[实用新型]一种中空纤维膜分离器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种中空纤维膜分离器。

背景技术

膜分离技术是20世纪开发成功的一种新型分离技术，与传统的分离技术相比，膜技术具有投资省、见效快、能耗低、操作简单等特点，它的开发与利用已经成为各个国家在高新技术领域竞争的热点。随着膜技术的发展，气体膜分离技术已成功的应用在合成氨弛放气中回收氢气；甲醇合成放空气中氢气的回收或CO/H2的调比；炼厂气的膜法氢回收等气体分离领域。

膜分离技术的核心是高性能膜分离器的研制与开发，传统的中空纤维气体膜分离器是将上万根甚至几十万根中空纤维膜制成纤维束后装置耐压钢制壳体内，纤维束的一端用树脂粘合浇铸成树脂封头，固定在分离器的一端，纤维束的尾端用树脂封住，形成堵头，固定在分离器的另一端。原料气通常在膜分离器的树脂封头端附近的原料气入口进入膜分离器的壳程，在压力的驱动下，一部分气体透过膜进入中空纤维气体分离膜的内腔即膜分离器的管程形成渗透气，通过膜分离器管程与外部的连接通道排出；而另一部分气体沿着分离器壳程，在膜分离器的堵头端排出形成尾气。当膜分离器的外径较小时，高压的原料气体很容易通过纤维束外部的中空纤维气体分离膜进入到纤维束内部的中空纤维气体分离膜表面，使高压原料气体的浓度与速度在径向分布上较为均匀，不容易形成“死角”与“短路”。当膜分离器外径较大时，高压的原料气体不容易通过纤维束外部中空纤维气体分离膜而进入到纤维束内部的中空纤维气体分离膜表面，从而是高压原料气体的浓度与速度在径向分布上严重不均匀，在纤维束的中心处易形成“死角”。原料气在纤维束中心处的流速较低，浓差极化现象较为严重，分离性能降低。而在纤维束的外部，由于纤维束的外部与壳体之间存在的装配环境，使得中空纤维气体分离膜的堆积相对松散，成为原料气体的主要通道。同时，在分离器的尾气端，高压尾气主要通过纤维束尾端与外部壳体之间的环隙来进行尾气排放，气体的流动更加集中于纤维束外周中空纤维膜表面，加剧了纤维束内部的中空纤维膜表面的流动状态的恶化。这样对外径较大的气体膜分离器来说，一方面中空纤维气体分离膜的有效膜面积利用率降低；另一方面原料气体在径向分布的不均匀性导致膜的分离性能的降低，影响了膜的分离性能。由于目前中空纤维束气体膜分离器的一些缺陷，降低了膜分离器的分离性能，影响了渗透气体的浓度与通量，制约了中空纤维气体分离膜技术的应用。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本申请提供一种改进型的中空纤维膜分离器，通过在分离器壳体内设置内筒，有效的对中空气体分离膜纤维束渗透气端树脂封头进行定位安装；通过对原料气的进气分配，改善了原料气径向分布，进一步提高了膜分离器性能，还能防止气流冲击，保护纤维束和封头。具体技术方案如下。

本申请提供了一种改进型的中空纤维膜分离器，分离器壳体内装有中空纤维气体分离膜纤维束，纤维束一端浇铸树脂封头，树脂封头与分离器一端固定，所述膜分离器壳体上设有三个通道接管口，一个是原料进气通道接管口，设在壳体的树脂封头端，另两个是分别设在壳体两端的渗透气通道接管口和尾气排出通道接管口，所述膜分离器还包括一个内筒，所述内筒安装于设在靠近渗透气通道端的分离器壳体端部的内腔中；内筒的外壁与分离器壳体之间通过密封圈进行密封；所述内筒内侧分为上、下两个空腔，内筒上空腔用于安装中空气体分离膜纤维束上浇注好的树脂封头，树脂封头与内筒内壁通过密封圈密封，内筒上空腔和下空腔之间有一个内径变小的过渡腔，中空气体分离膜纤维丝束从过渡腔穿过，所述内筒下空腔的腔壁径向开有n≥3个环向均布的孔，开孔高度与原料进气通道在壳体上的接管口中心线处在一个平面上。

优选地，本申请中所述尾气排出通道为纤维束尾端中心装有带有开孔的尾气收集管和/或纤维束尾端的树脂堵头与壳体之间的环隙，即树脂堵头与尾气排出通道之间是固定的；或是尾端树脂堵头为无约束的，尾气排出通道为纤维束尾端的树脂堵头与壳体之间的环隙。

优选地，本申请中所述密封圈为O型密封圈。

优选地，本申请中所述树脂堵头与尾气排出通道之间是固定的，分离器还包括尾吊部件、间隔套、悬吊盘、球面螺母和螺母，中空气体分离膜纤维束通过树脂堵头与尾吊部件浇注连接在一起，所述尾吊部件包括网罩、堵头外壳、端盘和悬吊螺栓，悬吊螺栓的一端穿过堵头外壳与浇注在外壳里的端盘固定，网罩与堵头外壳连接，悬吊螺栓另一端依次穿过间隔套、悬吊盘，再依次经过球面螺母、螺母紧固。

优选地，本申请中所述悬吊盘为在盘面轴向开有多个环向均布圆孔的气体通道的部件，其盘边缘与堵头外壳壳体内壁上的台面轴向接触，起到固定中空纤维丝束尾端树脂堵头的作用。