膜系统、用于制造所述膜系统的喷丝头、包括所述喷丝头的装置及用于形成所述膜系统的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及包括中空纤维膜和单独布置在所述中空纤维膜的中空部分内的静态混合器的膜系统、用于制造所述膜系统的喷丝头、包括所述喷丝头的装置以及用于形成所述膜系统的方法。法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】膜系统、用于制造所述膜系统的喷丝头、包括所述喷丝头的装置及用于形成所述膜系统的方法
[0001]本专利技术涉及包括中空纤维膜和单独布置在中空纤维膜的中空部分内的静态混合器的膜系统、用于制造膜系统的喷丝头、包括喷丝头的装置以及用于形成膜系统的方法。
[0002]根据现有技术，包括管状膜结构和布置在管状膜结构内的静态混合器的膜系统仅可获得特定尺寸。具体地，现有技术的膜系统具有的管状膜结构的内径为基本上大于10mm(例如参见US5628909B1)。然而，对于某些应用，需要更小尺寸的膜系统。此类应用包括饮用水和废水处理、食品加工、透析、反渗透、气/液(例如无气泡氧合作用)和液/液(例如硝酸盐去除)膜接触器和膜反应器(例如木质素解聚)。
[0003]此外，常规的制造方法需要单独制造管状膜结构和静态混合器，随后将静态混合器插入在管状膜结构中。将静态混合器插入在管状结构中是冗长的，特别是在其中管状膜结构易于破裂的情况下以及在其中管状膜结构和静态混合器的各自尺寸相当小的情况下。因此，需要用于制造包括管状膜结构以及静态混合器的膜系统的方法，所述方法不需要将静态混合器插入在管状膜结构中的步骤。
[0004]因此，本专利技术所解决的技术问题在于提供应具有小尺寸的包括中空纤维膜和布置在所述中空纤维膜的中空部分内的静态混合器的膜系统；用于形成包括中空纤维膜和布置在所述中空纤维膜的中空部分内的静态混合器的膜系统的方法，其中膜结构应在不需要将所述静态混合器引入所述中空纤维膜的情况下产生；以及用于所述方法的喷丝头和装置。
[0005]上述技术问题的解决方案是通过提供权利要求所述的实施方案来实现的。
[0006]特别地，在第一方面，本专利技术涉及包括中空纤维膜和单独布置在中空纤维膜的中空部分内的静态混合器的膜系统，其中静态混合器包括具有扭转带形状的区段，并且中空纤维膜具有至多10mm的内径。
[0007]根据本专利技术，静态混合器单独布置在中空纤维膜的中空部分内，即，在材料选择和连接方面，本专利技术对于待布置在中空纤维膜内的单独的静态混合器采用“解耦”方法(参见例如图2)，而单独的静态混合器的插入和膜系统的制造同时发生。
[0008]根据本专利技术的优选实施方案，静态混合器的扭转带具有比膜系统的中空纤维膜的内径低5％的最大直径。
[0009]更优选地，静态混合器具有至多9.5mm、特别是至多9mm、优选至多6.5mm、更优选至多4mm、特别优选至多2mm的宽度。
[0010]单独布置在中空纤维膜的中空部分内的静态混合器用作湍流促进器。即，当使用根据本专利技术的膜系统来过滤流体时，静态混合器通过偏转流体、诱导涡流、增强颗粒回输、增加膜表面处的剪切速率等而在中空纤维膜的中空部分内诱导非层流。因此，实质性改善膜系统在流体过滤方面的性能。
[0011]在本文中，必须注意，根据本专利技术的膜系统不仅可以用于过滤。特别地，本专利技术的膜系统可以用作膜接触器和用作膜反应器(在限定的界面之间与膜接触的气/液和液/液，其中物质交换通过扩散传质(与萃取工艺相当)发生)。
[0012]此外，由于其小的设计(根据本专利技术的膜系统的中空纤维膜具有至多10mm的内
径)，本专利技术的膜系统具有改善的表面与体积比以及更高的机械稳定性。
[0013]尽管被称为“中空纤维膜”，但根据本专利技术的膜系统的中空纤维膜可以具有80μm至小于500μm的内径(中空纤维膜)、500μm至小于5mm的内径(毛细管膜)、或5mm至10mm的内径(管状膜)。
[0014]管状膜通常不是自支撑膜。通常，它们位于由特殊类型的材料制成的管的内部。这种材料是膜的支撑层。因为管状膜的位置通常在管内部，所以管状膜中的流动通常由内而外。其主要原因是膜与支撑层的附接通常非常弱。由于膜表面的尺寸，不可能发生管状膜的堵塞。管状膜的缺点是填充密度可能是低的，这导致每个模块的高价格。
[0015]毛细管膜通常具有足够强的机械稳定性以抵抗过滤压力。因此，通过毛细管膜的流动可以是由内而外和由外而内。毛细管膜的直径小于管状膜的直径。由于较小的直径，毛细管膜的堵塞几率高得多。益处在于填充密度可以大得多。
[0016]中空纤维膜通常是具有低直径的膜。因此，中空纤维膜堵塞的几率相当高。膜通常用于处理具有低悬浮固体含量的水。中空纤维膜的填充密度可以非常高。
[0017]此外，本专利技术的膜系统的制造仅需要低成本。特别地，中空纤维膜通常仅由一种材料组成，较大的“管状膜”通常是由非织造支撑层和多孔聚合物涂层组成的复合结构。与之相反，本专利技术的膜系统的模块结构便宜得多。
[0018]根据本专利技术，根据本专利技术的膜系统的中空纤维膜不受特别限制。中空纤维膜可以具有常规中空纤维膜的结构。具体地，中空纤维膜具有至少一个开口，所述开口适于作为待过滤的流体的入口。中空纤维膜可以包括彼此相对的两个开口。
[0019]根据本专利技术，中空纤维膜具有至多10mm的内径。内径可以通过测量中空纤维膜的横截面的最大距离来确定，其中横截面是在垂直于中空纤维膜延伸的方向(流体流动方向)的平面内截取的。
[0020]根据本专利技术，中空纤维膜的内径可以沿流体流动方向变化。然而，优选内径沿流体流动方向基本上恒定。优选地，在中空纤维膜的内径变化的情况下，最小内径是中空纤维膜的最大直径的至少85％、优选至少90％、更优选至少95％、特别优选至少99％。此外，在直径变化的情况下，取最小值作为内径。
[0021]根据本专利技术的优选实施方案，中空纤维膜具有至多7.5mm、优选至多5mm、更优选至多3mm的内径。
[0022]根据本专利技术，中空纤维膜的横截面形状不受特别限制。原则上，它可以是任何形状，例如规则形状、不规则形状、对称形状、多边形形状，例如正方形、三角形等。多边形形状可以具有圆形边缘。根据本专利技术的优选实施方案，根据本专利技术的膜系统的中空纤维膜具有旋转对称的形状，其中旋转对称轴与中空纤维膜延伸的方向/流体流动方向共线。特别优选根据本专利技术的膜系统的中空纤维膜具有环形横截面形状。
[0023]根据本专利技术，构成根据本专利技术的膜系统的中空纤维膜的膜材料的厚度不受特别限制。优选地，中空纤维膜具有的膜厚度为至多2.000mm、更优选至多1.000mm、甚至更优选至多750μm、特别优选至多500μm。中空纤维膜的膜厚度可以沿中空纤维膜延伸的方向变化。优选地，最小膜厚度为最大膜厚度的至少90％、更优选至少95％、特别优选至少99％。在此，在厚度变化的情况下，取最小值作为膜厚度。
[0024]根据本专利技术的另一个优选实施方案，根据本专利技术的膜系统的中空纤维膜由多孔膜
材料形成。当膜材料是多孔的时，根据本专利技术的膜系统特别适于过滤流体或者用作膜接触器或膜反应器。
[0025]根据本专利技术，静态混合器布置在中空纤维膜的中空部分(管腔)内。静态混合器的长度可以不同于中空纤维膜的长度。在此，“长度”是中空纤维膜或静态混合器沿流体流动方向的长度尺寸。即，静态混合器可以比中空纤维膜更长、比中空纤维膜更短，或者可以具有与中空纤维膜相同的长本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.膜系统，所述膜系统包括中空纤维膜和单独布置在所述中空纤维膜的中空部分内的静态混合器，其中所述静态混合器包括具有扭转带形状的区段，并且所述中空纤维膜具有至多10mm的内径。2.根据权利要求1所述的膜系统，其中所述静态混合器的所述扭转带具有比所述膜系统的所述中空纤维膜的所述内径低5％的最大直径。3.根据权利要求1或2所述的膜系统，其中所述静态混合器具有至多9.5mm、特别是至多9mm、优选至多6.5mm、更优选至多4mm、特别优选至多2mm的宽度。4.根据权利要求1至3中任一项所述的膜系统，其中所述中空纤维膜和所述静态混合器中的每一个由聚合物材料、优选相同的聚合物材料形成。5.根据权利要求1至4中任一项所述的膜系统，其中所述中空纤维膜具有至多7.5mm、优选至多5mm、更优选至多3mm的内径。6.根据权利要求1至5中任一项所述的膜系统，其中所述静态混合器的全部或者仅一个或多个区段具有所述扭转带形状。7.喷丝头，所述喷丝头具有第一出口开口、第二出口开口和第三出口开口，其中所述第一出口开口布置在所述喷丝头的出口轴上，具有长形横截面形状并且围绕所述出口轴可移动；所述第二出口开口围绕所述第一出口开口布置并且位于所述第三出口开口的圆周内；以及所述第三出口开口围绕所述第一出口开口并且围绕所述第二出口开口的圆周布置。8.根据权利要求7所述的喷丝头，其中所述第一出口开口具有至多9mm、优选至多6.5mm、更优选至多4mm、特别优选至多2mm的直径。9.根据权利要求7或8所述的喷丝头，其中所述第二出口开口和/或所述第三出口开口具有环形横截面形状。10.用于挤出包括中空纤维膜和布置在所述中空纤维膜的中空部分内的静态混合器的膜系统的装置，其中所述装置包括权利要求7至9中任一项所述的喷丝头。11.用于形成包括中空纤维膜和布置...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克，
申请(专利权)人：DWI莱布尼茨互动材料研究所eV，
类型：发明
国别省市：