專利名稱：封閉式液膜接觸器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及封閉式液膜接觸器及其制造方法。
背景技術(shù)：
膜接觸器可用于多種用途，包括但不限于，消除液體中夾帶的氣體、液體消泡、液體過濾、以及向液體中添加氣體。已知膜接觸器被用在許多不同的應(yīng)用中，例如，膜接觸器可用于消除印刷油墨中夾帶的氣體。膜接觸器的目前設(shè)計(jì)對(duì)于一些應(yīng)用是有效的，但是對(duì)于能夠被商業(yè)化生產(chǎn)的封閉式液膜并不允許。 穩(wěn)定的液膜長(zhǎng)期以來一直是膜開發(fā)人員所關(guān)注的主題，因?yàn)槠湓诖龠M(jìn)傳遞構(gòu)造中的非常高之選擇性的能力已得到證實(shí)。然而，建立穩(wěn)定的液膜一直是一個(gè)難以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。數(shù)年前提出了封閉式液膜接觸器的概念以規(guī)避穩(wěn)定性的問題，但已經(jīng)證實(shí)的是，制造具有已知和可重復(fù)的封閉式液膜有效厚度的膜裝置過于困難。如果可以長(zhǎng)時(shí)間地保證膜的穩(wěn)定性，則液膜將會(huì)更加有效。 封閉式液膜接觸器可允許在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里穩(wěn)定的封閉式液膜。因此，需要封閉式液膜接觸器及其容許進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)的制造方法。這里提出的裝置概念允許以低生產(chǎn)成本制造穩(wěn)定的封閉式液膜。

發(fā)明內(nèi)容
封閉式液膜接觸器，包括穿孔中心管、第一墊、第二墊、第一管板、第二管板、第三管板、第四管板、殼體、和端蓋，所述第一墊包括每個(gè)都具有均為開放的第一端部和第二端部的多個(gè)第一中空纖維膜，所述第二墊包括每個(gè)都具有均為開放的第一端部和第二端部的多個(gè)第二中空纖維膜。第一中空纖維膜的第一端部超出第二中空纖維膜的第二端部延伸第一距離。第二中空纖維膜的第一端部超出第一中空纖維膜的第二端部延伸第二距離。管板將第一和第二膜墊固定至穿孔中心管。第一中空纖維膜的第一端部在第一管板上是開放的，而第二中空纖維膜的第一端部在第二管板上是開放的。第一中空纖維膜的第二端部在第二與第四管板之間，而第二中空纖維膜的第二端部在第一與第三管板之間。第一中空纖維膜的外表面在第一與第三管板之間是非多孔的，第二中空纖維膜的外表面在第二與第四管板之間是非多孔的。殼體圍繞第一和第二墊，并被封至所有的管板上。殼體具有在第一與第三管板之間與第二中空纖維膜的第二端部連通的第一端口。殼體具有在第二與第四管板之間與第一中空纖維膜的第二端部連通的第二端口。第一端蓋具有與穿孔中心管連通的第三端口和與第一中空纖維膜的第一端部連通的第四端口。第二端蓋具有與穿孔中心管連通的第五端口和與第二中空纖維膜的第一端部連通的第六端口。


為了例示本發(fā)明，在附圖中顯示目前優(yōu)選的一種形式；然而，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明不局限于所示的確切布置及手段。
圖1是本發(fā)明一實(shí)施方案的示意截面圖； 圖2是圖1中被交替纏繞在穿孔中心管周圍的膜墊的透視 圖3是圖1的實(shí)施方案中的巻筒的縱截面圖； 圖4是將分界流體和封裝材料插入端口之步驟的一個(gè)實(shí)施方案的局部截面圖，其中，重力迫使分界流體在封裝材料之下，以形成第三或第四管板。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，圖1中顯示封閉式液膜接觸器10的一個(gè)實(shí)施方案。封閉式液膜接觸器10包括四個(gè)基本組成部分，即巻筒68 (見圖2和3)、殼體46、第一端蓋52和第二端蓋60，如圖1所示。 參考圖2和3，巻筒68可以包括穿孔中心管12、第一膜墊14、第二膜墊24、第三管板42、和第四管板44。第一和第二膜墊14和24可以被纏繞在穿孔中心管12的周圍。第三和第四管板42和44可以將第一和第二膜墊14和24固定至穿孔中心管12。
穿孔中心管12可以由具備足以對(duì)膜墊14和24提供所需支撐的機(jī)械強(qiáng)度的任何材料制成。穿孔中心管12可以由聚合物材料、金屬、或復(fù)合材料制成。穿孔中心管12可以由任何聚烯烴制成，例如由聚乙烯制成。穿孔中心管12可以包括眾多穿孔70。穿孔70可以延伸在穿孔中心管12的任意長(zhǎng)度上，包括但不限于第三與第四管板42和44之間的長(zhǎng)度上(見圖1和3)。穿孔70只在第三與第四管板42和44之間的長(zhǎng)度上延伸可以使第三和第四管板42和44被封在殼體46上，而封裝材料不會(huì)進(jìn)入穿孔中心管12。穿孔中心管12擁有連接其兩端的槽。該兩端上可以包含周向螺旋槽，用于插緊穿孔中心管12。封閉式液膜接觸器10可以在有或沒有插入穿孔中心管12的情況下操作。 第一和第二膜墊14和24是中空纖維膜墊。第一和第二膜墊14和24可以是類似或不同的中空纖維膜墊。第一和第二膜墊14和24的每個(gè)都可適合于不同的分離目標(biāo)，這些目標(biāo)的例子包括但不限于氣體分離、顆粒物過濾、或熱交換。正如下文進(jìn)一步詳細(xì)討論的那樣，第一和第二墊14和24就其構(gòu)造材料、孔隙度范圍、格利(Gurley)數(shù)范圍、孔徑范圍等而言可以不同。只是為了方便的目的，本說明書僅就兩種不同的膜墊對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述；然而，本要求保護(hù)的發(fā)明非局限于此，例如，三種或更多種不同膜墊的其它配置也包括在內(nèi)。
第一膜墊14可以包括多個(gè)第一中空纖維膜16。第一膜墊14可以具有任意的厚度，即單層的第一中空纖維膜16，或者是第一中空纖維膜16彼此疊置的多層。第一膜墊14可以是疏水的或親水的。此外，第一膜墊14可適合于進(jìn)行流體的脫氣；在可供選擇的方案中，第一膜墊14可適合于進(jìn)行流體的微濾或超濾。第一膜墊14還可適合于向流體中添加氣體、液體、或顆粒?？刹捎帽绢I(lǐng)域中熟知的方法構(gòu)造第一膜墊14。 一般來說，在中空纖維墊構(gòu)造中，將中空纖維膜針織或機(jī)織成墊。 第一中空纖維膜16的壁厚范圍可以是約5至約1000iim，孔隙度范圍是約10%至約80%，格利數(shù)范圍是約1至約2000秒/10cc。格利數(shù)指的是在12. 2英寸水的壓力下使10cc空氣通過一平方英寸產(chǎn)品所需的時(shí)間，以秒表示。另外，第一中空纖維膜16可以具有任意的平均孔徑，例如第一中空纖維膜16的平均孔徑范圍可以是約10至約2000納米。第一中空纖維膜16可以是任何材料，例如是聚合物。該聚合物例如可以是任意合成的聚合物、纖維素、或合成改性纖維素。合成的聚合物包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚(異丁烯)、聚(甲基戊烯)、聚砜、聚醚砜、聚酯、聚醚酰亞胺、聚丙烯腈、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚醚醚酮(PEEK)、乙烯-乙烯醇共聚物、氟化聚烯烴、其共聚物、及其共混物。第一中空纖維膜16可以由聚烯烴制成。第一中空纖維膜16可以是適合氣體傳遞的疏水性中空纖維膜；在可供選擇的方案中，第一中空纖維膜16可以是適合顆粒微濾或超濾的親水膜。第一中空纖維膜16可以包括多孔或非多孔的覆蓋層或涂層。第一中空纖維膜16可以是非多孔的，或者它們的外表面可以被封在第一管板38與第三管板42之間。帶
覆蓋層的疏水性中空纖維膜是市售的，例如可以按商標(biāo)OXYPIAJS⑧購自德國(guó)烏帕塔爾
(Wuppertal)的Membrana GmbH。 第二膜墊24可以包括多個(gè)第二中空纖維膜26。第二膜墊24可以具有任意的厚度，即單層的第二中空纖維膜26，或者是第二中空纖維膜26彼此疊置的多層。第二膜墊24可以是疏水的或親水的。此外，第二膜墊24可適合于進(jìn)行微濾或超濾；在可供選擇的方案中，第二膜墊24可適合于進(jìn)行液體的脫氣。第二膜墊24還可適合于向流體中添加氣體、液體、或顆粒?？刹捎帽绢I(lǐng)域中熟知的方法構(gòu)造第二膜墊24。 一般來說，在中空纖維墊構(gòu)造中，將中空纖維膜針織或機(jī)織成墊。 第二中空纖維膜26的壁厚范圍可以是約5至約lOOOym，孔隙度范圍是約10至約80%，格利數(shù)范圍是約1至約2000秒/10cc。另外，第二中空纖維膜26可以具有任意的平均孔徑，例如第二中空纖維膜26的平均孔徑范圍可以是約10至約2000納米。第二中空纖維膜26可以是任何材料，例如是如上文中所述的聚合物。第二中空纖維膜26可以由聚烯烴制成。第二中空纖維膜26可以是適合顆粒微濾或超濾的親水性中空纖維膜；在可供選擇的方案中，第二中空纖維膜26可以是適合氣體傳遞的疏水性中空纖維膜。第二中空纖維膜26可以包括多孔或非多孔的覆蓋層或涂層。第二中空纖維膜26可以是非多孔的，或者它們的外表面可以被封在第二管板40與第四管板44之間。親水性中空纖維膜是市售的，例如可以按商標(biāo)MicroPES⑧和UltraPES⑧購自德國(guó)烏帕塔爾的Membrana GmbH。
—般來說，每個(gè)第一中空纖維膜16可以具有第一管腔18，而每個(gè)第二中空纖維膜26可以具有第二管腔28。 第一中空纖維膜16可以具有均為開放的第一端部20和第二端部22。第二中空纖維膜26可以具有均為開放的第一端部30和第二端部32?？梢詫⒌谝恢锌绽w維膜16的第一端部20設(shè)置在第一管板38的外壁上。第一中空纖維膜16的第一端部20最初可以是封閉的，但后來在第一管板38上被用機(jī)器加工成開放的，從而防止在第一管板38的生產(chǎn)期間封裝材料進(jìn)入第一中空纖維膜16?？梢詫⒌诙锌绽w維膜26的第一端部30設(shè)置在第二管板40的外壁上。第二中空纖維膜26的第一端部30最初可以是封閉的，但后來在第二管板40上被用機(jī)器加工成開放的，從而防止在第二管板40的生產(chǎn)期間封裝材料進(jìn)入第二中空纖維膜26。第二端部22和32最初可以是開放的，因?yàn)樗鼈冊(cè)谏a(chǎn)期間沒有暴露于封裝，就像第一端部20和30 —樣。第一中空纖維膜16的第二端部22可以在第二管板40與第四管板44之間，而第二中空纖維膜26的第二端部32可以在第一管板38與第三管板42之間，如圖l所示。第一中空纖維膜16可以是非多孔的，或者它們的外表面可以被封在第一管板38與第三管板42之間，而第二中空纖維膜26可以是非多孔的，或者它們的外表面可以被封在第二管板40與第四管板44之間，如圖l所示?？梢酝ㄟ^任何方法將膜16和26之外表面封在管板之間，這些方法包括但不限于熔化膜16和26，從而使它們被封住或成為非多孔的。第一膜16在第一和第三管板38與42之間為非多孔的，可以使第一端口 48只 與第二膜26的第二端部32連通。第二膜26在第二和第四管板40與44之間為非多孔的， 可以使第二端口 50只與第一中空纖維膜16的第二端部20連通。 第一和第二膜墊14和24可選自于葉墊、環(huán)墊、帶墊、以及它們的組合。用在本文 中的葉墊是指垂直于葉墊長(zhǎng)度布置的中空纖維膜片。用在本文中的環(huán)墊是指垂直于環(huán)墊長(zhǎng) 度布置的中空纖維膜折疊片。在可供選擇的方案中，環(huán)墊可以是反復(fù)折疊的單縷極長(zhǎng)的纖 維膜。用在本文中的帶墊是指平行于墊長(zhǎng)度布置的中空纖維膜片。 四塊管板38、40、42和44可以包括在封閉式液膜接觸器10中。第一管板38可位 于穿孔中心管12的一端附近，而第二管板40可位于穿孔中心管12另一端的附近(見圖1 和3-4)。第三管板42可位于從第一管板38向內(nèi)，其中第二中空纖維膜26的第二端部32 可以在第一管板38與第三管板42之間。第四管板44可位于從第二管板40向內(nèi)，其中第 一中空纖維膜16的第二端部22可以在第二管板40與第四管板44之間。
四塊管板3S、40、42、和44可以是截面圓筒形的，并具有足夠的厚度，從而對(duì)膜墊 14和24提供支撐并承受操作期間施加其上的壓力。管板3S、40、42、和44可以由任何材料 構(gòu)成，例如，可以是熱塑性或熱固性的封裝材料。示例的熱塑性封裝材料包括但不限于聚乙 烯。示例的熱固性封裝材料包括但不限于環(huán)氧樹脂。 管板3S、40、42、和44的作用是將膜墊14和24保持在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?，并分隔封閉 式液膜接觸器10。第一管板38和第一端蓋52可以從封閉式液膜接觸器10中分隔出用于 第四端口 56以與第一中空纖維膜16的第一端部20連通的第一頂空58。第二管板40和第 二端蓋60可以從封閉式液膜接觸器10中分隔出用于第六端口 64以與第二中空纖維膜26 的第一端部30連通的第二頂空66。第一管板38和第三管板42可以從封閉式液膜接觸器 10中分隔出用于第一端口 48以與第二中空纖維膜26的第二端部32連通的第三頂空76。 第二管板40和第四管板44可以從封閉式液膜接觸器10中分隔出用于第二端口 50以與第 一中空纖維膜16的第二端部22連通的第四頂空78。 第一膜墊14和第二膜墊24可以被纏繞在穿孔中心管12的周圍。第一和第二膜 墊14和24可以按任意的排列方式被纏繞在穿孔中心管12的周圍，包括但不限于交替排列 方式(見圖1和2)?？梢詫⒌谝缓偷诙|14和24纏繞在穿孔中心管12的周圍，其中第 一中空纖維膜16的第一端部20可以超出第二中空纖維膜26的第二端部32而延伸第一距 離34。同樣，可以將第一和第二膜墊纏繞在穿孔中心管12的周圍，其中第二中空纖維膜26 的第一端部30超出第一中空纖維膜16的第二端部22而延伸第二距離36。第一距離34和 第二距離36可以相等，但也不是一定要相等。第一距離34可足夠長(zhǎng)，從而將第二中空纖維 膜26的第一端部30設(shè)置在第一管板38與第三管板42之間。第二距離36可足夠長(zhǎng)，從而 將第一中空纖維膜16的第一端部20設(shè)置在第二管板40與第四管板44之間。
可以用間隔物保持膜墊14和24的纏繞層之間的距離，從而促進(jìn)流體在其整個(gè)表 面上的均勻分布。 可以在封閉式液膜接觸器10內(nèi)部設(shè)置擋板72或多個(gè)擋板72。擋板72可用于將 物流或流動(dòng)重新導(dǎo)向至封閉式液膜接觸器10的不同區(qū)域?？梢詫醢?2設(shè)置在封閉式液
膜接觸器io的中央(見圖i)。 參考圖1，殼體46可以圍住巻筒68。殼體46可以包括兩個(gè)端口 ，第一端口 48和第二端口50。殼體46可以由任何材料制成。例如，殼體46可以由聚乙烯、聚丙烯、聚偏二 氟乙j:希(PVDF)、聚四氟乙j;希(PTFE) 、 ethylene copolymer tetraf luoroethylene (ECTFE， 乙烯共聚物四氟乙烯)、氟化乙烯聚合物(FEP)、聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 (ABS)、纖維增強(qiáng)的塑料(FRP)、金屬、或復(fù)合材料制成。殼體46可以具有任意的長(zhǎng)度、直徑、 或尺寸。殼體46可以在其兩端部上設(shè)有凸緣。例如，殼體46可以在其兩端部上向外設(shè)有 凸緣。 第一端口 48可以包括在殼體46中?？梢詫⒌谝欢丝?48設(shè)置在第一管板38與第 三管板42之間的殼體46的任意位置上。第一端口 48可用于與第二中空纖維膜26的端部 32連通。第一端口48可以經(jīng)由第三頂空76與第二中空纖維膜26的第二端部32連通。第 一端口 48 —般可以是端口 、噴嘴、接頭、或其它開口 。 第二端口 50可以包括在殼體46中?？梢詫⒌诙丝?50設(shè)置在第二管板40與第 四管板44之間的殼體46的任意位置上。第二端口 50可用于與第一中空纖維膜16的第二 端部22連通。第二端口 50可以經(jīng)由第四頂空78與第一中空纖維膜16的第二端部22連 通。第二端口 50—般可以是端口、噴嘴、接頭、或其它開口。 參考圖1，分別顯示了第一和第二端蓋52和60。第一端蓋52可以包括第三端口 54和第四端口56。第三端口54可用于與穿孔中心管12連通。第四端口56可用于與第一 中空纖維膜16的第一端部20連通。第四端口 56可以經(jīng)由第一頂空58與第一中空纖維膜 16的第一端部20連通。第二端蓋60可以包括第五端口 62和第六端口 64。第五端口62 可用于與穿孔中心管12連通。第六端口 64可用于與第二中空纖維膜26的第一端部30連 通。第六端口64可以經(jīng)由第二頂空66與第二中空纖維膜26的第一端部30連通。第三、 第四、第五、和第六端口 54、56、62和64中的每一個(gè)一般都可以是端口、噴嘴、接頭、或其它 開口。 對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，端口的布置可以變化。 在構(gòu)造中，首先提供穿孔中心管12以及第一和第二膜墊14和24。第一膜墊14可 以具有最初封閉的第一端部20和開放的第二端部22。第二膜墊24可以具有最初封閉的第 一端部30和開放的第二端部32?？梢允紫葘⒌谝恢锌绽w維膜16和第二中空纖維膜26制 成非多孔的，或者可以在特定的位置上將它們的外表面密封。第一中空纖維膜16可以在等 于或大于第三頂空76(等于或大于第一和第三管板38與42之間的距離)上是非多孔的。 第二中空纖維膜26可以在等于或大于第四頂空78(等于或大于第二和第四管板40與44 之間的距離)上是非多孔的。可以通過任意的手段將第一和第二中空纖維膜16和26制成 非多孔的，或者封住它們的外表面，這些手段包括但不限于加熱或熔化膜。然后，可以將第 一和第二膜墊14和24交替纏繞在穿孔中心管12的周圍(見圖2)?？梢岳p繞墊14和24， 從而使第一中空纖維膜16的第一端部20超出第二中空纖維膜26的第二端部32延伸第一 距離34，而第二中空纖維膜26的第一端部30超出第一中空纖維膜16的第二端部22延伸 第二距離36(見圖1-3)。接下來，可以通過封裝材料制造第三和第四管板42和44。膜墊 14和24的纏繞與第三和第四管板42和44的封裝步驟可同時(shí)進(jìn)行。然后，可以將這種結(jié) 構(gòu)(巻筒68，見圖3)布置到殼體46內(nèi)。接下來，可以在封閉式液膜接觸器IO的一個(gè)端部 對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)以制造第一管板38，以及將第三管板42封至殼體46或封至第二管板40上， 并且將第四管板44封至殼體46上。應(yīng)該意識(shí)到，可以將制造第一管板38和把第三管板42封至殼體46上的順序與制造第二管板40和把第四管板44封至殼體46上顛倒。然后，可 以這樣制造第一管板38，首先相對(duì)于第三管板42在端部轉(zhuǎn)動(dòng)殼體。接下來，經(jīng)第一端口 48 將封裝材料插入殼體。然后穩(wěn)定殼體，直到封裝材料被固化，由此制成第一管板38。然后， 可以對(duì)第一管板38進(jìn)行機(jī)器加工或切削，由此使第一中空纖維膜16的第一端部20開放。 接下來，可以將分界流體80和封裝材料82插入第一管板38頂部的第一端口 48(見圖4)。 分界流體80的密度可以比封裝材料82的大，這樣重力可以迫使分界流體在封裝材料之下。 分界流體80的添加量可以由具有標(biāo)記74的立管確定(見圖4)。接下來，可以穩(wěn)定封閉式 液膜接觸器10，直到封裝材料被固化，由此將第三管板42封至殼體46上，并造成第三頂空 76。接下來，可以排空或撤除分界流體80。接下來，可以在封閉式液膜接觸器10的另一端 部上相對(duì)于第四管板44對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。然后，可以這樣制造第二管板40，經(jīng)第二端口 50將 封裝材料插入殼體46。然后，穩(wěn)定殼體46，直到封裝材料被固化，由此制成第二管板40。然 后，可以對(duì)第二管板40進(jìn)行機(jī)器加工或切削，由此使第二中空纖維膜26的第一端部30開 放。接下來，可以將分界流體80和封裝材料82插入第二管板40頂部的第二端口50。分界 流體80的密度可以比封裝材料82的大，這樣重力可以迫使分界流體在封裝材料之下。分 界流體80的添加量可以由具有標(biāo)記74的立管確定(見圖4)。接下來，可以再次穩(wěn)定封閉 式液膜接觸器IO，直到封裝材料可以被固化，由此將第四管板44密封或連接至殼體46上， 并造成第四頂空78。接下來，可再次排空或撤除分界材料。最后，可以使第一和第二端蓋 52和60鄰接于它們各自的殼體端部，由此分別在第一和第二管板38和40與端蓋52和60 之間形成第一頂空58和第二頂空66。 封閉式液膜接觸器10的主要應(yīng)用之一是用作封閉式液膜分離模塊。封閉式液膜 分離模塊可以用來處理氣體進(jìn)料或液體進(jìn)料。在后一種情況下，選擇封閉式液膜相，使之不 與兩液相混溶。例如，在氣體分離過程中，通過在殼體側(cè)面使用具有選擇滲透特性的液體 (經(jīng)第三端口 54和第五端口 62)為封閉式液膜，可以通過第二端口 50和第四端口 56，借助 于第一中空纖維膜16從進(jìn)料混合氣體中非常有選擇性地除去一個(gè)氣體物種。另一氣體相 可以是吹掃氣體，或者可以在真空條件下操作，從而通過第一端口 48和第六端口 64借助于 第二中空纖維膜26產(chǎn)生分離驅(qū)動(dòng)力。類似地，使用正確的液體作為封閉式液膜，借助于第 三端口 54和第五端口 62可以高選擇性地除去液體進(jìn)料中的物種。另一液體相可以是吹掃 液體，或者它可以是與所述物種反應(yīng)，從而增大分離驅(qū)動(dòng)力的活性液體。由于蒸發(fā)或萃取到 流動(dòng)相中而造成的任何膜液體的損失被自動(dòng)地補(bǔ)償，因?yàn)榭梢员３謿んw側(cè)面經(jīng)第三端口 54 或第五端口 62或經(jīng)這兩個(gè)端口與略微加壓的膜液體源連接。 可以作為氣體分離裝置、液體分離裝置、膜反應(yīng)器、或滲透蒸發(fā)裝置操作封閉式液 膜接觸器10。示例的應(yīng)用包括空氣的02濃縮、空氣中有毒氣體物種(如H2S、 NH3、 S02和 NOx)的清除、水中有毒有機(jī)物(如苯酚)的清除、從沼氣中清除C02以增加沼氣燃料值、從 金屬鍍液中分離有毒金屬、貴金屬的回收、基于檢測(cè)或測(cè)量的目的從液體或氣體樣品中選 擇性地萃取特定的物種，等等。液膜容納在兩套中空纖維膜16和26的間隙之內(nèi)，該兩套中 空纖維膜可以相似或不同。它們可以被制成不同的形態(tài)或尺寸，或者由不同的材料制成，以 及具有不同的性質(zhì)和功能。因此，封閉式液膜接觸器10的各種應(yīng)用潛力非常高。
注意到下列情況是非常重要的，如果殼體側(cè)面(經(jīng)第三端口 54和第五端口 62)的
相也是流動(dòng)相，則可以將封閉式液膜接觸器io用于作為封閉式液膜接觸器以外的應(yīng)用中。
10也可以將它用作雙功能裝置，例如結(jié)合過濾和其它分離過程，或者用于傳質(zhì)和傳熱的結(jié)合。 此外，可以采用兩種不同尺寸或類型的纖維，可容許任意數(shù)量的組合應(yīng)用。
而另一項(xiàng)應(yīng)用是將封閉式液膜接觸器10用于兩種氣流之間的水分轉(zhuǎn)移。例如，如 果經(jīng)第二端口 50和第四端口 56，在第一中空纖維膜16中具有相對(duì)高露點(diǎn)的空氣流，經(jīng)第一 端口 48和第六端口 64，在第二中空纖維膜26中具有低露點(diǎn)的另一種空氣流，則可以經(jīng)第三 端口 54和第五端口 62在殼體側(cè)面供給溫度在這兩個(gè)露點(diǎn)之間的水源作為封閉式液膜。
可以在不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和基本屬性的情況下按其它方案實(shí)施本發(fā)明，因此， 應(yīng)當(dāng)參照所附的權(quán)利要求而非前述的說明書確定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
一種封閉式液膜接觸器，包括穿孔中心管；第一膜墊，其包括多個(gè)具有第一管腔的第一中空纖維膜，所述第一中空纖維膜具有均為開放的第一端部和第二端部；第二膜墊，其包括多個(gè)具有第二管腔的第二中空纖維膜，每個(gè)所述第二中空纖維膜具有均為開放的第一端部和第二端部；所述第一墊和所述第二墊被交替地纏繞在所述中心管的周圍，其中，所述第一中空纖維膜的所述第一端部超出所述第二中空纖維膜的所述第二端部延伸第一距離，且所述第二中空纖維膜的所述第一端部超出所述第一中空纖維膜的所述第二端部延伸第二距離；第一管板和第二管板，其將所述第一和第二膜墊固定至所述穿孔中心管，所述第一中空纖維膜的所述第一端部在所述第一管板處是開放的，而所述第二中空纖維膜的所述第一端部在所述第二管板處是開放的；第三管板和第四管板，其將所述第一和第二膜墊固定至所述穿孔中心管，所述第二中空纖維膜的所述第二端部在所述第一與第三管板之間，而所述第一中空纖維膜的所述第二端部在所述第二與第四管板之間；所述第一中空纖維膜在所述第一與第三管板之間是非多孔的，且所述第二中空纖維膜在所述第二與第四管板之間是非多孔的；殼體，其圍繞所述第一和第二墊并被封至所有的所述管板上；所述殼體具有在所述第一與第四管板之間與所述第二中空纖維膜的所述第二端部連通的第一端口；所述殼體具有在所述第二與第三管板之間與所述第一中空纖維膜的所述第二端部連通的第二端口；第一端蓋，其具有與所述穿孔中心管連通的第三端口和與所述第一中空纖維膜的所述第一端部連通的第四端口；和第二端蓋，其具有與所述穿孔中心管連通的第五端口和與所述第二中空纖維膜的所述第一端部連通的第六端口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉式液膜接觸器，其中，所述穿孔中心管在所述第三與第四管板之間具有多個(gè)穿孔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉式液膜接觸器，還包括擋板。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉式液膜接觸器，其中，所述第一管板和所述第一端蓋限定出第一頂空。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的封閉式液膜接觸器，其中，所述第一頂空適合于使所述第四端口與所述第一中空纖維膜的所述第一端部連通。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉式液膜接觸器，其中，所述第二管板和所述第二端蓋限定出第二頂空。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的封閉式液膜接觸器，其中，所述第二頂空適合于使所述第六端口與所述第二中空纖維膜的所述第一端部連通。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉式液膜接觸器，其中，所述第一管板和所述第三管板限定出第三頂空。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的封閉式液膜接觸器，其中，所述第三頂空適合于使所述第一端口與所述第一中空纖維膜的所述第二端部連通。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉式液膜接觸器，其中，所述第二管板和所述第四管板限定出第四頂空。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的封閉式液膜接觸器，其中，所述第四頂空適合于使所述第二端口與所述第二中空纖維膜的所述第二端部連通。
12. —種封閉式液膜接觸器的制造方法，其包括以下步驟提供穿孔中心管；提供第一膜墊，所述第一膜墊包括多個(gè)具有第一管腔的第一中空纖維膜，所述第一中空纖維膜具有第一端部和第二端部，其中，所述第一端部是封閉的，且所述第二端部是開放的；使所述第一中空纖維膜至少在第一管板與第三管板之間的距離上是非多孔的；提供第二膜墊，所述第二膜墊包括多個(gè)具有第二管腔的第二中空纖維膜，所述第二中空纖維膜具有第一端部和第二端部，其中，所述第一端部是封閉的，而所述第二端部是開放的；使所述第二中空纖維膜至少在第二管板與第四管板之間的距離上是非多孔的；以交替層的形式將所述第一膜墊和所述第二膜墊纏繞在所述中心管的周圍，其中，所述第一中空纖維膜的所述第一端部超出所述第二中空纖維膜的所述第二端部延伸第一距離，且所述第二中空纖維膜的所述第一端部超出所述第一中空纖維膜的所述第二端部延伸第二距離；使所述第一膜墊和所述第二膜墊封裝至所述中心管，由此形成所述第三管板和所述第四管板；由此形成巻筒；提供具有第一端口和第二端口的殼體；將所述巻筒布置在所述殼體之內(nèi)；在第一端部相對(duì)于所述第三管板轉(zhuǎn)動(dòng)殼體；將封裝材料插入所述第一端口 ，其中，重力迫使所述封裝材料到達(dá)所述殼體的端部；穩(wěn)定所述殼體，直到所述封裝材料被固化，由此在所述殼體的端部形成第一管板；在所述第一管板處開放所述第一中空纖維膜的所述第一端部；將分界流體和封裝材料插入所述第一管板頂部的所述第一端口 ，其中，重力迫使所述分界流體在所述封裝材料之下；穩(wěn)定所述殼體，直到所述封裝材料被固化，由此將所述第三管板封至所述殼體上；排空所述分界材料；在第二端部相對(duì)于所述第四管板轉(zhuǎn)動(dòng)殼體；將封裝材料插入所述第二端口 ，其中，重力迫使所述封裝材料到達(dá)所述殼體的端部；穩(wěn)定所述殼體，直到所述封裝材料被固化，由此在所述殼體的端部形成第二管板；在所述第二管板處開放所述第二中空纖維膜的所述第一端部；將分界流體和封裝材料插入所述第二管板頂部的所述第二端口 ，其中，重力迫使所述分界流體在所述封裝材料之下；穩(wěn)定所述殼體，直到所述封裝材料被固化，由此將所述第四管板封至所述殼體上；排空所述分界材料；提供第一和第二端蓋；以及將所述端蓋固定至所述殼體上。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的封閉式液膜接觸器制造方法，其中，使所述第一和第二膜墊的部分為非多孔的所述步驟包括熔化所述膜墊的外表面。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的封閉式液膜接觸器制造方法，其中，開放所述第一和第二中空纖維膜的所述第一端部的所述步驟包括對(duì)所述端部進(jìn)行機(jī)器加工。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的封閉式液膜接觸器制造方法，其中，將分界流體和封裝材料插入所述第一管板頂部的所述第一端口的所述步驟包括插入第一數(shù)量的分界流體，其中，所述第二中空纖維膜的所述第二端部在所述第一與第三管板之間，且所述第一中空纖維膜的所述非多孔距離在所述第一與第三管板之間延伸。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的封閉式液膜接觸器制造方法，其中，所述分界流體的第一數(shù)量由具有標(biāo)記的立管確定。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的封閉式液膜接觸器制造方法，其中，將分界流體和封裝材料插入所述第二管板頂部的所述第二端口的所述步驟包括插入第二數(shù)量的分界流體，其中，所述第一中空纖維膜的所述第二端部在所述第二與第四管板之間，且所述第二中空纖維膜的所述非多孔距離至少在所述第二與第四管板之間延伸。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的封閉式液膜接觸器制造方法，其中，所述分界流體的第二數(shù)量由具有標(biāo)記的立管確定。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的封閉式液膜接觸器制造方法，其中，所述第一和第三管板限定出適合于使所述第一端口與所述第二中空纖維膜的所述第二端部連通的第三頂空。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的封閉式液膜接觸器制造方法，其中，所述第二和第四管板限定出適合于使所述第二端口與所述第一中空纖維膜的所述第二端部連通的第四頂空。
全文摘要
封閉式液膜接觸器，包括穿孔中心管、都具有均開放的第一和第二端部的第一和第二膜墊、將膜墊固定至中心管的四塊管板、封至管板上的殼體、和兩個(gè)端蓋。第一墊的第一端部超出第二墊的第二端部延伸第一距離。第一墊的第一端部在第一管板處開放，而第二墊的第一端部在第二管板處開放。第一墊的第二端部在第二與第四管板之間，且第二墊的第二端部在第一與第三管板之間。殼體具有在第一與第三管板之間與第二墊的第二端部連通的第一端口和在第二與第四管板之間與第一墊的第二端部連通的第二端口。第一端蓋具有與中心管連通的第三端口和與第一墊的第一端部連通的第四端口。第二端蓋具有與中心管連通的第五端口和與第二墊的第一端部連通的第六端口。
文檔編號(hào)B01D69/08GK101780375SQ200910131400
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2009年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月30日
發(fā)明者加雷思·彼得·泰勒, 托尼·R·維多, 萊納斯·I·霍爾斯坦, 蒂莫西·D·坡賴斯, 阿米塔瓦·森古普塔 申請(qǐng)人:賽爾格有限責(zé)任公司