空心纤维多层膜元件及渗透装置制造方法及图纸

空心纤维复合多层膜渗透元件，空心纤维复合多层膜渗透装置，它们的制造方法和它们的使用方法，所述方法是用两种或多种互不相同的渗透膜来制造所说的渗透元件和渗透装置，所说渗透膜中的每一种都可用来从一种流体混合物中分离出不同的组分，以分别回收各部分渗出的流体和一种未渗出的残余流体，在每一部分渗出流体中富集了进料流体中的一种特定组分，而包含在渗出流体中的这些组分在残余流体中的浓度就相应减小了。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空心纤维复合多层膜渗透装置，该装置在其复合多层膜渗透元件中含有至少两种不同的渗透膜。在该复合多层膜渗透元件中的这两种渗透膜能同时从一种流体进料混合物中各自分离出不同的组分以分别回收各部分渗出的流体并产生一种未渗出的残余流体，渗透出的各股流体皆富集了流体进料混合物中的一种特定组分，所说的这种特定组分可以是同一种或不同的组分，而这些包含在渗出流体中的一种组分或多种组分在残余流体中的浓度就相应减小了。本专利技术尤其涉及用于生产空心纤维复合多层膜元件和复合多层膜渗透装置的方法以及它们的用途。在过去几十年中，渗透膜在流体分离工艺中的应用已获得相当大进展。在这一
中，已有人把一些能够从至少含两种组分的进料混合物(液体或气体)中选择性地分离出一种或多种组分的渗透膜来制成含有这种渗透膜的渗透元件或渗透装置。最初的渗透装置的结构比较简单，它只用一种单一的选择性渗透膜来从混合物中回收两股流体，即渗透出的流体和残余的流体。在大多数情况下，选择的渗透膜就能使得在渗出的流体中所需组分的含量增加而在残余流体中渗出组分的含量减小。然而，人们也可制出这样的系统，在该系统中上述的渗透过程正好相反。上述这些系统都是只用一种渗透膜来把进料中的一种组分与其它组分分开。这种单一种类渗透膜的渗透装置只能回收两部分分开的流体。这类渗透装置在下列专利中有所记载。但却很少给出实例，所说的这些专利是1964年5月12日授予S.Loeb等人的美国专利U.S.3，133，132;1969年5月6日授予J.E.Geary，Jr.等人的美国专利U.S.3，442，002;1974年2月26日授予R.J.Leonard的美国专利U.S.3，794，468;1980年6月10日授予M.J.coplan等人的美国专利U.S.4，207，192;1984年2月7日授予H.Kuzumoto等人的美国专利U.S.4，430，219。在1970年至1980年间，有人提出一种新的构思，这一构思是在一个渗透装置系统中使用两种通常性质各异的渗透膜以用来处理那些须从其中回收两种以上组分或产品物流的混合物。这一构思已经进行了几次改进。在其中的一种构思中，把很多渗透装置按串联方式边接，而各个渗透装置具有互不相同的渗透膜，这种构思在1979年2月20日授予Ozaki等人的美国专利U.S.4，140，499中有所叙述，该专利还提出了把在所说的系统中来自后一级渗透装置的流体的至少一部分再循环至前一级的渗透装置中去。在另一个改进的方案中，叙述了一种级联系统，该系统是把很多渗透装置串联起来并采用了再循环措施，该系统在1978年10月10日授予Heki等人的美国专利U.S.4，119，417中有所叙述。在Ozaki等人的和Heki等人的这两篇美国专利所叙述的系统中，每一个渗透元件只含一种渗透膜。从这些改进方案中又产生了一个进一步改进的方案，在此方案中，每一个渗透元件皆含有两种不同类型的渗透膜，各渗透膜具有不同的渗透特征，它们可以选择性地允许原来存在于进料混合物中的不同流体组分渗透过去，并且每一种渗透膜皆单独地被用来构成一个特殊的单元。本文将这些渗透元件或渗透系统称为多层膜渗透装置;这些渗透装置由两种不同的渗透膜构成，各渗透可从进料混合物中分离出不同的组分，这两种膜同时存在于一个单独的渗透元件中。在此多层膜渗透装置中，进料混合物同时与不同的渗透膜接触，每一种膜皆可分离出两部分不同的流体，在第一部分流体中富集了第一种组分而在第二部分流体中富集了第二种组分。例如，在一个渗透装置中的一个单一种类的多层膜渗透元件可用来分离或富集在多组分进料混合物中的某些组分;必要的条件是所用的渗透膜具有所需的选择性以达到所希望的分离效果。在常规的操作中，获得的只是特定气体的富集气流而不是完全将它分离出来。多层膜渗透装置的一个主要问题是要在工业上制造出满意的复合多层膜渗透元件和装置，迄今为止，还难以生产出满意的产品。虽然已经公开了好几种方法，但还没有一种方法获得工业上的应用。在Ohno等人，J.Nucl.Sci.&Tech.，14，589页，(1977年)，的论文中公开了一种双膜渗透装置，如该文中的图7所示，其中的分离元件含有两种不同类型的渗透膜。然而，其中的每一个渗透膜元件皆是分别地制成的且仅含一种渗透膜。例如，有一种渗透膜单元内含多孔膜，而另一种渗透膜单元内含无孔膜，这两种膜具有不同的气体渗透能力。然后用这两种不同的渗透膜单元来制造上述的双膜渗透装置，并把这些双膜渗透装置的多级组合用于分离气体混合物的级联系统中。Ohno等人所叙述的这种双膜渗透装置或双膜渗透装置的级联组合通常对进料混合物中的某一单个组分具有很高的分离因子。但Ohno等人没有考虑过回收两种具有相互不同富集组分的渗透气流，他们只关心从一种氮一氪混合物中分离出氪。并且，作者在其论文中没有一处建议或公开过用两种或多种渗透膜来共同缠绕以形成一种如下文所定义的复合多层膜渗透元件以及用这种复合多层膜渗透元件来组成如下文所定义的复合多层膜渗透装置。他们是先把具有不同渗透膜的各个渗透膜单元制备出来，然后用这些渗透膜单元来制造他们所叙述的双膜渗透装置。前面提到的U.S.4，119，417及U.S.4，140，499叙述了具有两种渗透膜的分离元件(第1栏，第18-19行)。有这两篇专利中，他们皆把图2中的双元件渗透单元称为分离元件，这两个元件各含一种不同的渗透膜。在所公开的方法中，把一种双元件分离单元组成一个多级系列，在所说的双元件中含有用某一种膜制成的第一分离元件以及用另一种膜制成的第二分离元件。所说的系列组合被用于气体分离工艺中。这两篇专利皆没有提到本专利技术中所述的由两种不同渗透膜共同缠绕成的复合多层膜渗透元件或复合多层膜渗透装置。Ohno等人，“以渗透膜分离稀有气体”，Radiochem，Radioanal.letter，27，299页(1976)，较早地公开了一种新的分离元件，这种分离元件具有两个室，各个室使用不同的膜，因而具有不同的分离作用，但是他们没有提出本专利技术所述的用两种不同的空心纤维渗透膜共同缠绕制成的复合多层膜渗透元件。Sirkar在其论文“非对称渗透装置-原理研究”中，Sep.Sci，&Tech.15，1091页(1980)，研究了用于多组分气体分离及其他各种应用中Ohno等人的渗透装置的作用原理。其中所涉及的是那些如其图2中所示的结构，在此结构中把不同的两种膜安装在相反位置的两个联接头上。所讨论到的其他可能性是把不同渗透膜的空心纤维相互掺匀地分布，以此来取代那种各自单独成束的分布方式。他指出，人们可以这样选取一定长度的某一种材料的空心纤维，使它在留给其他渗透膜材料的那个联接头处密封起来。但是他并没有说明应如何制成这种结构。Sirkar还公开了另外一个可能的方案，即把具有不同渗透特征的渗透膜在一个如其图3所示的小室中以适当的相互间隔平行地互相重叠起来。Stern等，“用于气体分离的再循环及多层膜渗透装置”，J.Memb.Sci，20，25页(1984)，评论了把不同的渗透膜装在不同的渗透装置结构中以用于气体分离的工艺。在他们的研究中，每个渗透元件各自含有一种不同类型的渗透膜;但他们并没有使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造包含有至少两种相互不同的空心纤维渗透膜的复合多层膜渗透元件的方法，该方法包括如下步骤：用相互分开的定向器进行控制来缠绕两种不同的空心纤维渗透膜，在缠绕时所说的两种空心纤维实际上相互紧密接触并使得所说的渗透元件具有中间区段的主体部分和两端的小端头部分，所说的中间主体含有实际上相互交替地紧密接触着的两种不同空心纤维渗透膜，而所说的两个端头部分实际上各自只含有所说的两种空心纤维渗透膜中的一种，用封装材料把所说的两个小端头分别地灌装以形成两端的联接头，再把所说的两个联接头切去一部分，以使灌装在各自的联接头中的小端头处的空心纤维渗透膜的空腔形成开口，上述的定向器在沿心轴的缠绕途径上相互保持一段选定的距离。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：杰里佩林，
申请(专利权)人：联合碳化公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]