專利名稱：一種氣升式膜過濾成套裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣升式膜過濾成套裝置，該裝置集膜過濾系統(tǒng)、供料系統(tǒng)、供氣系 統(tǒng)、尾氣溶劑回收系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)于一體，特別適用于高壓(0. 3 2. 5MPa)下生化制 劑提取液的連續(xù)化過濾濃縮。
背景技術(shù)：
在生化制藥技術(shù)中，現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)處于中心地位，絕大多數(shù)生化制劑的生產(chǎn)通過 發(fā)酵工程來實現(xiàn)，適用工業(yè)體系發(fā)酵的產(chǎn)品有抗生素、氨基酸、酶制劑、留體激素、單細(xì)胞蛋 白等。通過發(fā)酵獲得的發(fā)酵液需經(jīng)過濾、離子交換、吸附、洗脫、萃取、蒸餾等一系列后續(xù)處 理工序才最終得到產(chǎn)品，往往存在工藝過程復(fù)雜、操作時間長、原料消耗大、產(chǎn)品收率低等 問題，且產(chǎn)品在漫長的提取過程中可能會發(fā)生變性失活。在萃取-蒸餾過程中，溶媒采用蒸 餾法回收，耗能大，是生產(chǎn)工藝中的主要耗能段，大量溶媒的使用同時還產(chǎn)生了溶媒損失量 大、水洗過程產(chǎn)生大量有機(jī)廢水、后續(xù)工藝負(fù)荷加重等問題。膜分離技術(shù)作為一種新型高效的分離技術(shù)，具有設(shè)備簡單、常溫操作、無相變及化 學(xué)變化、選擇性高及能耗低等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于熱敏性生化產(chǎn)品的分離純化，被廣泛應(yīng)用到 化工、食品、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域。采用膜分離技術(shù)濃縮生化制劑提取液可以克服上述傳統(tǒng)工 藝的諸多缺點(diǎn)，在近年來受到廣泛關(guān)注。在膜分離領(lǐng)域中，以泵提供動力帶動料液循環(huán)的錯流膜濃縮技術(shù)已經(jīng)比較成熟， 被廣泛應(yīng)用到乳制品、果蔬汁等產(chǎn)品的濃縮中。但是錯流膜濃縮裝置在進(jìn)行過濾時，濃縮 介質(zhì)容易在膜面積累、堵塞膜孔，嚴(yán)重影響膜滲透通量，需要提高料液膜面流速來減輕膜污 染，流速一般達(dá)到2 lOm/s，所消耗的能量較高；同時葉輪產(chǎn)生的剪切力也比較大，這使得 生化制劑的效價活性容易遭到破壞，甚至導(dǎo)致失活；同時泵也為膜過濾系統(tǒng)提供過膜滲透 壓，對超濾或納濾膜系統(tǒng)而言，往往需要很高的壓力，這就需要多級離心泵和單級泵組合， 設(shè)備投資和設(shè)備能耗均較高。將曝氣引入到膜過濾過程中，可以增大膜面剪切力，減輕膜污染，提高膜通量。 ZL01108189. 9提出的一種陶瓷膜管生物反應(yīng)分離系統(tǒng)通過反沖曝氣及氣升曝氣有效解決 膜污染問題，但該系統(tǒng)為敞口式，采用負(fù)壓抽吸提供跨膜壓力，跨膜壓力小于0. IMPa，而生 化制劑的分子量較小，介于200 70000Da，需要超濾或納濾膜系統(tǒng)，這就需要較高的跨膜 壓力，因此該系統(tǒng)不適用于生化制劑提取液的過濾濃縮。ZL200610040552. 0提出的一種氣 升式膜過濾裝置同樣為敞口式，采用負(fù)壓抽吸提供跨膜壓力，跨膜壓力小于0. IMPa。氣升式膜反應(yīng)器是將氣升式反應(yīng)器同膜分離集成于一體的新型膜反應(yīng)器，由反應(yīng) 器釜體、升液管、降液管、膜元件等部件組成，依靠升液管與降液管不同氣含率產(chǎn)生的流體 密度差使反應(yīng)器內(nèi)流體循環(huán)流動，屬于氣力攪拌型反應(yīng)器，按照結(jié)構(gòu)的不同可以分為外環(huán) 流氣升式膜反應(yīng)器與內(nèi)置式氣升式膜反應(yīng)器，外環(huán)流氣升式膜反應(yīng)器由于具有較高的循環(huán) 速率和更好的傳質(zhì)效果，在近幾年受到廣泛的研究。ZL200510094204. 7首次報道了具有 一體化結(jié)構(gòu)的外環(huán)流氣升式膜反應(yīng)器，該反應(yīng)器可實現(xiàn)涉及氣液固三相反應(yīng)的連續(xù)曝氣和連續(xù)分離，具有較高的混合效率和傳質(zhì)效率，強(qiáng)化了反應(yīng)過程，并能有效的降低膜污染。 ZL200910026442. 2在上述外環(huán)流氣升式膜反應(yīng)器的基礎(chǔ)上，加入氣體分布器取代氣升回流 管用于分布回流氣體，經(jīng)循環(huán)結(jié)束后的壓縮氣體又起到了氣提的作用，使得易揮發(fā)產(chǎn)物的 去除由膜分離與氣提共同控制，增強(qiáng)了反應(yīng)器的傳質(zhì)效果。盡管這些針對生化反應(yīng)設(shè)計的 反應(yīng)器具有分離功能，但通常在較低的壓力下操作或采用負(fù)壓抽吸的方式實現(xiàn)，因而并沒 有考慮高壓尾氣的能量再利用、液體的夾帶和溶劑回收等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決錯流膜濃縮裝置中存在的上述問題，將氣升式膜反應(yīng) 器引入到生化制劑提取液的過濾濃縮中，并提出一種改進(jìn)的氣升式膜過濾成套裝置，將供 料系統(tǒng)、尾氣溶劑回收系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)耦合到氣升式膜反應(yīng)器中，有效回收氣提溶劑， 進(jìn)一步降低濃縮過程的能耗，實現(xiàn)裝置的連續(xù)化運(yùn)行。本發(fā)明的主要技術(shù)方案如下一種氣升式膜過濾成套裝置，由膜過濾系統(tǒng)、供料泵 A-1、供氣系統(tǒng)、尾氣溶劑回收系統(tǒng)和能量回收器E-1組成；其中膜過濾系統(tǒng)由釜體2、循環(huán) 管9、膜組件10組成；供氣系統(tǒng)由壓縮氣源C-1和氣體流量計C-2組成；尾氣溶劑回收系統(tǒng) 由尾氣冷凝器D-1、氣液分離罐D(zhuǎn)-2、吸附柱D-3和干燥器D-4組成；其特征在于釜體2分為 兩部分，上部筒體為循環(huán)區(qū)，下部椎體為沉降區(qū)；循環(huán)管9裝在釜體2側(cè)臂位置，同釜體連 通；釜體2上端開有進(jìn)料口 6、排氣口 7，下端開有卸料口 1，進(jìn)料口 6通過閥門V-2同供料 泵A-1相連，排氣口 7通過閥門V-3依次同尾氣冷凝器D-1、氣液分離罐D(zhuǎn)-2、吸附柱D-3、干 燥器D-4、能量回收器E-1相連；循環(huán)管9下端裝有曝氣頭14，曝氣頭14通過閥門V-4依次 同氣體流量計C-2、壓縮氣源C-1相連；膜元件12裝填于膜組件10中，膜組件10封裝在循 環(huán)管9中，設(shè)有濾液出口 11和反沖壓縮氣源進(jìn)口 13。所述的釜體循環(huán)區(qū)高徑比為2 20，釜體沉降區(qū)沉降坡度與水平面夾角為30 60°。循環(huán)管入流口開在釜體循環(huán)區(qū)最下邊，循環(huán)管高度為釜體循環(huán)區(qū)高度的1/5 4/5， 循環(huán)管內(nèi)徑為釜體循環(huán)區(qū)內(nèi)徑的1/5 1。優(yōu)選所述的供料泵A-1為柱塞泵、隔膜泵或氣動液體增壓泵；所述的能量回收器 E-1為尾氣透平、氣動馬達(dá)或氣動泵。所述的膜元件是孔徑為0. 9 50nm的單管或多通道陶瓷膜；其材質(zhì)至少為Ti02、 &02、5102或六1203中的一種。所述的釜體帶有水浴夾套3，便于控制料液溫度，釜體開有視窗4，及時觀察釜內(nèi) 情況，并且安裝有液位控制器5。本發(fā)明還提供了利用上述裝置過濾濃縮生化制劑提取液的方法，其具體步驟為 首先將原料液A從進(jìn)料口 6加入到釜體2中；隨后將壓縮氣體C經(jīng)曝氣頭14通入循環(huán)管 9，依靠釜體2與循環(huán)管9不同氣含率產(chǎn)生的流體密度差使釜體內(nèi)流體循環(huán)流動，調(diào)節(jié)閥門 V-3、V-4控制跨膜壓力和膜面氣速，關(guān)閉閥門V-6，打開閥門V-5，在壓力驅(qū)動下，滲透液F 從濾液出口 11流出，濃縮介質(zhì)被陶瓷膜截留，實現(xiàn)正壓過濾濃縮，過濾濃縮時，通過供料泵 A-1向釜體補(bǔ)加料液；循環(huán)結(jié)束后的氣提高壓尾氣D流經(jīng)尾氣冷凝器D-1、氣液分離罐D(zhuǎn)-2、 吸附柱D-3、干燥器D-4，回收氣提溶劑，干燥后的凈化高壓尾氣E經(jīng)能量回收器E-1將尾氣 壓力能轉(zhuǎn)換成電能或機(jī)械能；待濃縮完成，由卸料口 1引出濃縮液B。
在過濾濃縮過程中，關(guān)閉閥門V-5，打開閥門V-6，從反沖壓縮氣源進(jìn)口 13間歇將 反沖壓縮氣體G壓過陶瓷膜實現(xiàn)反沖清洗，有助膜通量恢復(fù)。本發(fā)明控制跨膜壓力為0. 3 2. 5MPa ；控制膜面氣速為0. 05 lm/s。本發(fā)明所述的方法其特征在于供料泵的最高排壓為0. 5 5. OMPa，通過液位控制 器控制供料泵的開關(guān)。有益效果1、本裝置釜體下部設(shè)有沉降區(qū)，使得料液中的懸浮顆粒及固體雜質(zhì)易脫離循環(huán)區(qū) 沉降下來，減輕膜污染，提高膜通量，從而提高裝置的濃縮效率。2、本裝置排氣口依次同尾氣冷凝器、氣液分離罐、吸附柱、干燥器、能量回收器相 連，尾氣冷凝器、氣液分離罐能夠?qū)馓崛軇├淠厥眨街M(jìn)一步脫除尾氣中的溶劑， 即節(jié)約了成本，又避免了溶劑對大氣的污染；干燥的凈化高壓尾氣經(jīng)能量回收器將尾氣壓 力能轉(zhuǎn)換成電能或機(jī)械能，其中尾氣透平回收功率可達(dá)壓縮氣源耗功30% 65%，大大節(jié) 約了能耗成本，對裝置進(jìn)一步工業(yè)化起到巨大的推動作用。3、本裝置進(jìn)料口同供料泵相連，過濾濃縮進(jìn)行時，可通過供料泵向釜體補(bǔ)加料液， 待濃縮完成，通過卸料口弓I出濃縮液，實現(xiàn)裝置的連續(xù)化運(yùn)行。4、壓縮氣體經(jīng)曝氣頭通入循環(huán)管，同料液接觸形成氣液兩相流，增加了膜面剪切 力，使得濃縮介質(zhì)不容易在膜面發(fā)生累積，有效減輕了膜污染，提高了膜通量，可在較低的 膜面流速下獲得較高的膜通量；循環(huán)結(jié)束后的壓縮氣體經(jīng)氣體分布器進(jìn)入釜體起到了氣提 的作用，使得濃縮過程最終由膜分離與氣提共同控制，高效利用了壓縮氣體，提高了裝置的 濃縮效率。5、本裝置依靠釜體與循環(huán)管不同氣含率產(chǎn)生的流體密度差使釜體內(nèi)流體循環(huán)流 動，屬于氣力攪拌型裝置，產(chǎn)生的條件較溫和，能夠較好的保護(hù)濃縮介質(zhì)的活性，適用于熱 敏性生化制劑的過濾濃縮；另外，通過調(diào)節(jié)釜體進(jìn)出口氣量，可實現(xiàn)在高壓下的正壓過濾濃 縮，跨膜壓力可達(dá)2. 5MPa，適用于小孔徑(0. 9 50nm)超濾和納濾膜系統(tǒng)；再次，本裝置依 靠壓縮氣體帶動料液循環(huán)并提供跨膜壓力，無需設(shè)動力泵，大大降低了設(shè)備投資和設(shè)備能 耗。總體而言，本裝置在高壓下生化制劑提取液過濾濃縮中體現(xiàn)出較大的優(yōu)勢。6、膜元件采用具有耐高溫、耐酸堿、耐有機(jī)溶劑等優(yōu)良性質(zhì)的陶瓷膜，使得該裝置 既可用于水溶液體系的過濾濃縮，也可用于甲醇、乙醇、丁醇、正己烷、石油醚、乙酸乙酯等 有機(jī)溶媒體系的過濾濃縮，應(yīng)用范圍非常廣泛。


圖1是一種氣升式膜過濾成套裝置示意圖；其中A為原料液，B為濃縮液，C為壓縮氣體，D為氣提高壓尾氣，E為凈化高壓尾 氣，F(xiàn)為滲透液，G為反沖壓縮氣體；1為卸料口，2為釜體，3為水浴夾套，4為視窗，5為液位 控制器，6為進(jìn)料口，7為排氣口，8為氣體分布器，9為循環(huán)管，10為膜組件，11為濾液出口， 12為膜元件，13為反沖壓縮氣體進(jìn)口，14為曝氣頭；A-1為供料泵，C-1為壓縮氣源，C-2為 氣體流量計，D-1為尾氣冷凝器，D-2為氣液分離罐，D-3為吸附柱，D-4為干燥器，E-1為能 量回收器，V-l、V_2、V-3、V-4、V-5、V-6 為閥門。
具體實施例方式實施例1下面結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明的實施方式。本發(fā)明所提供的氣升式膜過濾成套裝置由膜過濾系統(tǒng)(釜體2、循環(huán)管9、膜組件 10)、供料系統(tǒng)(供料泵A-1)、供氣系統(tǒng)(壓縮氣源C-1、氣體流量計C-2)、尾氣溶劑回收系 統(tǒng)(尾氣冷凝器D-1、氣液分離罐D(zhuǎn)-2、吸附柱D-3、干燥器D-4)和能量回收系統(tǒng)(能量回收 器E-1)組成，如圖1所示。釜體2分為兩部分，上部筒體為循環(huán)區(qū)，下部椎體為沉降區(qū)；循 環(huán)管9裝在釜體2側(cè)臂位置，同釜體連通；釜體2上端開有進(jìn)料口 6、排氣口 7，下端開有卸 料口 1，進(jìn)料口 6通過閥門V-2同供料泵A-1相連，排氣口 7通過閥門V-3依次同尾氣冷凝 器D-1、氣液分離罐D(zhuǎn)-2、吸附柱D-3、干燥器D-4、能量回收器E_1相連；循環(huán)管9下端裝有 曝氣頭14，曝氣頭14通過閥門V-4依次同氣體流量計C-2、壓縮氣源C-1相連；膜元件12 裝填于膜組件10中，膜組件10封裝在循環(huán)管9中。本發(fā)明所提供的氣升式膜過濾成套裝置所采用的膜元件是孔徑為0. 9 50nm Ti02、Zr02, Si02、A1203及其復(fù)合物的單管或多通道陶瓷膜；供料泵為柱塞泵、隔膜泵或氣動 液體增壓泵；能量回收器為尾氣透平、氣動馬達(dá)或氣動泵。本發(fā)明所提供的氣升式膜過濾成套裝置的操作方式如下首先將原料液A從進(jìn)料 口 6加入到釜體2中，隨后將壓縮氣體C經(jīng)氣體流量計C-2測量經(jīng)曝氣頭14通入循環(huán)管9， 壓縮氣體由壓縮氣源C-1提供，依靠釜體2與循環(huán)管9不同氣含率產(chǎn)生的流體密度差使釜 體內(nèi)流體循環(huán)流動。調(diào)節(jié)閥門V-3、V-4來控制跨膜壓力和膜面氣速，關(guān)閉閥門V-6，打開閥 門V-5，在壓力驅(qū)動下，滲透液F從濾液出口 11流出，濃縮介質(zhì)被陶瓷膜截留，實現(xiàn)正壓過濾 濃縮，過濾濃縮時，通過供料泵A-1向釜體補(bǔ)加料液，通過液位控制器5來控制供料泵的開 關(guān)，維持液位平衡。循環(huán)結(jié)束后的壓縮氣體經(jīng)氣體分布器8同釜體上部料液接觸，起到了氣 提的作用，氣提高壓尾氣D流經(jīng)尾氣冷凝器D-1、氣液分離罐D(zhuǎn)-2，冷凝回收氣提溶劑，吸附 柱D-3用來進(jìn)一步脫除尾氣溶劑，再經(jīng)干燥器D-4的凈化壓縮氣體E流經(jīng)能量回收器E-1 將尾氣壓力能轉(zhuǎn)換成電能或機(jī)械能。在過濾濃縮過程中，關(guān)閉閥門V-5，打開閥門V-6，從反 沖壓縮氣源進(jìn)口 13間歇將反沖壓縮氣體G壓過陶瓷膜實現(xiàn)反沖清洗，有助膜通量恢復(fù)。待 濃縮完成，通過卸料口 1引出濃縮液B，實現(xiàn)裝置連續(xù)化運(yùn)行。實施例2本例氣升式膜過濾成套裝置釜體循環(huán)區(qū)高徑比為5，釜體沉降區(qū)沉降坡度與水 平面夾角為60°，循環(huán)管高度為釜體循環(huán)區(qū)高度的2/5，循環(huán)管內(nèi)徑為釜體循環(huán)區(qū)內(nèi)徑的 1/2。以牛血清蛋白(分子量67000Da)溶液作為過濾濃縮體系，選用孔徑為50nm的19通 道&02陶瓷膜作為膜元件。首先調(diào)節(jié)牛血清蛋白溶液pH為4. 7，將濃度為2g/L的牛血清蛋 白溶液加入到氣升式膜過濾成套裝置中，隨后通入壓縮氣體，調(diào)節(jié)跨膜壓力為0. 3MPa、膜面 氣速0. 15m/s，進(jìn)行正壓過濾濃縮，牛血清蛋白截留率為80% 90%，膜穩(wěn)定通量達(dá)到88 140L/(m2h)。經(jīng)干燥器凈化的高壓尾氣作為氣動液體增壓泵的推動力，氣動液體增壓泵作 為供料泵實現(xiàn)補(bǔ)料，通過液位控制器來控制氣動液體增壓泵的開關(guān)，維持液位平衡。氣動液 體增壓泵合理利用了高壓尾氣壓力能，實現(xiàn)了能量回收，又作為供料泵進(jìn)行補(bǔ)料。連續(xù)濃縮 24h，即可獲得濃縮8倍的牛血清蛋白溶液。實施例3
本例氣升式膜過濾成套裝置釜體循環(huán)區(qū)高徑比為8，釜體沉降區(qū)沉降坡度與水 平面夾角為60°，循環(huán)管高度為釜體循環(huán)區(qū)高度的3/5，循環(huán)管內(nèi)徑為釜體循環(huán)區(qū)內(nèi)徑的 1/3。以雞卵清蛋白(分子量43000Da)溶液作為過濾濃縮體系，選用孔徑為lO.Onm的A1203 陶瓷膜單管作為膜元件。首先調(diào)節(jié)卵清蛋白溶液PH為10. 0，將濃度為300mg/L的卵清蛋 白溶液加入到氣升式膜過濾成套裝置中，隨后通入壓縮氣體，調(diào)節(jié)跨膜壓力為0. 8MPa、膜面 氣速0. 3m/s，進(jìn)行正壓過濾濃縮，卵清蛋白截留率為90% 96%，膜穩(wěn)定通量達(dá)到98 132L/(m2h)。經(jīng)干燥器凈化的高壓尾氣作為氣動氣體增壓泵的推動力，氣動氣體增壓泵可 作為壓縮氣源，實現(xiàn)了壓縮氣體的循環(huán)利用，從而降低了裝置能耗。過濾濃縮進(jìn)行時，選擇 最高排壓為1. OMPa隔膜式計量泵向釜體補(bǔ)加料液，通過液位控制器來控制隔膜式計量泵 的開關(guān)，維持液位平衡。連續(xù)濃縮24h，即可獲得濃縮4倍的卵清蛋白溶液。實施例4本例氣升式膜過濾成套裝置釜體循環(huán)區(qū)高徑比為8，釜體沉降區(qū)沉降坡度與水 平面夾角為45°，循環(huán)管高度為釜體循環(huán)區(qū)高度的3/5，循環(huán)管內(nèi)徑為釜體循環(huán)區(qū)內(nèi)徑的 1/3。以桿菌肽(分子量1422Da) 丁醇萃取液作為過濾濃縮體系，選用孔徑為2. 3nm的鈦-鋯 陶瓷復(fù)合膜單管作為膜元件。首先預(yù)熱桿菌肽丁醇萃取液溫度為50°C，將濃度為lOOmg/ L的桿菌肽丁醇萃取液加入到氣升式膜過濾成套裝置中，隨后通入壓縮氣體，調(diào)節(jié)跨膜壓力 為1. 5MPa、膜面氣速0. 6m/s，進(jìn)行正壓過濾濃縮，桿菌肽截留率為89 % 93 %，膜穩(wěn)定通量 達(dá)到96 154L/(m2h)。尾氣冷凝器、氣液分離罐能夠?qū)馓岫〈祭淠厥?，吸附柱進(jìn)一步脫 除尾氣中的丁醇，尾氣中丁醇的回收率達(dá)99%以上。經(jīng)干燥器凈化的高壓尾氣流入能量回 收器將尾氣壓力能轉(zhuǎn)換成電能或機(jī)械能，其中氣動馬達(dá)回收功率可達(dá)壓縮氣源耗功30% 50%。過濾濃縮進(jìn)行時，選擇最高排壓為2. OMPa柱塞式計量泵向釜體補(bǔ)加料液，通過液位 控制器來控制柱塞式計量泵的開關(guān)，維持液位平衡。連續(xù)濃縮36h，即可獲得濃縮10倍的桿 菌肽丁醇萃取液。實施例5本例氣升式膜過濾成套裝置釜體循環(huán)區(qū)高徑比為3，釜體沉降區(qū)沉降坡度與水 平面夾角為30°，循環(huán)管高度為釜體循環(huán)區(qū)高度的4/5，循環(huán)管內(nèi)徑為釜體循環(huán)區(qū)內(nèi)徑的 1/5。以羊毛脂萃取液(60 90°C沸程石油醚為溶劑)作為過濾濃縮體系，選用孔徑為 0. 9nm的19通道Ti02陶瓷膜作為膜元件。首先預(yù)熱羊毛脂萃取液溫度為50°C，將濃度為 lg/L的羊毛脂萃取液加入到氣升式膜過濾成套裝置中，隨后通入壓縮氣體，調(diào)節(jié)跨膜壓力 為2. 5MPa、膜面氣速0. 45m/s，進(jìn)行正壓過濾濃縮，羊毛脂截留率為96% 99%，膜穩(wěn)定通 量達(dá)到46 105L/(m2h)。尾氣冷凝器、氣液分離罐能夠?qū)馓崾兔牙淠厥眨街M(jìn) 一步脫除尾氣中的石油醚，尾氣中石油醚的回收率達(dá)98%以上。經(jīng)干燥器凈化的高壓尾氣 流入能量回收器將尾氣壓力能轉(zhuǎn)換成電能或機(jī)械能，其中尾氣透平回收功率可達(dá)壓縮氣源 耗功30% 65%。過濾濃縮進(jìn)行時，選擇最高排壓為5. OMPa柱塞式計量泵向釜體補(bǔ)加料 液，通過液位控制器來控制柱塞式計量泵的開關(guān)，維持液位平衡。連續(xù)濃縮30h，即可獲得濃 縮20倍的羊毛脂萃取液。
權(quán)利要求
一種氣升式膜過濾成套裝置，由膜過濾系統(tǒng)、供料泵A 1、供氣系統(tǒng)、尾氣溶劑回收系統(tǒng)和能量回收器E 1組成；其中膜過濾系統(tǒng)由釜體(2)、循環(huán)管(9)、膜組件(10)組成；供氣系統(tǒng)由壓縮氣源C 1和氣體流量計C 2組成；尾氣溶劑回收系統(tǒng)由尾氣冷凝器D 1、氣液分離罐D(zhuǎn) 2、吸附柱D 3和干燥器D 4組成；其特征在于釜體(2)分為兩部分，上部筒體為循環(huán)區(qū)，下部椎體為沉降區(qū)；循環(huán)管(9)裝在釜體(2)側(cè)臂位置，同釜體連通；釜體(2)上端開有進(jìn)料口(6)、排氣口(7)，下端開有卸料口(1)，進(jìn)料口(6)通過閥門V 2同供料泵A 1相連，排氣口(7)通過閥門V 3依次同尾氣冷凝器D 1、氣液分離罐D(zhuǎn) 2、吸附柱D 3、干燥器D 4、能量回收器E 1相連；循環(huán)管(9)下端裝有曝氣頭(14)，曝氣頭(14)通過閥門V 4依次同氣體流量計C 2、壓縮氣源C 1相連；膜元件(12)裝填于膜組件(10)中，膜組件(10)封裝在循環(huán)管(9)中，設(shè)有濾液出口(11)和反沖壓縮氣源進(jìn)口(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于釜體循環(huán)區(qū)高徑比為2 20，釜體沉降區(qū) 沉降坡度與水平面夾角為30 60°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于循環(huán)管入流口開在釜體循環(huán)區(qū)最下邊；循 環(huán)管高度為釜體循環(huán)區(qū)高度的1/5 4/5 ；循環(huán)管內(nèi)徑為釜體循環(huán)區(qū)內(nèi)徑的1/5 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的供料泵A-1為柱塞泵、隔膜泵或氣動 液體增壓泵；所述的能量回收器E-1為尾氣透平、氣動馬達(dá)或氣動泵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的膜元件是孔徑為0.9 50nm的單管 或多通道陶瓷膜；其材質(zhì)至少為Ti02、&02、Si02或々1203中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于釜體帶有水浴夾套(3)，控制料液溫度；釜 體開有視窗(4)，觀察釜內(nèi)情況；安裝有液位控制器(5)。
7.—種通過權(quán)利要求1所述的裝置過濾濃縮生化制劑提取液的方法，其具體步驟為 首先將原料液A從進(jìn)料口(6)加入到釜體(2)中；隨后將壓縮氣體C經(jīng)曝氣頭(14)通入循 環(huán)管(9)，依靠釜體(2)與循環(huán)管(9)不同氣含率產(chǎn)生的流體密度差使釜體內(nèi)流體循環(huán)流 動，調(diào)節(jié)閥門V-3、V-4控制跨膜壓力和膜面氣速，關(guān)閉閥門V-6，打開閥門V-5，在壓力驅(qū)動 下，滲透液F從濾液出口(11)流出，濃縮介質(zhì)被陶瓷膜截留，實現(xiàn)正壓過濾濃縮，過濾濃縮 時，通過供料泵A-1向釜體補(bǔ)加料液；循環(huán)結(jié)束后的氣提高壓尾氣D流經(jīng)尾氣冷凝器D-1、 氣液分離罐D(zhuǎn)-2、吸附柱D-3、干燥器D-4，回收氣提溶劑，干燥后的凈化高壓尾氣E經(jīng)能量回 收器E-1將尾氣壓力能轉(zhuǎn)換成電能或機(jī)械能；待濃縮完成，由卸料口(1)引出濃縮液B。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于控制跨膜壓力為0.3 2. 5Mpa ；控制膜面 氣速為0. 05 lm/s。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于在過濾濃縮過程中，關(guān)閉閥門V-5，打開閥 門V-6，從反沖壓縮氣源進(jìn)口(13)間歇將反沖壓縮氣體G壓過陶瓷膜實現(xiàn)反沖清洗，有助膜通量恢復(fù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣升式膜過濾成套裝置，由膜過濾系統(tǒng)、供料泵、供氣系統(tǒng)、尾氣溶劑回收系統(tǒng)和能量回收器組成；其中膜過濾系統(tǒng)由釜體2、循環(huán)管9、膜組件10組成；供氣系統(tǒng)由壓縮氣源和氣體流量計組成；尾氣溶劑回收系統(tǒng)由尾氣冷凝器、氣液分離罐、吸附柱和干燥器組成；釜體分為上部筒體為循環(huán)區(qū)和下部椎體為沉降區(qū)；循環(huán)管裝在釜體側(cè)臂位置，膜元件封裝在循環(huán)管中，同壓縮氣源相連，通過調(diào)節(jié)釜體氣體進(jìn)出口閥門控制跨膜壓力和膜面氣速，實現(xiàn)正壓過濾濃縮，并通過氣液兩相流的強(qiáng)化作用，提高膜通量。尾氣溶劑回收系統(tǒng)實現(xiàn)了對氣提溶劑的回收利用并將尾氣壓力能轉(zhuǎn)換成電能或機(jī)械能。該裝置具有能耗低、回收效率高、過濾條件溫和等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B01D61/36GK101890301SQ20101022288
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者徐南平, 景文珩, 石風(fēng)強(qiáng), 邢衛(wèi)紅 申請人:南京工業(yè)大學(xué)