專利名稱：有薄壁套管的毛細管膜蒸餾組件的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于毛細管膜蒸餾裝置的膜組件，特別是不需自備冷卻凈化液的，有薄壁套管的毛細管膜蒸餾裝置的，可裝卸膜蕊的系列膜組件。
膜蒸餾是一種由高分子材料組成的疏水性微孔膜來實現溶劑分離的膜分離技術，近年來得到了廣泛的研究和應用。意大利E.Drioli教授用膜蒸餾濃縮電解質溶液，糖溶液和提純酒精溶液(《膜分離科學與技術》1985年第4期，第8頁)，日本造水促進中心用膜蒸餾淡化海水，本發明人及其同事們用膜蒸餾技術分離提純天然鹽水中食鹽和芒硝(《膜分離科學與技術》1987年1期，第60頁)。在這些公知的技術中，應用的毛細管膜蒸餾組件是由兩個有料液口的端蓋和有料液口的筒體所組成的殼體、一組由平行等長的毛細管膜通過粘結劑密封、固定組成的膜蕊，殼體和膜蕊通過粘結劑和緊固件組裝成毛細管膜蒸餾裝置的膜組件。該膜組件是通過粘結劑密封毛細管膜兩端外壁間隙構成粘結層，把組件內腔分成三部分粘結層與兩個端蓋組成的二個料液腔，其中一個為原料腔，另一個為濃縮液腔，它們分別與毛細管膜的端蓋上的料液口相通，兩粘結層間，毛細管膜中部外壁構成凈化液腔，它和筒體上和兩個料液口相通。
當分離以水為溶劑的物質時，熱的料液由泵推動從組件一端的料液口流經原料腔，流入毛細管膜，同時本裝置預先自備的冷凈水從殼體一側料液口一淡水入口，流入凈化液腔一淡水腔，在毛細管膜壁外流動，此時，毛細管膜管壁內外兩側，在兩種不同溫度溶液的作用下形成水的飽和蒸氣壓力差，在水蒸汽壓力差的作用下，暖側的水蒸汽通過膜孔進入冷側，在冷側冷凝，并隨流經的冷淡水一起從殼體另一料液口一淡水出口流出，此淡水為溫水，經該裝置內冷卻器冷卻后又作為冷淡水流入組件；經毛細管膜蒸餾后的濃縮液從膜管的另一端流入該端的料液腔一濃縮液腔，并從該端端蓋上的料液口流出，為達濃縮目的，導出的濃縮液可和原料液一起再加熱后反復循環分離，在如此周而復始的循環中，淡水量不斷增加，料液不斷被濃縮，從而達到分離、凈化、濃縮的目的。
上述這種公知的膜組件，必須預先攜帶一定量的淡水(或凈化液)作冷卻液；同時由于毛細管膜壁兩側均有液體接觸，因此溶液對膜壁有正滲透作用，也就是說操作運行的壓力必須克服滲透壓差及膜表層的蒸汽壓力差，才能使蒸餾分離順利的進行，如此，這種膜組件操作壓力較大，而且控制要求高；此外，由于這種膜組件的膜蕊是用粘結劑或其它密封材料密封并固定在殼體上的，因此膜蕊不能單獨更換，它只能以更換整個膜組件的形式來維修、更新膜蒸餾元件。
本實用新型的目的是設計一種不需自備凈化液為冷卻液，操作壓力容易控制，膜蕊可以活動一裝、卸替換的毛細管膜蒸餾裝置的膜組件。
本實用新型提供的膜組件是由兩個有料液口的端蓋和一個有料液口的筒體所組成的殼體、一組平行的毛細管膜、多孔板或粘結材料構成的密封層、“O”型密封圈、緊固件或連接法蘭所構成的，其特征是一根或若干根毛細管膜外套有的園形或扁形的，兩端開有小孔的與毛細管膜等長或兩端稍短于毛細管膜的薄壁套管、及這些套管與毛細管膜外壁構成的凈化液腔、粘結層或多孔板間的凈化液腔、膜蕊與殼體間用“O”型密封圈密封并固定而實現的可裝卸的膜蕊。本實用新型組件所用的薄壁套管可以是園形或扁形的，它所包容的毛細管膜的最佳根數是1、園形薄壁套管所包容的毛細管膜，最佳根數為1、3、5、7根。
2、扁形薄壁套管所包容的毛細管膜是毛細管膜在薄壁套管橢園形截面長軸方向上的排列以1－2排為佳。
根據薄壁套管和毛細管膜的相對長度，不管薄壁套管是園形或扁形的均可分成兩種不同的組件形式長薄壁套管膜組件和短薄壁套管膜組件。
本實用新型組件的薄壁套管應該用耐腐蝕的，有一定強度的，抗折皺的，剛性好的薄壁材料組成，如此材料有聚烯烴類高聚物、尼龍、聚甲醛、聚酯或它們及其填充物所組成的薄壁管，也可用碳粉及其粘結物、不銹鋼、鋁合金等薄壁金屬材料制成。
本實用新型的結構細節可以從附圖和實施例進一步加以說明


圖1、現有技術的膜組件。
圖2、K放大圖。
圖3、A－A剖面圖。
圖4、長薄壁套管本實用新型膜組件。
圖5、K′放大圖。
圖6、短薄壁套管本實用新型膜組件。
圖7、K″放大圖。
圖8、園形薄壁套管時B－B(或C－C)剖面圖。
圖9、扁形薄壁套管時B－B(或C－C)剖面圖。
圖10、薄壁套管示意圖。
其中1、端蓋2、“O”型密封圈3、多孔板4、緊固件5、“O”型密封圈6、多孔板7、筒體8、8′薄壁套管9、毛細管膜10、冷卻水出口11、排空口12、端蓋13、濃縮液出口14、冷卻水入口15、淡水出口16、淡水孔17、冷凝腔18、淡水腔19、料液入口20、料液腔21、粘結層22、膜管固定圈23、中心桿24、連接法蘭25、粘結層26、粘結層27、淡水腔下面結合實例進一步說明本實用新型的細節。
例1、扁形長薄壁套管本實用新型膜組件(圖4)一個有料液口(10、11、14、15)的筒體(7)和二個的料液口(13、19)的端蓋(1、12)組成的殼體，260根，兩端各有一個淡水孔(16)的1米長的扁形不銹鋼薄壁套管(8)，每根套管內穿入平行排列成二排的23根1米長的毛細管膜(9)、兩端用于定固和密封薄壁套管間隙的各二塊多孔板(3、6)、用粘結劑構成的用于密封兩端毛細管膜與薄壁套管間隙的粘結劑層，組成了本實用新型的膜蕊；打開端蓋(1、12)，膜蕊裝入筒體，并通過“O”型密封圈(2、5)實現密封裝配，蓋上端蓋(1、12)，通過緊固件(4)密封該組件，構成了本實用新型的膜組件的一種形式。
本實用新型膜組件，由于使用了“O”型密封圈代替了現有技術中粘結劑密封，因此使本實用新型組件構成可裝卸的活動膜蕊。
該實施例中的薄壁套管也可以做成園形的每根套管內最佳的根數可為1、3、5、7根。
例2、園形長薄壁套管本實用新型膜組件(圖4)一個如例1的殼體，由881根，兩端各有一個淡水孔(16)的長1米的園形聚丙烯薄壁套管(8)，每根套有內穿入5根長1米的毛細管膜(9)，按例1方法組裝成本實用新型的又一種型式的膜組件。
當例1或例2的膜組件作為海水淡化膜蒸餾裝置的膜組件應用時，它是這樣運轉的熱海水由料液入口(19)流經料液腔(20)進入毛細管膜(9)，同時冷卻液－冷海水或其它冷卻介質，從冷卻水入口(14)進入冷凝腔(17)，在薄壁套管外流動，至冷卻水出口(10)流出，使薄壁套管內腔－冷凝腔(17)溫度下降，從而使毛細管壁內外兩側構成溫差，熱海水與冷卻介質的溫差愈大，則上述溫差愈大，如此在膜壁兩側形成了飽和水蒸氣壓力，使毛細管內水蒸汽透過膜孔至壁外側的冷凝腔(17)折出，析出的淡水由淡水孔(16)流出進入淡水腔(18)由淡水出口(15)導出；經蒸餾后的濃海水從毛細管膜有另一端流入組件另一端的濃縮液腔由濃縮液出口(13)排出，這就完成了本實用新型膜組件蒸餾(淡化)海水的單元過程。
例3、扁形薄壁套管本實用新型膜組件(圖6)一個如例1的筒體(7)，兩個端蓋(1、12)和連接法蘭(24)組成的殼體，作為支撐體的中心桿(23)、260根880毫米長的扁形鋁合金薄壁套管(8)、每根套管內平行穿入二排23根長1米的毛細管膜9)，薄壁管兩端留出等長的毛細管膜，由粘結劑固定，密封薄壁套管兩端外壁間隙構成粘結劑層(25)，由粘結劑固定，密封毛細管膜兩端外壁間隙并構成粘結層(26)，組成了本實用新型的膜蕊，打開兩端蓋，膜蕊裝入筒體，通過兩端的膜管固定圈(22)及四個“O”型密封圈(2、5)與筒體密封裝配，蓋上兩端蓋(1、12)通過緊固件密封該裝置，構成了本實用新型的膜組件的又一種形式。
同樣，該組件中薄壁套管可為園形，每根套管內最佳根數為1、3、5、7根。
例4、園形短薄壁套管本實用新型膜組件(圖6)一個如實例3的殼體；881根長880毫米的園形聚乙烯碳粉填充薄壁管，每根管內穿入五根1米長的毛細管膜(9)，按例3的方法組裝成園形短薄壁套管本實用新型膜組件。
當例3或例4的膜組件作為海水淡化膜蒸餾裝置的膜組件應用時，是這樣運轉的熱海水由料液口(19)流經料液腔(20)，再進入毛細管膜(9)，同時冷卻液－冷海水從冷卻水入口(14)進入冷凝腔(17)在薄壁套管外側流動，使冷凝腔(17)處于低溫下，從而使毛細管膜壁處在溫差之下，使內、外兩壁表面產生飽和水蒸汽壓力差，毛細管膜內壁熱海水中的水蒸氣透過膜孔到膜壁外側，在外側的淡水腔(27)冷凝折出、并沿薄壁套管流入兩端的淡水腔(18)，再由淡水出口(15)流出，經蒸餾后的濃海水從毛細管膜的另一端流入組件另一端的濃縮液腔，并經濃縮液出口(13)排出，如此完成了本實用新型組件蒸餾(或淡化)海水的單元過程。
由本實用新型組件所制造的毛細管膜蒸餾裝置，不需自備凈化液，任何冷的液體介質都可在該裝置中作冷卻液使用，它減少了公知技術中膜壁的正滲透現象，因此對操作壓力要求低，容易控制；可裝卸的活動膜蕊，使本實用新型組件構成的膜蒸餾裝置維修方便，降低了維修費用，節約了維修時間。
本實用新型膜組件，可用于各種溶質溶質分離、提純、濃縮，特別適用缺少自備凈化液的場所，如船用海水淡化裝置，由于對冷卻介質無苛求，因此冷海水就是一很好的冷卻液；又如在酒精的濃縮與分離中，就不必預先自備純冷酒精作冷卻液，原料液冷卻就是本實用新型組件的冷卻液。本裝置動轉時壓力控制容易，只需在開車時在排空口(11)稍抽真空，幫助初始凈化液冷凝餾出，以后只要稍加壓促使液體循環流動即可正常工作。
權利要求1.有薄壁套管的毛細管膜蒸餾組件是由有料液口(13、19)的兩個端蓋(1、12)和有料液口(10、11、14、15)的筒體所組成的殼體，一組平行的毛細管膜(9)、多孔板(3、6)或粘結劑構成的密封層(21、25、26)、“0”型密封圈(2、5)、緊固件(4)或連接法蘭(24)所構成，其特征是一根或若干根毛細管膜(9)外套有的園形或扁形的兩端開有小孔(16)的，與毛細管膜(9)等長或兩端稍短于毛細管膜(9)的薄壁套管(8)、及這些薄壁管(8)與毛細管膜(9)所構成的凈化液腔(27)、粘結劑層(25、26)或多孔板(3、6)間的凈化液腔(27)、膜蕊與殼體間用“0”型密封圈(2、5)密封并固定而實現的可裝卸的膜蕊。
2.根據權利要求1所述的園型(8)薄壁套管，其特征是所包容的毛細管膜(9)的最佳根數是1、3、5、7根。
3.根據權利要求1所述的扁型薄壁套管(8′)，其特征是它所包容的毛細管膜(9)的根數是毛細管膜(9)在扁形薄壁套管橢園形截面長軸方向上的排列以1－2排為佳。
專利摘要有薄壁套管的毛細管膜蒸餾組件是由端蓋和筒體組成的殼體，一組套有與毛細管等長或略短的圓形或扁形的薄壁套管的毛細管膜、多孔板或粘結劑層、“0”型密封圈組成的膜芯，通過緊固件組裝成的，不需自備冷卻凈化液的，可裝卸膜芯的系列膜組件。本實用新型的膜組件適用于各種溶質和溶劑的分離，如物料的濃縮、提純，液體的分離和凈化，特別適用于那些不能預先自備凈化液的，毛細管膜蒸餾裝置，不帶淡水的毛細管膜蒸餾裝置就是典型一例。
文檔編號C02F1/44GK2036442SQ8820975
公開日1989年4月26日 申請日期1988年8月12日 優先權日1988年8月12日
發明者王英 申請人:南通環球膜技術工程總公司