一种箱式膜接触单元的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种箱式膜接触单元，包括箱体和设置在箱体内的多片片状帘式疏水性中空纤维膜元件。其中片状帘式疏水性中空纤维膜元件按照垂直于壳程流体流经方向、等间距平行排布于箱体内，且相邻的两片片状帘式疏水性中空纤维膜元件中中空纤维多孔膜丝的排布方向相互垂直。本实用新型膜填充均匀；对气液两相均匀分布、尤其是壳程流体均布效果好，有效接触面积大、处理效率高；管程和壳程两相流速独立控制，可在较宽范围内操作；可实现对管程的在线清洗，减缓膜污染；帘式膜片连接管路均设置在箱体外部，结构紧凑，可形成模块化多级集成放大，便于工程化应用。
【专利说明】
一种箱式膜接触单元
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种箱式膜接触单元，尤其涉及一种适用于脱除废气中有毒/有害组分或回收有价值组分膜吸收过程，并可以应用到膜蒸馏、膜结晶、膜萃取、膜汽提等多种膜接触传质、传热过程的新型箱式膜接触单元。
【背景技术】
[0002]膜接触过程是以疏水性多孔膜材料为核心器，应用领域广泛，包括但不限于液体脱气/充气、气体吸收与解析过程。例如，利用中空纤维膜接触器脱除液体中溶解或夹带的气体(氮气、氧气和二氧化碳)。迄今广泛应用的中空纤维膜接触器多为管状设计，即将一束中空纤维膜封装在圆管(膜壳)内，中空纤维膜中孔称为管程，中空纤维膜外表面和膜壳之间的空间称为壳程。现有膜接触器的设计是有效的，但多存在如:气阻大、处理能力小、操作灵活度、集成操作性差和适用范围窄等诸多问题。有关管式中空纤维膜接触器可以参见公开号如下且为日前公开的几件中国发明专利申请CN1642628A、CN1680006A、CN1689690A。
[0003]另外，公开号为CN202020991U，其【公开日】为2011年11月2日的中国实用新型专利中公开了一种新型低气阻箱式气液接触膜吸收单元，包括多片片状帘式疏水性中空纤维膜元件、膜清洗部件和箱体。然而，一方面，其多片片状帘式疏水性中空纤维膜元件的集水管占用单元内部体积，导致膜填充不均匀，处理效率及能力低；另一方面，其多片片状帘式疏水性中空纤维膜元件独立平行排布于单元内部，对流体导流均布的效果有待提高。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型提供一种箱式膜接触单元。本实用新型具有管程和壳程两相流体导流均布效果好、有效接触面积大、效率高的特点。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型一种箱式膜接触单元予以实现的技术方案是:该箱式膜接触单元，包括箱体和设置在箱体内的多片片状帘式疏水性中空纤维膜元件；多片片状帘式疏水性中空纤维膜元件是沿着壳程流体流经方向的垂直面布置在所述箱体内；所述片状帘式疏水性中空纤维膜元件包括多片由中空纤维多孔膜丝编织的疏水性中空纤维膜片和密封在多片疏水性中空纤维膜片上端和下两端的膜元件封头;所述膜元件封头设有集水流道，所述集水流道的两端设有管道端口；所述片状帘式疏水性中空纤维膜元件按照垂直于壳程流体流经方向、等间距平行排布于所述箱体内，且相邻的两片片状帘式疏水性中空纤维膜元件中中空纤维多孔膜丝的排布方向相互垂直;所述箱体的壁上设有与所述管道端口位置一一对应的通孔，每个管道端口均穿过位置对应的通孔、且与通孔之间为过盈配合。
[0006]本实用新型箱式膜接触单元，其中，所述片状帘式疏水性中空纤维膜元件的膜填充密度为I %?70 %，所述膜填充密度是所述箱体内疏水性中空纤维膜片的体积与箱体容积的百分比。
[0007]所述箱体呈正方体或长方体，所述箱体上的一组对面的壁为可打开的箱体壁，其余的四面箱体壁为连续封闭设置的。
[0008]本实用新型与现有形式的膜接触器相比，所具有的有益效果是:
[0009](I)箱式膜接触单元内部相邻帘式膜片平行且中空纤维多孔膜丝的排布方向呈垂直排布，壳程流体均布效果好，有效接触面积大、处理效率高；
[0010](2)箱式膜接触单元帘式膜片连接管路均设置在箱体外部，结构紧凑；
[0011 ] (3)膜接触单元模块化设计，易于多级集成放大，便于工程化应用。
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型中片状帘式疏水性中空纤维膜元件的外形结构示意图；
[0013]图2是图1中A-A所示剖切位置的剖面图；
[0014]图3是本实用新型箱式膜接触单元的局部剖视图；
[0015]图4是图3所示箱式膜接触单元外观示意图；
[0016]图5是图4所示反方向视角的箱式膜接触单元外观示意图。
[0017]图中:
[0018]1-箱体，2-片状帘式疏水性中空纤维膜元件，3-中空纤维多孔膜丝，4-疏水性中空纤维膜片，5-膜元件封头，6-集水流道，11、12、13、14、21、22、23、24、31、32、33、34、41、42、43、44、51、52、53、54、61、62、63、64、71、72、73、74、81、82、83、84-管程流体流经帘式膜元件集水流道的进/出口，Cl、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8-管程流体，B-壳程流体。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和具体实施例对本实用新型技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本实用新型进行解释说明，并不用以限制本实用新型。
[0020]如图1和图2所示，本实用新型提出的一种箱式膜接触单元，包括箱体I和设置在箱体I内的多片片状帘式疏水性中空纤维膜元件2。如图3所示，多片片状帘式疏水性中空纤维膜元件2是沿着壳程流体流经方向的垂直面布置在所述箱体I内。如图1和图2所示，所述片状帘式疏水性中空纤维膜元件2包括多片由中空纤维多孔膜丝3编织的疏水性中空纤维膜片4和密封在多片疏水性中空纤维膜片上端和下两端的膜元件封头5。
[0021]所述中空纤维多孔膜丝3的材料选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚砜、聚醚砜、聚芳醚砜、聚乙烯、聚丙烯、聚酯和硅橡胶中的一种或两种以上聚合物共混或复合膜材料;所述中空纤维多孔膜丝3的最大孔径为Ο.ΟΙμ???2.0μ??，壁厚20μπι?200μ??，外径ΙΟΟμ???2000μπι，孔隙率30%?80%。所述片状帘式疏水性中空纤维膜元件的膜填充密度为I %?70%，所述膜填充密度是所述箱体内疏水性中空纤维膜片的体积与箱体容积的百分比。
[0022]如图2所示，所述膜元件封头5设有集水流道6，所述集水流道6的两端设有管道端
□ O
[0023]如图3所示，所述箱体I呈正方体或长方体，所述片状帘式疏水性中空纤维膜元件2按照垂直于壳程流体流经方向、等间距平行排布于所述箱体I内，且相邻的两片片状帘式疏水性中空纤维膜元件2中膜丝3的排布方向相互垂直，即多片片状帘式疏水性中空纤维膜元件2是按照相邻两面片状帘式疏水性中空纤维膜元件2两端的膜元件封头5交错90度来布置，从而在多片片状帘式疏水性中空纤维膜元件2的外围形成八列管道端口，所述箱体I的壁上设有与所有管道端口位置一一对应的通孔，每个管道端口均穿过位置对应的通孔、且与通孔之间为过盈配合。
[0024]将每片片状帘式疏水性中空纤维膜元件2的同一端的膜元件封头5上、且位于箱体I外同一列的一个管道端口用封堵封闭，将每片片状帘式疏水性中空纤维膜元件2的同一端的膜元件封头5、且位于箱体I外同一列的另一个管道端口伸出箱体作为管程流体流经帘式膜元件集水流道的进/出口。如图3、图4和图5示出了箱体I内容纳有8片片状帘式疏水性中空纤维膜元件2的端口连接形式，如图4所示，自上向下叠放的片状帘式疏水性中空纤维膜元件依次为第1、2、3、4、5、6、7、8片，每片片状帘式疏水性中空纤维膜元件2的膜元件封头5的管道端口，即第I片的四个管路端口为11、12、13、14，第2片的四个管路端口为21、22、23、24，以此类推，第8片的四个管路端口为81、82、83和84。其中的第2、4、6、8片的同一端膜元件封头5上同一侧的一个管道端口22、42、62、82及第1、3、5、7片的同一端膜元件封头5上同一侧的一个管道端口 11、31、51、71均从与之位置对正的箱体I壁上的通孔伸出作为管程流体流经帘式膜元件集水流道的进/出口；如图5所示，其中的第2、4、6、8片的另一端膜元件封头5上同一侧的一个管道端口 24、44、64、84及第1、3、5、7片的另一端膜元件封头5上同一侧的一个管道端口 13、33、53、73均从与之位置对正的箱体I壁上的通孔伸出作为管程流体流经帘式膜元件集水流道的进/出口；8片片状帘式疏水性中空纤维膜元件12的其余管路端口21、41、61、81、12、32、52、72、23、43、63、83、14、34、54和74封闭，如图4和图5所示。
[0025]如图4和图5所示，所述箱体I的外形可以是正方体或长方体的壳体，由于箱体是正方体或长方体的六面体，因此，所述箱体I的六面壁是两两一组为正对面设置的，其中一组平行于所述片状帘式疏水性中空纤维膜元件布置方向的对面壁为可打开的箱体壁，其余的四面箱体壁为连续封闭设置的。
[0026]如图4和图5所示，本实用新型箱式膜接触单元运行模式为，流体(:1工2、03工4、05、C6、C7、C8分别由端口22、42、62、82、11、31、51、71进入多片片状帘式疏水性中空纤维膜元件疏水性中空纤维膜片中孔(即管程)，然后分别由端口 24、44、64、84、13、33、53、73流出。所述流体Cl、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8可以是同种流体，也可以分别是不同种类的流体;流体B由箱体I的一侧流入箱体I内形成的壳程，沿着相互平行布置的片状帘式疏水性中空纤维膜元件2的垂直方向，流经疏水性中空纤维膜片轴方向流过疏水性中空纤维膜丝3外表面。两相流体不直接接触，是以疏水性中空纤维膜丝3为介质进行传质/传热过程。
[0027]本实用新型箱式膜接触单元反向运行模式为，管程流体(:1工2、03工4、05工6、〇7、〇8分别由端口24、44、64、84、13、33、53、73进入所述多片片状帘式疏水性中空纤维膜元件疏水性中空纤维膜片中孔(管程)，分别由端口22、42、62、82、11、31、51、71流出；流体8由箱体一侧流入箱体内形成的壳程，沿着平行布置的帘式膜元件的垂直方向，流经疏水性中空纤维膜片轴方向流过疏水性中空纤维膜丝3外表面。两相流体不直接接触，是以疏水性中空纤维膜丝3为介质进行传质/传热过程。所述箱式膜接触单元反向运行模式实质上是所述运行模式中管程流体在管程的反向运行，运行和反向模式的交替运行的目的是为实现对疏水性中空纤维膜丝3内表面冲洗，减缓疏水性中空纤维膜片内表面污染的速度。
[0028]本实用新型箱式膜接触单元为模块化设计，在工业化应用过程中可实现多级集成化，集成形式可以是多级箱式膜接触单元的串联或并联的有机组合连接。
[0029]尽管上面结合图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。
【主权项】
1.一种箱式膜接触单元，包括箱体(I)和设置在箱体(I)内的多片片状帘式疏水性中空纤维膜元件(2);其特征在于: 多片片状帘式疏水性中空纤维膜元件(2)是沿着壳程流体流经方向的垂直面布置在所述箱体(I)内； 所述片状帘式疏水性中空纤维膜元件(2)包括多片由中空纤维多孔膜丝(3)编织的疏水性中空纤维膜片(4)和密封在多片疏水性中空纤维膜片(4)两端的膜元件封头(5);所述膜元件封头(5)设有集水流道(6)，所述集水流道(6)的两端设有管道端口 ； 所述片状帘式疏水性中空纤维膜元件(2)按照垂直于壳程流体流经方向、等间距平行排布于所述箱体(I)内，且相邻的两片片状帘式疏水性中空纤维膜元件(2)中中空纤维多孔膜丝(3)的排布方向相互垂直； 所述箱体(I)的壁上设有与所有管道端口位置一一对应的通孔，每个管道端口均穿过位置对应的通孔、且与通孔之间为过盈配合。2.根据权利要求1所述箱式膜接触单元，其特征在于:所述片状帘式疏水性中空纤维膜元件的膜填充密度为1%?70%，其中，所述膜填充密度是所述箱体内疏水性中空纤维膜片(4)的体积与箱体(I)容积的百分比。3.根据权利要求1所述箱式膜接触单元，其特征在于，所述箱体(I)呈正方体或长方体，所述箱体(I)上的一组对面的壁为可打开的箱体壁，其余的四面箱体壁为连续封闭设置的。
【文档编号】B01D53/18GK205461833SQ201620232244
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】陈颖, 关毅鹏, 郭春刚, 刘铮, 李晓明, 李雪梅, 曹震, 吕经烈
【申请人】国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所