[发明专利]由多个独立的固定在转盘上的膜组件构成的超重力膜分离机

说明书

技术领域：

本发明涉及一种新型的膜分离机，特别是一种将膜分离过程置于旋转离心超重力场中进行的超重力膜分离机。

背景技术：

膜分离过程作为一门新型的高分离、浓缩、提纯及净化技术，以其高效、节能、环保，已在化工、食品、医药、环保等领域得到了广泛的应用。但是由于浓差极化和膜污染的存在导致了膜分离技术在许多方面的推广和应用受到限制。超重力技术因其能极大强化“三传”“一反”，已被开发研制成多种超重力应用设备，在化工、环保、纳米材料制造等方面应用。

超重力条件下工作的膜分离技术，是指利用旋转离心产生超重力场，将膜分离过程所需的实物要素如分离膜、原料液、截留液、透过液等置于超重力场中，使膜分离过程在超重力场中进行。由于膜分离过程是在数倍乃至数万倍的重力加速度(g＝9.8m/s²)的超重力场中进行，其膜分离过程发生很多重安变化，会产生很多有益的效果，具体如下：

1、有效降低浓差极化和膜污染。

在膜分离过程中膜的表面会产生浓度远高于主体料液浓度的浓差极化层，浓差极化层的存在会减低膜渗透通量，增加膜污染，在绝大多数情况下，料液的密度会随浓度的增加而增大或减小，(如盐水会随盐的浓度增加密度变大，酒精会随水的脱除，酒精浓度的增加密度变小)在强大的离心力作用下膜表面的高浓度物料，会沿离心场的方向或其相反方向离开膜表面，从而使浓差极化降低，膜污染减小。同样，在膜表面的温差极化层，也会产生膜表面的料液温度与主体料液温度的不同，因而其密度与主体料的密度不同，在强大的离心力的作用下，膜表面的物料也会沿离心力的方向或其反方向离开膜表面从而减弱温差极化层对膜分离的影响。

2、可提高单位膜分面积的渗透通量。

在膜分离过程中，透过液从膜组件排出必须有一定的压力，当膜的渗透通量大而透过液排出通道截面很小时，所需的膜后压力很大，这部分压力会大大降低膜分离的跨膜压差。使渗透通量大大降低。而在超重力条件下膜渗透侧的渗透液会在离心力的作用下从膜渗透侧甩出而不会增加膜后压力，从而使膜保持较高的渗透通量。

3、可获得较高浓度的截留物。

由于超重力条件下的膜分离，既具有膜分离的高截留率，又具有离心沉降的工艺特性，通过膜分离将截留物截留并在离心沉降作用下沉降，所以其截留物浓度高于相同工艺条件下的膜分离。

4、便于实现膜渗透侧的吹扫。

膜渗透侧的吹扫，要求选用的吹扫物料在膜渗透侧分布均匀，且不增加或少增加膜渗透侧的压力。传统的方法中当膜选用中空纤维膜或毛细管膜，虽然吹扫物分布均匀但膜后压力增加很大，卷式膜、平板膜则存在吹扫物分布不均匀的情况。而在超重力条件下，膜渗透侧的透过物和吹扫物可以在离心力的作用下沿离心场的方向向膜外排除且不增加膜后压力，分布均匀，所以，超重力膜分离可实现渗透蒸发，和双向流膜高倍浓缩。

综上所述，超重力条件下的膜分离技术是一项新型的复合型的应用技术。目前，研究应用的成果并不多，相关的论文和专利文献也不多，在已知的可查资料中，仅有《具有管式结构的旋转床超重力场装置》(专利申请号03115674.6)和《离心旋转超重力-膜分离技术》(专利申请号03100089.4)两项专利发表，该两项专利虽然提出了将分离膜、进料液和透过液置于旋转超重力场中的膜分离方案，但并未认识到上述的超重力条件下膜分离的特点及产生的原因，也未能根据其特征及其产生的原因在膜材料的部置上强化其特征，如《离心旋转超重力-膜分离技术》其特征强调，膜表面面向转鼓轴心，这样的膜布置，会使浓差极化和膜污染更加严重。《管式结构的旋转超重力场装置》强调管式膜或中空纤维膜两端固定，并沿径向排列，但在膜分离过程中由于哥氏力和液流冲击力的存在，中空纤维膜无法呈直线并保持径向排列，如通过两端固定强制其沿径向排列，则中空纤维膜极易拉断。《一种在超重力条件下工作的膜组件》(专利申请号2008207417002)提出了一种在超重力条件下工作的膜组件，较好地解决了以上二专利的不足，但其仅提出了一种膜组件，并没有解决该膜组件在超重离心场中实现超重力膜分离的许多实际应用问题，也无法成机应用。专利《超重力膜分离机》(专利申请号200920096834.1)针对以上专利的不足采用专利《一种在超重力条件下工作的膜组件》所及的膜组件，并通过各部件的合理组合解决了超重力膜分离过程的许多关键问题，但该专利仍有许多不足，具体为：1、整机只有一个膜组件且结构较大，如膜任何一部损坏则整个膜组件无法修复，甚至报废。2、膜组件加工难度大、成本高。3、无法实现膜渗透侧吹扫物料的给入。

发明内容：