流 体，因为它是越过空心纤维的外部或壳体的流体。第一端盖可以包含用于第二流体的进口 或端口，该第二流体指示为"管侧"或"孔腔侧"流体，因为它是穿过纤维的内部孔腔的流体。 第二端盖包含用来排出孔腔侧流体的出口。第一流体-指示为"壳体侧，，流体，可以经相应 进口和出口端口或喷嘴进入和离开端盖，并且典型地离开和重新进入在管隔板之间的芯部 中的开孔，借此，壳体侧流体接触纤维的外表面，这些相应进口和出口端口或喷嘴可操作地 连接到开孔芯部的敞开端部上。壳体侧流体流过在纤维束的纤维之间的空隙，并且可以定 向成，与纤维长度平行和/或垂直地流动。
[0128]因为管隔板将孔腔侧流体与壳体侧流体分离，所以孔腔侧流体不与壳体侧流体混 合，并且典型地只有在孔腔侧流体与壳体侧流体之间的转移通过空心纤维的壁发生。在纤 维壁中的细孔通常填充有两种流体之一的静止层，由于表面张力和/或压力差效应，阻止 其它流体进入孔中。质量转移和分离通常由扩散引起，这种扩散典型地由在两相之间的转 移物质的浓度差驱动。典型地，跨过薄膜不发生对流或体积流动。
[0129]空心纤维优选地由诸如聚丙烯之类的聚烯烃材料制成，并且也可以由如下制成： 聚甲基戊烯（PMP、或聚（4-甲基-1-戊烯））；聚偏氟乙烯（PVDF);微孔疏水PVDF;聚偏氟乙 烯的共聚物，如聚偏氟乙烯和六氟丙烯（PVDF:HFP)的共聚物；其它聚烯烃（例如，聚乙烯、 聚丁烯）；聚砜类（例如，聚砜、聚醚砜、聚芳基砜）；纤维素和其衍生物；对聚苯氧（PPO); PFAA;PTFE;其它氟化聚合物；酰胺；聚醚酰亚胺（PEI);聚酰亚胺；聚酰胺酰亚胺（PAI);它 们的组合物、混合物或共聚物；等等。
[0130]尽管可能优选本薄膜接触器利用微孔薄膜，但分离原理与诸如过滤和气体分离之 类的其它薄膜分离显著地不同。关于这样的优选空心纤维薄膜接触器，没有穿过细孔的对 流流动，这种对流流动发生在其它薄膜分离中。代之以，优选薄膜起惰性支架的作用，该惰 性支架将液体相和气体相带到直接接触，而没有分散。在两相之间的质量转移完全由气体 相的压力支配。因为优选的Celgard?空心纤维和接触器几何形状，表面面积每单位体积是比 传统技术，如填充塔、强制通风除气器及真空塔，高的数量级。对于体积的这种高水平表面 面积，对于给定性能水平导致接触器/系统尺寸的急剧减小。
[0131]注意到的是，尽管挡板式薄膜设计显得是优选的，但对目前描述的薄膜接触器，显 得有三种设计变形。挡板式薄膜设计使用绕中心挡板的径向液体流动路径。液体在空心纤 维的外侧（壳体侧或壳体侧部）上流动。NB、或No挡板设计不利用中心挡板，但它仍然是 径向流动装置。关于无挡板设计的液体出口端口布置在装置的中部，而不是在接触器端部 处，如在挡板式设计中那样。NB接触器的一个端部加盖，并且允许液体跨过纤维从中心分配 管向外或径向流动。这种变形显得最好地适于真空操作。第三种变形或设计允许在空心纤 维内侧（孔腔侧或孔腔侧部）的液体流动。这些装置不是径向流动装置，并且显得最好地 适于小流量用途。
[0132] 本可能优选薄膜接触器可以利用几种纤维类型的一种，如PP、PMP、或PVDF，这些 纤维类型可能良好地适于用于水的吸收/汽提工艺。PVDF纤维可以较好地处置卫生消毒 剂，这些卫生消毒剂添加到海水中。期域?X-40薄膜具有比X-50厚的壁，具有较小内径， 并且推荐用于氧气除去。CVig⑴6X-50薄膜具有稍薄的壁，具有较大内径。（见图38和39) 这种特征允许与X-40薄膜相比较大的二氧化碳除去。
[0133] 下面是Celgarn-40和X-50的比较。
[0134]表1
[0135]
[0136] 可能第三种纤维变形-微孔聚烯烃引入在用于低表面张力液体的气体转移的较 小接触器中，并且液体始终在这些装置中的壳体侧上流动。此外，为了在水中氧化物质的较 好容许剂量，已经引入微孔PVDF纤维。另外，HND纤维引入在较大工业接触器中，并且适 合于非FDA脱气用途。
[0137] 当在诸如气化或碳酸化、等等之类的气体吸收用途中使用挡板式或无挡板薄膜接 触器时，将气体引入到空心纤维薄膜的内侧（孔腔侧），并且将液体相引入到空心纤维的外 侧（壳体侧）。气体的分压和水温控制在液体相中溶解的气体量。当在这种用途中使用孔 腔侧液体薄膜接触器（非径向流动装置）时，将液体引入到孔腔侧，而将气体引入到壳体 侧。
[0138]当在诸如脱碳酸或脱氧合之类的气体汽提用途中使用挡板式或无挡板薄膜接触 器时，将真空或贫气或这些的组合施加到空心纤维的孔腔侧。将液体流引入到纤维的外侧。 气体的分压降低，以从液体相中除去溶解气体。当在这种用途中使用孔腔侧液体薄膜接触 器（非径向流动装置）时，将液体引入到孔腔侧，而将气体/真空施加到壳体侧。
[0139] 在另一个实施例中，用于薄膜蒸馏或氨除去的螺旋型空心纤维薄膜织物-包含模 块或接触器可以具有8X20构造（或其它定尺寸类似构造），使模块外壳由修改管段制成， 该修改管段具有8英寸直径和20英寸长度。螺旋型空心纤维薄膜织物-包含模块的这个 实施例可以包括一对端盖，这对端盖可以适于配合在模块外壳的端部中。液体端部端口可 以在端盖的每一个中。至少一个气体端口可以在端盖的至少一个中或在模块外壳的侧部中 在其一个端部附近。至少一种薄膜结构可以适于配合在模块外壳中。每种薄膜结构可以包 括：
[0140]a?多个空心纤维薄膜，每个具有孔腔，所述薄膜形成织物状阵列，在该织物状阵列 中，空心纤维大体是相互平行的，并且构成织物纬线，及按间隔开关系由丝线保持，这些丝 线构成织物经线；
[0141]b?阵列在轴线上缠绕成螺旋-缠绕薄膜束，该轴线与空心纤维大体平行，该螺 旋-缠绕薄膜束具有两个束端部、和圆柱形外表面；
[0142]c?两个束端部的每一个在树脂封装材料中封装，该树脂封装材料用来将束端部密 封到相邻单块管隔板中，在两块管隔板之间的束的一部分没有封装材料，以形成壳体侧区 域，及空心纤维的孔腔端部暴露，并且与束的外部连通，这些孔腔端部构成束端部的第一束 立而部；
[0143]d.模块壳体、箱壳或外壳具有第一和第二外壳端部和圆筒形外壳内部，并且适当 地成形，以包含薄膜束，管隔板（封装物）使第一束端部与圆筒形外壳内部隔离，该管隔板 (封装物）相对于第一外壳端部凹入，包含束的所述模块外壳限定两个区域，这两个区域通 过薄膜相互连通，这两个区域包括：（i)壳体侧空间，在管隔板之间的束的部分的外部并且 在外壳内；和（ii)孔腔侧空间，包括空心纤维孔腔和第一束端部；
[0144]端盖的第一个的内部正面和与第一管隔板相邻的模块壳体的内部、与圆筒形外壳 内部和第一束端部一起，可以密封第一模块外壳端部，并且限定第一腔室，该第一腔室与薄 膜孔腔连通。端盖的第二个的内部正面和与第二管隔板相邻的模块外壳的内部，与圆筒形 外壳内部和第二束端部一起，可以密封第二模块外壳端部，并且限定第二腔室，该第二管隔 板从第二外壳端部凹入，该第二腔室与薄膜孔腔连通。液体端部端口可以可操作地连接到 薄膜结构的壳体侧空间上，并且可以布置成，容许通过其的流体注入和退出。至少两个气体 端口，使一个气体端口在端盖中或在模块外壳的每侧中在其每个端部附近。空心心轴可以 在薄膜结构的每一个中，该空心心轴具有纵向轴线和圆柱形外表面、轴向孔、及沿表面的开 孔，这些开孔与孔连通。空心纤维的孔腔端部的两个都可以暴露，并且可以与束的外部连 通。模块外壳可以是一段或一节标准管，该标准管修改以接收和保持端盖。如果薄膜失效， 则模块外壳和端盖可以包含和约束薄膜结构。
[0145]螺旋型空心纤维薄膜织物-包含模块或接触器的以上实施例可以用于薄膜蒸馏 和/或氨除去，或者多级薄膜接触器可以用于薄膜蒸馈和/或氨除去。螺旋型空心纤维薄 膜织物-包含模块或接触器的以上实施例对于薄膜蒸馏和/或氨除去可能是优选的，或者 多级薄膜接触器对于薄膜蒸馏和/或氨除去也可能是优选的。
[0146]在另一个实施例中，用于薄膜蒸馏或氨除去的整体封装空心纤维薄膜接触器可以 具有8X20构造（或其它定尺寸类似构造），使高压圆筒形外壳具有8英寸直径和2〇英寸 长度。整体封装薄膜接触器的这个实施例可以包括平面盘形端盖、圆顶形端盖及/或其它 模压成形端盖。高压圆筒形外壳可以接收和支撑薄膜元件，该薄膜元件包括开孔芯部、多个 空心纤维薄膜、管隔板，该管隔板固定空心纤维的每个端部，并且粘结到外壳的内部上。端 盖的每一个可以具有在其中的中心开口、在其中的另一个开口，并且可以适于在圆筒形外 壳中由至少一个保持元件保持定位，该中心开口可以适于接收液体端部端口，该另一个开 口可以适于接收气体端部端口，该至少一个保持元件可以是卡环，该卡环接收在圆筒形外 壳的内部中的凹槽中。整体封装薄膜结构由颠倒封装过程、和通过使用内车削装置修整封 装物的端部和打开空心纤维的端部，可以在外壳中封装定位，该颠倒封装过程涉及可除去 柱塞的使用，以提供凹入封装物。打开空心纤维的端部意味着暴露纤维的孔腔，并由此为孔 腔侧流体提供对于空心纤维的内侧的接近。外壳可以包括：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。
[0147] 在氨除去系统中，例如，包括氨的流体可以是壳体侧流体，该壳体侧流体可以插入 在薄膜接触器的端盖中的端口或进口中。这样一种壳体侧流体可以例如通过进口流入到薄 膜接触器的芯部中，该芯部可以开孔有多个孔。在芯部中的孔或开孔允许流体流出芯部到 薄膜结构中-该薄膜结构包括空心纤维，并且允许流体碰撞在薄膜结构中的空心纤维的壳 体侧。在一些实施例中，用于壳体侧流体的进口可以大体在薄膜接触器的端盖的中心中。
[0148] 在某些实施例中，包含一种或多种酸的流体的反向流动可以用来实现从含氨壳体 侧流体中的氨除去。例如，反向流动流体可以是硫酸溶液。进一步，这种反向流动流体可以 是孔腔侧流体。这样一种孔腔侧流体可以插入到在薄膜接触器的端盖中的进口端口中。在 某些实施例中，用于孔腔侧流体，例如包含一种或多种酸的流体，的进口端口可以布置成偏 离端盖的中心。在某些实施例中，孔腔侧流体（例如，包含酸的流体）通过流过在接触器的 端盖中的进口端口和通过在空心纤维的孔腔的内侧运动，碰撞空心纤维的孔腔，当在薄膜 接触器的制造期间将封装空心纤维切开时，暴露这些孔腔。
[0149] 尽管不希望由理论约束，但相信的是，两种流体（壳体侧流体和孔腔侧流体）的相 应表面张力在氨除去用途（或化学吸附用途）中起作用，并且允许氨除去发生。在薄膜结 构中的空心纤维的壁中的细孔、例如微孔，允许氨除去过程的化学反应发生。
[0150] 整体封装空心纤维薄膜接触器、或多级膜接触器的以上实施例可以用于薄膜蒸 馏。整体封装空心纤维薄膜接触器、或多级膜接触器的以上实施例也可以用于氨除去。
[0151] 在本发明的一个实施例中，可以提供用于薄膜（或渗透）蒸馏或氨除去的系统。根 据以上描述的实施例的任一个，系统可以包括用于薄膜蒸馏或氨除去的至少一个空心纤维 薄膜模块或接触器。在系统的一个实施例中，可以包括根据以上描述实施例的任一个的用 于薄膜蒸馏或氨除去的至少两个空心纤维薄膜模块或接触器。
[0152] 本发明也想到一种薄膜蒸馏方法，这种薄膜蒸馏方法包括如下步骤：使用根据以 上描述实施例的任一个的用于薄膜蒸馏或氨除去的薄膜接触器。
[0153] 本发明也想到一种氨除去方法，这种氨除去方法包括如下步骤：使用根据以上描 述实施例的任一个的用于薄膜蒸馏或氨除去的薄膜接触器。
[0154] 按照至少选中具体实施例，对于氨除去过程，用于至少某些TMCS(透过薄膜化学 吸附）的背景信息：
[0155] ?具有一般100至2000mg/L溶解氨，有时甚至更高，的生产'废'水。
[0156] ?废水温度是环境温度，它通常是约3〇°C。
[0157] ?将氢氧化钠或氢氧化钾在线注入到废水中，以将pH升高到11. 0或更高，而将氨 从化学约束形式'释放'到自由溶解气体形式。
[0158] 鲁废水在接触器的壳体侧上流动，单次通过。
[0159] ?酸溶液，典型地5%硫酸，按再循环模式在接触器的孔腔侧上流动，从酸存储罐 供给。
[0160] ?气体形式的氨跨过空心纤维壁从废水转移到酸相。
[0161] ?酸与氨反应，以产生硫酸铵盐，该硫酸铵盐的浓度随时间增大。
[0162] ?随着酸在反应中消耗，将新鲜酸（典型地为50% -98%浓度）添加到酸存储罐 中以补充；所以酸罐在任何时间具有在水中的酸和硫酸铵的混合物。
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