在进料间隔件内具有限定流动阻力段的螺旋卷绕膜组件制造技术

本文描述了一种调适用于超滤的螺旋卷绕膜组件，该螺旋卷绕膜组件包括至少一个膜包封和围绕中心渗透物管卷绕形成入口卷表面和出口卷表面以及外周边的进料间隔片，其中进料间隔片包括：i)沿着渗透物收集管从入口卷表面朝向出口卷表面延伸的进料入口段，ii)沿着外周边从出口卷表面朝向入口卷表面延伸的进料出口段，以及iii)位于进料入口段和进料出口段之间的中心进料段；并且其中进料入口段在平行于渗透物收集管的方向上具有中值流动阻力，其小于25％的在垂直于渗透物收集管的方向上中心进料段的中值流动阻力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及用于水过滤的螺旋卷绕膜组件。
技术介绍
螺旋卷绕膜组件用于多种反渗透和纳米过滤应用；参见例如：US 5458774、US 6881336、US 8337698以及US 20040182774。螺旋卷绕组件以“横向流”模式运行，其中横穿膜表面的进给水具有穿过膜的部分作为“渗透液”。进料溶液通过膜的百分比称为“回收”或“回收率”。根据进料的组合物，以高回收率的运行可导致结垢为盐并且在进料中其它溶解的固体变得浓缩高于其溶解度极限。在住宅RO系统中使用的螺旋卷绕组件通常经设计，回收率在20％至35％之间。以更高回收率(例如高于35％)的运行通常导致结垢为非软化的住宅水源，所述非软化的住宅水源可含有相当大量的钙离子和碳酸氢根离子。
技术实现思路
本专利技术为经设计以减缓结垢的螺旋卷绕组件。在一个优选的实施例中，组件(2)包括至少一个膜包封(4)和围绕中心渗透管(8)卷绕形成入口卷表面(30)和出口卷表面(32)以及外周边(38)的进料间隔片(6)。进料间隔片(6)包括：i)沿着渗透物收集管(8)从入口卷表面(30)朝向出口卷表面(32)延伸的进料入口段(50)，ii)沿着外周边(38)从出口卷表面(32)朝向入口卷表面(30)延伸的进料出口段(52)，以及iii)位于进料入口段(50)和进料出口段(52)之间的中心进料段(54)。进料间隔片(6)的进料入口段(50)在平行于渗透物收集管(8)的方向上具有中值流动阻力，其小于25％的在垂直于渗透物收集管(8)的方向上中心进料段(54)的中值流动阻力。附图说明图1为螺旋卷绕膜组件的透视部分剖视图。图2为部分组装的螺旋卷绕膜组件的透视图。图3为单独示出螺旋卷绕膜组件的相对卷表面的实施例的透视部分剖视图。具体实施方式反渗透(RO)和纳米过滤(NF)为基于膜的分离方法，其中在半渗透膜的一侧对进料溶液施加压力。所施加的压力导致“溶剂”(例如水)穿过膜(即形成“渗透物”)，而“溶质”(例如盐)不能穿过膜并且在剩余进料中浓缩(即形成“浓缩物”溶液)。一旦浓缩超出其溶解度极限，残留的盐(例如CaCO3)开始在膜上形成结垢。此类结垢对于住宅RO系统在高回收率下的长期运行而言尤其成问题。本专利技术包括适合用于以高回收率运行的反渗透(RO)和纳米过滤(NF)系统中的螺旋卷绕组件。此类组件包括一个或多个RO或NF膜包封和围绕渗透物收集管卷绕的进料间隔片。用以形成包封的RO膜相对不可渗透几乎全部溶解盐，并且通常阻挡超过约95％的具有单价离子的盐，例如氯化钠。RO膜还通常阻挡超过约95％的无机分子以及分子量大于约100道尔顿的有机分子。NF膜比RO膜更可渗透并且通常阻挡小于约95％的具有单价离子的盐，同时阻挡大于约50％(并且常常大于90％)的具有二价离子的盐，这取决于二价离子的种类。NF膜还通常阻挡在纳米范围内的粒子以及分子量大于约200到500道尔顿的有机分子。出于此说明书的目的，术语“超滤”涵盖RO和NF两者。代表性螺旋卷绕膜组件一般示出在图1中的2处。组件(2)通过围绕渗透物收集管(8)同心地卷绕一个或多个膜包封(4)和(一或多个)进料间隔片(“进料间隔件”)(6)而形成。每个膜包封(4)优选地包含膜片的两个基本上矩形区段(10，10')。膜片的每个区段(10，10')具有膜或前侧(34)以及支撑或背侧(36)。膜包封(4)是通过上覆膜片(10，10')且对准其边缘而形成。在一个优选的实施例中，膜片的区段(10，10')包围渗透物间隔片(12)。此夹层型结构沿着三个边缘(16，18，20)例如通过密封剂(14)而固定在一起以形成包封(4)，同时第四边缘，即“近端边缘”(22)紧靠渗透物收集管(8)以使得包封(4)的内部部分(以及任选的渗透物间隔件(12))与沿着渗透物收集管(8)的长度延伸的多个开口(24)流体连通。对于膜片的每个区段(10，10')的活性膜区域(25)对应于在运行期间液体可穿过其进入包封(4)中的膜区域；(相比于由粘合剂、胶带等隔离的非活性膜区域(25')使得液体经膜且进入渗透物包封的内部中的流动被阻止)。组件(2)可包括单个包封或多个膜包封(4)，每个包封由进料间隔片(6)分隔开。在所说明的实施例中，膜包封(4)通过接合邻近定位的膜片叶包的背侧(36)表面而形成。膜叶包包含自身折叠以界定两个膜“叶”的基本上矩形膜片(10)，其中每个叶的前侧面(34)彼此面对，且所述折叠与膜包封(4)的近端边缘(22)轴向对准，即与渗透收集管(8)平行。示出进料间隔片(6)位于折叠的膜片(10)的面对的前侧面(34)之间。进料间隔片(6)有助于进料流体流经组件(2)。虽然未示出，但组合件中也可包括额外的中间层。膜叶包和其制造的代表性实例进一步描述在Haynes等人的US 7875177中。在组件制造期间，渗透物间隔片(12)可围绕渗透物收集管(8)的圆周附接，其中膜叶包交错于其间。邻近定位的膜叶(10，10')的背侧面(36)围绕其周边的部分(16，18，20)密封以封闭渗透物间隔片(12)从而形成膜包封(4)。用于将渗透物间隔片附接到渗透物收集管的合适的技术描述在Solie的US 5538642中。(一或多个)膜包封(4)和(一或多个)进料间隔件(6)围绕渗透物收集管(8)同心地卷绕或“辊压”以形成两个相对的卷表面(入口卷表面(30)和出口卷表面(32))和外周边(38)。所得螺旋束通过胶带或其它方式保持在适当位置。然后可修整组件的卷表面(30，32)并且如在Larson等人的US 7951295中所描述，密封剂可任选地施加在卷表面(30，32)和渗透物收集管(8)之间的接合点处。如在McCollam的US 8142588中所描述，不可渗透层如胶带可围绕卷绕组件的圆周卷绕。在替代实施例中，多孔胶带或玻璃纤维涂层可施加到组件的周边。图1中所示的箭头示出了进料和渗透物通过组件(2)的一般流动方向(26，28)。更具体来说，进料流体从入口卷表面(30)进入组件(2)并且从出口卷表面(32)离开组件。渗透物流体在如由箭头(28)指示的一般垂直于渗透物收集管(8)的方向上沿着渗透物间隔片(12)流动。为了更好地示出由虚线箭头(48)示出的进料流动路径，组件(2)以包括从渗透物收集管(8)延伸的膜包封(4)和进料间隔片(6)的展开状态示出。进料间隔片(6)优选地包含包括多根交叉长丝的聚合物纤维网或织网材料的片材，与以商品名VEXARTM可购自Conwed Plastics或如Johnson的US 6881336中所描述的那些相似。更具体来说，进料间隔片(6)包括：i)沿着渗透物收集管(8)从入口卷表面(30)朝向出口卷表面(32)延伸的进料入口段(50)，ii)沿着外周边(38)(即邻近膜包封(20)的远端边缘)从出口卷表面(32)朝向入口卷表面(30)延伸的进料出口段(52)，以及iii)位于进料入口段(50)和进料出口段(52)之间的中心进料段(54)。在一个优选的实施例中，进料间隔片(6)的进料入口段(50)和中心进料段(54)各自具有不同的中值流动阻力；其中术语“流动阻力”是指在25℃下在1cm/秒的水流速度下每单位距离的压力降。更具体来说，进料入口段(50)在平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种螺旋卷绕膜组件(2)，其包含至少一个膜包封(4)和围绕中心渗透物管(8)卷绕形成入口卷表面(30)和出口卷表面(32)以及外周边(38)的进料间隔片(6)，其中所述进料间隔片(6)包含：i)沿着所述渗透物收集管(8)从所述入口卷表面(30)朝向所述出口卷表面(32)延伸的进料入口段(50)，ii)沿着所述外周边(38)从所述出口卷表面(32)朝向所述入口卷表面(30)延伸的进料出口段(52)，以及iii)位于所述进料入口段(50)和所述进料出口段(52)之间的中心进料段(54)；其中所述进料间隔片(6)的所述进料入口段(50)涵盖小于20％的所述进料间隔片(6)的所述总面积的面积；并且其中所述进料间隔片(6)的所述进料入口段(50)在平行于所述渗透物收集管(8)的方向上具有中值流动阻力，其小于25％的在垂直于所述渗透物收集管(8)的方向上所述中心进料段(54)的所述中值流动阻力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.31 US 61/9725461.一种螺旋卷绕膜组件(2)，其包含至少一个膜包封(4)和围绕中心渗透物管(8)卷绕形成入口卷表面(30)和出口卷表面(32)以及外周边(38)的进料间隔片(6)，其中所述进料间隔片(6)包含：i)沿着所述渗透物收集管(8)从所述入口卷表面(30)朝向所述出口卷表面(32)延伸的进料入口段(50)，ii)沿着所述外周边(38)从所述出口卷表面(32)朝向所述入口卷表面(30)延伸的进料出口段(52)，以及iii)位于所述进料入口段(50)和所述进料出口段(52)之间的中心进料段(54)；其中所述进料间隔片(6)的所述进料入口段(50)涵盖小于20％的所述进料间隔片(6)的所述总面积的面积；并且其中所述进料间隔片(6)的所述进料入口段(50)在平行于所述渗透物收集管(8)的方向上具有中值流动阻力，其小于25％的在垂直于所述渗透物收集管(8)的方向上所述中心进料段(54)的所述中值流动阻力。2.根据权利要求1所述的组件(2)，其进一步包含位于所述入口卷表面(30)上与所述渗透物收集管(8)相邻的进料入口区(60)、位于所述出口卷表面(32)上与所述外周边(38)相邻的进料出口段域(64)以及从所述进料入口区(60)延伸到所述进料出口区(64)的进料流动路径(48)。3.根据权利要求2所述的组件(2)，其进一步包含出口帽构件(35)，所述出口帽构件将通过所述出口卷表面(32)的流动限制于接近所述外周边(38)的区域以使得至少75％的穿过所述中心进料段(54)的进料液体也穿过所述进料出口区(64)。4.根据权利要求1所述的组件(2)，其中所述进料间隔片(6)的所述进料出口段(52)在平行于所述渗透物收集...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·D·琼斯，M·S·科伦兹，L·富兰克林，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US