CN102908900A - 一种支撑导流盘和分离过滤膜柱装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种支撑导流盘和分离过滤膜柱装置，支撑导流盘为带有中心圆孔的圆盘，该圆盘上设置有多圈阻流凸点，圆盘上还设置有一条径向旋流狭缝，圆盘的旋流狭缝处的两个边，一边向上翘延伸为上翘部，另一边向下弯延伸为下弯部，所述上翘部与下弯部相互平行。分离过滤膜柱装置包括该支撑导流盘和膜片，在承压外壳内还安装有固定支撑导流盘和膜片的内拉杆和上、下堆叠板，所述膜片的中心设置有一安装孔，膜片上还设置有一条与旋流狭缝对齐的径向裂口，承压外壳外安装有支撑并拉紧加压上下端盖法兰的外拉杆。本发明与传统膜组件相比压力损失减少超过70%，提高产品效率，是一种抗污染又低能耗的特种装置，特别适合于高浓度流体的经济型处理工艺。

Description

一种支撑导流盘和分离过滤膜柱装置

技术领域

本发明属于固液分离领域，具体涉及一种以分离膜为介质的过滤设备。

背景技术

用于流体分离和过滤的膜元件具有类似的性质，属于先前技术并有广泛的专利。传统的螺旋卷式膜元件虽然填充面积密度高，但是***应用中对进水水质要求高，预处理条件繁杂。因为高浓度流体中的有机污染物、无机结垢物质及悬浮颗粒杂质会轻易的堵塞膜柱的隔网，造成***的频繁停机清洗，使得膜柱寿命减少，甚至无法正常运行。

现有的圆盘式膜柱解决了上述膜柱抗污染问题。事实上圆盘式膜柱还存在一个特别问题，就是用于纳滤、超滤和微滤圆盘式膜柱由于流体的多次剧烈逆向流动引起大量的压力损失，***运行能耗大，导致其无法大力推广应用。

因此开发一种减少膜柱内的压力损失，成为革新圆盘式膜组件的目标。因为减少膜柱内的压力损失，即大大减少电耗成本，并可能优化电路设计。特别的是在市政污水或产品回收工艺中，浓缩液的量、投资成本和运营费用是最重要考虑因素。因此在能源密集型领域，压力损失少的抗污染形膜组件更利于市场普及。

发明内容

鉴于此，本发明目的在于提供一种能够环形导流的支撑导流盘，以及提供一种减少膜柱内的压力损失的分离过滤膜柱装置，所述分离过滤膜柱装置包括所述支撑导流盘。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是，提供一种支撑导流盘，至少一面的盘周上设置有外轮辋，该支撑导流盘为带有中心圆孔的圆盘，该圆盘的至少一个面上设置有多圈阻流凸点，每一圈上均布有多个阻流凸点，圆盘上还设置有一条径向旋流狭缝，圆盘的旋流狭缝处的两个边，一边向上翘延伸为上翘部，另一边向下弯延伸为下弯部，所述上翘部与下弯部相互平行。

优选地，所述上翘部与圆盘的夹角为30°-60°。

优选地，所述阻流凸点半椭圆体或者阻流凸点底面为椭圆、顶部为光滑弧面的凸起；靠近中心圆孔的阻流凸点的长径与圆盘的半径线重合，靠近圆盘边缘的阻流凸点的短径与圆盘的半径线重合。

进一步地，所述支撑导流盘的中心圆孔外侧附近的两面的至少一面设置有环形密封圈凹槽，所述环形密封圈凹槽与中心圆孔同圆心。

进一步地，所述支撑导流盘的中心圆孔内侧面均布有若干个与中心圆孔轴心线平行的导流块。

进一步地，所述支撑导流盘的旋流狭缝处外缘部分安装有一联锁销。

进一步地，所述支撑导流盘的旋流狭缝处设置有至少一个隔板，隔板的上端面、下端面均与支撑导流盘平行。

本发明还提供了一种包括上述支撑导流盘的分离过滤膜柱装置，该分离过滤膜柱装置包括一个由上、下流体逆向盘，上、下端盖法兰密封的圆管承压外壳，在承压外壳内安装有n张支撑导流盘和n-1张膜片叠加组成的分离过滤器，其中n≥2，且n为自然数，两支撑导流盘之间设置叠放一张膜片；在承压外壳内还安装有固定支撑导流盘和膜片的内拉杆和上、下堆叠板，所述膜片的中心设置有一安装孔，膜片上还设置有一条与旋流狭缝对齐的径向裂口，承压外壳外安装有支撑并拉紧加压上下端盖法兰的外拉杆。

优选地，径向裂口不与安装孔连通。

进一步地，所述膜片为圆形或正多边形；膜片由上、下滤片层和两滤片层之间的网状支撑层构成，所述上、下滤片层为微滤膜，超滤膜，纳滤膜或反渗透膜。两支撑导流盘和膜片叠放时，两支撑导流盘的隔板紧压膜片径向裂口的两个边缘。

与现有技术相比，本发明采用了独特新颖的支撑导流盘和膜片环形导流设计，并在支撑导流盘和膜片组间形成旋流式流体形态，与传统膜组件相比压力损失减少超过70%，提高产品效率，扩展其操作范围。

本发明通过支撑导流盘面上旋流狭缝巧妙地将流体从上一层流体通道导向下一层通道，并以环形状态在支撑导流盘和膜片间流道同心圆扫过，保证了流体在整个膜柱内匀速流动。这种设计避免了其他圆盘式膜组件的典型压力损失问题——180°流体逆转。流体逆转是压力损失的最主要和重要的原因，每张支撑导流盘都要经过2次的逆转。

本发明支撑导流盘和膜片的优点是半径长的旋流狭缝，实质性改变流体在膜柱内流动状态，让流体零阻碍切换流道层面并扫过膜片表面，同时支撑导流盘间不存在剧烈的或180°流体逆转，解决压力损失的缺陷。支撑导流盘表面布满按序排列成一定弧度的阻流凸点，引导流体在支撑导流盘表面呈弧形或同心圆流动，并造成一定的湍流作用。支撑导流盘外沿部分的联锁销，用于支撑导流盘之间精确角度定位、连锁。外拉杆的设计增强膜柱装置抗压强度，减轻内拉杆的负荷强度。

支撑导流盘和膜片交替叠加，流体在膜片两面流过，并在支撑导流盘旋流狭缝导流下进入下一组支撑导流盘和膜片的流道，在整个膜柱中形成旋流流体动力状态，极大减少压力损失，又保持高抗污染特征。因此本发明是一种抗污染又低能耗的特种装置，特别适合于高浓度流体的经济型处理工艺。

附图说明

图1是实施例1所述支撑导流盘主视示意图。

图2是图1中A-A剖视图。

图3是图1中I局部放大图。

图4是图3中B-B剖视图。

图5是实施例2所述分离过滤膜柱装置主视图。

图6是图5纵向剖视图。

图7是实施例2所述膜片主视图。

图8是图7仰视图。

图9 是图7中II局部放大剖视图。

图10是支撑导流盘和膜片装配示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例进行说明。

实施例1：参见图1至图4。图1示出了一种支撑导流盘，在该支撑导流盘1的两面的盘周上均设置有圆环体结构的外轮辋11。支撑导流盘1的上盘面设置有圆环体结构的内轮辋14。该支撑导流盘1为一个圆盘，其中心设置有与圆盘同圆心的中心圆孔12。

该圆盘的两面均设置有六圈阻流凸点18，每一圈上均布有多个阻流凸点18。阻流凸点18半椭圆体或者阻流凸点18底面为椭圆、顶部为光滑弧面的凸起；靠近中心圆孔12的阻流凸点18的长径与圆盘的半径线重合，靠近圆盘边缘的阻流凸点18的短径与圆盘的半径线重合。阻流凸点18围绕安装孔12，同心分散。在靠近支撑导流盘1内径位置，流体受到阻流凸点18的宽面较大阻力；而在靠近支撑导流盘1外径位置，流体受到阻流凸点18的窄面较小的阻力。这种阻流凸点18的排列可均匀地分布流体在支撑导流盘1上的整个断流截面的速率。在分离过滤膜柱装置中，阻流凸点18除了控制流体导向外，还能支撑膜片2，形成膜片和支撑导流盘空间的作用。支撑导流盘1与膜片2接触时，为了不破坏纤弱的膜表面，支撑导流盘1表面分布的阻流凸点18顶部可以设计为光滑圆形平台，增大接触面。除了上述以外，阻流凸点18还有打散流体介质的特征，在膜片表面形成湍流，增加透过速率和自清洗功能。

圆盘上还设置有一条径向旋流狭缝15，旋流狭缝15从支撑导流盘1中心延伸到外径。圆盘的旋流狭缝处的两个边，一边向上翘延伸为上翘部，另一边向下弯延伸为下弯部，所述上翘部与下弯部相互平行。上翘部与圆盘的夹角最小为30°，最大为60°，也可以为30°-60°之间的任一角度。两块支撑导流盘1上下叠放时，上支撑导流盘的下弯部末端与下支撑导流盘的上翘部末端啮合，同时，两块支撑导流板的外轮辋11相互贴合，下支撑导流盘的内轮辋14与上支撑导流盘贴合。两支撑导流盘围成一个空间，上支撑导流盘的下弯部和下支撑导流盘的上翘部之间形成一个坡道。流体在上支撑导流盘上环流，从旋流狭缝15进入所述空间，最后从下导流盘的旋流狭缝15流出。图1中S1示出了流体在支撑导流盘1上环流流向示意，图3中S2为流体通过旋流狭缝15的流向示意。

为提高所述空间的密封性，支撑导流盘1的中心圆孔12外侧附近的两面均设置有环形密封圈凹槽10，用于安装隔离原料液和渗透液的密封圈。所述环形密封圈凹槽10与中心圆孔12同圆心。

支撑导流盘1的中心圆孔12内侧面均布有若干个与中心圆孔轴心线平行的导流块13。两导流块之间的空隙为导流孔。为使支撑导流盘叠加时定位更加精确，以及增加支撑导流盘柱的稳固性，可将导流块13沿中线圆孔12相对于支撑导流盘1整***移1/2支撑导流盘厚度。作为一种选择，导流块13上端突出部分的顶端通过内轮辋14拉筋加强。两支撑导流盘叠放时，下支撑导流盘的导流块13***上支撑导流盘的中心圆孔12，这样可以精确的定位相邻支撑导流盘的逐片叠加。

支撑导流盘1的旋流狭缝15处外缘部分安装有一联锁销17，用于支撑导流盘1之间精确角度定位、连锁，防止支撑导流盘1移动。

图1示出了支撑导流盘1的旋流狭缝15处设置有隔板16，隔板16的上端面、下端面均与支撑导流盘1平行。隔板16用于流体均匀分流，旋流狭缝15隔板16被分割成多个通道；同时隔板16还能起到支撑和锁住膜片的作用。以竖直方向的某一条线作为轴线旋转隔板16，同样有利于控制流体的流动方向。

实施例2：参见图5-图10。本实施例所描述的分离过滤膜柱装置3，包括实施例所述的支撑导流盘1。该分离过滤膜柱装置还包括一个由上端盖法兰39、上流体逆向盘37、下流体逆向盘36、下端盖法兰38密封的圆管承压外壳30。承压外壳30外安装有支撑并拉紧加压上端盖法兰39，下端盖法兰38的外拉杆43。上端盖法兰39、上流体逆向盘37、下流体逆向盘36、下端盖法兰38中心设置有供内拉杆31穿过的孔。在承压外壳30内还安装有内拉杆31、上堆叠板35和下堆叠板34，用于紧固支撑导流盘1和膜片2。内拉杆31上端旋接有螺母，内拉杆31下端旋接加压螺帽33和螺母32进行固定和密封。

上堆叠板35和下堆叠板34分别与支撑导流盘1的外轮辋11紧密贴合。上端盖法兰39、上流体逆向盘37上设置有供原料液入口管40和浓缩液套管41穿过的孔，上堆叠板35上设置有供浓缩液出口管42穿过的孔，浓缩液套管41和浓缩液出口管42相连接。下堆叠板34上设置有布流口340。

n张支撑导流盘1和n-1张膜片2叠加组成分离过滤器，其中n≥2，且n为自然数，两支撑导流盘1之间设置叠放一张膜片2。分离过滤器与承压外壳30之间形成一个间隙，该间隙与原料液入口40连通。分离过滤器与浓缩液出口管42连通。

膜片2的中心设置有一安装孔22，安装孔22的直径与上述中心圆孔12的直径相等。膜片2上还设置有一条与旋流狭缝15对齐的径向裂口23，径向裂口23不与安装孔22连通。两支撑导流盘1和膜片2叠放时，两支撑导流盘的隔板16紧压膜片径向裂口23的两个边缘。膜片2为圆形，当然，膜片2为正多边形时也能起到相同的作用。膜片2由三层具有径向开口的环形薄片21通过超声波焊接或电热焊接为一体，中间层为塑料材质的网状支架－网状支撑层200，上层为上滤片层202，下层为下滤片层201。上、下滤片层为微滤膜，超滤膜，纳滤膜或反渗透膜。膜片2表面的膜区域20只能允许渗透液透过，由膜片中心区域收集并通过网状支撑层200从安装孔22出流入中心圆孔12，最后通过内拉杆31引出排出。图9示出了膜片的渗透过程。膜片的安装孔22由支撑导流盘1的导流块13定位，安装孔22与中心圆孔12重合。膜片的径向裂口23在叠加膜组件时，与支撑导流盘的旋流狭缝15重合。旋流狭缝15处设置有隔板16，隔板16的上端面、下端面均与支撑导流盘1平行，膜片2和支撑导流盘1叠合时，隔板16夹持住膜片径向裂口23处的薄片21，阻流凸点18对膜片2也起到支撑和固定作用，同时增加了膜片2的使用寿命。

膜柱装置3工作过程：流体通过原料液入口管40进入膜柱，通过分离过滤器与圆管承压外壳30之间的间隙到达下堆叠板34，由下堆叠板34的布流口340进入第一片支撑导流盘1。流体在支撑导流盘1表面以环形方式流动并在旋流狭缝15引导下进入下一张支撑导流盘，并在相应的支撑导流盘间的膜片2上下表面同心流扫过。经过一个环形流动后，流体由下一张支撑导流盘的旋流狭缝15引导下进入再下一张支撑导流盘。以此方式类推，流体以旋流式通过整个分离过滤器。这种流体方式的显著优点在于流体流动方式非常规则和连续，避免剧烈的逆转现象发生。整体流量在恒定不变的过流断面维持均匀的流速。旋流狭缝15的设计正是保持流速恒定的原因所在。当流体在膜片2表面流动时，部分渗透液透过上滤片层202和下滤片层201，进入膜片2内部的网状支撑层200。渗透液沿着内拉杆31流向其下端内部产水收集管。剩余的流体原料浓缩液则由浓缩液套管41和浓缩液出口管42离开膜柱。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种支撑导流盘，至少一面的盘周上设置有外轮辋（11），其特征在于，该支撑导流盘（1）为带有中心圆孔（12）的圆盘，该圆盘的至少一个面上设置有多圈阻流凸点（18），每一圈上均布有多个阻流凸点（18），圆盘上还设置有一条径向旋流狭缝（15），圆盘的旋流狭缝处的两个边，一边向上翘延伸为上翘部，另一边向下弯延伸为下弯部，所述上翘部与下弯部相互平行。

2.根据权利要求1所述的支撑导流盘，其特征在于，所述上翘部与圆盘的夹角为30°-60°。

3.根据权利要求1所述的支撑导流盘，其特征在于，所述阻流凸点（18）半椭圆体或者阻流凸点（18）底面为椭圆、顶部为光滑弧面的凸起；靠近中心圆孔（12）的阻流凸点（18）的长径与圆盘的半径线重合，靠近圆盘边缘的阻流凸点（18）的短径与圆盘的半径线重合。

4.根据权利要求1所述的支撑导流盘，其特征在于，所述支撑导流盘（1）的中心圆孔（12）外侧附近的两面的至少一面设置有环形密封圈凹槽（10），所述环形密封圈凹槽（10）与中心圆孔（12）同圆心。

5.根据权利要求4所述的支撑导流盘，其特征在于，所述支撑导流盘（1）的中心圆孔（12）内侧面均布有若干个与中心圆孔轴心线平行的导流块（13）。

6.根据权利要求1所述的支撑导流盘，其特征在于，所述支撑导流盘（1）的旋流狭缝（15）处外缘部分安装有一联锁销（17）。

7.根据权利要求1所述的支撑导流盘，其特征在于，所述支撑导流盘（1）的旋流狭缝（15）处设置有至少一个隔板（16），隔板（16）的上端面、下端面均与支撑导流盘（1）平行。

8.根据以上任一权利要求所述支撑导流盘的分离过滤膜柱装置，包括一个由上、下流体逆向盘（37，36），上、下端盖法兰（39，38）密封的圆管承压外壳（30），其特征在于，在承压外壳（30）内安装有n张支撑导流盘（1）和n-1张膜片（2）叠加组成的分离过滤器，其中n≥2，两支撑导流盘（1）之间设置叠放一张膜片（2）；在承压外壳（30）内还安装有固定支撑导流盘（1）和膜片（2）的内拉杆（31）和上、下堆叠板（35，34），所述膜片（2）的中心设置有一安装孔（22），膜片（2）上还设置有一条与旋流狭缝（15）对齐的径向裂口（23），承压外壳（30）外安装有支撑并拉紧加压上下端盖法兰（39，38）的外拉杆（43）。

9.根据权利要求8所述的分离过滤膜柱装置，其特征在于，径向裂口（23）不与安装孔（22）连通。

10.根据权利要求9所述的分离过滤膜柱装置，其特征在于，所述膜片（2）为圆形或正多边形，膜片（2）由上、下滤片层（202，201）和两滤片层之间的网状支撑层（200）构成，所述上、下滤片层（202，201）为微滤膜，超滤膜，纳滤膜或反渗透膜。

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