专利名称：用于柠檬酸生产的膜过滤装置和水处理系统的制作方法
专利说明本实用新型涉及柠檬酸生产领域，更具体地说，涉及一种用于柠檬酸生产的膜过 滤装置和水处理系统。
背景技术：
柠檬酸是一种较强的有机酸，在食品、饮料、医药、化工、建筑、洗涤剂和工业清洗 等领域有着广泛的应用。目前国内绝大多数柠檬酸生产企业仍采用钙盐法进行柠檬酸的提取，该工艺在生 产过程中会排放大量的高温工艺废水，此工艺废水中还含有大量的可利用柠檬酸盐类，故 通常需要经过沉降槽的沉降处理，从而进行柠檬酸盐类回收。图1所示为传统的柠檬酸生产过程中的水处理工艺的流程图。如图1所示，柠檬酸 发酵清液经过热交换而加热到相对较高的温度，如60至80摄氏度，然后将反应剂(如碳 酸钙、氢氧化钙或碳酸钙和氢氧化钙的混合物等)加入柠檬酸发酵清液中，进行充分反应。 经过一次沉降后，将上层液体输入到沉降槽中再进行二次沉降处理。二次沉降处理获得的 清液返回到热交换器中，用于对柠檬酸发酵清液进行加热，而获得的固态盐则可以回收利 用。在传统的柠檬酸生产过程中的水处理工艺中，大都利用沉降槽对流出反应器的待 处理液体进行沉降处理，而沉降处理中固态盐的分离效果主要依赖于沉降时间。如果沉降 时间过长，则极大程度上降低工作效率；而如果沉降时间过短，则沉降效果太差。因此，沉降 处理的时间通常控制在20至30分钟左右。但是，由于沉降处理的效果有限，因此在液体中 仍然存在大量可利用的柠檬酸盐。另一方面，利用沉降槽进行沉降处理的工作环境较为恶劣，固态盐的分离回收大 都依靠人力操作，难以确保固态盐得以充分有效地分离并回收。通过以上分析可知，传统的柠檬酸生产过程的水处理工艺中固态盐的分离效果较 差。因此，需要提供一种能够充分有效地分离柠檬酸生产过程的液体中的固态盐的技术方案。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服传统的柠檬酸生产过程的水处理工艺中固态盐的分 离效果较差的缺陷，而提供一种能够有效分离所述固态盐的膜过滤装置和水处理系统。根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于柠檬酸生产的膜过滤装置，其中，所 述膜过滤装置包括筒体，该筒体具有入口、第一出口和第二出口；滤芯，该滤芯位于所述筒体内并将该筒体的内部空间分隔为第一腔室和第二腔 室，所述入口和第一出口与所述第一腔室连通，所述第二出口与所述第二腔室连通；第一阀，该第一阀安装在所述第一出口上。[0013]根据本实用新型的另一方面，还提供了一种用于处理柠檬酸生产的水处理系统， 该水处理系统包括反应器，在该反应器内，柠檬酸发酵清液与反应剂发生反应，从而生成待处理液 体；和分离装置，该分离装置接收所述待处理液体，对该待处理液体进行固液分离处理，其特征在于，所述分离装置为本实用新型所提供的膜过滤装置，其中，所述待处理 液体通过所述入口进入所述膜过滤装置的筒体内，固液分离后获得的清液通过所述第二出 口流出所述筒体。 按照本实用新型所提供的用于处理柠檬酸生产的膜过滤装置和水处理系统，当对 所述待处理液体进行处理时，待处理液体通过入口进入筒体内，由筒体内的滤芯对该待处 理液体进行固液分离处理，从而将获得的清液通过第二出口排出，将获得的其他产物(如 包括固体和部分液体的混合物)通过第一出口排出，从而实现了对待处理液体中固态盐的 分离。由于利用滤芯实现固液分离处理，因而与传统的沉降处理的分离方法相比，自然 能够获得更为充分的分离效果。优选地，所述滤芯的过滤精度为0. 2-1微米。优选地，所述膜过滤装置还包括泵和第二阀，该泵通过所述第二阀与所述入口连
ο优选地，所述膜过滤装置还包括压力流体源、第三阀和第四阀，该压力流体源通过 第三阀与所述第二腔室连通，所述第四阀安装在所述第二出口上。优选地，所述膜过滤装置还包括第五阀，所述压力流体源通过该第五阀与所述第
一腔室连通。优选地，所述第一阀为挠性阀。优选地，所述膜过滤装置还包括第六阀，所述压力流体源通过该第六阀与所述挠 性阀连通，以控制该挠性阀的通断。优选地，所述膜过滤装置还包括控制器，该控制器分别与所述第一阀、第二阀、第 三阀、第四阀、第六阀以及所述泵电联接，并分别控制所述第一阀、第二阀、第三阀、第四阀、 第六阀以及所述泵。优选地，在使用状态中，所述筒体处于直立状态，所述第一腔室位于所述筒体的下 部，所述第二腔室位于所述筒体的上部。优选地，所述入口设置在所述筒体的侧部，所述第二出口设置在所述筒体的底部。优选地，所述水处理系统还包括热交换器，所述待处理液体首先与所述柠檬酸清 液通过该热交换器内实现热交换，然后再进入所述反应器。
图1为传统的柠檬酸生产过程中的水处理工艺的流程图；图2为根据本实用新型的一种优选实施方式的膜过滤装置的结构示意图；和图3为根据本实用新型的一种优选实施方式的水处理系统的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行详细地描述。如图2所示，本实用新型所提供的用于柠檬酸生产的膜过滤装置包括 筒体1，该筒体具有入口 11、第一出口 12和第二出口 13;滤芯2，该滤芯2位于所述筒体1内并将该筒体1的内部空间分隔为第一腔室21 和第二腔室22，所述入口 11和第一出口 12与所述第一腔室21连通，所述第二出口 13与所 述第二腔室22连通；第一阀3，该第一阀3安装在所述第一出口 12上。筒体1通常为筒形，例如，可以为圆筒或矩形筒。该筒体1具有中空的内腔，用于 容纳滤芯2。在筒体1上设置有入口 11、第一出口 12和第二出口 13，其中，入口 11用于接 收柠檬酸发酵清液与反应剂(如包括碳酸钙和氯化钙的钙盐，氢氧化钙，或钙盐与氢氧化 钙的混合物)经过反应后的混合液或者该混合液经过预处理之后的液体(以下称为待处理 液体)。而第一出口 12用于将固液分离处理(如过滤)之后的不能通过滤芯2的液体和固 体混合物(通常包括粒径较大的固体颗粒)排出筒体1，第二出口 13用于将通过滤芯2的 液体(如清液，当然通常也可能含有粒径较小的固体颗粒)。滤芯2为常用的过滤膜组件，例如，可以为聚四氯乙烯过滤膜。根据不同的应用场 合，该滤芯2可以具有不同的过滤精度。优选地，针对柠檬酸的水处理来说，所述滤芯2的 过滤精度为0. 2-1微米。如上所述，滤芯2位于筒体1的内部。因而，该滤芯2将筒体1的内部空间分隔为 两部分，如图2所示，即第一腔室21和第二腔室22。当将待处理液体通过入口 11通入筒体1中时，待处理液体首先会进入筒体1的第 一腔室21中。经过滤芯2的过滤作用之后，能够通过滤芯2的清液透过滤芯2进入第二腔 室22，并通过与该第二腔室22相通的第二出口 13排出筒体1。而不能透过滤芯2的混合 物则可以通过与第一腔室21相通的第一出口 12排出筒体1。由于在第一出口 12上设置有第一阀3，因而利用该第一阀3可以控制第一出口 12 的接通或断开。例如，当进行固液分离处理，待处理液体通入筒体1的第一腔室21中时，可 以将第一阀3关闭，以防止待处理液体直接通过第一出口 12流出；而当需要将保留在第一 腔室21中的所述混合物排出时，可以将第一阀3打开，从而允许该混合物通过第一出口 12 排出筒体1之外。第一阀3可以为各种常用的阀门，如各种手动操作的阀门，也可以为电磁控制阀。 这里所谓的第一阀3安装在第一出口 12上，应当在较宽范围之内加以理解，也就是说，第一 阀3可以直接安装在第一出口 12上，第一阀3也可以安装在与所述第一出口 12连通的管 路中，只要能够实现利用第一阀3对第一出口 12的通或断进行控制即可。对于其他各阀和 出口的关系也是如此。通过以上对本实用新型所提供的膜过滤装置的主要结构进行了描述，由于该膜过 滤装置利用滤芯2的过滤作用来实现对所述待处理液体进行固液分离处理，因而能够获得 更为充分的分离效果。为了便于对通过所述入口 11进入筒体1的待处理液体进行控制，例如控制进入筒 体1的待处理液体的流量和/或压力等参数，优选地，所述膜过滤装置还包括泵4和第二阀5，该泵4通过第二阀5与入口 11连通。泵4可以为各种液压泵，如离心泵。泵4将待处理液体泵压到筒体1的第一腔室21中，以进行固液分离处理。第二阀5可以控制泵4与入口 11之间的液体通路的接通和断 开。例如，当需要向筒体1泵压待处理液体时，第二阀5接通，允许待处理液体由泵4进入 第一腔室21 ；而当第一阀3打开排出所述混合物时，可以将第二阀5断开，使所述混合物仅 能够通过第一出口 12流出。该第二阀5可以为各种常用的阀门，如各种手动操作的阀门，也可以为电磁控制阀。经过一段时间的使用后，通常会在滤芯2上形成杂质的沉积(尤其是在滤芯2朝 向第一腔室32的表面上)，从而可能影响滤芯2的过滤分离性能。因而，为了使滤芯2总能 保持较好的过滤分离性能，优选地，在所述膜过滤装置中还设置有冲洗系统。具体来说，所述膜过滤装置还包括压力流体源(未显示)、第三阀6和第四阀7，该 压力流体源通过第三阀6与第二腔室22连通，第四阀7安装在第二出口 13上。当需要清理沉积在滤芯2上的杂质时，停止正常的固液分离处理过程。此时，泵4 可以停止运行(或者同时将第二阀5断开)，将第三阀6打开，使来自于压力流体源的压力 流体(如高压液体或高压空气等)从第二腔室22向第一腔室21反向冲洗，以将滤芯2上 沉积的杂质从滤芯2冲掉。在进行反向冲洗时，优选地将第四阀7断开，以避免高压流体经 过第二出口 13流出。压力流体源可以为各种能够提供压力流体的装置，如高压气泵或高压离心泵等。 所述第三阀6和第四阀7可以为各种常用的阀门。为了获得更好的冲洗效果，优选地，所述膜过滤装置还包括第五阀(未显示)，所 述压力流体源通过该第五阀与所述第一腔室21连通，从而能够对滤芯2进行从第一腔室21 朝向第二腔室22的正向冲洗。如上所述，第一阀3可以为各种常用的阀门，但优选地，所述第一阀3为挠性阀，从 而能够较为方便地对该第一阀3进行控制。利用挠性阀，由于挠性阀具有较好的密封性，因 而能够防止液体的泄漏，即便流体中含有较多的固体颗粒也不会阻塞，既能够迅速打开，也 能够迅速关闭。优选地，可以利用来自于压力流体源的压力流体对挠性阀进行控制。具体地说，所 述膜过滤装置还包括第六阀8，所述压力流体源通过该第六阀8与所述挠性阀连通，以控制 该挠性阀的通断。当第六阀8接通，并将压力流体流到挠性阀时，挠性阀关闭；而当挠性阀 没有压力流体作用时，挠性阀接通。为了控制所述挠性阀，所述压力流体源优选为压力气体源。如上所述，上述各个部件或装置，如阀、泵或压力流体源等都可以通过人工手动操 作运行，但优选地，为了获得较高的自动化程度，所述膜过滤装置还包括控制器，该控制器 分别与所述第一阀3、第二阀5、第三阀6、第四阀7、第六阀8以及所述泵4电联接，并分别 控制所述第一阀3、第二阀5、第三阀6、第四阀7、第六阀8以及所述泵4。也就是说，上述各个部件或装置可以由控制器按照预定的控制程序来进行控制， 从而获得较高的自动化程度。所述控制器可以为各种常用的工业领域用控制装置，如PLC或者单片机等。而且，所述控制器既可以为单个控制装置，即对上述各个部件或装置的控制集成在单个控制装置 中；也可以为多个分离的控制装置的总称。当然，第五阀也可以由所述控制器控制。 在使用时，筒体1的放置方式可以根据具体的应用场合而选择。例如，筒体1可以 为水平放置。但优选地，在使用状态中，所述筒体1处于直立状态，所述第一腔室21位于筒体1 的下部，所述第二腔室22位于所述筒体1的上部。在该情况中，由于第一腔室21位于筒体 1的下部，因而不能透过滤芯2的所述混合物会自动在重力作用下而聚集在筒体1的下部。进一步优选地，入口 11设置在筒体1的侧部，第二出口 12设置在筒体1的底部。 因而，当接通第一阀3而排出聚集在筒体1下部的所述混合物时，能够方便地通过设置在筒 体1底部的第二出口 12排出。而且，设置在筒体1侧部的入口 11也不会受到聚集在筒体 1下部的所述混合物的影响(如阻塞等)。以上对本实用新型所提供的膜过滤装置的主要组成部件进行了详细地描述，下面 结合图2对该图2所示的根据本实用新型优选实施方式的膜过滤装置的运行过程进行详细 地描述。准备接收待处理液体时，第二阀5接通，第一阀3断开，第三阀6断开，第四阀7接
ο进行过滤分离处理时，泵4运行，将待处理液体朝向筒体1泵压，待处理液体经过 入口 11进入第一腔室21，不会通过第一出口 12流出筒体，而是受到筒体1内滤芯2的过滤 分离处理。接着，能够通过滤芯2过滤处理的清液进入第二腔室22中，并通过第二出口 13 经由第四阀7流出筒体1。不能通过滤芯2的液体和固态盐颗粒的混合物(还可包括所述 待处理液体)则保留着筒体1的下部(即第一腔室21的一部分)中。通常，过滤分离的时间为1500至3000秒，优选为2000秒。经过一段时间的过滤分离处理后，滤芯2的过滤能力会有所下降，此时需要对滤 芯2进行上述冲洗，以使滤芯2的过滤能力恢复到正常水平状态。在冲洗过程中，第四阀7断开，第三阀6接通，而第二阀5和第一阀3可以选择接 通或断开(优选地第一阀3为接通的)。在进行冲洗时，来自压力流体源的压力流体(如压 力气体)经过第三阀6进入到第二腔室22中，以从第二腔室22向第一腔室21对滤芯2进 行冲洗，将沉积在滤芯2上的杂质脱离滤芯2而混合到第一腔室21内的所述混合物中。通常冲洗过程的时间为10至20秒，优选为15秒。虽然这里仅结合图2描述了反向冲洗的过程，但本实用新型也不排除对滤芯2进 行正向冲洗，尽管正向冲洗对滤芯2的过滤性能的恢复的帮助可能不如反向冲洗对滤芯2 的过滤性能的恢复的帮助。在完成冲洗后，可以改变所述各阀的状态，再进行上述过滤分离处理过程。也可以停止膜过滤装置的运行，对位于第一腔室21内的混合物进行沉降处理，使 固态盐颗粒沉积在第一腔室21 (沉降时间可以为15至40秒，优选为30秒)。然后，接通第 一阀3，将沉积在第一腔室21内的固态盐颗粒浆体混合物排出到筒体1之外。当然，排出所 述混合物的过程也可与冲洗过程同时进行。在排出混合物之后，再恢复进行上述固液分离处理过程。[0073]按照上述操作过程的循环进行，实现对柠檬酸生产过程中的待处理液体的连续处理。本实用新型还提供了一种用于柠檬酸生产的水处理系统，该水处理系统包括反应器，在该反应器内，柠檬酸发酵清液与如上所述的反应剂发生反应，从而生成 待处理液体；和分离装置，该分离装置接收来自于所述待处理液体，对该待处理液体进行固液分 离处理，其中，所述分离装置为本实用新型所提供的上述膜过滤装置，所述待处理液体通 过所述入口 11进入所述膜过滤装置的筒体1内，固液分离后获得的清液通过所述第二出口 13流出所述筒体。进一步优选地，所述水处理系统还包括热交换器，所述待处理液体首先与柠檬酸 发酵清液通过该热交换器内实现热交换，然后再进入所述反应器。如图3所示，该图3表示为根据本实用新型优选实施方式的水处理系统的工艺路 线流程图。首先柠檬酸发酵清液在反应器中与反应剂(如钙盐，但不限于钙盐)发生化学反 应，从而生成包括固态柠檬酸盐的待处理液体(在反应器中可以进行预沉降)，然后将待处 理液体通入本实用新型所提供的膜过滤装置(即膜滤设备)，经过该膜过滤装置处理后，实 现盐类固体的回收，而滤后液(清液)则进行环保处理。滤后液(通常也可称为清液)具有相对较高的温度，优选地，滤后液再与上述柠檬 酸发酵清液进行热交换，以提高柠檬酸发酵清液的温度，从而有利于随后对待处理液体的处理。比较图3的工艺和图1的工艺可知，主要的区别在于用本实用新型所提供的膜过 滤装置代替传统的沉降槽，从而克服了传统沉降槽所带来的各种缺陷。由于利用所述膜过滤装置进行固液分离后获得的清液更为清洁(如COD更低、盐 类含量更低等)，因而能够实现低碳经济，对清液的环保处理的成本得以降低；由于利用所 述膜过滤装置能够分离获得(回收)更多的固态盐，因而带来较好的经济效益；与沉降槽相 比，由于所述膜过滤装置的维护成本更低，因而降低了所述水处理系统的维护成本；而且， 取消了占地较大的沉降槽，而使用结构更为紧凑的所述膜过滤装置，因而使土建和设备投 资降低。以上对本实用新型所提供的所述膜过滤装置和水处理系统进行了详细地描述，但 本领域技术人员应该明白，上述描述仅为描述性的，而不是对本实用新型的保护范围作出 任何限制。而且，在不脱离本实用新型的实质内容的前提下，上述各个特征可以以任何单 独地和/或组合的方式结合在本实用新型中，而不限于权利要求书中各权利要求的引用关系。
权利要求一种用于柠檬酸生产的膜过滤装置，其特征在于，所述膜过滤装置包括筒体(1)，该筒体具有入口(11)、第一出口(12)和第二出口(13)；滤芯(2)，该滤芯(2)位于所述筒体(1)内并将该筒体(1)的内部空间分隔为第一腔室(21)和第二腔室(22)，所述入口(11)和第一出口(12)与所述第一腔室(21)连通，所述第二出口(13)与所述第二腔室(22)连通；第一阀(3)，该第一阀(3)安装在所述第一出口(12)上。
2.根据权利要求1所述的膜过滤装置，其特征在于，所述滤芯(2)的过滤精度为0.2-1 微米。
3.根据权利要求2所述的膜过滤装置，其特征在于，所述膜过滤装置还包括泵(4)和第 二阀(5)，该泵⑷通过所述第二阀(5)与所述入口(11)连通。
4.根据权利要求3所述的膜过滤装置，其特征在于，所述膜过滤装置还包括压力流体 源、第三阀(6)和第四阀(7)，该压力流体源通过第三阀(6)与所述第二腔室(22)连通，所 述第四阀(7)安装在所述第二出口(13)上。
5.根据权利要求4所述的膜过滤装置，其特征在于，所述膜过滤装置还包括第五阀，所 述压力流体源通过该第五阀与所述第一腔室(21)连通。
6.根据权利要求4所述的膜过滤装置，其特征在于，所述第一阀(3)为挠性阀。
7.根据权利要求6所述的膜过滤装置，其特征在于，所述膜过滤装置还包括第六阀 (8)，所述压力流体源通过该第六阀(8)与所述挠性阀连通，以控制该挠性阀的通断。
8.根据权利要求7所述的膜过滤装置，其特征在于，所述膜过滤装置还包括控制器，该 控制器分别与所述第一阀(3)、第二阀(5)、第三阀(6)、第四阀(7)、第六阀(8)以及所述泵 (4)电联接，并分别控制所述第一阀(3)、第二阀(5)、第三阀(6)、第四阀(7)、第六阀(8)以 及所述泵⑷。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的膜过滤装置，其特征在于，在使用状态中，所述 筒体(1)处于直立状态，所述第一腔室(21)位于所述筒体(1)的下部，所述第二腔室(22) 位于所述筒体(1)的上部。
10.根据权利要求9所述的膜过滤装置，其特征在于，所述入口(11)设置在所述筒体 (1)的侧部，所述第二出口(12)设置在所述筒体(1)的底部。
11.一种用于柠檬酸生产的水处理系统，该水处理系统包括反应器，在该反应器内，柠檬酸发酵清液与反应剂发生反应，从而生成待处理液体；和分离装置，该分离装置接收所述待处理液体，对该待处理液体进行固液分离处理，其特征在于，所述分离装置为权利要求1-10中任意一项所述的膜过滤装置，其中，所 述待处理液体通过所述入口进入所述膜过滤装置的筒体(1)内，固液分离后获得的清液通 过所述第二出口(13)流出所述筒体。
12.根据权利要求11所述的水处理系统，其特征在于，所述水处理系统还包括热交换 器，所述待处理液体首先与所述柠檬酸发酵清液通过该热交换器内实现热交换，然后再进 入所述反应器。
专利摘要一种用于柠檬酸生产的膜过滤装置，包括筒体，该筒体具有入口、第一出口和第二出口；滤芯，该滤芯位于筒体内并将该筒体的内部空间分隔为第一腔室和第二腔室，入口和第一出口与第一腔室连通，第二出口与第二腔室连通；第一阀，该第一阀安装在第一出口上。一种用于处理柠檬酸生产的水处理系统，包括反应器，在该反应器内，柠檬酸发酵清液与反应剂发生反应，从而生成待处理液体；和分离装置，该分离装置接收上述待处理液体，对该待处理液体进行固液分离处理，其中，所述分离装置为上述膜过滤装置，上述待处理液体通过入口进入膜过滤装置的筒体内，固液分离后获得的清液通过第二出口流出筒体。
文档编号B01D63/00GK201735334SQ201020212570
公开日2011年2月9日 申请日期2010年5月28日 优先权日2010年5月28日
发明者周友超, 周永生, 朱光耀, 李传和, 陈修 申请人:安徽丰原生物化学股份有限公司