CN202497827U - 一种卷式膜元件及卷式膜系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种卷式膜元件，包括轴芯、至少一张平板膜和至少一张支撑层，所述平板膜和所述支撑层交替叠加并由所述轴芯卷为圆柱体；所述平板膜包括膜片和间隔体，所述膜片沿长度方向对折，所述间隔体位于所述膜片之间，所述间隔体为所述膜片宽度方向平行的经线。所述经线的方向与所述平板膜卷制的圆柱体的轴向方向相同，所述经线可以为轴向流动的液体导流，所述液体轴向流动时受到的阻力较小。此结构的卷式膜元件可以采用填料过滤法，填料中的粒子不会滞留在流道内，所述粒子与所述膜片不断碰撞，能够增大传质系数；同时还可以促进所述液体的湍流，减小浓差极化现象。本实用新型还公开了一种包括上述卷式膜元件的卷式膜系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及过滤技术领域，特别是涉及一种用于过滤的卷式膜元件。此外，本实用新型还涉及一种包括上述卷式膜元件的卷式膜系统。
背景技术
随着科学技术的不断发展，过滤技术中逐渐出现了膜过滤。
膜过滤的原理是利用膜的孔径大小进行筛分的过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以膜为过滤介质，原液在一定的压力下流过膜表面，膜表面的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔的物质则被截留在膜的进液侧成为浓缩液，实现了原液的分离和浓缩。
目前应用比较广泛的膜过滤的应用方式为卷式膜，卷式膜元件主要是通过平板膜卷制而成。平板膜通过轴芯卷成圆柱体，过滤时，原液从圆柱体的端面进入，在圆柱体内分为径向和轴向两个路径；径向流动的液体通过膜表面的过滤孔成为透过液，透过液流到轴芯并通过轴芯导出；原液中体积大于膜表面过滤孔的物质留在膜的进液侧成为浓缩液，浓缩液沿着圆柱体的轴向流动，流到圆柱体的端部并由端部的液体收集管导出。
卷式膜元件通常包括轴芯、平板膜和支撑层，所述平板膜与所述支撑层交替叠加由所述轴芯卷制而成。一种典型的平板膜的结构如图1所示，所述平板膜包括膜片1和间隔体2，所述膜片1沿长度方向对折，所述间隔体2位于所述膜片1之间，所间隔体2呈网状，具有经线和纬线。所述经线与所述平板膜卷成的圆柱体的轴向方向一致；所述纬线与所述平板膜卷成的圆柱体的圆周的方向一致。
所述经线可以对轴向流动的液体起到导流的作用，所述纬线可以促进轴向流动的液体的湍流。但是在实际的应用过程中，所述纬线会对轴向流动的液体产生阻碍，会对液体中的活性物质进行剪切破坏，使其失去活性。
液体流经所述间隔体2时，除了阻力大外，流动过程中还存在一定的死区，液体在所述纬线附近呈静止状态，易形成永久性污垢。
同时，现有技术的膜元件不能采用填料过滤法，由于添加的填料会被所述纬线阻挡，进而将整个流道堵塞，使得液体难以通过。所述膜元件也不能使用海绵球清洗法，所述海绵球会被所述纬线阻挡而留在流道内。所述膜元件只能选用化学药剂清洗，这种方式对某些污染物的作用很小，在清除污染物的同时，还会破坏膜片的结构。
因此，如何解决卷式膜元件过滤时存在死区和不能采用填料过滤法的问题，是本领域技术人员目前急需解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种卷式膜元件，该卷式膜元件能够保证液体流经膜表面无死角，对液体没有破坏作用的剪切力，可以应用填料过滤法。本实用新型的另一目的是提供一种包括上述卷式膜元件的卷式膜系统。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种卷式膜元件，包括轴芯、至少一张平板膜和至少一张支撑层，所述平板膜和所述支撑层交替叠加并由所述轴芯卷为圆柱体；所述平板膜包括膜片和间隔体，所述膜片沿长度方向对折，所述间隔体位于所述膜片之间，所述间隔体为所述膜片宽度方向平行的经线。
优选地，所述间隔体还包括间隔层，所述间隔层的一侧或两侧具有所述经线。
优选地，所述间隔层的两侧均具有所述经线，所述间隔层两侧的所述经线位置错开。
优选地，所述经线与所述间隔层的接触端大于与所述膜片的接触端。
优选地，所述经线的横截面为对称结构，所述经线的中心线为所述间隔层另一侧与所述经线相邻的两个经线的对称中心。
优选地，所述经线与所述膜片的接触端为圆弧，所述圆弧的半径小于等于200毫米。
优选地，所述圆弧通过大弧线过渡与所述间隔层相连，所述大弧线与所述间隔层接触点的切线从所述经线的外侧到所述间隔层的角度为所述经线的外角，所述外角大于等于90度且小于等于150度。
优选地，所述经线的高度与所述间隔层的厚度的比值大于等于0.1且小于等于1000，所述经线的高度与所述经线的波长的比值大于等于0.01且小于等于10，所述经线的半宽与所述经线的半波长的比值大于等于0.05且小于等于1。
优选地，所述圆弧的半径大于等于0.5毫米且小于等于3毫米，所述经线的外角大于等于120度且小于等于135度，所述经线的高度与所述间隔层的厚度的比值大于等于2且小于等于10，所述经线的高度与所述经线的波长的比值大于等于0.1且小于等于0.5，所述经线的半宽与所述经线的半波长的比值大于等于0.25且小于等于0.5。
本实用新型还提供了一种卷式膜系统，包括卷式膜元件和膜壳，所述卷式膜元件为上述任一项所述的卷式膜元件。
本实用新型提供的卷式膜元件，包括轴芯、至少一张平板膜和至少一张支撑层，所述平板膜和所述支撑层交替叠加并由所述轴芯卷为圆柱体；所述平板膜包括膜片和间隔体，所述膜片沿长度方向对折，所述间隔体位于所述膜片之间，所述间隔体为所述膜片宽度方向平行的经线。
所述经线的方向与所述平板膜卷制的圆柱体的轴向方向相同，所述经线可以为轴向流动的液体导流，所述液体轴向流动时受到的阻力较小，不会对料液进行机械力的破坏。
此结构的卷式膜元件可以采用填料过滤法，填料中的粒子不会滞留在流道内，所述粒子与所述膜片不断碰撞，能够增大传质系数；同时所述粒子还可以促进所述液体的湍流，减小浓差极化现象，提高所述平板膜的抗污染性，减少清洗的次数。
一种方式中，所述间隔体具有间隔层，所述间隔层的一侧或两侧具有所述经线。
所述间隔层可以只有一侧具有所述经线，不具有所述经线的一侧与所述膜片贴合。所述间隔层也可以两侧均具有所述经线，所述间隔层两侧的经线分别与两个所述膜片接触。
另一种方式中，所述间隔层的两侧均具有所述经线，所述间隔层两侧的所述经线位置错开。所述经线的横截面为对称结构，所述经线的中心线为所述间隔层另一侧与所述经线相邻的两个经线的对称中心。所述经线与所述膜片的接触端为圆弧，所述圆弧的半径小于等于200毫米。
所述间隔层两侧的经线可以为交替的，其横截面的形状类似于正弦波。所述经线与所述膜片的接触端越小，所述膜片过滤的有效面积就越大。
在一种更进一步的方式中，所述经线的高度与所述间隔层的厚度的比值大于等于0.1且小于等于1000，所述经线的高度与所述经线的波长的比值大于等于0.01且小于等于10，所述经线的半宽与所述经线的半波长的比值大于等于0.05且小于等于1。
在所述平板膜的厚度方向，所述大弧线与所述间隔层的接触点和所述圆弧与所述膜片的接触点之间的距离为所述经线的高度，所述间隔层两个侧面之间的距离为所述间隔层的厚度。
在所述平板膜的纬线方向，所述大弧线313与所述间隔层的接触点到所述经线的中心线的距离为所述经线的半宽，位于所述间隔层同侧的经线的中心线之间的最短距离为所述经线的波长，位于所述间隔层不同侧的经线的中心线之间的最短距离为所述经线的半波长。
本实用新型还提供了一种卷式膜系统，包括上述卷式膜元件，该卷式膜系统能够保证液体流经膜表面无死角，对液体没有破坏作用的剪切力，还可以应用填料过滤法。
附图说明
图1为一种典型卷式膜元件的平板膜的结构示意图；
图2为本实用新型实施例所提供的卷式膜元件的平板膜的结构示意图；
图3为图2所示的平板膜的横截面的局部结构示意图；
图4为图2所示的平板膜的间隔体横截面的局部结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的核心是提供一种卷式膜元件，该卷式膜元件能够保证液体流经膜表面无死角，对液体没有破坏作用的剪切力，可以应用填料过滤法。本实用新型的另一核心是提供一种包括上述卷式膜元件的卷式膜系统。
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
请参考图2至图4，图2为本实用新型实施例所提供的卷式膜元件的平板膜的结构示意图，图3为图2所示的平板膜的横截面的局部结构示意图，图4为图2所示的平板膜的间隔体横截面的局部结构示意图。
在一种具体的实施方式中，本实用新型提供了一种卷式膜元件，包括轴芯、至少一张平板膜和至少一张支撑层，所述平板膜和所述支撑层交替叠加并由所述轴芯卷为圆柱体；所述平板膜包括膜片1和间隔体3，所述膜片1沿长度方向对折，所述间隔体3位于所述膜片1之间，所述间隔体3为所述膜片1宽度方向平行的经线31。
所述经线31的方向与所述平板膜卷制的圆柱体的轴向方向相同，所述经线31可以为轴向流动的液体导流，所述液体轴向流动时受到的阻力较小，不会对料液进行机械力的破坏。
此结构的卷式膜元件可以采用填料过滤法，填料中的粒子不会滞留在流道内，所述粒子与所述膜片不断碰撞，能够增大传质系数；同时所述粒子还可以促进所述液体的湍流，减小浓差极化现象，提高所述平板膜的抗污染性，减少清洗的次数。
所述传质系数为物质通过过滤膜的速度。所述浓差极化现象是指在过滤时，在所述膜片1的过滤孔周围，通过所述过滤孔的溶剂较多溶质较少，使得所述过滤孔周围溶液的浓度升高，容易在所述过滤孔的周围结晶，增加溶液通过所述过滤孔的阻力。液体的湍流有助于降低浓差极化现象，有助于卷式膜元件过滤时液体的轴向通过。
所述膜片1可以是反渗透膜、纳滤膜、超滤膜、微滤膜、气体分离膜等。
所述经线31可以与所述膜片1卷制的圆柱体的轴向方向平行；也可以是与所述圆柱体的轴向趋势相同，与所述圆柱体的轴向成一定角度的相互平行的经线31。
另一种具体的实施方式中，所述间隔体3具有间隔层32，所述间隔层32的一侧或两侧具有所述经线31。
所述间隔层32可以只有一侧具有所述经线31，不具有所述经线31的一侧与所述膜片1贴合。所述间隔层32也可以两侧均具有所述经线31，所述间隔层32两侧的经线31分别与两个所述膜片1接触，所述间隔层32的两侧均具有流道。
进一步具体的实施方式中，所述间隔层32的两侧均具有所述经线31，所述间隔层32两侧的所述经线31位置错开。
所述间隔层32两侧均具有所述经线31时，两侧经线31的位置可以为任意的，也可以是两侧相互错开的。
更进一步具体的实施方式中，所述经线31与所述间隔层32的接触端大于与所述膜片1的接触端。
沿卷式膜径向流动的液体将通过所述膜片1流到所述轴芯，所述经线31与所述膜片接触的面积越小，所述膜片1对所述液体过滤的有效面积就越大。所述经线31与所述膜片1的接触端小，能够增大所述膜片1过滤的有效面积。
一种优选的实施方式中，所述经线31的横截面为对称结构，所述经线31的中心线311为所述间隔层32另一侧与所述经线31相邻的两个经线31的对称中心。
所述经线31为对称结构，且所述间隔层32两侧的所述经线31交替相隔相同的距离，则所述间隔体3的横截面为类似于正弦波的图形。
进一步具体的实施方式中，所述经线31与所述膜片1的接触端为圆弧F，所述圆弧F的半径小于等于200毫米。
进一步优选的实施方式中，所述圆弧F通过大弧线312过渡与所述间隔层32相连，所述大弧线312与所述间隔层32接触点的切线从所述经线31的外侧到所述间隔层32的角度为所述经线31的外角G，所述外角G大于等于90度且小于等于150度。
当然，所述经线31的结构形式不仅仅局限于上述各实施例所述的情况，能够在所述间隔层32与所述膜片1之间形成卷式膜的轴向流道，满足上述情况的其他结构形式的经线31也可以在本实用新型中应用。
另一种具体的实施方式中，所述经线31的高度A与所述间隔层32的厚度B的比值大于等于0.1且小于等于1000，所述经线31的高度A与所述经线31的波长C的比值大于等于0.01且小于等于10，所述经线31的半宽E与所述经线31的半波长D的比值大于等于0.05且小于等于1。
在所述平板膜的厚度方向，所述大弧线312与所述间隔层32的接触点和所述圆弧F与所述膜片1的接触点之间的距离为所述经线31的高度A，所述间隔层32两个侧面之间的距离为所述间隔层32的厚度B。
在所述平板膜的纬线方向，所述大弧线312与所述间隔层32的接触点到所述经线31的中心线311的距离为所述经线31的半宽E，位于所述间隔层32同侧的经线31的中心线311之间的最短距离为所述经线31的波长C，位于所述间隔层32不同侧的经线31的中心线311之间的最短距离为所述经线31的半波长D。
进一步优选的实施方式中，所述圆弧F的半径大于等于0.5毫米且小于等于3毫米，所述经线31的外角G大于等于120度且小于等于135度，所述经线31的高度A与所述间隔层32的厚度B的比值大于等于2且小于等于10，所述经线31的高度A与所述经线31的波长C的比值大于等于0.1且小于等于0.5，所述经线31的半宽E与所述经线31的半波长D的比值大于等于0.25且小于等于0.5。
综上所述，上述卷式膜元件在过滤时，流道与进料方向相同，流经膜表面无任何阻挡，不会扰动液体破坏液体的活性成分。在处理非活性物质液体时，可以通过填料的方式促进液体湍流，湍流主要是依靠填料中的小球与所述膜片1的不断碰撞，从而使所述膜片1附近的浓差极化层变薄，增大传质系数。
这种方式湍流促进效果好，对液体的剪切破坏作用小，能够控制浓差极化，提高膜的抗污染性，减少清洗的次数，提高膜的使用寿命，同时还能降低能量的消耗。
所述卷式膜元件可以采用海绵球清洗法，所述海绵球清洗法是一种纯物理的清洗方式，更为环保，彻底。选用一定体积大小的海绵球的清洗液，所述海绵球可以对水流产生扰动，与所述膜片1表面产生碰撞和刮擦，从而完成对卷式膜元件的物理擦洗，所述海绵球还可以回收下次继续使用。这种清洗方式时间短，清洗效果好，增加了卷式膜元件的使用寿命。
除了上述卷式膜元件，本实用新型还提供一种包括上述卷式膜元件的卷式膜系统，该卷式膜系统其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。
以上对本实用新型所提供的卷式膜系统及其卷式膜元件进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种卷式膜元件，包括轴芯、至少一张平板膜和至少一张支撑层，所述平板膜和所述支撑层交替叠加并由所述轴芯卷为圆柱体；所述平板膜包括膜片(1)和间隔体(3)，所述膜片(1)沿长度方向对折，所述间隔体(3)位于所述膜片(1)之间，其特征在于，所述间隔体(3)为所述膜片(1)宽度方向平行的经线(31)。
2.如权利要求1所述的卷式膜元件，其特征在于，所述间隔体(3)还包括间隔层(32)，所述间隔层(32)的一侧或两侧具有所述经线(31)。
3.如权利要求2所述的卷式膜元件，其特征在于，所述间隔层(32)的两侧均具有所述经线(31)，所述间隔层(32)两侧的所述经线(31)位置错开。
4.如权利要求3所述的卷式膜元件，其特征在于，所述经线(31)与所述间隔层(32)的接触端大于与所述膜片(1)的接触端。
5.如权利要求4所述的卷式膜元件，其特征在于，所述经线(31)的横截面为对称结构，所述经线(31)的中心线(311)为所述间隔层(32)另一侧与所述经线(31)相邻的两个经线(31)的对称中心。
6.如权利要求5所述的卷式膜元件，其特征在于，所述经线(31)与所述膜片(1)的接触端为圆弧(F)，所述圆弧(F)的半径小于等于200毫米。
7.如权利要求6所述的卷式膜元件，其特征在于，所述圆弧(F)通过大弧线(312)过渡与所述间隔层(32)相连，所述大弧线(312)与所述间隔层(32)接触点的切线从所述经线(31)的外侧到所述间隔层(32)的角度为所述经线(31)的外角(G)，所述外角(G)大于等于90度且小于等于150度。
8.如权利要求7所述的卷式膜元件，其特征在于，所述经线(31)的高度(A)与所述间隔层(32)的厚度(B)的比值大于等于0.1且小于等于1000，所述经线(31)的高度(A)与所述经线(31)的波长(C)的比值大于等于0.01且小于等于10，所述经线(31)的半宽(E)与所述经线(31)的半波长(D)的比值大于等于0.05且小于等于1。
9.如权利要求8所述的卷式膜元件，其特征在于，所述圆弧(F)的半径大于等于0.5毫米且小于等于3毫米，所述经线(31)的外角(G)大于等于120度且小于等于135度，所述经线(31)的高度(A)与所述间隔层(32)的厚度(B)的比值大于等于2且小于等于10，所述经线(31)的高度(A)与所述经线(31)的波长(C)的比值大于等于0.1且小于等于0.5，所述经线(31)的半宽(E)与所述经线(31)的半波长(D)的比值大于等于0.25且小于等于0.5。
10.一种卷式膜系统，包括卷式膜元件和膜壳，其特征在于，所述卷式膜元件为权利要求1至9任一项所述的卷式膜元件。
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Inventor after: He Fuhai Inventor after: Yang Nan Inventor after: Du Dezhi Inventor after: Zhang Juan Inventor before: He Fuhai Inventor before: Yang Nan Inventor before: Du Dezhi Inventor before: Yue Ying |
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| COR | Change of bibliographic data |
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