[发明专利]用于低压力下分离的薄膜箱(cassttememberanc)的系统和方法

说明书

本发明涉及一种含有膜箱（cassette    memberane）的系统和用于该系统的装置，该系统和装置用于在较低的渗透压差下的分离。

用来将一股进料流体变成两股流体的膜分离工艺已经大大普及了，这两股流体是富集不能选择性通过薄膜的组分的残留流体（the    retentate    stream）和富集能选择性通过薄膜的组分的渗透流体。例如下列工艺：气体分离，象从氮中分离氧，从水中分离溶解了的盐的反渗透过程，通过除去颗粒和高分子量的物质，象细菌，使地面水转换成饮用水，全蒸发过程，在其中液体流的挥发性组分选择性地渗透穿过薄膜。为了有效地进行膜分离，必须有某些驱动力。两种最常见的驱动力是以从薄膜的一侧到另一侧建立浓度差和压力差为基础的。当压力作为驱动力时，薄膜进料一侧的压力是较高的。当浓度作为驱动力时，在进料侧优先渗透的物质的浓度很大。

最近，一些平板和框架膜分离设备已经被公开了，它们在膜板或框的渗透侧放置了真空泵。由真空泵产生压差。在这种设备中，薄膜元件是一个固定薄膜的板件，在那里每个板在膜的渗透侧具有一个渗透流动通道。所述的真空泵是与每个板件分别连通的，精确地将膜板相互分开，从而允许湍流沿每个膜的表面流动，便于除去倾向于粘附在膜的保留侧（retentateside）的固体。这些板件在槽中一般垂直放置。靠泵、叶片或通过通气管的气流产生所述的湍流，它们被安装在膜分离装置的附近。日本公开41-10090号专利（申请号2229631），出版日是1992年4月10日;日本公开47023专利（申请号2107991），于1993年1月10日出版，和日本公开4187222（申请号2319141）专利，在1992年7月3日出版。

美国专利5084220号公开了一个膜箱（ccassette    memberane）设备，该设备有效地将大量的地面水转换成饮用水。公开的设备包含一组由中间隔板分开的箱框架，箱框架和隔板都具有密封，所以将箱框架和隔板装配在一起时形成了压力密封。当采用了使端部箱框架密封的端板，整组的箱框架和隔板形成了一个压力通路。箱框架组、隔板和端板适于在其纵向夹紧在一起，而且，如果需要移走任何选择的箱框架，可以将它们的夹紧松开。每一个箱框架包含有由许多薄膜组成的一个过滤单元，在其中具有第一流动通道系统，它连接在箱框架内的两个自由区域，所述的自由区域如此连接是为了从进料口到浓缩物出口建立一个串联的、并联的或串并联结合的流体流动形式。每一套薄膜是一个流动通道的第二系统，它与第一流动通道隔绝，用于从每个过滤单元引导渗透过薄膜的流体流动到至少一个出口。这个系统被设计成在高压下工作的，这个系统被仔细的设计成允许端部的平板箱单元和隔板以下述形式装配在一起，即它们在薄膜周围形成一个压力壳体。这个系统被设计成包括相对复杂的压力控制和流体控制装置，用于该系统的原材料经过仔细的选择，是为了能承受高压。采用这种高成本材料和复杂的工艺控制结果是在低压使用时该系统不能节省成本的。需要开发这样的系统：它能在低渗透压力下工作，它不需要这么复杂的材料和工艺控制。

膜分离系统相对于其它已知的分离系统是相对紧凑的。还有，许多已知的薄膜系统还占据了很大的空间，这空间并没有直接用于完成分离。典型的加压系统需要附带的泵、较大的压力容器，进料、渗透、浓缩和再循环管路，它们占据的空间不能直接用于分离过程。所以需要能更有效利用空间的系统。

有效分离液体的薄膜设备的通常的方案是一个螺旋缠绕装置。它由许多成对的平板组成，在这些成对的板之间有空隙。每对板是密封的。这些平板随后被卷制成一个胶辊形状和放进一个压力壳体内。该螺旋缠绕装置的一个优点是它使较大面积的薄膜装入一个薄膜组件内。这个装置的一个显著的问题是在整个薄膜表面上的流通量不是均匀分布的。原因之一是从薄膜的一端到另一端压力降很显著。为了补偿压力降的问题，大多数螺旋缠绕薄膜工作时具有较大的进料侧压力。采用高输入侧压和渗透压差产生的问题是薄膜的结垢。其结果是由不能通过薄膜的材料在膜的进料侧形成层状，阻挡前进的进料流到达该膜的进料侧。

需要一种膜分离系统和装置，它是相对紧凑的，在这个空间里将不直接用于分离的设备或系统的部分调整到最小限度。还需要这样系统，它能让进料沿薄膜的整个表面相对均匀地分布，在相对低的进料压力和渗透压力差之下，该系统能完成理想的分离。因而这样的系统减少通常膜分离的原有的污垢。也需要这样用于膜分离的系统，该系统不需要在为高压条件下运行所要的高成本的压力容器和控制。