一种单侧封装U型中空纤维膜元件及组件制造技术

本发明专利技术公开了一种单侧封装U型中空纤维膜元件及组件。所述的中空纤维膜元件包含U型中空纤维膜集束、密封头和中心横隔板，中心横隔板位于U型中空纤维膜集束的内部，U型中空纤维膜集束的首端、尾端和中心横隔板的一端或一端的近端部密封于密封头中。本发明专利技术中空纤维膜元件搭配以不同的上下端盖、膜壳、进出口和中心横隔板，可组成外压、内压、浸没和曝气式等不同类型的中空纤维膜组件，膜元件通用性高。所述的中空纤维膜元件及组件采用单侧封装，降低了组建封装难度，使得组件结构紧凑，灵活性强，密封设计简单合理，减少了组件上使用过程中的渗漏风险。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种单侧封装U型中空纤维膜元件及组件。所述的中空纤维膜元件包含U型中空纤维膜集束、密封头和中心横隔板，中心横隔板位于U型中空纤维膜集束的内部，U型中空纤维膜集束的首端、尾端和中心横隔板的一端或一端的近端部密封于密封头中。本专利技术中空纤维膜元件搭配以不同的上下端盖、膜壳、进出口和中心横隔板，可组成外压、内压、浸没和曝气式等不同类型的中空纤维膜组件，膜元件通用性高。所述的中空纤维膜元件及组件采用单侧封装，降低了组建封装难度，使得组件结构紧凑，灵活性强，密封设计简单合理，减少了组件上使用过程中的渗漏风险。【专利说明】一种单侧封装U型中空纤维膜元件及组件
本专利技术涉及膜分离设备领域，尤其涉及一种中空纤维膜元件及组件。
技术介绍
膜分离技术因其高效低能耗的技术特点而被广泛用于物质的分离、提纯、浓缩和净化过程，在化学化工，医药食品、能源储运和环境保护等领域的应用优势愈加突出。现有的膜元件或膜组件类型主要有平板式、卷式、管式和中空纤维等几种型式，而其中中空纤维膜因其膜面积极大、组件装填密度较高和成本较低等优势而成为常用的膜组件型式。膜组件结构设计和膜元件的密封性能对整个膜分离系统运行的可靠性有重要影响。中空纤维膜具有较高的膜通量和一定的柔韧性，因而充分利用中空纤维膜的特性设计合理的组件结构不仅能保持较高的组件装填密度，提高产水量，有效保护膜元件内的中空纤维膜丝，增强其机械强度，还能减少堵塞现象，降低进水水质要求，减小浓差极化的不利影响等。另一方面，膜元件的密封设计也是膜组件设计的关键，在膜丝性能一定的情况下，膜元件的密封性常常极大程度上决定了整个组件的渗漏性能，由于中空纤维一般较为细小，膜集束的膜丝数量较多且分布并不均匀，这就造成了集束膜丝间的膜间间隙形状、大小不一且分布不均匀，封堵情况较为复杂。因此中空纤维膜元件的封装难度也一般难于平板式、卷式和管式膜组件；为保障中空纤维的密封效果，中空纤维密封层的施涂步骤往往过于复杂，密封设计的繁复性却增加了膜组件的制备难度，限制了中空纤维膜组件的规模化应用。由此可见，简单合理的膜组件结构设计和膜元件密封设计是中空纤维膜商品化成熟应用中应不断改进并加以解决的关键问题。实际应用中发现，中空纤维膜丝首尾两端常密封于组件膜壳的两端头，在长期使用和反复清洗过程中，由于膜丝的频繁抖动和收缩，容易造成中空纤维膜丝的断裂或破损。根据使用要求和应用场景的不同，中空纤维膜组件常需具有外压、内压、浸没和曝气等功能，不同的功能常需设计不同的膜元件以适应于不同的应用场合。专利技术专利申请CN102160966A公布了一种外压式中空纤维膜组件及其制备方法，该种组件在中空纤维膜兀件封装上布有中心管和中心管结合件，两端头分区，中空纤维膜丝两端头分别密封于膜壳上下端头部位，为保持中空纤维膜丝在竖直方向上均等分布不绞丝而设置了等角分布板，这种密封设计较为繁杂，须膜元件的上下两端头同时保证密封才能使得膜组件不至于渗漏。专利技术专利CN101757853B公布了一种具有抗污染结构的外压式中空纤维膜组件及清洗系统，该组件具有U型膜丝，膜元件只有一头形成密封层，U型膜丝为首尾两端同时封装与膜元件一侧的密封层中，由于U型膜丝首尾两端并未分区封装，因而只具有外压式组件功能；此外，膜丝中间置有中心产水管，膜丝弯曲的U型部位布有曝气管，因此该组件只具有曝气外压功能的膜生物反应器MBR组件，不能兼具浸没、内压功能，膜元件的通用性设计功能不强。综上所述，简化膜元件的密封设计，增强膜组件的密封可靠性和提高膜元件结构设计的通用性有助于中空纤维膜组件的应用发展，有利于提高膜组件性能，延长膜组件的使用寿命和扩展中空纤维膜组件在多种适宜的领域内通用化，规模化应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用中空纤维膜丝的柔韧特性，以特殊的封装方式制成中空纤维膜元件，以期提高膜组件的膜面利用率，优化组件内部流场分布，维持较高的膜通量，并且配用不同的膜壳以提高膜元件的通用性，适应于不同的用途。本专利技术所述中空纤维膜组件是通过如下技术方案设计制成的。一种单侧封装U型中空纤维膜元件，包含U型中空纤维膜集束、密封头和中心横隔板，中心横隔板位于U型中空纤维膜集束的内部，U型中空纤维膜集束的首端、尾端和中心横隔板的一端或一端的近端部密封于密封头中包含中空纤维膜集束、密封头和中心横隔板，所述的中空纤维膜集束沿中心横隔板弯折180度成U型，弯折前后的中空纤维膜集束由中心横隔板隔开，中空纤维膜集束的首端、尾端和中心横隔板的一端或一端的近端部密封形成S封头。优选地,所述的U型中空纤维膜集束含有I?100束中空纤维膜,每束中空纤维膜含有5?1000根中空纤维膜膜丝，所述的中空纤维膜膜丝的外径为0.2?5mm，内径为0.1 ?3mmο优选地，所述密封头所使用的密封材料为环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸酯密封胶、聚氨酯密封胶、有机硅或陶瓷密封胶。优选地，所述的中空纤维膜膜丝为有机膜、无机膜或复合型膜。一种中空纤维膜组件，包含上述任一项所述的中空纤维膜元件。优选地，所述的中空纤维膜组件包含上端盖、下端盖和所述的中空纤维膜元件，所述的上端盖与下端盖的一端均设有开口，所述的上端盖与下端盖的另一端均与密封头密封连接，所述的上端盖与下端盖紧固连接。更优选地，所述的中心横隔板为实心隔板或曝气板，所述的实心隔板密封于所述的密封头中；所述的曝气板穿透密封头伸至上端盖开口端外。优选地，所述的中空纤维膜组件包含上端盖、膜壳和所述的中空纤维膜元件，所述的中空纤维膜元件位于所述的上端盖和膜壳形成的空腔内；所述的上端盖的一端设有开口，所述的上端盖的另一端与密封头密封连接，所述的膜壳有一开口端，所述的膜壳的开口端与密封头密封连接，所述的上端盖与膜壳紧固连接。更优选地，所述的中心横隔板为中空多孔板，所述的中空多孔板穿透密封头伸至上端盖开口端外，所述膜壳上设有进水口和/或出水口。更优选地，所述的中心横隔板为实心隔板，所述的实心隔板密封于所述的密封头中，所述膜壳上设有进水口和/或出水口。进一步优选地，所述的中空纤维膜装填分率为10?90%，长径比为0.5?10，为圆管状或者棱柱状；所述密封头为圆柱状或棱柱状。与现有技术相比，本专利技术中空纤维膜元件利用了中空纤维膜束整体折叠设计，将中空纤维膜丝首尾两端分区封装于膜元件的同一端头中，只需一侧密封，另一侧是膜丝的弯折面。本专利技术中空纤维膜元件搭配以不同的上下端盖、膜壳、进出口和中心横隔板，可组成外压、内压、浸没和曝气式等不同类型的中空纤维膜组件，膜元件通用性高。单侧封装使得膜组件结构紧凑，灵活性强，减少了组件上使用过程中的渗漏风险；单侧封装密封设计简单合理，还能降低膜元件封装难度，减少膜组件加工成本，为中空纤维膜组件规模化应用奠定基础；利用弯折膜丝错流过滤，加强膜壳内的料液流场，增大效膜面积，提高膜面利用率,增大了膜面流速，能有效提升膜组件的分离能力。【专利附图】【附图说明】图1膜元件结构示意图；图2膜元件端面图；图3浸没外压式中空纤维膜组件结构示意图；图4浸没曝气式中空纤维膜组件结构示意图；图5内压式中空纤维膜组件结构示意图；图6外压隔板式中空纤维膜组件结构示意图；图7外压曝气式中空纤维膜组件结构示意图；图8外压中心进水板式中空纤维膜组件结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单侧封装U型中空纤维膜元件，其特征在于，包含U型中空纤维膜集束、密封头和中心横隔板，中心横隔板位于U型中空纤维膜集束的内部，U型中空纤维膜集束的首端、尾端和中心横隔板的一端或一端的近端部密封于密封头中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何勇，郭芳威，陈顺权，杜如虚，
申请(专利权)人：广州中国科学院先进技术研究所，
类型：发明
国别省市：