渗透汽化膜组件、系统及其应用技术方案

本发明专利技术公开了一种渗透汽化膜组件、系统及其应用。本发明专利技术的渗透汽化膜组件包括多根中空纤维渗透汽化膜，所述多根中空纤维渗透汽化膜的一端为封装固定端，另一端为自由端。本发明专利技术的渗透汽化膜组件及系统能有效降低渗透汽化分离中的浓差极化现象。分离中的浓差极化现象。分离中的浓差极化现象。

【技术实现步骤摘要】
渗透汽化膜组件、系统及其应用


[0001]本专利技术涉及一种渗透汽化膜组件、系统及其应用。

技术介绍

[0002]目前，在传统有机物分离领域中，常见的分离方式为精馏、蒸馏、萃取或过滤。针对难处理的共沸物体系，常见的分离方式为萃取、过滤或其他方法。其中渗透汽化技术是属于膜分离技术的一种，其主要原理是利用渗透汽化膜材料的选择透过性，通过在膜两侧的浓度差或者是压力差实现传质推动力。
[0003]渗透汽化的原理是利用压力差，实现待分离物质在膜材料中通过推动力利用相变化实现物质迁移。其反应过程简单描述为：1)特征组分从原料侧扩散到膜表层中；2)特征组分从膜表层渗透(迁移)到膜的另一侧表层；3)特征组分从膜的另一侧表层扩散到产品侧。
[0004]渗透汽化膜分离过程中往往存在浓差极化的现象。浓差极化是指在分离过程中，料液中的溶液在压力驱动下透过膜，溶质被截留，在膜与本体溶液界面或临界膜界面浓度越来越高，在浓度梯度作用下，溶质又会由膜面向本体溶液扩散，形成边界层，使流体阻力与局部渗透压增加，从而导致溶剂透过通量和分离因子均下降。
[0005]因此，当前急需一种既能满足渗透汽化高真空度对膜机械强度的要求、又能降低浓差极化的渗透汽化膜系统。
[0006]另外，渗透汽化膜系统在实际生产中，常见的膜形式为中空纤维膜、平板膜或管式膜。其中，中空纤维渗透汽化膜，是应用最为广泛的一种形式，主要用于低含水率的工业有机产品的脱水提纯，例如95％的乙醇进一步脱水。中空纤维渗透汽化膜的制备通常采用中空纤维作为基膜，并在其上涂覆一层渗透汽化功能层的方式。这种方式，得到的中空纤维渗透汽化膜的机械强度不高，中空纤维膜的最优内压力应≤0.2MPa，外压力应≤0.1MPa。而在渗透汽化时，需保证过膜后的真空度，从而保证透过液的汽化状态，以提高传质效率，因此对中空渗透汽化膜的机械强度要求较高。目前现有的提高中空纤维膜机械强度主要通过调整中空纤维基膜的厚度以及内外直径来实现。

技术实现思路

[0007]本专利技术解决的技术问题在于克服现有技术渗透汽化分离中存在浓差极化导致的溶剂透过通量降低和分离因子下降的缺陷，提供了一种渗透汽化膜组件、系统及其应用。本专利技术的渗透汽化膜组件及系统能有效降低渗透汽化分离中的浓差极化现象。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]本专利技术还提供了一种渗透汽化膜组件，其包括多根中空纤维渗透汽化膜，所述多根中空纤维渗透汽化膜的一端为封装固定端，另一端为自由端。
[0010]本专利技术中，所述中空纤维渗透汽化膜较佳地包括疏水的基膜和负载在所述基膜表面的渗透汽化功能层。
[0011]其中，所述基膜的材质较佳地为PTFE。
[0012]其中，所述渗透汽化功能层的材质较佳地为聚二甲基硅氧烷PDMS。
[0013]其中，所述基膜与所述渗透汽化功能层的厚度比较佳地为(10～100):1。
[0014]本领域技术人员均了解，如上所述的基膜与所述渗透汽化功能层的厚度比指的是使用前的两者的厚度比；在使用过程中，由于是负压抽吸，所述渗透汽化功能层会覆盖于所述基膜中的膜孔中使得渗透汽化功能层的厚度明显变薄。
[0015]其中，所述中空纤维渗透汽化膜的制备方法较佳地为将所述渗透汽化功能层通过负压真空浸渍的方式负载到所述基膜上，再经固化、干燥后即可。
[0016]专利技术人研究发现，采用负压真空浸渍可以使渗透汽化功能层与基膜更好地接触，使所述基膜的孔隙都充满渗透汽化功能层的涂料，保证渗透汽化的选择性。
[0017]较佳地，所述真空浸渍的时间为0.1～10s。
[0018]较佳地，所述固化为紫外或红外辅助固化。
[0019]较佳地，所述固化的时间为10～180s。
[0020]较佳地，所述烘干较佳地为无尘烘干。
[0021]较佳地，所述烘干的时间为4～12h。
[0022]较佳地，所述烘干的温度为85～120℃。
[0023]本专利技术中，所述中空渗透汽化膜的内径较佳地为0.1～10mm，更佳地为1～3mm，进一步更佳地为2mm。
[0024]本专利技术中，所述中空渗透汽化膜的外径较佳地为4～20mm，更佳地为8mm。
[0025]本专利技术中，所述中空渗透汽化膜的壁厚较佳地为3～10mm，更佳地为3～5mm，例如3mm。
[0026]本专利技术中，所述中空渗透汽化膜的长度较佳地为0.8～1.5m，更佳地为1m。
[0027]本专利技术中，所述封装固定端较佳地通过封装胶和封头封装固定。
[0028]所述封装胶较佳地为硬质胶，更佳地为环氧树脂和/或ABS。
[0029]本专利技术中，较佳地，所述渗透汽化膜组件还包括与外部中空管道相连的连接件，使所述外部中空管道与所述封装固定端相连通。
[0030]所述连接件较佳地为内丝管道、外丝管道或法兰，更佳地为法兰。
[0031]封装组件的作用在于为膜丝提供封装的外部支撑件、并提供与外部中空管道的连接方式。
[0032]其中，较佳地，所述封头和所述连接件连接，组成封装组件。
[0033]本专利技术还提供了一种渗透汽化膜系统，其包括反应罐和设置于所述反应罐中的至少一组如上所述的渗透汽化膜组件。
[0034]本专利技术中，所述中空渗透汽化膜的总面积较佳地为3～20m2，更佳地为10m2。
[0035]本专利技术中，较佳地，所述反应罐与所述连接件密封连接。
[0036]本专利技术中，所述渗透汽化膜系统还包括设于所述反应罐外的中空管道，所述中空管道与所述中空纤维渗透汽化膜的封装固定端相连通。
[0037]其中，所述中空管道的材质较佳地为不锈钢、纤维增强复合材料(FRP)、ABS和聚四氟乙烯中的一种或多种。
[0038]其中，较佳地，所述中空管道与所述连接件密封连接。
[0039]其中，较佳地，所述连接件通过两侧密封连接的方式分别与所述反应罐和所述中
空管道连接。
[0040]连接件与外部采用两侧密封连接的方式可以使在不拆卸反应罐的前提下即可实现该组中空纤维膜的安装和更换，进而在一组汽化膜组件发生故障时不需要停止反应罐内的运行即可实现需要该组汽化膜组件的更换。
[0041]本专利技术中，所述渗透气化膜组件较佳地与反应罐顶部或反应罐侧壁连接。
[0042]本领域技术人员均了解，渗透气化膜组件中的连接件与反应罐顶部或反应罐侧壁连接。
[0043]其中，所述渗透气化膜组件与反应罐侧壁连接时，较佳地，所述渗透气化膜组件顺水流方向设置，即所述渗透气化膜组件与反应罐侧壁的夹角为0
°
～90
°
，更佳地所述渗透气化膜组件与反应罐侧壁的夹角为0
°
～60
°
。
[0044]本专利技术中，较佳地，所述渗透汽化膜组件设置有5～30组，例如10组或15组。
[0045]本专利技术中，较佳地，所述反应罐的材质较佳地为不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种渗透汽化膜组件，其特征在于，其包括多根中空纤维渗透汽化膜，所述多根中空纤维渗透汽化膜的一端为封装固定端，另一端为自由端。2.如权利要求1所述的渗透汽化膜组件，其特征在于，所述中空纤维渗透汽化膜包括疏水的基膜和负载在所述基膜表面的渗透汽化功能层；所述基膜的材质较佳地为PTFE；所述渗透汽化功能层的材质较佳地为PDMS；所述基膜与所述渗透汽化功能层的厚度比较佳地为(10～100):1所述中空纤维渗透汽化膜较佳地通过以下方法制得：将所述渗透汽化功能层材料通过真空浸渍的方式负载到所述基膜上，再经固化、干燥后即可；所述真空浸渍的时间较佳地为0.1～10s，例如3s；所述固化较佳地为紫外或红外辅助固化；所述固化的时间较佳地为10～180s，例如60s；所述烘干较佳地为无尘烘干；所述烘干的时间较佳地为4～12h；所述烘干的温度较佳地为85～120℃，例如105℃。3.如权利要求1所述的渗透汽化膜组件，其特征在于，所述中空渗透汽化膜的内径为0.1～10mm，较佳地为1～3mm，更佳地为2mm；和/或，所述中空渗透汽化膜的外径为4～20mm，较佳地为8mm；和/或，所述中空渗透汽化膜的壁厚为3～10mm，较佳地为3～5mm，例如3mm；和/或，所述中空渗透汽化膜的长度为0.8～1.5m，较佳地为1m。4.如权利要求1所述的渗透汽化膜组件，其特征在于，所述封装固定端通过封装胶和封头封装固定；和/或，所述渗透汽化膜组件还包括连接件，所述连接件用于与外部的反应罐和/或中空管道连接；所述连接件较佳地为内丝管道、外丝管道或法兰，更佳地为法兰。5.一种渗透汽化膜系统，其特征在于，其包括反应罐和设置于所述反应罐中的至少一组如权利要求1～4中任一项所述的渗透汽化膜组件。6.如权利要求5所述的渗透汽化膜系统，其特征在于，所述中空渗透汽化膜的总面积为3～20m2，更佳地为10m2；和/或，所述渗透汽化膜组件设置有5～30组，例如10组或15组。7.如权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄磊，黄思远，尹竞，张静，姚迎迎，何龙，
申请(专利权)人：上海电气集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：