膜组件用间隔装置、膜组件及其用途的制作方法

专利名称：膜组件用间隔装置、膜组件及其用途的制作方法
膜组件用间隔装置、膜组件及其用途本发明涉及间隔装置、膜组件及该膜组件的用途。发明背景通过隔膜的流体必须在通过隔膜前被转移到隔膜或与隔膜接 触。通过后流体被收集到排放系统并被转移出该系统。许多隔膜均使用将流体转移到隔膜并从该隔膜转移的间隔装置。EP 11201150、 WO 2004/103535和WO 2004/103536中公开了隔膜间隔装置。排放系统(该系统收集流体)，可以是流体的闭塞物，因此产生导 致造成压降的反压。该反压可限制流过隔膜，且压降可引起隔膜污 染并限制其性能。因此，本发明的一个目的是改善排放系统的设计，从而加强隔 膜的性能。另一个目的是提供具有能量平衡改善的隔膜。发明隔膜可用于微孔过滤、超滤、纳米过滤或反渗透。微孔过滤是 通常在0.1-10微米()Lim)范围内的最粗的隔膜过滤等级。超滤膜由截 留下的分子量分类，该截留下的分子量定义为最小分子的分子量， 其中90%被隔膜保留。超滤范围跨越截留下的1000-500,000分子量。 纳米过滤膜保留分子量范围在100-1,000的溶质分子。反渗透涉及最 致密的隔膜，该隔膜能够分离甚至最小的溶质分子。已经通过隔膜或隔膜-膜的流体定义为渗透物。留下的流体定义 为浓缩物或下文中定义为浓缩物的渗余物。隔膜可由插入元件、间 隔装置或间隔元件隔开，它们分成两组，渗透物间隔装置和浓缩物 间隔装置。隔膜之间所产生的空间将构成渗透物或浓缩物的流动空间。间隔装置或插入元件可由波形材料、折叠材料、铸塑材料、挤 塑材料或提供允许流体自由流到收集系统或收集装置的结构的机械 加工材料制备。下文中，间隔装置定义为将隔膜或隔膜的膜隔开的构件。插入 元件定义为将支持构件隔开的元件。本发明涉及膜组件用间隔装置，该间隔装置包含至少 一个插入元件和选自至少一个以下构件的支持构件支持表面单元、具有穿 孔的固体表面材料、多孔表面材料、具有穿孔或孔或其组合的复合 表面材料、具有穿孔或孔的夹层表面材料或其组合，支持构件被至 少一个插入元件隔开，在支持构件和插入元件之间形成流动通道， 以将渗透物引导到至少一个渗透物收集装置中，该至少一个渗透物 收集装置与流动通道垂直接触，或者将浓缩物通过流动通道引导出 膜组件。可根据流体的压力范围、粘度或温度调节孔或穿孔的形状、它 们的频率或量。穿孔可以是孔、槽、狭缝或其组合。插入元件可以是纵向壁、波形片、折叠片、铸塑片、模压片、 挤塑片、具有管的片、具有切口或平峰的片、单程辅助物或其组合。支持构件和插入元件之间的流动空间形成通道或流动通道。通 道可与渗透物收集装置垂直连接。根据一个替代的实施方案，通道 可相互向前延伸。根据再一个实施方案，插入元件形成相互间平行 延伸的通道。渗透物收集装置可以是渗透物中央收集管或渗透物管。 根据一个替代实施方案，渗透物收集管可以是SE 0402M2-5和SE 0403169-6中公开的渗透物管(两个SE-申请均是PCT/SE2005/001554 的优先权文件)。渗透物间隔装置的厚度可为至少0.1 mm,厚度可大至小于或等 于约20 mm。根据一个替代实施方案，厚度可为至少0.2 mm,并且 在再一个替代实施方案中，厚度可为至少0.5 mm。根据再一个替代
实施方案，厚度可在约0.1 mm至约20 mm的范围内。才艮据再一个替 代实施方案，厚度可在约0.5mm至约15mm的范围内。根据再一个 替代实施方案，厚度可在约1 mm至约5 mm的范围内。根据再一个 替代实施方案，厚度可在约0.1 mm至约2.0 mm的范围内。根据再 一个替代实施方案，厚度可在约0.5mm至约1.5mm的范围内。支持构件和插入元件可由相同的材料制备，或者支持构件可由 一种材料制备，而插入元件由另一种材料制备。材料可以是金属、 塑料、复合材料、纸、多孔材料、聚合物或其组合。根据一个替代 实施方案，材料可选自至少一种下列材料聚烯烃弹性体、乙烯醋 酸乙烯酯共聚物、乙烯醋酸乙烯酯三元共聚物、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯 乙烯嵌段共聚物、聚氨酯、聚丁烯、聚丁烯共聚物、聚异戊二烯、 聚异戊二烯共聚物、丙烯酸酯、聚硅氧烷、天然橡胶、聚异丁烯、 丁基橡胶、聚丙烯、聚丙烯共聚物、聚乙烯、聚乙烯共聚物、聚碳 酸酯、含氟聚合物、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、尼龙、 聚氯乙烯及其共聚物和掺混物。具有纵向(longditudinal)凹槽的聚乙烯、聚丙烯或PET挤塑片使 隔膜在预定的流动方向上从特定的区域排放，而无混合作用，该混 合作用基于不同跨膜压，导致负流出，引起隔膜层离和破裂。间隔 装置将用于其他方向，并且制成适当的厚度，形成完全开放的浓缩 物间隔装置，及很好地限定通道更少倾向于由于带纤维等液体的堵 塞。本发明还涉及膜组件，其中至少一个间隔装置为至少 一个渗透 物间隔装置及至少一个浓缩物间隔装置，并且隔膜的膜附接在至少 一个渗透物间隔装置的两侧面。膜组件也可包含一个或多个渗透物传送叶片及一个或多个隔膜 叶片，所述一个或多个渗透物传送叶片和一个或多个隔膜叶片与至 少一个渗透物间隔装置、至少一个浓缩物间隔装置一起缠绕在渗透 物收集装置周围，所述渗透物收集装置为渗透物收集管，所述渗透
物收集管包含至少一个管状单元，所述单元基本上沿该单元的长度 将许多渗透物传送手段隔开，并且一个或多个外凹槽形成连接渗透 物传送手段的流动通道，且至少各管状单元内侧面的一部分具有多 边形横截面。根据另 一个替代实施方案，膜组件包含附接在渗透物间隔装置 两侧面的隔膜和浓缩物间隔装置，该浓缩物间隔装置包含至少两个 由至少 一个插入元件隔开的支持构件，并在支持构件和插入元件之 间形成自由流动通道，其中支4争构件具有从自由流动通道延伸的孔 或穿孔。膜组件可以是螺旋巻膜。根据一个替代实施方案，该螺旋巻膜可具有至少一个PCT/SE20O5/001554中公开的渗透物管。在膜组件或螺旋巻膜中，间隔装置可用于收集渗透物，而不产 生反压。在螺旋巻膜中，渗透物间隔装置可以该渗透物间隔装置形 成通道的方式缠绕，螺旋状进入该螺旋巻膜的中心，与渗透物收集 管相接。根据一个替代实施方案，膜系统可与具有通道的浓缩物间 隔装置一起使用。渗透物间隔装置和浓缩物间隔装置均缠绕在渗透 物收集管周围，形成根据一个替代实施方案的螺旋巻膜。由于膜组件中或螺旋巻膜中低的压降，用纳米过滤膜处理水， 仅通过使用静压除去二价离子如钙、镁等，或低有机分子如杀虫剂 是可能的。本发明涉及膜组件在处理废水、海水、地表水或井水中的用途， 该组件包含本发明的渗透物间隔装置。膜组件可用作水，例如海水、地表水或井水在反渗透类型的脱 盐设备前的预处理。膜组件也可用于由地表水或井水制备饮用水。 膜组件可用作水的预处理或最终处理。本发明的膜组件可用于微孔过滤、超滤、纳米过滤或反渗透。 根据一个替代实施方案，膜组件可用于例如脱盐的应用。根据另一 个替代实施方案，膜组件可用于处理蛋白质和蛋白质产品。根据另 一个替代实施方案，膜組件可用于处理乳和乳产品。根据又再一个
替代实施方案，膜组件可用于处理多糖和多糖产品。根据又再一个 替代实施方案，膜组件可用于处理淀粉和淀粉产品。根据又再一个 替代实施方案，膜组件可用于处理油、植物油和油产品。由于膜组件中低的压降，用纳米过滤膜处理水除去二价离子如 钙、镁等，或低有机分子如杀虫剂是可能的。螺旋巻膜也可用于高 分子量物质的无菌过滤、净化或浓缩。膜组件可用于葡萄酒、啤酒、 果汁浓缩、乳的无菌过滤处理。根据一个替代实施方案，膜组件可以是螺旋巻膜，以用于任一 上述可供选择的用途。进一步的开发见独立权利要求和从属权利要求中说明。下面，将通过附图更详细地解释本发明。附图简述

图1显示间隔装置一个替代实施方案的图解部分视图。图2显示所制备挤塑片的部分概图，根据本发明的一个替代实 施方案，该挤塑片具有流动通道和支持单元。图3显示根据间隔装置一个替代实施方案的挤塑片部分截面图。 图4显示根据间隔装置另一个替代实施方案的挤塑片部分截面图。图5显示根据间隔装置另一个替代实施方案的挤塑片部分截面图。图6显示根据间隔装置一个替代实施方案的折叠片间隔装置部 分截面图。图显示间隔装置1的透视图，该间隔装置是具有支持构件2 的挤塑间隔装置，该支持构件提供有穿孔3。根据该替代实施方案， 插入元件4是纵向壁，在支持构件2和纵向壁之间形成流动空间5。 隔膜6附接在间隔装置1的两侧面。图2显示挤塑片7的;f既图。在 该概图中，流动通道5相互平行，支持单元8将一个通道5与其他通道分离。图3、 4和5显示挤塑片7的截面图。流动通道5可以宽 或者深，取决于角a。根据本发明的一个替代实施方案，角oc在约45 °至约75°的范围内。根据本发明的另一个替代实施方案，角oc在 约50°至约70°的范围内。#4居本发明的再一个替代实施方案，角 a在约55°至约65°的范围内。根据本发明的一个替代实施方案， 角oc大于约30。。根据本发明的再一个替代实施方案，角cx在约60 °内。根据本发明的一个替代实施方案，距离9在约0.1mm至约4.0 mm的范围内。才艮据本发明的另一个替代实施方案，距离9在约0.2 mm 至约3.0 mm的范围内。根据本发明的再一个替代实施方案，距离9 在约0.3 mm至约2.0 mm的范围内。根据本发明的一个替代实施方 案，距离10 (该距离为两峰之间的距离)在约0.1 mm至约3.0 mm的 范围内。根据本发明的一个替代实施方案，距离10在约0.2 mm至 约2，0 mm的范围内。根据本发明的另一个替代实施方案，距离10 在约0.3 mm至约1.5 mm的范围内。冲艮据本发明的一个替^R实施方 案，距离10在约0.2 mm至约2.0 mm的范围内。根据本发明的一个 替代实施方案，距离IO为约1.0 mm。支持单元8是平的，根据一个 替代实施方案，该平单元顶部的长度大于0.03 mm。根据另一个替代 实施方案，该长度大于0.05mm。根据另一个替代实施方案，该长度 为约0.1 mm。根据一个替代实施方案，两谷或流动通道之间的厚度 为约0.05mm。根据另一个替^f戈实施方案，两谷或流动通道之间的厚 度为约0.7 mm。根据另一个替代实施方案，两谷或流动通道之间的 厚度在约0.07 mm至约0.7 mm的范围内。根据另一个替代实施方案， 两谷或流动通道之间的厚度为约0.1 ■。根据另一个替代实施方案， 两谷或流动通道之间的厚度为约0.5 mm。图3、 4和5中所示的挤塑片是既用作渗透物间隔装置又用作浓缩物间隔装置的间隔装置。为 渗透物间隔装置的挤塑片，在峰和较宽的谷或流动通道5之间具有 较小的距离，而为浓缩物间隔装置的挤塑片，在峰和较窄的谷或流 动通道5之间具有较大的距离。图3显示本发明的渗透物间隔装置，
图4和5显示浓缩物间隔装置。图6显示一个替代实施方案膜系统的截面图，其中折叠片11将 支持构件12间隔开，形成平行流动通道5形式的流动空间。支持构 件12的顶部与隔膜6附接。下面进行研究，比较本发明的渗透物间隔装置与常规螺旋缠绕 间隔装置。实施例的目的是举例说明渗透物间隔装置的性能，并无 意限制本发明的范围。实施例1 (比较)在该实施例中，将与渗透物收集装置附接的常规螺旋缠绕间隔 元件与根据图1与渗透物收集装置附接的渗透物间隔装置比较。螺旋缠绕间隔元件和间隔装置各侧面上均被提供有隔膜。静压为1.2 m， 测得的常规螺旋缠绕间隔装置的通量为16 dm3/m2xh,根据本发明一 个实施方案的间隔装置的通量为100 dm3/m2xh，表明本发明的间隔 装置与常规间隔装置的比率为6.25。由结果得出的结论是甚至在低 通量时渗透物侧面上自由流动的重要性，和在较高通量水平时比率 增力口。
权利要求
1.一种膜组件用间隔装置，所述间隔装置包含至少一个插入元件和支持构件，该支持构件选自至少一种以下的构件支持表面单元(8)、具有穿孔的固体表面材料、多孔表面材料、具有穿孔或孔或其组合的复合表面材料、具有穿孔或孔的夹层表面材料或其组合，所述支持构件被所述至少一个插入元件间隔开，在所述支持构件和所述插入元件之间形成流动通道，以将渗透物引导到至少一个渗透物收集装置中，所述至少一个渗透物收集装置与所述流动通道垂直接触，或者将浓缩物通过流动通道引导出所述膜组件。
2. 权利要求1的间隔装置，其中所述插入元件是纵向壁、波形 片、折叠片、铸塑片、模压片、挤塑片、具有管或谷的片、具有切 口或平峰的片、单程辅助物或其组合。
3. 权利要求2的间隔装置，其中所述支持构件为插入元件的支 持单元(8),并且所述插入元件是具有纵向凹槽的挤塑片，该纵向凹 槽形成使所述隔膜从特定区域沿预定流动方向排出而不混合的流动 通道。
4. 权利要求l、 2或3的间隔装置，其中所述支持构件和所述插 入元件之间的流动通道相互平4亍。
5. 前述权利要求中任一项的间隔装置，其中所述用于渗透物的 间隔装置的平行流动通道与 一个渗透物收集管垂直接触。
6. 前述权利要求中任一项的间隔装置，其中所述支持构件是具 有穿孔的固体材料或者是多孔材料。
7. 前述权利要求中任一项的间隔装置，其中所述穿孔是孔、槽、 狭缝或其组合。
8. 前述权利要求中任一项的间隔装置，其中所述渗透物间隔装 置由选自至少一种以下的材料制备金属、塑料、复合材料、纸、 纤维素、多孔材料、聚合物或其组合。
9. 权利要求8的间隔装置，其中所述材料选自至少一种下列材 料聚烯烃弹性体、乙烯醋酸乙烯酯共聚物、乙烯醋酸乙烯酯三元 共聚物、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚氨酯、聚丁烯、聚 丁烯共聚物、聚异戊二烯、聚异戊二烯共聚物、丙烯酸酯、聚硅氧 烷、天然橡胶、聚异丁烯、丁基橡胶、聚丙烯、聚丙烯共聚物、聚 乙烯、聚乙烯共聚物、聚碳酸酯、含氟聚合物、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二晞-苯乙烯共聚物、尼龙、聚氯乙烯及其共聚物和摻混物。
10. 前述;K利要求中任一项的间隔装置，其中所述支持构件在至 少0.1 mm的3巨离内间隔开。
11. 前i^i又利要求中任一项的间隔装置，其中所述支持构件在约 0.1 mm至约2.0 mm的3巨离内4皮间隔开。
12. —种膜组件，所述组件包含渗透物收集装置、隔膜的膜和至 少 一 个前述权利要求中任 一 项的间隔装置，其中隔膜的膜附接在所 述至少一个间隔装置的两侧面。
13. 权利要求12的膜组件，其中所述至少一个间隔装置是至少 一个渗透物间隔装置和至少一个浓缩物间隔装置，并且所述隔膜的 膜附接在所述至少一个渗透物间隔装置的两侧面。
14. 权利要求12或13的膜组件，所述组件也包含一个或多个渗 透物传送叶片和一个或多个隔^)莫叶片，所述一个或多个渗透物传送 叶片和一个或多个隔膜叶片与所述至少一个渗透物间隔装置、所迷至少一个浓缩物间隔装置一起缠绕在所述渗透物收集装置周围，所 述渗透物收集装置为渗透物收集管，所述渗透物收集管包含至少一 个管状单元，所述单元基本上沿该单元的长度将许多渗透物传送手 段间隔开，并且一个或多个外凹槽形成连接所述渗透物传送手段的 流动通道，且至少各管状单元内侧面的一部分具有多边形横截面。
15. 权利要求14的膜组件，其中所述渗透物收集管具有两个凹 槽，该凹槽与许多渗透物传送手段螺旋连接，所述渗透物传送手段 是沿所述管的长度并且在所迷管的对角线相对侧面间隔成两排的 孔，并且所述两个凹槽在所述管周围并沿所述管的长度螺旋状环绕。
16. 权利要求15的膜组件，其中所述渗透物收集管是模塑的、 注塑的。
17. 权利要求12-16中任一项的膜组件，所述膜组件也用于微孔 过滤、超滤、纳米过滤或反渗透。
18. 权利要求12-17中任一项的膜组件，其中所述间隔装置的流 动通道、所述渗透物间隔装置和所述浓缩物间隔装置，在所述膜组 件中相互平行或者在所述膜组件中相互垂直。
19. 权利要求18的膜组件，其中所述间隔装置的流动通道、所 述渗透物间隔装置和所述浓缩物间隔装置，在所述膜组件中相互垂 直。
20. 权利要求12-19中任一项的膜组件，所述膜组件是螺旋巻膜。
21. 权利要求12-20中任一项的膜组件在废水、海水、地表水或 井水处理中的用途。
22. 权利要求12-20中任一项的膜组件在高分子量物质的无菌过 滤、净化或浓缩中的用途。
23. 权利要求12-20中任一项的膜组件在葡萄酒、啤酒、果汁浓 缩、乳的无菌过滤处理中的用途。
全文摘要
本发明涉及膜组件用间隔装置，该间隔装置包含至少一个插入元件和支持构件，该支持构件被该至少一个插入元件间隔开，支持构件和插入元件之间形成流动通道，以将渗透物引导到该至少一个渗透物收集装置中，该至少一个渗透物收集装置与流动通道垂直接触，或者通过流动通道将浓缩物引导出该膜组件。本发明还涉及包含该渗透物间隔装置的膜组件，该膜组件的用途及包含该渗透物间隔装置的螺旋卷膜。
文档编号C02F1/44GK101128252SQ200680006395
公开日2008年2月20日 申请日期2006年2月24日 优先权日2005年2月28日
发明者K·V·拉森 申请人:阿尔法拉瓦尔股份有限公司