往复旋转式料液膜分离方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种往复旋转式料液膜分离方法和装置，包括有料液筒、中空转轴、转盘和膜组件；该料液筒上设有料液进口和出料口；该中空转轴可转动地设于料液筒中，该中空转轴上设有出液口；该转盘固定中空转轴上；该膜组件固定于转盘上随转盘同步转动，进一步包括有驱动机构，该驱动机构带动该膜组件往复正转和反转，该膜组件正转和反转的速率以及时间相同；藉此，利用该膜组件往复正转和反转，使膜表面料液流场的速度梯度增大，有效提高液体的切应力，可更明显地抑制膜污染和浓差极化，从而显著延缓膜通量衰减，使料液分离效果更佳，效率更高，还可减少膜清洗的频率，降低运行成本，可应用于生物工程、医药、食品、饮料与废水处理等多个领域中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及膜分离领域技术，尤其是指一种可应用于生物工程、医药、食品、饮料 与废水处理等多个领域中的往复旋转式料液膜分离方法和装置。
技术介绍
近年来，膜分离技术在生物工程、医药、食品、饮料与废水处理等领域内的应用发 展迅速，但是，如何减轻膜污染和浓差极化的影响、延缓膜通量的衰减，仍是困扰膜分离技 术发展的主要问题之一。尽管高性能膜材料的研制已经达到了很高的水平，但在现有膜材料性能的前提 下，从膜分离操作工艺及其设备入手来强化膜分离的传质过程，控制膜污染及浓差极化现 象，提高膜的渗透效率，是促进膜分离技术工业化应用直接而现实的道路之一。目前，从非膜材料的角度出发，提高膜表面水力剪切作用是延缓膜通量衰减的最 常用措施。在众多的提高膜面剪切率的措施中，将待处理料液沿膜表面高速切向流动是最 常用的方法，也就是切向流过滤(Cross flowfiltration)。不过大量研究表明，虽然切向流 过滤通过料液在膜表面的快速流动可以产生较好的水力剪切效果，但料液流速过快会产生 较高的轴向压力梯度，导致沿膜面的TMP分布不均勻，从而影响膜的渗透通量及传质过程； 并且，高速切向流需要较高的回流比才能实现，而回流比过高必然导致进料泵的能耗较高。旋转膜分离技术是近三十年迅速发展起来的一种膜过滤形式，它通过膜本身的旋 转或者近膜面转子的旋转在膜表面产生强剪切作用，很好地削减了膜污染和浓差极化的影 响，延缓了膜通量的衰减速率。目前，旋转膜分离技术的组件形式主要有旋转盘式膜过滤器 (Rotating disk module)禾口方宠转管式膜过滤器(Rotating cylindrical membranes)。另夕卜 CN1762555A公开了一种旋转中空纤维膜分离器，这些分离器的共同特点就是只沿单一方向 旋转，膜面的高切变率是由膜面或强化转子的同方向高速旋转运行产生的，其切变率与膜 运动速度成正比例增加，而强化能的消耗却与速度的平方成正比例增加，这种增长关系致 使强化能的有效利用随着转速的增加而急剧下降，并很快达到很不经济的程度，甚至会出 现料液与膜同步旋转，料液对膜表面剪切率接近于零的情况。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种往复旋转式料液膜分离 方法和装置，其能有效解决现在之利用膜分离技术进行料液过滤分离时出现的料液与膜同 步旋转以使得料液过滤分离效果差问题。本专利技术的另一目的是提供一种往复旋转式料液膜分离方法和装置，其能有效解决 现在之利用膜分离技术进行料液过滤分离时出现能耗高的问题。为实现上述目的，本专利技术采用如下之技术方案一种往复旋转式料液膜分离方法，利用膜组件的旋转对料液进行过滤分离，在开 始运行时，使该膜组件在料液中沿一个方向旋转；当膜组件旋转一段时间后，使该膜组件向反方向旋转相同的时间，且该膜组件反方向旋转时的速率与膜组件开始旋转时的速率相 同，该膜组件在反方向旋转的过程中，旋转速度与料液流速的数值迭加使得膜表面料液的 速度梯度增大，提高膜表面的液体切应力，抑制了膜污染和浓差极化；在后续的料液过滤分 离过程中，重复进行上述往复旋转运动，不断地实现料液过滤分离。作为一种优选方案，所述膜组件正转一次和反转一次为膜组件的一个旋转周期， 该旋转周期为2S。一种往复旋转式料液膜分离装置，包括有一料液筒、一中空转轴、两转盘和复数个 膜组件；该料液筒上设置有连通外界与料液筒内部的料液进口和出料口 ；该中空转轴可转 动地设置于料液筒中，于该中空转轴上设置有连通外界与中空转轴内部的出液口 ；该两转 盘位于料液筒中，且该两转盘间隔固定于该中空转轴上随中空转轴同步转动；该膜组件的 两端分别固定于该两转盘上随转盘同步转动，且该膜组件的内部通过集水管与该中空转轴 的内部连通，进一步包括有驱动机构，该驱动机构带动该中空转轴往复正转和反转，该中空 转轴往复正转和反转的速率以及正转和反转的时间相同，该膜组件随该中空转轴同步往复 正转和反转，以增大膜表面料液的速度梯度，从而提高膜表面的液体切应力。作为一种优选方案，所述两转盘之间固定有24根前述膜组件，该些膜组件依次呈 “米”字型排布，每一膜组件的管径为2cm。作为一种优选方案，所述转盘为单层实心盘或者双层中空盘，该转盘的半径为 IOcm0作为一种优选方案，所述膜组件为外压式管式膜组件或者中空纤维式膜组件。作为一种优选方案，所述外压式管式膜组件为PVDF材质的超滤膜。作为一种优选方案，所述中空纤维式膜组件为聚丙烯超滤中空纤维式膜组件。作为一种优选方案，所述中空转轴往复旋转一个周期的时间为2S。作为一种优选方案，所述驱动机构为变频电机。本专利技术与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案 可知一、通过驱动机构带动膜组件在料液中往复正转和反转，利用该膜组件往复正转 和反转，使得膜表面料液流场的速度梯度增大，有效提高了膜表面的液体切应力，避免了料 液与膜同步旋转现象的出现；以及，利用该膜组件正转和反转的速率以及时间相同，可更加 明显地抑制膜污染和浓差极化现象，从而更加显著延缓膜通量的衰减，使料液过滤分离的 效果更佳，效率更高，同时还可减少膜清洗的频率，从而降低运行成本。二、通过利用该膜组件往复正转和反转，以此提高膜表面料液流场的速度梯度，获 取较高的液体切应力，使得膜过滤操作简单化，而且该较高液体的切应力是由膜组件往复 旋转产生而非通过不断向同一方向提高转速产生，有利于大幅度降低料液过滤分离过程中 的能耗，符合低碳节能环保的理念。为更清楚地阐述本专利技术的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发 明进行详细说明附图说明图1是本专利技术之实施例的具体结构视图。4附图标识说明10、料液筒11、料液进口12、出料口20、中空转轴21、出液口30、转盘40、膜组件41、集水管50、驱动机构具体实施例方式请参照图1所示，其显示出了本专利技术之第一较佳实施例的具体结构，包括有一料 液筒10、一中空转轴20、两转盘30、复数个膜组件40和驱动机构50。其中，该料液筒10上设置有连通外界与料液筒10内部的料液进口 11和出料口 12，该料液进口 11位于该料液筒10的上端，该料液进口 11处设置有进料泵(图中未示)， 利用该进料泵对料液筒10进行料液加注，当然亦可进行人工加注，不以为限。该出料口 12 位于料液筒10的下端，该出料口 12用于排放浓缩液。该中空转轴20相对料液筒10可转动地设置于料液筒10中，该中空转轴20的下 端封闭，中空转轴20的上端设置有连通外界与中空转轴20内部的出液口 21，该出液口 21 处设置有蠕动泵(图中未示)，利用该蠕动泵可以将中空转轴20内部中的透过液抽出，当然 该中空转轴20内部的透过液亦可通过其他方式抽出，不以为限。该两转盘30位于前述料液筒10中，且该两转盘30间隔固定于该中空转轴20上 随中空转轴20同步转动，本实施中的转盘30为单层实心盘，其半径为10cm。该复数个膜组件40分别竖向设置于前述两转盘30之间，每一膜组件40的两端分 别固定于该两转盘30上，使得每一膜组件40可随转盘30同步转动，且每一膜组件40的内 部均通过集水管41与前述中空转轴20的内部连通，使得进入到膜组件40内部的透过液可 以汇集流入中空转轴的内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种往复旋转式料液膜分离方法，利用膜组件的旋转对料液进行过滤分离，其特征在于：在开始运行时，使该膜组件在料液中沿一个方向旋转；当膜组件旋转一段时间后，使该膜组件向反方向旋转相同的时间，且该膜组件反方向旋转时的速率与膜组件开始旋转时的速率相同，该膜组件在反方向旋转的过程中，旋转速度与料液流速的数值迭加使得膜表面料液的速度梯度增大，提高膜表面的液体切应力，抑制了膜污染和浓差极化；在后续的料液过滤分离过程中，重复进行上述往复旋转运动，不断地实现料液过滤分离。

【技术特征摘要】
1.一种往复旋转式料液膜分离方法，利用膜组件的旋转对料液进行过滤分离，其特征 在于在开始运行时，使该膜组件在料液中沿一个方向旋转；当膜 组件旋转一段时间后，使 该膜组件向反方向旋转相同的时间，且该膜组件反方向旋转时的速率与膜组件开始旋转时 的速率相同，该膜组件在反方向旋转的过程中，旋转速度与料液流速的数值迭加使得膜表 面料液的速度梯度增大，提高膜表面的液体切应力，抑制了膜污染和浓差极化；在后续的料 液过滤分离过程中，重复进行上述往复旋转运动，不断地实现料液过滤分离。2.根据权利要求1所述的往复旋转式料液膜分离方法，其特征在于所述膜组件正转 一次和反转一次为膜组件的一个旋转周期，该旋转周期为2S。3.一种往复旋转式料液膜分离装置，包括有一料液筒、一中空转轴、两转盘和复数个膜 组件；该料液筒上设置有连通外界与料液筒内部的料液进口和出料口 ；该中空转轴可转动 地设置于料液筒中，于该中空转轴上设置有连通外界与中空转轴内部的出液口 ；该两转盘 位于料液筒中，且该两转盘间隔固定于该中空转轴上随中空转轴同步转动；该膜组件的两 端分别固定于该两转盘上随转盘同步转动，且该膜组件的内部通过集水管与该中空转轴的 内部连通，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕斯濠，范洪波，张杰琳，袁芳，曾燕艳，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]