[发明专利]用于薄膜蒸馏或氨除去的薄膜接触器和系统及相关方法

说明书

对于相关申请的交叉参考

本申请要求对于共同待决美国临时专利申请No.61/791,034的优先权和其利益，该临时专利申请在2013年3月15日提交，该临时专利申请通过引用全部包括在这里。

技术领域

本公开或发明一般涉及用于薄膜蒸馏和/或氨除去的新的、改进的、或修改的薄膜接触器、模块、系统、及/或方法，并且/或者涉及制造、使用等的方法。按照至少选中实施例，本发明涉及用于薄膜蒸馏和/或氨除去的特别可能优选薄膜接触器、模块、系统、及/或方法，并且/或者涉及用于薄膜蒸馏和/或氨除去的特别可能优选薄膜接触器、筒、模块、系统、及/或方法，包括适用于薄膜蒸馏、适用于氨除去、或既适用于薄膜蒸馏又适用于氨除去的薄膜接触器、以及其它薄膜接触器系统、方法或过程，这样的过程如脱气、气化、分离、过滤等。

背景技术

薄膜接触器可以用于多种目的，这些目的包括、但不限于：从液体中除去夹杂气体、将液体去泡、过滤液体、及将气体添加到液体中。薄膜接触器已知用在多种不同用途中；例如，薄膜接触器可以用在薄膜蒸馏和/或氨除去中。薄膜接触器也可以提供完成气体/液体、和液体/液体(它可包括液体/溶解固体)分离的装置。薄膜接触器典型地用来将两种不互溶流体相(例如，第一液体和第二液体、或气体和液体)带到彼此接触，以实现一种或多种成分从一种流体到另一种的分离和/或转移。

空心纤维薄膜接触器典型地包括一束微孔空心纤维、和刚性壳体或外壳，该刚性壳体或外壳包围纤维束。壳体可以设有四个流体端口：用来引入第一流体的进口、用来排出第一流体的出口、用来引入第二流体的进口、及用来排出第二流体的出口。空心纤维可以在外壳内在两个端部上都封装，例如在环氧树脂或某种类似材料中封装，以形成聚合物管隔板，这些聚合物管隔板具有纤维孔，这些纤维孔在每个端部上通到壳体的公共第一和第二端盖部分中。在“管侧”或“孔腔侧”接触器中，第一端盖可以包含用于第一流体的进口，该第一流体指示为“管侧”或“孔腔侧”流体，因为它是穿过纤维的内部孔腔的流体。第二端盖包含用来排出孔腔侧流体的出口。第二流体-指示为“壳体侧”流体，典型地通过进口和出口端口进入和离开外壳，该进口和出口端口布置在管隔板之间，借此，壳体侧流体接触纤维的外表面。壳体侧流体流过在纤维束的纤维之间的空隙，并且可以定向成，与纤维长度平行或垂直地流动。作为例子，授予Prasad等的美国专利No.5,352,361可能有助于在壳体内跨过空心纤维薄膜的流体接触的背景理解，该专利全部包括在这里以供参考。

在“壳体侧”接触器中，接触器可以包括中心芯部，该中心芯部穿过端盖，并且具有第一端部，该第一端部用作用于第一流体的进口，该第一流体指示为“壳体侧”流体，因为它是越过空心纤维的外部或壳体的流体。第一端盖可以包含用于第二流体的进口，该第二流体指示为“管侧”或“孔腔侧”流体，因为它是穿过纤维的内部孔腔的流体。第二端盖包含用来排出孔腔侧流体的出口。第一流体-指示为“壳体侧”流体，典型地通过开孔芯部的进口和出口端口(敞开端部)进入和离开外壳，并且典型地离开和重新进入在管隔板之间的芯部中的开孔，借此，壳体侧流体接触纤维的外表面。壳体侧流体流过在纤维束的纤维之间的空隙，并且可以定向成，与纤维长度平行或垂直地流动。因为管隔板将孔腔侧流体与壳体侧流体分离，所以孔腔侧流体不与壳体侧流体混合，并且只有在孔腔侧流体与壳体侧流体之间的转移通过空心纤维的壁发生。在纤维壁中的细孔通常填充有两种流体之一的静止层，由于表面张力和/或压力差效应，阻止其它流体进入孔中。质量转移和分离通常由扩散引起，这种扩散典型地由在两相之间的转移物质的浓度差驱动。典型地，跨过薄膜不发生对流或体积流动。在气体/液体分离的情况下，薄膜接触器典型地用疏水空心纤维微孔薄膜构造。由于薄膜是疏水的并且具有非常小的孔，所以液体将不容易穿过孔。这样，薄膜可以起惰性支架的作用，该惰性支架将液体和气体相带到直接接触，而没有分散。在两相之间的质量转移由气体物质的分压差支配，这些气体物质被转移。对于液体系统，在每个孔处的液体/液体界面典型地通过薄膜和液相压力的适当选择而不动。在这种情况下，薄膜也可以起惰性支架的作用，以促进两个不互溶相的直接接触，而没有混合。