一种中空纤维膜接触器及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种中空纤维膜接触器及其应用，该中空纤维膜接触器包括中空纤维膜丝，对所述中空纤维膜丝进行特定编织，然后装填到组件外壳内形成膜接触器。膜接触器中的中空纤维膜丝通过编织显著改善其分布均匀性，消除壳程流体的沟流、短路和死区等不良影响，对膜接触器的传质效果可以起到明显的强化作用，同时不会降低膜丝的装填率即膜接触器的接触面积。本发明专利技术中的中空纤维膜接触器可用于气体吸收、吸收剂再生、膜蒸馏和氨氮废水处理等过程。

A hollow fiber membrane contactor and its application

The invention relates to a hollow fiber membrane contactor and its application. The hollow fiber membrane contactor comprises a hollow fiber membrane wire, a specific braiding of the hollow fiber membrane wire, and then loaded into a component shell to form a membrane contactor. The hollow fiber membrane wire in the membrane contactor improves its distribution uniformity and eliminates the bad effects of the flow, short circuit and dead zone of the fluid in the shell process. It can obviously strengthen the mass transfer effect of the membrane contactor, and will not reduce the loading rate of the film wire, that is, the contact area of the membrane contact. The hollow fiber membrane contactor in the invention can be used for gas absorption, absorbent regeneration, membrane distillation and ammonia nitrogen wastewater treatment.

【技术实现步骤摘要】
一种中空纤维膜接触器及其应用
本专利技术涉及一种中空纤维膜接触器及其应用。
技术介绍
膜接触器是近年来发展起来的新型技术，是用于实现气液两相传质而不直接接触的过程。膜接触器与传统接触系统相比有很多优点，例如较大的传质面积、结构紧凑、占地体积小、操作条件限制少、无雾沫夹带、液泛、泡沫等问题，因此在膜蒸馏、工业废水处理、气体吸收、乳化等领域受到人们广泛关注[E.Drioli,A.Criscuoli,E.Curcio,MembraneContactors:Fundamentals,ApplicationsandPotentialities,vol.11,Elsevier,December2005]。目前采用的中空纤维膜接触器大多为平直式组件，即成束的中空纤维膜丝沿组件长度方向平行排列。这种构型给传质过程带来诸多不利影响，例如中空纤维膜丝的随机装填使其在壳程分布非常不均，使用过程易造成流体的沟流、短路和死区等非理想行为，对传质效果有极大的不良影响。为了改善平直式中空纤维膜组件的上述缺点，研究学者相继专利技术了挡板、矩形组件等新型膜接触器以改善壳程流体的传质效果[Z.Cui,D.deMontigny,Part7:AreviewofCO2captureusinghollowfibermembranecontactors,CarbonManagement4(2013)69–89]。此外，还有研究者对膜丝进行缠绕、弯曲、穿网固定、编织手段等以强化传质过程[刘丽英，李利君，丁忠伟，马润宇，缠绕式中空纤维膜组件强化膜两侧传质过程，膜科学与技术，2005年，第25卷第6期，17-20]，[XingYang,RongWang,AnthonyG.Fane.Noveldesignsforimprovingtheperformanceofhollowfibermembranedistillationmodules,JournalofMembraneScience384(2011)52–62]，[中国专利CN201320421198.1]，但这些方法存在不易操作、膜丝装填率低(一般仅为30％以下)、壳程分布依然不均等不足，膜接触器的装填面积和过程的传质效果仍有待提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种中空纤维膜接触器及其应用，通过中空纤维膜丝的特定编织，显著改善其分布均匀性，消除壳程流体的沟流、短路和死区等不良影响，提高膜丝装填率，并强化对膜接触器在气体吸收、吸收剂再生、膜蒸馏和氨氮废水处理等过程的传质效果。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：本专利技术提供一种中空纤维膜接触器，该中空纤维膜接触器包括中空纤维膜丝，对所述中空纤维膜丝进行特定编织，然后装填到组件外壳内形成膜接触器。所述特定编织方法为将中空纤维膜丝交叉编织成绳状。编织每根绳所用的膜丝为3-10股，每股膜丝数量为1-20根。本专利技术还提供一种方案，其中编织每根绳所用的膜丝为3-5股，每股膜丝数量为1-5根。本专利技术所述的中空纤维膜丝的交叉编织角度为5-60°，优选为30-45°；所述中空纤维膜丝的内径为0.2-1.0mm，外径为0.3-2.0mm，平均孔径为0.05-1.0μm。中空纤维膜丝为聚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯或疏水改性的聚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯中的一种或几种。本专利技术所述中空纤维膜接触器的组件外壳为圆柱形或矩形，包括管程进口、管程出口、壳程进口和壳程出口共四个接口；膜丝与外壳间通过环氧树脂或聚氨酯粘接密封。编织后的中空纤维膜丝在膜接触器组件内的装填率为30-65％，优选为40-55％。本专利技术还提供一种上述中空纤维膜接触器的应用。本专利技术所述的中空纤维膜接触器能够广泛应用，在原始能够使用的领域内，将其中的中空纤维膜丝进行上述方法编织后，其均能够有效改善中空纤维膜接触器的性能。本专利技术还提供一种方案，上述的中空纤维膜接触器能够用于气体吸收、吸收剂再生、膜蒸馏和氨氮废水处理。本专利技术具有如下优点：将中空纤维膜丝进行编织后放入中空纤维膜接触器，可以显著改善其在组件内的分布均匀性，消除壳程流体的沟流、短路和死区等不良影响，强化膜接触器使用过程中的传质效果。同时，由于传统编织方法是将膜丝缠绕在中心管上，或者用编织线或网固定，中心管、编织线或者网占据了膜丝的空间，因此降低了膜丝的有效装填率和接触面积，而本申请使用的膜丝编织方法避免使用中心管、编织线或者网，依靠膜丝本身实现结构优化，因此可以保持膜丝装填率和接触面积，具有更好的实用价值。附图说明图1为未编织和编织的中空纤维膜丝示例图，其中，(a)为未编织的传统中空纤维膜，即平直形式；(b)为编织的中空纤维膜丝，即分为3股、每股1根；(c)为编织的中空纤维膜丝，即分为6股、每股1根；(d)为编织的中空纤维膜丝，即分为4股、每股2根。图2为本专利技术中空纤维接触器示例图，其中，编织的中空纤维膜丝分为3股、每股1根。具体实施方式以下结合实施例详述本专利技术。本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，但本专利技术的保护范围不限于下述实施例。实施例1使用聚丙烯(PP)中空纤维膜接触器对沼气中CO2进行吸收。所用膜丝规格如下：内径0.3mm、外径0.5mm、平均孔径0.2μm；组件具体参数如下：组件内径25.0mm，长度500mm，装填密度均为54％，有效膜面积均为1.06m2；其中膜丝采用编织(编织膜丝分为3股、每股1根、编织角度为30°)和未编织(即传统平直式)两种构型。沼气组成为60％CH4+40％CO2，吸收剂采用纯水，流量分别为1000mL/min和2000mL/min，操作压力为0.8MPa，气体走管程，纯水走壳程。产品气中CO2浓度用气相色谱进行测定，具体结果见表1所示。可见，同样操作条件下产品气中CO2浓度大幅下降，脱除效果显著提升，说明本专利技术方法的膜丝编织可以极大改善膜接触器的传质效果。表1.未编织和编织中空纤维膜接触器组件的CO2吸收结果对比实施例2使用聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜接触器进行膜蒸馏。所用膜丝规格如下：内径0.8mm、外径1.6mm、平均孔径0.3μm；组件具体参数如下：组件内径70.0mm，长度300mm，装填密度均为45％，有效膜面积均为1.30m2；其中膜丝采用编织(编织膜丝分为4股、每股2根、编织角度为45°)和未编织(即传统平直式)两种构型。原水为自来水，走壳程，流量为50L/h，电导率为806μs/cm，操作温度为70℃，管程抽真空，真空度为-0.09MPa。产水电导率用电导率仪进行测定，具体结果见表2所示。可见，膜丝编织对产水电导率影响不大，脱盐率均大于99.6％，但大幅提升了产水量，即膜丝的编织结构可以显著改善膜接触器壳程的传质效果。表2.未编织和编织中空纤维膜组件膜蒸馏结果对比产水量L/h产水电导率μs/cm未编织膜接触器组件5.72.88编织膜接触器组件16.92.36实施例3使用聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜接触器进行氨氮废水处理过程。所用膜丝规格如下：内径0.5mm、外径1.0mm、平均孔径0.4μm；组件具体参数如下：组件内径40.0mm，长度500mm，装填密度均为50％，有效膜面积均为1.26m2；其中膜丝采用编织(编织膜丝分为3股、每股3根、编织角度为40°)和未本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中空纤维膜接触器，其特征在于：该中空纤维膜接触器包括中空纤维膜丝，对所述中空纤维膜丝进行特定编织，然后装填到组件外壳内形成膜接触器。

【技术特征摘要】
1.一种中空纤维膜接触器，其特征在于：该中空纤维膜接触器包括中空纤维膜丝，对所述中空纤维膜丝进行特定编织，然后装填到组件外壳内形成膜接触器。2.按照权利要求1所述的中空纤维膜接触器，其特征在于：所述特定编织的方法为将中空纤维膜丝交叉编织成绳状。3.按照权利要求2所述的中空纤维膜接触器，其特征在于：编织每根绳所用的膜丝为3-10股，每股膜丝数量为1-20根；优选的，编织每根绳所用的膜丝为3-5股，每股膜丝数量为1-5根。4.按照权利要求2所述的中空纤维膜接触器，其特征在于：中空纤维膜丝的交叉编织角度为5-60°，优选为30-45°。5.按照权利要求1所述的中空纤维膜接触器，其特征在于：中空纤维膜丝的内径为0.2-1.0mm，外径为0.3-2.0mm，平...

【专利技术属性】
技术研发人员：康国栋，曹义鸣，李萌，刘丹丹，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21