專利名稱：螺旋形纏繞的分隔薄膜元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種螺旋形纏繞的分隔薄膜元件，該元件包括穿孔的中心管，以及在中心管周圍成螺旋形纏繞的分隔薄膜、流入側(cè)通道材料和滲透側(cè)通道材料，該元件中具有流入側(cè)通道和滲透側(cè)通道。更具體地說，本發(fā)明涉及一種含有流入側(cè)通道材料的螺旋形纏繞的分隔薄膜元件，比起傳統(tǒng)技術(shù)來講，所述流入側(cè)通道材料的厚度可以有效地獲得流入側(cè)通道的較低的壓力損失，并且確保實際可用的薄膜面積。
背景技術(shù)：
螺旋形纏繞的分隔薄膜模塊至今為止已經(jīng)被應(yīng)用到廣泛用途中，例如鹽水或者海水的脫鹽、超純水的生產(chǎn)和廢水處理。螺旋形纏繞的分隔薄膜模塊的結(jié)構(gòu)包括壓力容器和一個或多個安裝在該容器中的螺旋形纏繞的分隔薄膜元件。
一種螺旋形纏繞的分隔薄膜元件是這樣制造的，即，將滲透側(cè)通道材料夾在兩個分隔薄膜之間，以形成呈信封形式的膜片；將這種膜片的開口側(cè)貼合到集水管上；同時把膜片和夾在膜片之間的網(wǎng)狀流入側(cè)通道材料一起成螺旋形地纏繞在集水管周圍。一種原液被輸送到該元件的一端，流過在每一對分隔薄膜之間形成的流入側(cè)通道，然后作為濃縮物在另一端排出，其中每一對分隔薄膜之間夾有流入側(cè)通道材料。另外，沿著流入側(cè)通道材料流動的原液的一部分通過分隔薄膜，由此產(chǎn)生的滲透過的液體沿著滲透側(cè)通道材料流進集水管，并從那里排出。
流入側(cè)通道材料不僅形成供原液從薄膜之間通過的通道，而且還起著在流入側(cè)通道中產(chǎn)生紊流的作用，因此攪動存在于通道中的原液以減小濃縮物極化。由于這種原因，該元件在它的兩端之間具有壓力差(壓力損失)，這兩端即原液流入側(cè)和濃縮水排出側(cè)。
有人已經(jīng)提出一些用來減少在元件的流入側(cè)通道中的這種壓力損失的技術(shù)，這些技術(shù)包括布置流入側(cè)通道材料，使得網(wǎng)格線變得傾斜；或者使用厚度從0.5到0.9mm的流入側(cè)通道材料(參見，例如JP-A-11-235520)。
然而，在低壓下操作的元件中，當元件串連排列或者被用于分離懸浮液如廢水或者分離粘性液體時，壓力損失不會充分減小。
近幾年，低壓下操作的低壓元件逐漸被普遍采用，而且壓力損失與有效壓力之比變得更大。此外，當兩個或多個元件連接在一起使用時，這些元件整體上具有更多的壓力損失。因此需要減少每個元件的壓力損失。更進一步講，為了適用于懸浮液或者粘性液體如廢水，單個元件的壓力損失都應(yīng)該減少。
例如，當兩個或多個元件連接在一起時，優(yōu)選的是，從效率和減少能量損失的觀點看，壓力損失最多為操作壓力的5％。假設(shè)六個元件相連接，那么每個元件的壓力損失應(yīng)該為0.8％或者更少。實驗顯示，傳統(tǒng)元件的損失遠高于目標值。
另一方面，使用增加厚度的流入側(cè)通道材料將導致包裹在所述元件中的膜片體積減少，因此導致有限的薄膜面積。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種螺旋形纏繞的分隔薄膜元件，采用該薄膜元件，即使當該元件在低壓下進行操作時也可以有效地進行分離操作，同時減少流入側(cè)通道的壓力損失，并且該元件具有實際可用的充足的薄膜面積。
本發(fā)明可以如下所述實現(xiàn)該目的。
本發(fā)明提供了一種螺旋形纏繞的分隔薄膜元件，其包括穿孔的中心管，以及在中心管周圍成螺旋形纏繞的至少一個包括分隔薄膜的膜片、流入側(cè)通道材料和滲透側(cè)通道材料，該元件中具有流入側(cè)通道和滲透側(cè)通道，其中成螺旋形纏繞的膜片的寬度為900-2000mm，長度為500-1500mm，而流入側(cè)通道材料的厚度為1.0-2.0mm。
正如以下所述例子得到的結(jié)果所顯示的一樣，發(fā)現(xiàn)即使當六個低壓元件串連排列并且在通常的分離條件下操作時，壓力損失也不會超過操作壓力的5％，其中，這六個低壓元件具有寬為900-2000mm的膜片和長為500-1500mm的膜片，并且這些低壓元件被調(diào)整成具有厚度為1.0-2.0mm的流入側(cè)通道材料。應(yīng)該進一步確定的是，當流入側(cè)通道材料的厚度在那個范圍內(nèi)時，包裹后的薄膜面積在實際可用的充足的范圍內(nèi)。


圖1是一個視圖，顯示了本發(fā)明的螺旋形纏繞的分隔薄膜元件中的流入側(cè)通道材料的一個例子；圖1A是正視圖，圖1B是側(cè)視圖。
圖2是一個圖表，該圖表顯示了在流入側(cè)通道材料的厚度改變的情況下，例子中的流動速度和壓力損失之間的關(guān)系。
在圖中1經(jīng)線2緯線t 流入側(cè)通道材料的厚度L1 經(jīng)線節(jié)距L2 緯線節(jié)距D1 經(jīng)線直徑D2 緯線直徑具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行描述。圖1顯示了位于本發(fā)明的螺旋形纏繞的分隔薄膜元件中的流入側(cè)通道材料的一個例子；圖1A是正視圖，圖1B是側(cè)視圖。
本發(fā)明的螺旋形纏繞的分隔薄膜元件具有這樣一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括穿孔的中心管，以及在該中心管周圍螺旋形纏繞的一個或多個分隔薄膜、一個或多個流入側(cè)通道材料和一個或多個滲透側(cè)通道材料，以至于具有一個或多個流入側(cè)通道和一個或多個滲透側(cè)通道。這種薄膜元件在上述的JP-A-11-235520里面作了詳盡描述，同時也在JP-A-2000-000437、JP-A-2000-042378、JP-A-05-168869等里面有所描述。至于除了流入側(cè)通道材料以外的元件，任何傳統(tǒng)分隔薄膜、滲透側(cè)通道材料、中心管等都可以使用。
例如，該元件可以具有這樣得到的結(jié)構(gòu)，即，將滲透側(cè)通道材料夾在兩個分隔薄膜之間以產(chǎn)生呈信封形式的膜片，并且將這些膜片的開口側(cè)貼合到集水管上，而且成螺旋形地將膜片纏繞在中心管上。
本發(fā)明的螺旋形纏繞的分隔薄膜元件的成螺旋形纏繞的膜片的寬度為900-2000mm，膜片的長度為500-1500mm。膜片的寬度表示從中心管軸向測量時膜片的長度，同時膜片的長度相應(yīng)為膜片纏繞的纏繞長度。優(yōu)選的是，從形成具有在適當范圍內(nèi)長度的流入側(cè)通道的觀點來看和從減少通道長度對壓力損失的影響從而有效地加壓原液的觀點來看，在低壓下操作的螺旋形纏繞的分隔薄膜元件中的膜片的寬度值在那個范圍內(nèi)。
本發(fā)明中的流入側(cè)通道材料的厚度t為1.0-2.0m，優(yōu)選的是1.2-1.6mm。在厚度t小于1.0mm的情況下，當分隔薄膜元件在低壓下操作時，有效的分離操作比較困難。在厚度t大于2.0mm的情況下，很難保證實際可用的充足的薄膜面積。
流入側(cè)通道材料的厚度t是由例如在圖1中流入側(cè)通道材料中的經(jīng)線直徑D1和緯線直徑D2或者將經(jīng)線結(jié)合到緯線的結(jié)構(gòu)等確定的。圖1中所示的例子是流入側(cè)通道材料，其具有幾乎平行于流入液體流動方向延伸的經(jīng)線1和比經(jīng)線1薄的緯線2，其中緯線2以傾斜角θ朝向經(jīng)線1傾斜。本發(fā)明的流入側(cè)通道材料不局限于圖1所示的結(jié)構(gòu)，任何傳統(tǒng)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，例如菱形的、階梯形的或者格子形狀的結(jié)構(gòu)都可使用。
優(yōu)選的是，經(jīng)線直徑/緯線直徑之比(D1∶D2)為1(或者更大)∶1，特別是2∶1到3∶1。通過這樣調(diào)整緯線直徑D2到這樣一個小值，可以增大流入側(cè)通道的橫截面積，同時也可以增強減少壓力損失的效果。也就是說，在傳統(tǒng)的薄膜元件中，緯線2與經(jīng)線1有同樣的直徑，而且通道材料的通道橫截面積對于通道材料的大厚度t來講是很小的。通過使用較薄的緯線2和使用較厚的經(jīng)線1，同時維持同樣的通道材料厚度t，通道材料可以具有更大的通道截面面積。
可以作為流入側(cè)通道材料的材料例子包含樹脂，例如聚丙烯、聚乙烯、聚(對苯二甲酸乙二醇酯)(PET)或者聚酰胺、天然聚合物和橡膠。當然，樹脂是優(yōu)選使用的。
經(jīng)線1和緯線2可以是復絲紗或者單絲紗。然而，優(yōu)選的是單絲紗，因為它們對通道很難形成阻礙。經(jīng)線1可以通過熔接、粘結(jié)等方式結(jié)合到緯線2上，或者流入側(cè)通道材料可以是織物。但是優(yōu)選的是，從穩(wěn)定地維持通道的觀點來說，通道材料應(yīng)該是經(jīng)線1已結(jié)合到緯線2上的材料。
另外，從減小由緯線2產(chǎn)生的流動阻力的觀點來看，緯線2朝向經(jīng)線1傾斜的角度θ優(yōu)選是30-70°，更加優(yōu)選是45-60°。優(yōu)選的是，經(jīng)線1和緯線2的排列使得所有緯線2布置在排列有經(jīng)線1的一側(cè)，如圖1B所示。這種結(jié)構(gòu)具有減小流入側(cè)通道材料阻力的效果。
本發(fā)明的螺旋形纏繞的分隔薄膜元件可用于任何過濾技術(shù)，例如反滲透過濾、超濾和微量過濾。然而，特別是當所述元件與其他同類型的元件串連布置并在低壓下(操作壓力是1MPa或者更低)進行操作時，或者當該元件用于分離懸浮液例如廢水或者分離粘性液體時，上述流入側(cè)通道材料將展現(xiàn)它們的功效。
本發(fā)明的構(gòu)造和功效將參照下面的例子進行說明。
例子由聚丙烯網(wǎng)構(gòu)成的流入側(cè)通道材料用來產(chǎn)生一個8英寸的反向滲透薄膜元件，該聚丙烯網(wǎng)具有經(jīng)線直徑為0.7mm、經(jīng)線直徑/緯線直徑之比為1.5∶1、厚度為1.16mm、經(jīng)線節(jié)距為5.5mm、經(jīng)線節(jié)距/緯線節(jié)距之比為1∶1、以及經(jīng)線/緯線交叉角為47°。讓水流過這個元件來測量流速和壓力損失。獲得的結(jié)果如圖2所示。
對比例1和對比例2以與上述例子中相同的方式來制造8英寸的反向滲透薄膜元件，除了所使用的流入側(cè)通道材料的厚度分別為0.71mm(對比例1)和0.85mm(對比例2)，并且是通過改變這個例子所用的流入側(cè)通道材料的經(jīng)線直徑和緯線直徑而得到的。讓水流過這些元件的每個元件來測量流速和壓力損失。獲得的結(jié)果同上述例子中得到的結(jié)果一起示于圖2中。
如圖2所示，上述例子中的元件的壓力損失比在對比例1和對比例2中的元件低。上述例子中的元件的壓力損失大約為對比例2的壓力損失的1/3。當原液的流速為100升/分鐘時，該例子中元件的壓力損失大約為0.004MPa。即使當六個與該例子一樣的元件串連排列時，所產(chǎn)生的壓力損失是該例中壓力損失的6倍，也就是0.024MPa。當這些元件在1MPa進行操作的時候，壓力損失為2.3％。
此外，基于對比例1和2的數(shù)值，該例子中的薄膜元件的脫鹽率(saltrejection)為99.9％。這樣便可以確保減少由紊流引起的濃度極化現(xiàn)象的效果?？梢源_定，當厚度為2.0mm的流入側(cè)通道材料用在8英寸的低壓反向滲透薄膜元件中時，薄膜的面積為18m2，其處于實際可用范圍內(nèi)的。
權(quán)利要求
1.一種螺旋形纏繞的分隔薄膜元件，其包括穿孔的中心管，以及在該中心管周圍成螺旋形纏繞的至少一個包括分隔薄膜的膜片、流入側(cè)通道材料和滲透側(cè)通道材料，該元件中具有流入側(cè)通道和滲透側(cè)通道，其中成螺旋形纏繞的所述膜片的寬度為900-2000mm，長度為500-1500mm，而流入側(cè)通道材料的厚度為1.0-2.0mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種螺旋形纏繞的分隔薄膜元件，采用該薄膜元件，即使該元件是在低壓下進行操作，也可以有效地進行分離操作同時減少流入側(cè)通道的壓力損失，并且該元件具有實際可用的充足的薄膜面積。螺旋形纏繞的分隔薄膜元件包括穿孔的中心管，以及在中心管周圍成螺旋形纏繞的至少一個包括分隔薄膜的膜片、流入側(cè)通道材料和滲透側(cè)通道材料，該元件中具有流入側(cè)通道和滲透側(cè)通道，其中成螺旋形纏繞的膜片的寬度為900－2000mm，長度為500－1500mm，而流入側(cè)通道材料的厚度t為1.0－2.0mm。
文檔編號B01D63/10GK1607028SQ20041007894
公開日2005年4月20日 申請日期2004年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月17日
發(fā)明者地藏真一 申請人:日東電工株式會社