膜筒系统技术方案

本发明专利技术涉及包含中空纤维膜的新型膜筒系统、用于制备所述新型筒的特殊的新型端盖、包含所述新型膜筒的膜分离装置以及制备所述新型筒的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】膜筒系统 本专利技术设及包括中空纤维膜的新型膜筒系统、用于制备新型筒的特殊的新型端 盖、包含所述新型膜筒的膜分离装置W及制备所述新型筒的方法。 本领域中已知两种主要技术用于W中空纤维膜进行气体分离与液体过滤。一方 面，有包含中空纤维膜的膜模块。另一方面，有使用筒元件（cartridgeelement)的系统。 [000引模块可用于气体分离中的多种应用，例如沼气提纯、氮或&回收或提纯、N2富集、 气体干燥等。在许多运些市场内，最大压力小于约50己，从而可W使用孔进料模块。 膜模块具有有限的使用寿命，并且通常在膜装置的使用寿命内被多次更换。在常 规的膜模块的情况下，包括膜W及昂贵外壳的整个模块必须被更换。由于其复杂性与压力 要求，传统的模块相对重，约30kg。因此，模块更换成本非常高。膜模块的实例可W在US 20120304856、US20100072124、US20030102264W及W0 200204100 中找到。 为了克服运个问题，已经开发了膜筒系统。在筒系统中，只有较低成本的筒被更 换，而昂贵的筒体外壳留在膜装置内。膜筒系统被用于气体分离与液体过滤应用。筒系统 的实例可在US20120304856A1、EP1005896A1、JP11028341A、US4480683、US5470469 A、US2011036764A1、W0 0166231A1、W0 2011022380A1W及WO2012170956A1 中找到。 在运些专利中可W看出：存在许多不同的筒的概念。 通常，模块或筒是通过将模具附接到填充有中空纤维膜的金属或塑料管的端部并 用热固性树脂（灌封树脂）填充运些模具而制成，优选环氧树脂。为了改善管板内纤维之间 的树脂分布并减少灯忍效应（Kickingeffects)(即，由于毛细管力，纤维对树脂的忍吸）， 通常对所述筒进行离屯、。固化树脂后，所述模具被移除，管板被切短W打开所述纤维并形成 所述管板的端面。 在如今商业上使用的系统中，由于下面描述的原因，所述筒的特征在于管壁与灌 封（即管板）之间的不粘性。 在孔进料模块（或所谓的"由内向外"）的操作期间，压力被引导到管板上，其将管 板推入筒管。为了防止管板被推入，其搁在凸耳（ledge)(即倒角的管面）上，或者在不诱 钢管的壁上开凹槽。运意味着所施加的力集中在凸耳上或者凹槽边缘内。运些边缘需要半 径（或必须被倒角），W防止模块增压期间由于在运些点积聚过大的应力所导致的环氧树 脂开裂。 此外，用（优选含娃的）脱模剂的薄层将所述管润湿，W防止环氧树脂粘到金属表 面上。由于环氧树脂普遍易于固化，在树脂会粘附在金属上的固化时，收缩应力将积聚。此 夕1>，即使具有最小的收缩，由于金属与管板热膨胀不同（即，不同的热膨胀系数），溫度变化 可能导致环氧树脂开裂所致的故障。过度收缩会导致气体的泄漏，因此，有时附加的0形环 被集成在管板内、在管内或进料盖内。 粘附（a化esion)或者粘贴（stick)同样也是不诱钢或侣制灌封模具也用脱模剂 彻底润湿的原因。固化的管板一经脱模就很容易被损坏（或将直接被粘到模具上）。所述 方法导致脱模剂与环氧树脂的混合，所述脱模剂尤其是含娃脱模剂，所述混合防止环氧树 脂适当反应并使所得到的管板较弱。因此，在现有技术的方法中，仅仅涂布非常薄层的脱模 剂是重要的。 除了在现有技术水平下的方法中使用脱模剂的必然性增加了制备成本和制备方 法的复杂性运一事实之外，还必须考虑到所述脱模剂通常是有毒的、易燃的或者环境不友 好的，并且很容易散布到地板、墙壁、桌子等，造成地板易滑。此外，它们还作为一些工艺中 的污染源，在所述工艺中不存在脱模剂是至关重要的。因此，对改进的筒系统存在强烈需 求。 本专利技术的目的是提供新型筒元件W及包含所述筒元件的膜分离装置，其不显示在 现有技术水平下的系统的缺点，或者其显示程度降低的缺点。本专利技术的特殊目的是开发筒系统，其不需要任何脱模剂。 本专利技术的另一个特殊的目的是要为筒元件提供较不复杂的并且经济上更可行的 制备方法。 此外，在本专利技术的特殊问题中，所述筒元件与含有所述筒元件的分离装置应具有 较不复杂的设计。 相比基于不粘情形的标准筒与模块，本专利技术的另一特殊问题是提供具有更高压力 稳定性W及提高的可靠性的筒元件。提供更经济的低成本系统也是本专利技术的特殊问题。上文未提及的其他问题在随后的说明书、实施例、附图W及权利要求书的总体记 载下是显而易见的。 本专利技术人意外地发现，上述问题可W通过根据权利要求1或其从属权利要求之一 所述的筒元件、根据权利要求12或13所述的分离装置W及根据权利要求14-16所述的方 法来解决。新方法和新型筒元件的关键是利用由聚合物材料制成的新颖W及创造性类型的 被固定到筒元件的端盖。优选的端盖在权利要求9及其从属权利要求中要求保护。 成功的新型筒的关键在于本专利技术人确保端盖粘附到筒元件的思想。优选地，所述 管板的灌封树脂粘附到所述筒壁W及塑料端盖。本专利技术人发现，在筒的两端使用塑料端盖 是决定性，因为所述塑料盖的表面能够确保足够良好的粘附，特别是对灌封树脂。如果新的 塑料端盖通过构建多层复合结构而附接到筒管时，尤其如此。 如果应用新的筒元件，由施加进料压力所引起的被施加到所述管板上的压力被分 布在整个结合表面，而不是像现有技术中所用的非粘着管板那样仅仅分布在凸耳或凹槽 上。因此，相比具有不粘性的标准模块，本专利技术的筒元件表现出高得多的压力稳定性，而且 更加可靠。 由于本专利技术的塑料端盖的使用W及筒元件的特殊设计，筒管内或管板内不需要额 外的0形环来防止气体泄漏。 由于本专利技术的端盖与将其固定到筒元件的粘合剂（优选灌封树脂）分别都是由聚 合物材料制成的聚合物材料，可W选择具有非常相似的热膨胀系数W及相似的收缩性能的 两种聚合物。运允许在诸如高溫的极端条件下使用本专利技术的筒。在运些条件下，如前所述， 具有金属管端部的常规筒只能在不粘形式下与脱模剂一起使用。本专利技术的设想的另一项优 点是，没有必要在筒管与管板之内或之间使用脱模剂和/或0形环。因此，本专利技术的筒元件 可W被用在更广泛的应用领域，而没有现有技术中的开裂问题。 本专利技术的制备方法相对于现有技术的方法有显著的改善。如上所述，不需要脱模 剂与内部ο形环。外部模具也不是必要的。运是因为本专利技术的塑料端盖被设计成使得它们 可W同时充当筒元件的端盖，并在此前作为灌封模具，其避免使用钢或侣灌封模具。所提出的筒概念是低成本的，因为只需要两个低成本端盖W及简单的薄壁筒管。 总之，相比现有技术，本专利技术的筒系统具有许多优点：其不需要机械密封，节省空 间，重量轻，具有较低的复杂性，高压力稳定性，并且成本低。此外，不需要额外的封装模具、 脱模、凹槽或0形环。此外，所述塑料端盖保证了非常一致的密封。【附图说明】图1:优选在本专利技术中使用的塑料端盖。[00測图2 :筒管的实施例，其具有用于灌封树脂渗透过筒管（4)的开口似与（3)W及 当使用筒元件时允许液体在所述筒管（4)的内外流动的流体入口 /出口开口（1)。 图3 :成品筒元件，其具有筒管（4)W及与图2中的开口似与做关联但现在填 充有灌封树脂的开口巧）。在图3中，两个端盖（7a)与（7b)已经被滑动到筒本文档来自技高网...

【技术保护点】
筒元件，其包含：在筒管中排列的中空纤维型膜束以及在所述筒管每一端的端盖，其特征在于：‑所述筒管包含布置在所述端盖之间的至少一个流体入口/出口开口，‑所述端盖由聚合物材料制成，‑所述端盖被固定到所述筒元件，并且‑在所述膜束的每一端的管板都被固定到所述筒元件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·维塞，S·K·佩德森，
申请(专利权)人：赢创纤维有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT