模块600,该侧部气体(或液体)端口构 造模块600具有本发明至少一个实施例的侧部气体(或液体)端口布置。模块600具有外 壳610、端盖612、端盖锁614、端部端口616、及侧部端口618。
[0087]图36表示优选端部气体(或液体)端口模块700,该优选端部气体(或液体)端 口模块700具有本发明至少一个实施例的端部气体(或液体)端口布置。模块700具有外 壳710、端盖712、端盖锁714、端部端口716、及端部气体(或液体)端口718。
[0088] 如在图37中示意表示的那样,优选空心纤维薄膜阵列940包括多根空心纤维M2, 例如X-40空心纤维(或X-50空心纤维),这些空心纤维942由交叉线946连接, 例如由聚丙烯线连接,沿它们的长度间隔开。举例空心纤维具有约300 ym的外径。
[0089] 在图38中,一根这样的空心纤维942可以具有例如约300ym的外径和约200至 220um的内径。
[0090] 如图39所示,优选空心纤维942具有缝隙状微孔948,这些缝隙状微孔 94S具有例 如0. 03um的平均细孔尺寸。这样的空心纤维可以是聚丙烯,并且由环境友好干式拉伸过 程制成。
[0091] 图40表明按照本发明至少一个实施例的优选具体多级接触器构造或阵列。这种 具体构造特别良好地适于使用模块或接触器和队残气和真空组合(Combo模式)将水脱气。 尽管只表示三个接触器,但要理解,可以使用更多或更少接触器。按照本发明的具体方面, 这种具体构造特别良好地适于替换或增大常规真空塔。例如,在这种具体构造中使用多级 脱气模块或接触器(优选地具有非金属外壳)和队残气和真空可容易地生产脱气的水。
[0092] 图43和44分别表示根据本发明可能优选实施例的薄膜接触器的逆流和顺流用 途。在这些图中,第一液体通过进口丨进入,并且通过出口 1离开,而第二液体通过进口 2 进入,并且通过出口 2离开。这些图是薄膜接触器的代表,这些薄膜接触器在氨除去和/或 薄膜(或渗透)蒸馏方面是有用的。
[0093]图45表明按照本发明至少一个实施例的优选具体多级接触器构造或阵列。这种 具体构造特别良好地适于氨除去和/或薄膜蒸馏。尽管只表示三个接触器,但要理解,可以 使用更多或更少接触器。
[0094、1 ^管具体气体(或液体)端口或端口密封设计不受限制,但优选的是气体(或液 体)端口密封设计,该气体(或液体)端口密封设计将在正和负压力的情况下都工作。 [0095]聚合物成分的一些可以从如下选择:例如,聚氯乙烯(PVC)、氯化聚氯乙烯 (CPVC)、耐冲性聚苯乙烯(HIPS)、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚丙烯酸酯-苯乙 烯-丙烯腈(ASA)、及聚碳酸酯(PC)。
[00%]按照至少一个例子,用于主要元件的每一个的优选材料可以如下:
[0097]模块外壳:PVC、ABS、聚乙烯、钢、不锈钢(SS)、或将用环氧树脂粘结的任何材料;
[0098]中心管:ABS、PVC等;
[0099]中心管连接器:ABS、PVC等;
[0100]壳体侧端部端口或喷嘴:他巧严485、〇611^11(八〇61&1)、钢、88等;
[0101]孔腔侧端部端口或喷嘴:1"螺纹管(PVC、ABS、钢、SS等);
[0102]端盖:〇611^11、?¥(:、六83、0卩¥(:、卩即、33、恥巧广、钢等;
[0103]用于空心纤维阵列的线:PP或其他聚烯烃;
[0104] 空心纤维:聚丙烯纤维(例如,C^lgar# X-40PP纤维或X-50PP纤维)或某种其它 纤维材料,该纤维材料对于在诸如氨除去之类的过程期间使用的酸或其它化学制品是惰性 的;空心纤维材料也可以基于具有适当/希望纤维强度、孔隙度和纤维壁厚而选择;及 [0105] 封装物:环氧树脂、热塑性塑料等。
[0106] 按照至少一个可能优选例子,选择、优化、建造、连接用于主要元件的至少每一个 的优选材料,及/或者使之适于在薄膜蒸馏和/或氨除去方法、过程、系统、及/或阵列中操 作或使用,并且可能更优选地既用于薄膜蒸馏又用于氨除去以及其它用途。
[0107] 根据至少一个颠倒封装实施例,空心纤维垫由如下方法嵌入/封装在树脂中:将 空心纤维塾的纤维引入到外壳中。在第一步骤中,将柱塞或塞子放置在外壳的一个端部中, 并且然后将暂时或可除去液体或胶经开口引入到外壳中,同时外壳绕其中心轴线正在旋 转。结果,暂时或可除去液体或胶形成层,空心纤维的端部嵌入在该层中。在第二步骤中, 将液体可硬化树脂引入到外壳中,并且通过离心效应,在暂时或可除去液体或胶的第一层 上形成树脂层,从而将空心纤维沿纤维长度在纤维端部附近分段嵌入在树脂层中。在树脂 的硬化之后,除去暂时或可除去液体或胶和塞子,并且将空心纤维嵌入在硬化树脂中,从而 纤维延伸,使它们的端部超越树脂层。然后,修
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