中空纖維膜組件與流程

[db:作者] / 2023-02-08 00:00

中空纖維膜組件與流程

中空纖維膜是外徑在1000μm以下的管狀膜，早期的中空纖維膜常常被封裝于管狀容器內(nèi)制作成組件。根據(jù)纖維膜的排列和封裝結(jié)構(gòu)，組件可分為U形和列管式兩種，組件內(nèi)流體的流程也分為芯流程(內(nèi)壓)和殼流程(外壓)兩種(見圖10-19、圖10-20)。U形組件中，中空纖維膜束的一端被彎折或膠封，處于自由狀態(tài)，而另一端用膠固定在管狀殼體上；列管式組件中，膜束的兩端均被膠固定在殼體上，而且組件的兩端之間纖維膜中心孔是穿通的。殼流程中，纖維膜的外側(cè)與殼體內(nèi)壁之間的空隙為原料流體和濃縮液、截留物的通道，纖維的中心孔為透過流體的通道；芯流程反之。

圖10-20 列管式中空纖維膜組件的基本結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)組件結(jié)構(gòu)和流程時(shí)，需要從以下主要幾個(gè)方面出發(fā)。

①膜的對稱性對結(jié)構(gòu)對稱的膜，原理上采用內(nèi)壓和外壓均可以，但要根據(jù)膜的強(qiáng)度和運(yùn)行過程中膜兩側(cè)的壓力決定內(nèi)壓流程或是外壓流程;當(dāng)膜的強(qiáng)度低、膜兩側(cè)壓力差大時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用外壓殼流程[殼流程耐壓最大可達(dá)1000psi(1psi=6894.76Pa)，高壓]。對結(jié)構(gòu)非對稱膜，需要防止膜孔堵塞污染，若纖維膜的外表面為分離功能層，應(yīng)采用外壓流程，反之采用內(nèi)壓流程[芯殼流程耐壓小于150psi，中低壓]。

②U形組件的內(nèi)壓流程為全過濾過程，無濃縮物料導(dǎo)出或原料液循環(huán)，極易形成膜污染，不適合高懸浮物含量流體混合物的分離，而列管式組件內(nèi)壓流程具有較好的耐污染性。

③采用組件結(jié)構(gòu)與流程相結(jié)合降低膜污染、實(shí)現(xiàn)自清洗，即采用原料流體的錯(cuò)流或循環(huán)、提高膜表面的流速控制污染物在膜表面的吸附和濃差極化，此時(shí)在進(jìn)料側(cè)需要兩個(gè)出口，一個(gè)用于進(jìn)料，另一個(gè)用于物料循環(huán)、濃縮料出口。可以看出，根據(jù)這兩種基本結(jié)構(gòu)和流程，結(jié)合具體分離對象物化性質(zhì)，可以設(shè)計(jì)出最合理的組件結(jié)構(gòu)和流程，甚至是分離工程運(yùn)行的運(yùn)行工藝。

流體，尤其是原料流體在組件內(nèi)的流體力學(xué)分布是決定很多膜分離過程(膜在膜接觸過程)效果和效率的重要因素，往往需要物料流體在組件內(nèi)有均勻的分布、較長的停留時(shí)間和較快的膜表面線速度。圖10-21為-種采用了中心分布管提高物料分布均勻性、帶有回流或截留收集或濃縮液排放、可以進(jìn)行錯(cuò)流操作運(yùn)行列管式中空纖維膜組件，這也是中空纖維組件在反滲透過程中通常采用的結(jié)構(gòu)和流程。雖然圖中示意的僅為外壓流程，實(shí)際上，該流程組件同樣適用于內(nèi)壓流程。

圖10-21采用物料分布管(收集)的列管式中空纖維膜組件結(jié)構(gòu)

上述幾種結(jié)構(gòu)的中空纖維膜組件均是把膜束裝到管狀容器內(nèi)，適用的膜過程除了反滲透外，還有超濾、氣體分離、滲析和滲透汽化等，特點(diǎn)是組件中膜的填裝密度高、分離速度快，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。近10年來，又出現(xiàn)了不用外殼、相對為開放式的膜組件一屏幕式(或簾式)膜組件(見圖10-22)。

組件中，中空纖維膜平行排列成片狀，兩端用膠封固定在集水管內(nèi)。運(yùn)行時(shí)，將組件浸沒于被分離的液體流體中，通過與集水管相連的真空負(fù)壓抽吸或液體的靜壓使液體透過膜分離出來。這種組件主要用于膜生物反應(yīng)器中，尤其是在廢水處理膜生物反應(yīng)器中表現(xiàn)出極大的發(fā)展?jié)摿Α榱税惭b使用方便，常常把多個(gè)膜片集裝在一起制作成模塊化的組件，幾種商業(yè)化的產(chǎn)品如圖10-23所示。

圖10-22 簾式膜組件結(jié)構(gòu)

圖10-23 模塊化的膜組件

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