CN100374186C - 膜管组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及膜管组件，所述组件包括包含多个管状膜部分(104)的圆柱形壳体(102)，该管状膜部分(104)在轴向上延伸且在其端(105、105′)处互相连接、形成较长的管状膜部分。所述圆柱形壳体(102)在其一侧或两侧包括含有U型连接管(115)的可加热腔(110)，该U型连接管(115)排列在腔体中且穿过在腔体(110)和壳体(102)之间的分离壁(117、114)，其两个开口端分别连接两个毗邻开口管状膜部分(112、112′)，形成一个膜的回路。

Description

膜管组件

技术领域

本发明涉及包括管状膜和整合的热交换器的管组件。

背景技术

在膜技术中使用的用于液体或气态混合物分离的膜以有效的排列方式结合在组件中。这种组件的通常公知的形状一类是带有皱褶膜的平板状组件和螺旋状缠绕的组件，另一类是中空纤维、毛细管、管状或管的组件。第一类组件用于平板状膜，第二类组件用于管状形式的膜。各个管状膜的直径，对于中空纤维组件，变化范围在30μ至100μ，对于毛细管组件，变化范围在0.2mm至3mm，对于管状或管组件，其范围在4mm至50mm。跨膜流动对于中空纤维是从外侧向内侧进行，在毛细管膜中它可以是从外侧向内侧，也可从内侧向外侧进行，在管状或管膜中它一般是从内侧向外侧进行。

在管状或管组件中，膜以管或挠性软管的形状排列在抗压支撑管的内侧上，因此，该支撑管的材料可以具有足够的孔隙和对渗透物的渗透性。在支撑管的材料没有足够的渗透性时，支撑管必须具备合适数量的孔或洞，用于渗透物的排除。在这种情况下，有效的方法是将另外的多孔管安装在膜和支撑管之间，该多孔管可由多孔聚乙烯制造。这种排列可使支撑管中的孔间渗透物的排出不受阻碍，并且将膜支撑在该孔之上。该膜或是可更换的，或是固定于支撑材料上。在现有技术中，下述的结构组件称为管组件，相应的膜称为管状膜，该结构组件结合具有上述直径为4mm至50mm的管状或挠性软管形式的膜，并备有支撑层。根据相关的工艺过程，被分离的混合物可以流过串联形式的管组件的管状膜，或者可流过并联形式的两个或多个管状膜。根据相关的工艺过程，可实施串联或并联的任何组合。

根据其各自的特性，管状膜用于，譬如微量过滤、超滤或反渗透以及全蒸发和蒸汽渗透的过程中。在用于液体混合物分离的全蒸发过程中，用于渗透物蒸发的热量取自液体混合物的显热，由此而引起的温度降低会导致驱动力的降低，以及由此引起的通过膜的通量的减少，从而导致过程进行的减弱。在蒸汽和气态混合物的分离中，不可避免的热量损耗可导致进料混合物的冷却以及其成分从该混合物中浓缩出来，结果可出现流过该膜的通量的堵塞。因此，需要对进料混合物补充其损失的热量。在现有技术的管组件中，这种损失热量的再引入，是通过在组件外的中间热交换器中加热被分离的混合物来逐步实施的。在离开中间热交换器并进入组件的入口之后，在现有技术的管组件中是不可能供给热量的。尤其是，在具有长的膜管或挠性软管以及在膜的面积相对大而且渗透量大的管组件中，可出现进料混合物的明显冷却，该冷却将影响分离或彻底终止分离。因此，只能使用中间热交换器位于每两个组件间，而且膜面积有限的组件。因而，每个组件膜面积的不可避免的限制、中间热交换器所需的数量、在这些装置间必需额外增加的管道连接以及用于控制的额外开支，导致了安装单位膜面积的费用上的增加。本发明的任务是直接从这些考虑得出的。

发明内容

本发明中，上述任务是通过使用一种管组件解决的，在该管组件中，多个管状膜段以轴向排列在圆柱形的壳体中，所述管状膜段在它们的末端(105、105’)连接，形成较长的管状膜部分，其特征在于加热腔依附在圆柱形壳体的一侧或两侧上，所述加热腔包含U型连接管，该U型连接管的开口端穿过在加热腔和圆柱形壳体之间的分离壁并且该U型连接管连接每两个相邻的开口管状膜段，形成管状膜环路。

管状膜段的直径为12mm至25mm。

在外部使用一或多层纺织物或无纺织物包覆或包装管状膜段，具有抗压性且在组件内不使用支撑管。

采用适用于全蒸发过程复合管状膜。

在圆柱形壳体的一侧或两侧的加热腔被设计为可拆卸的单元。

膜管组件用于在全蒸发过程中分离液体混合物的用途。

在现有技术的管组件中，排列在圆柱形壳体中的管状膜段在其末端互相连接形成无限的膜管。本发明的管组件不同于现有技术在于：使圆柱形壳体的一端或两端处一定数量的相邻管状膜段开口，使用所述U型互相连接管连接它们的末端，该U型互相连接管使用其开口端穿过分离加热腔和该壳体的壁。被分离的进料混合物在加热腔内部通过U型互相连接管，在加热腔处可供给所需要的热量。从而使加热腔起热交换器的作用，其热量，譬如通过蒸汽或其它热传递介质供给。

在本发明的管组件的优选实施方案中，管状膜段的一端或两端被固定在有洞的板上。U型互相连接管的开口端穿过这些洞，当然，是有密封的。没有被连接至热交换器的管状膜段可在该壳体内互相连接，或者，当其被固定在端板的洞中时，通过端板中的相应孔隙互相连接。

管组件的圆柱形壳体可由钢或其他金属制造或由塑料制造，配置相应用于渗透物去除的开口。

用作热交换器的加热腔配置相应用于热传递介质的流入和流出的开口。当蒸汽用作热传递介质时，该加热腔必须设计成具有分别抗温度和压力的能力，优选由钢制造。

在另一优选实施方案中，作为热交换器的加热腔设置在圆柱形壳体的两端。每个腔可配备用于温度控制的装置。当加热腔设置在圆柱形壳体的两端时，至少一个腔必须具有用来使该管组件所处理的液体流入和流出的相应管道。

在另一优选实施方案中，加热腔在一或两端处构成为可拆卸的装置。这有利于在事故中更换损坏的管膜段。

本发明的管组件可用于所有类型的管状膜，一方面用于具有支撑管的常规型，在该支撑管对渗透物有渗透性的情况下可使用，或者，当该支撑管对渗透物没有渗透性时，在该支撑管和管状膜之间有另外多孔管的的情况下使用。在另一方面，优选用于下述这种管状膜，其中膜层、支撑层以及必要时附加的载体层构成一个器件。对于按照全蒸发过程进行的液体混合物的分离，多层膜是优选的，该多层膜包括至少两层不同化学组成的层，必要时还有由无纺织物或纺织物制造的另外载体层。通常，这种多层或复合膜包括多孔基片，该基片主要是对膜(支撑层)的机械稳定性起作用，以及位于该基片的顶部有一层不同化学特性的材料层，主要是对膜(分离层)的分离特性起作用。优选由无纺织物或纺织物制造的另外载体层安装在支撑层的下面。EP-B-0096339中公开了这种复合膜，它以平板形式用于分离难以通过蒸馏分离的液体混合物的全蒸发或蒸汽渗透或气体分离过程中。这种平板膜在成形为管状膜或挠性软管之后，用于本发明的管组件优选实施方案中。管状膜的直径范围在4mm至50mm，优选8mm至30mm，进一步证明12mm至25mm之间的直径在实际应用中尤其有用。

在具体实施方案中，管状膜在制成后在外侧包覆或包装一层或几层纺织物或无纺织物。这种管状膜显示足够的抗压性，且可在管组件中没有另外的支撑管的情况下使用。

附图说明

下面通过图1和图2对本发明加以说明，图1显示仅在一侧具有一个加热腔的本发明的组件，以及图2显示在两侧具有加热腔的组件。

具体实施方式

图1中管组件101具有圆柱形壳体102，其中包含多个轴向排列并带有管状膜段104的支撑管103。在另一实施方案(未显示)中，使用没有支撑管的有足够抗压性的管状膜段。圆柱形壳体102配置至少一个连接头120，用于排出已通过膜的渗透物。

图1中，在管组件101的一侧，管状膜段104的相应一端105被固定在分离壁107的洞108中，并且通过连接器106连接至固定在分离壁107的洞108′中的第二管状膜段104′的端部105′。在图1中，连接器106是U型管，然而它还可是端板109中相应的间隙。使用端板109中的这种间隙，可将几个管状膜段104连接。各自的密封(未显示)放置在端板109和分离壁107之间。

在管组件101的另一端，放置一加热腔110，加热腔中有连接头111、111′，用于热传递介质的流入和流出。管状膜段104的一端112被固定在分离壁114的洞113中，并且通过U型连接管115连接至第二个管状膜段104′，第二管状隔膜段104′的端部112′固定至分离壁114的洞113′中。按照保证足够的热量输入被分离的混合物中并通过U型连接关115的方式，设计U型连接管115的长度。U型连接管115本身可固定进端板117的洞116、116′中。然后，将各自的垫圈放置在端板117和分离壁114(未显示)之间。穿过加热腔110通向带有连接头119、119′的管道118、118′，用于被分离混合物的流入和流出。

图2显示依据本发明本发明的具有两个加热腔210a、210b的管组件201。管组件201的圆柱形壳体202包含许多轴向排列的带有管状膜段204的支撑管203。在另一个实施方案(未显示)中，使用没有支撑管的有足够抗压性的管膜段。管组件201的圆柱形壳体202配置至少一个连接头220，用于排出通过膜的渗透物。每个管状膜204被固定在分离壁207a、207b的洞208a、208b的两端205a、205b。分离壁207a、207b中的每个洞208a、208b对应于端板217a、217b中的洞213a、213b。U型连接管215a、215b固定在非面向分离壁207a、207b的侧面的端板217a、217b中的洞213a、213b中，215a、215b各自连接端板217a、217b中的每两个洞213a、213a′、213b、213b′，并从而连接管状膜段204的每两端205a、205a′、205b、205b′。

在分离壁207和端板217之间，必要时放置垫圈(未显示)。U型连接管215a、215b适合于加热腔210a、210b，该管道的长度由必须传递给被分离流体且通过连接管215a、215b的热量确定。

加热腔210a、210b配置有用于相应于热传递介质的流入和流出的连接头211a、211a′、211b、211b′。用于被分离混合物的流入和流出的具有连接头19a、119a′的管道218a、218a′穿过至少一个加热腔(图2中的210a)。在具体实施方案中，这种连接头119a、119a′可位于组件的两侧。

依据本发明的组件在工业应用中显示出明显的优势。在全蒸发过程中用于液体混合物的分离时，依据现有技术安装在组件中的膜面积受到限制，因为必须要避免由于渗透物的蒸发导致的太大幅度的冷却以及相应的流量的大量减少。这种限制对本发明的组件是不存在的，因为被分离的液体混合物在通过管状膜段的某一长度后在加热腔中被重新加热。因此，任何热量损耗立即被补充；该膜在近乎恒定的高温度和最适的高通量下工作。尤其在全蒸发过程中，这导致所需的膜面积的明显减少和成本的下降。在分离组件和中间热交换器之间的管道的省略导致成本进一步下降。在蒸汽渗透和气体分离的过程中，避免了进料混合物的成分在膜表面浓缩出来，该浓缩可导致膜的堵塞和跨膜通量的降低。

Claims (17)

1.包括圆柱形壳体(102)的膜管组件，在其中多个管状膜段(104)按轴向排列，所述管状膜段在它们的末端(105、105’)连接，形成较长的管状膜部分，其特征在于加热腔(110)依附在圆柱形壳体(102)的一侧或两侧上，所述加热腔(110)包含U型连接管(115)，该U型连接管(115)的开口端穿过在加热腔(110)和圆柱形壳体之间的分离壁(117、114)并且该U型连接管连接每两个相邻的开口管状膜段(112、112’)，形成管状膜环路。

2.根据权利要求1的膜管组件，其特征在于管状膜段的直径为12mm至25mm。

3.根据权利要求1或2的膜管组件，其特征在于在外部使用一或多层纺织物或无纺织物包覆或包装管状膜段，具有抗压性且在组件内不使用支撑管。

4.根据权利要求1或2的膜管组件，其特征在于采用适用于全蒸发过程复合管状膜。

5.根据权利要求3的膜管组件，其特征在于采用适用于全蒸发过程复合管状膜。

6.根据权利要求1或2的膜管组件，其特征在于在圆柱形壳体(102)的一侧或两侧的加热腔(210a、210b)被设计为可拆卸的单元。

7.根据权利要求3的膜管组件，其特征在于在圆柱形壳体(102)的一侧或两侧的加热腔(210a、210b)被设计为可拆卸的单元。

8.根据权利要求4的膜管组件，其特征在于在圆柱形壳体(102)的一侧或两侧的加热腔(210a、210b)被设计为可拆卸的单元。

9.根据权利要求5的膜管组件，其特征在于在圆柱形壳体(102)的一侧或两侧的加热腔(210a、210b)被设计为可拆卸的单元。

10.根据权利要求1或2的膜管组件用于在全蒸发过程中分离液体混合物的用途。

11.根据权利要求3的膜管组件用于在全蒸发过程中分离液体混合物的用途。

12.根据权利要求4的膜管组件用于在全蒸发过程中分离液体混合物的用途。

13.根据权利要求5的膜管组件用于在全蒸发过程中分离液体混合物的用途。

14.根据权利要求6的膜管组件用于在全蒸发过程中分离液体混合物的用途。

15.根据权利要求7的膜管组件用于在全蒸发过程中分离液体混合物的用途。

16.根据权利要求8的膜管组件用于在全蒸发过程中分离液体混合物的用途。

17.根据权利要求9的膜管组件用于在全蒸发过程中分离液体混合物的用途。

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