CN106914143A - 磁悬浮三维振动膜 - Google Patents

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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
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    • B01D65/08—Prevention of membrane fouling or of concentration polarisation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2321/00—Details relating to membrane cleaning, regeneration, sterilization or to the prevention of fouling
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Abstract

本发明磁悬浮三维振动膜为一种用于液体过滤分离、浓缩回收的膜设备，它利用永磁体同名磁极间的排斥力量使膜组件实现悬浮，由电磁力驱动膜组件产生三维多向振动，对膜组件内的截留物形成三维振打，在垂直方向上对截留物的振打最为有效，使截留物悬浮于膜面、无法沉积，使膜孔保持畅通、避免膜污堵，滤速得以提高；膜组件处于磁悬浮状态，只需很小驱动力即可产生三维振动，高效节能。设备中无机械运动件，结构紧凑稳定可靠、零噪音高效运行；采用模块化设计，易于组合，方便工程应用。

Description

磁悬浮三维振动膜
技术领域
本发明磁悬浮三维振动膜涉及一种用于液体过滤分离、浓缩回收的膜设备。
背景技术
膜分离技术兼有过滤、分离、浓缩的功能，被广泛应用于食品、医药、生物、石油、水处理等领域；膜分离采用错流过滤形式，原液以一定流速沿滤膜表面流过，小于膜截留分子量的物质或分子透过膜形成渗透液，而大于膜截留分子量的物质不能透过膜则形成浓缩液。膜分离技术是一种纯物理过程，具有过滤简单、易于控制、低能耗的特征，是分离学科中的重要方法之一。
在膜过滤过程中被膜截留的大分子量物质易在膜表面形成沉积，降低了膜的渗透通量、影响了膜的性能。为了保持膜的通透性更好地发挥膜的性能，出现了高频振动膜技术，它主要由振动电机、扭力杆、膜组件构成；位于底部的振动电机提供振动源，中间扭力杆的顶端安装有膜组件；启动振动电机后上方的膜组件产生与电机频率一致的共振，振动力量将膜表面截留物推开避免沉积、保持膜通量。高频振动膜利用膜组件产生的共振使膜片产生振动，能量利用率低，只能在水平平面内产生二维振动，无法在垂直方向上产生更为有效的振动；高频振动膜存在结构复杂、设备细高，对截留物的清除不够彻底，能耗高的缺陷。
发明内容
本发明磁悬浮三维振动膜安装在整体呈长方体状、水平截面为正方形的立式框架中；膜组件呈立式圆柱体状，底部安装有强磁体，膜壳上部和下部安装有强磁体；框架底面上安装有强磁体及Z轴振动电磁铁；框架垂直立面上安装有X轴、Y轴振动电磁铁；膜组件插在框架中央，通过柔性支撑与框架相连接。
具有一定压力的原液通过管道从上部进入膜组件，大于膜截留分子量的物质不能透过膜孔而形成浓缩液从下部排出，小于膜截留分子量的物质则透过膜孔形成渗透液从上方排出。
磁悬浮三维振动膜利用强磁体磁力使膜组件在空中悬浮，再利用三维电磁力驱动膜组件实现水平X轴、水平Y轴、垂直Z轴三维方向叠加振动，三维振动力使截留物悬浮于膜面、不能在膜表面沉积，有效保持膜孔畅通、维持膜的过滤通量。
附图说明
图1为磁悬浮三维振动膜结构轴测透视图。
图2为磁悬浮三维振动膜俯视平面图。
图3为磁悬浮三维振动膜膜组件底部仰视平面图。
图4为磁悬浮三维振动膜框架下部水平截面平面图。
具体实施方法
磁悬浮三维振动膜由框架(1)、膜组件(2)、立面电磁铁(3)、膜组件侧面永磁体(4)、柔性支撑(5)、原液进口管(6)、渗透液出口管(7)、电缆(8)、电控箱(9)、膜组件底部永磁体(10)、框架底部电磁铁(11)、膜组件底部悬浮永磁体(12)、框架底部悬浮永磁体(13)、浓缩液出口管(14)组成。
框架(1)呈长方体形，水平截面为正方形，由非磁性金属方管加工而成，用于安装支撑膜组件、永磁体、电磁铁。
膜组件(2)由膜壳(2-1)、内部膜片或膜管构成，用于对液体进行过滤分离，透过膜孔的渗透液经汇集从下部排出，被截留的浓缩液从上部排出。
立面电磁铁(3)安装于框架(1)的上部和下部，用于产生X轴、Y轴水平方向的脉冲电磁力。
膜组件侧面永磁体(4)固定于膜壳(2-1)圆柱侧面上，位于膜壳(2-1)的上部和下部且与立面电磁铁(3)正对，采用强磁性永磁材料制造。
柔性支撑(5)一端固定于框架上，另一端与膜壳(2-1)相连，它能够保持膜组件稳定并在膜组件振动时提供回复力。
原液进口管(6)是待处理原液的进入管路。
渗透液出口管(7)是处理后透过膜面渗滤液的排出管路。
电缆(8)连接电控箱(9)与各电磁铁(3、11)，电力经由电缆传至电磁铁(3、11)。
电控箱(9)向电磁铁提供脉冲电流，使电磁铁(3、11)产生脉冲电磁力。电控箱带有电流调节和变频功能，可以根据不同工况使电磁铁(3、11)产生不同力量、不同频率的电磁力，获得最佳处理效果。
膜组件底部永磁体(10)固定于膜组件底部，与框架底部电磁铁(11)正对，采用强磁性永磁材料制造。
框架底部电磁铁(11)安装于框架(1)底部，用于产生Z轴垂直方向的脉冲电磁力。
膜组件底部悬浮永磁体(12)固定于膜组件底部，与框架底部悬浮永磁体(13)正对，采用强磁性永磁材料制造。
框架底部悬浮永磁体(13)安装于框架(1)底部，采用强磁性永磁材料制造。
浓缩液出口管(14)为被膜面截留未能透过膜面截留物的排出管路。
永磁体与电磁铁
磁悬浮三维振动膜中采用强磁性永磁材料制造的零部件有：膜组件侧面永磁体(4)、膜组件底部永磁体(10)、膜组件底部悬浮永磁体(12)、框架底部悬浮永磁体(13)。
电磁铁有：立面电磁铁(3)、框架底部电磁铁(11)。
膜组件悬浮实现
磁悬浮三维振动膜中实现膜组件悬浮功能的零部件有：膜组件底部悬浮永磁体(12)、框架底部悬浮永磁体(13)，它们上下正对；膜组件底部悬浮永磁体(12)下端与框架底部悬浮永磁体(13)上端为同名磁极，同名磁极间的相互排斥力与膜组件所受的重力相等，使膜组件克服重力作用而悬浮于空中。
膜组件三维振动实现
从电控箱(9)发出的脉冲电流使立面电磁铁(3)产生产生X轴、Y轴水平方向脉冲电磁力；框架底部电磁铁(11)产生Z轴垂直方向的脉冲电磁力。
膜组件侧面永磁体(4)与立面电磁铁(3)正对，电磁铁通电后产生与永磁体同名磁性，彼此排斥，磁场排斥力将膜组件(2)在水平平面内推开；电磁铁断电后即失去磁性，膜组件(2)在柔性支撑(5)作用下回复原位，如此循环形成膜组件在水平平面内X轴、Y轴方向的振动。
膜组件底部永磁体(10)与框架底部电磁铁(11)正对，电磁铁通电后产生与永磁体同名磁性，彼此排斥，磁场排斥力将膜组件(2)向上推起；电磁铁断电后即失去磁性，膜组件(2)在重力作用下下落回复原位，如此循环形成膜组件在垂直平面内Z轴方向的振动。
通过对电磁铁(3、11)脉冲电流的控制即可实现膜组件(2)在X、Y、Z三维轴向的单一振动或合成振动，在垂直方向上的振动效果最为有效；调节电磁铁脉冲电流参数即可调整膜组件(2)振动状态，以达到最佳效果。
工作中膜组件(2)带动内部膜片一起振动，对截留物形成三维振打力使截留物悬浮于膜面、无法在膜面沉积，有效保持膜孔畅通、维持膜通量；膜组件可以维持高滤速，处理效率提高。
膜组件工作过程
具有一定压力的待处理原液从膜组件(2)顶部中央的原液进口管(6)进入膜组件内部，不能透过膜孔、被截留的大分子量物质形成浓缩液从下部浓缩液出口管(14)排出，透过膜孔的小分子量物质则形成渗透液从顶部的渗透液出口管(7)排出。
技术特点：
1.膜组件无需消耗能源依靠强磁体的磁力即可实现悬浮。
2.膜组件处于悬浮状态，只需很小电磁力即可实现振动，高效节能。
3.对膜组件内截留物形成三维振打力，三维振打力使截留物的清除更为彻底高效，能保持膜孔通量、避免堵塞，可以使用更高滤速，膜处理效率提高。
4.膜组件振动频率及振幅均可调，适应性强、应用灵活。
5.利用电磁力驱动产生三维振动，无机械运动件，安全可靠、无噪音。
6.无需采用化学药剂对膜面进行清洗，运行费用低廉、无二次污染。
7.既适用于板式膜，也适用于管式膜，使用广泛。
8.采用模块化设计，结构紧凑、易于组合。
本发明磁悬浮三维振动膜利用永磁体同名磁极间的排斥力量使膜组件实现悬浮，由电磁力驱动膜组件产生三维多向振动，对膜组件内的截留物形成三维振打，在垂直方向上对截留物的振打最为有效，使截留物悬浮于膜面、无法沉积，使膜孔保持畅通、避免污堵，滤速得以提高；膜组件处于磁悬浮状态，只需很小驱动力即可产生三维振动，高效节能。设备中无机械运动件，结构紧凑稳定可靠、零噪音高效运行；采用模块化设计，易于组合，方便工程应用。

Claims (5)

1.磁悬浮三维振动膜由设备框架(1)、膜组件(2)、振动电磁铁(3、11)、振动永磁体(4、10)、柔性支撑(5)、悬浮永磁体(12、13)、进出液管口(6、7、14)、电缆(8)、电控箱(9)组成；带有一定压力的原液进入膜组件，大于膜截留分子量的物质不能透过膜孔而形成浓缩液排出膜组件，小于膜截留分子量的物质则透过膜孔形成渗透液排出膜组件；其特征在于：膜组件(2)在悬浮永磁体(12、13)同名磁极排斥力作用下处于悬浮状态，振动电磁铁(3、11)对膜组件施加脉冲电磁推力，实现膜组件三维振动；在三维振动力作用下膜组件内的截留物无法在膜片表面形成沉积，使膜孔保持畅通、维持膜孔通量。
2.根据权利要求书1所述的磁悬浮三维振动膜，其特征在于：框架(1)底部安装有悬浮永磁体(13)、膜组件(2)底部安装有悬浮永磁体(12)，悬浮永磁体均采用强磁性永磁材料制造并上下正对；每对上下永磁体相对面为同名磁极，可以产生强力的磁场排斥力，使膜组件(2)克服重力悬浮。
3.根据权利要求书1所述的磁悬浮三维振动膜，其特征在于：膜组件壳体上部及下部外侧安装有水平振动永磁体(4)，与安装于框架(1)上的水平振动电磁铁(3)正对；膜组件底部安装有垂直振动永磁体(10)，与安装于框架(1)底部的垂直振动电磁铁(11)正对；振动永磁体均采用强磁性永磁材料制造；电磁铁由脉冲电流驱动，通电后产生磁性且与永磁体同名，彼此排斥，磁场排斥力推动膜组件(2)产生X、Y、Z三维轴向振动。
4.根据权利要求书1所述的磁悬浮三维振动膜，其特征在于：由电控箱(9)向电磁铁提供脉冲电流，通过对电磁铁电流的控制即可实现膜组件(2)在X、Y、Z三轴任一轴向内的单一振动或多轴合成振动；调节脉冲电流即可调整膜组件(2)的振动频率、振幅，以使膜组件获得最佳处理效果。
5.根据权利要求书1所述的磁悬浮三维振动膜，其特征在于：柔性支撑(5)一端固定于框架上，另一端与膜组件(2)的壳体相连，它能保持膜组件稳定并在振动时提供水平方向回复力；膜组件垂直振动回复力由膜组件自身重力提供。
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