[發明專利]一種新型恒溫管式膜組件

無效

• 申請號: 200910127979.8
• 申請日: 2009-03-25
• 公開（公告）號: CN101623597A
• 公開（公告）日: 2010-01-13
• 發明（設計）人: 張小明;雷騫;呂高孟;索繼栓
• 申請（專利權）人: 中科院嘉興中心成都有機所分中心;中國科學院成都有機化學有限公司
• 主分類號: B01D63/06
• 分類號: B01D63/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種新型恒溫管式膜組件，適用于滲透汽化、蒸汽滲透、微濾、超濾、反滲透、納濾、電滲析等膜分離過程，也可適用與膜分離與催化反應相結合以強化酯化反應、酯交換反應等的催化膜反應器。

背景技術

滲透汽化(pervaporation，簡稱PV，又稱為滲透蒸發)和蒸汽滲透(Vapor?Permeation，簡稱VP)是一種新型膜分離技術。該技術用于液體混合物的分離，其突出的優點是能夠以低能耗實現蒸餾、萃取、吸附等傳統的方法難于完成的分離任務。它特別適于蒸餾法難于分離或不能分離的近沸點、恒沸點混合物以及同分異構體的分離；對有機溶劑及混合溶劑中少量、微量水的脫除及廢水中少量有機污染物的分離具有明顯的技術上和經濟上的優勢；還可以同生物及化學反應耦合，將反應生成物不斷脫除，使反應轉化率明顯提高。所以，滲透汽化技術在醫藥化工及相關工業領域具有廣闊的應用前景及市場。它是目前處于發展期的新型分離技術，國際學術界的專家們稱之為二十一世紀最有前途的高技術之一。

滲透汽化膜分離過程研究和應用比較成熟的大部分是有機高分子膜，但是由于有機膜在熱穩定性、機械強度和化學穩定性等方面具有很大的局限性，其應用范圍受到很大的限制。與有機膜相比，無機陶瓷膜在這些方面具有很大的優勢，近20多年以來，無機膜的制備和滲透汽化分離過程的開發是國內外膜科學家和工程技術人員的研究熱點。在眾多無機膜中，沸石分子篩膜因具有規則的孔道結構、較大的比表面積和強的吸附性能而備受關注。如JP2003-210950，CN1597072，CN1274396C等均報道了高性能NaA分子篩膜的制備方法，所制備的NaA分子篩膜可以用于含水共沸有機物的滲透汽化脫水。

無機陶瓷膜，特別是分子篩膜大多數情況下是以氧化鋁管或其它陶瓷管為載體通過水熱合成法制備得到的。在滲透汽化膜分離過程中，透過組分蒸發所需要的熱量來自于原料液，由于膜的滲透汽化分離性能與溫度密切相關，隨著溫度的降低，膜的通量和處理能力將大幅度降低。因此，膜組件的形式直接影響分離過程的效率。一般情況下，原料液預熱到一定溫度后進入膜組件，隨著原料液在膜表面和組件中的流動，滲透組分汽化帶走熱量導致原料液的溫度降低和膜分離效率的衰減。通常是將通過一個或數個膜組件的原料液再次進行加熱以保持高的分離效率。這種膜組件的缺點是需要額外換熱器，溫度極化效應導致膜分離性能的降低，從而增加了分離的成本和設備。滲透汽化或汽化滲透過程是一個傳質和傳熱同時存在的分離過程，和其他過程類似，也將產生濃度極化和溫度極化現象，所以原料液在膜面上的流動狀態是影響分離過程的重要因素。增加料液流動的湍流程度，減少濃度邊界層和溫度邊界層，保證流體在膜面分布更均勻，可以減少濃度和溫度極化對膜分離性能的影響。為了降低管式膜滲透汽化分離過程中的溫度極化和濃度極化效應導致分子性能的降低，設計和改進膜組件顯得尤為重要，CN1795041、JP2003-93843和JP2003-93844均提出了新型的滲透汽化膜組件，部分的降低了了分離過程中的溫度極化對分離性能的影響，但是并未降低膜分離過程中的濃度極化，同時單位膜組件體積裝填的膜面積低，這將增加膜分離設備的體積，增加制備成本。

發明內容

本發明的目的是針對無機膜，特別是分子篩膜滲透汽化分離過程中的溫度極化和濃度極化效應導致膜分離性能降低和操作成本增加等技術問題，提供一種新型恒溫管式膜組件，該膜組件可以用于滲透汽化、蒸汽滲透、微濾、超濾、反滲透、納濾、電滲析等膜分離過程，也可以用于膜分離與催化反應相結合以強化酯化反應、酯交換反應等的催化膜反應器。

本發明提供一種新型恒溫管式膜組件，其特征在于膜組件由管狀膜16、組件封頭11、組件外殼17和組件加熱腔33等部分構成。其中管狀膜16與密封墊圈15緊密連接，然后由法蘭14固定在組件法蘭13上。原料液通過進口21進入分離腔體23和由管狀膜16與加熱腔33形成的環形夾層24中。管狀膜及原料液通過加熱腔33中的恒溫加熱介質直接加熱，供給滲透組分汽化所需要的熱量。滲余液由出口23排除進入下一級膜組件，透過管狀膜的滲透蒸汽通過驅動腔體12排出。加熱腔中的加熱介質通過外部的換熱器加熱后經由進口31和出口32在腔體內高速循環流動以保持恒溫狀態。

本發明提供一種新型恒溫管式膜組件，其特征在于所述膜組件的材質可以為不銹鋼材料，也可以為有機玻璃，工程塑料，ABS樹脂等任何易于加工和成型的材料。

本發明提供一種新型恒溫管式膜組件，其特征在于所述管狀膜可以為分子篩膜，也可以其它任何無機陶瓷膜。