專利名稱：一種連續(xù)納濾濃縮裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型屬于納濾裝置技術(shù)領域，特別是提供了一種連續(xù)納濾濃縮裝置。
背景技術(shù)：
納濾膜屬于反滲透范疇的半透膜，其孔徑介于反滲透和超濾膜之間，通常指零點幾到幾個納米。與反滲透膜相比，納濾膜對離子具有選擇性截留的效果，對有機物來講，納濾膜對分子量幾百到幾千的物質(zhì)，截留效果很好，因此，自從發(fā)明納濾膜以來，在化工、制藥、食品飲料、水處理、環(huán)境保護等行業(yè)的應用得到了迅猛發(fā)展。納濾膜的應用主要集中在濃縮和分離。從裝置規(guī)模和配置上，納濾膜分離裝置分為單元件系統(tǒng)、單段系統(tǒng)和多段系統(tǒng)。單元件系統(tǒng)是最小的納濾系統(tǒng)，只包含一支壓力容器和一支膜元件(所有壓力容器和膜元件一起稱膜堆)。由于該系統(tǒng)僅采用一支膜元件，而設計要求單支40英寸長的膜元件濃水排放量與產(chǎn)水量比的最小值為5:1 (約相當于18%的回收率)，因此單一膜元件系統(tǒng)很難達到較高的系統(tǒng)回收率。為了提高回收率，可以在每一支壓力容器內(nèi)串聯(lián)更多的月旲兀件。單支壓力容器并聯(lián)起來排列就成了單段系統(tǒng)。單段系統(tǒng)中至少包含兩支壓力容器和兩個膜元件。單段系統(tǒng)回收率與單支壓力容器中串聯(lián)的膜元件數(shù)量有關(guān)，一般在15 50 %之間。單原件系統(tǒng)和單段系統(tǒng)通常采用全回流模式操作，即物料從納濾循環(huán)罐出來，進入納濾系統(tǒng)進行一次濃縮，濃縮液再回流到納濾循環(huán)罐，如此反復，以達到需要的濃縮倍數(shù)。采用全回流方式操作，運行費用較高。當要求系統(tǒng)回收率超過50%時，應當采用多段系統(tǒng)。多段系統(tǒng)是指第一段的濃水作為第二段的進水，第二段的濃水作為第三段的進水，以此類推。多段系統(tǒng)從壓力容器排列結(jié)構(gòu)設計上可分為兩種一種是圣誕樹結(jié)構(gòu)設計(Christmas Tree Design),另一種是再循環(huán)結(jié)構(gòu)設計(Recirculation Design)。圣誕樹結(jié)構(gòu)設計(Christmas Tree Design):由于每段的進水一部分變成產(chǎn)水,后一段的進水流量會減少，為了保證每支膜元件的正常進水流量，所以后段的壓力容器數(shù)量要比上一段的壓力容器數(shù)量少，形成倒金字塔形狀排列。具體排列方式與單支壓力容器膜元件數(shù)量、物料性質(zhì)(濃度、黏度等)、設計回收率等因素有關(guān)。通常四 六芯膜壓力容器的排列方式是2:1或4:2:1。對多段系統(tǒng)，由于膜元件自身壓降和濃度升高，后段系統(tǒng)會出現(xiàn)凈驅(qū)動壓力不足的現(xiàn)象，造成前段和后端產(chǎn)水不均衡，往往需要在每兩段之間加增壓泵，以提高后段的驅(qū)動力。圣誕樹結(jié)構(gòu)設計的兩段系統(tǒng)回收率可達到50 70 %，三段系統(tǒng)回收率可達到75 80 %。圣誕樹結(jié)構(gòu)設計優(yōu)點是結(jié)構(gòu)和操作簡單，投資省。該結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)通常僅需要一臺高壓泵(有時需要段間增壓泵)和很少的工藝管道和控制閥，操作簡單方便，便于實現(xiàn)自動控制。其最大缺點是受物料性質(zhì)、回收率等因素影響，膜元件的進料流量選擇通常會處于過高或過低的邊緣，任何一點點進料流量的波動都可能會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，另外這種排列的系統(tǒng)一次濃縮倍數(shù)最多只能達到4 5倍。當系統(tǒng)濃縮倍數(shù)要求不高時，圣誕樹結(jié)構(gòu)設計的多段系統(tǒng)可以實現(xiàn)連續(xù)操作；如果經(jīng)過一次濃縮達不到濃縮倍數(shù)要求，也必須采用全回流操作。再循環(huán)結(jié)構(gòu)設計(Recirculation Design):其最大特征在于每段系統(tǒng)均配備一臺循環(huán)泵，進料管道連接到循環(huán)泵入口，同時每一段膜堆出口管道也連接到循環(huán)泵入口。循環(huán)泵以及膜堆、相關(guān)管道形成一個內(nèi)部循環(huán)圈。循環(huán)泵的作用是提供每支壓力容器所需要的進料流量，克服膜壓降。再循環(huán)結(jié)構(gòu)設計通常為2個以上循環(huán)圈并聯(lián)，每個循環(huán)圈的循環(huán)泵入口和膜堆濃縮液出口安裝閥門。其最大優(yōu)點是每個循環(huán)圈可分別獨立運行，通過控制每個循環(huán)圈進出口閥門，在生產(chǎn)不中斷的情況下，實現(xiàn)清洗，從而實現(xiàn)真正意義上的連續(xù)濃縮；另外，由于采用了內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)回收率可以達到很高(可達95%以上)，并且可根據(jù)物料性質(zhì)和生產(chǎn)需要在大范圍內(nèi)調(diào)整。再循環(huán)結(jié)構(gòu)設計主要缺點是投資和運行費用高。在濃縮倍數(shù)和處理速度確定的情況下，段數(shù)越少，所使用的膜元件會越多。增加段數(shù)，雖然會減少膜元件數(shù)量，但同時會增加循環(huán)泵的數(shù)量，裝機功率提高，運行費用增加。受一次性投資費用影響，再循環(huán)結(jié)構(gòu)設計通常用于處理規(guī)模比較大的系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種連續(xù)納濾濃縮裝置，用盡量少的膜元件和盡量少的裝機功率，即可達到很高的濃縮倍數(shù)(可達到20倍以上)，解決了傳統(tǒng)圣誕樹結(jié)構(gòu)設計濃縮倍數(shù)低，再循環(huán)結(jié)構(gòu)設計投資和運行費用高的問題；實現(xiàn)了投資省、操作彈性大、運行費用低、適用性好。本實用新型包括供料泵I、安全過濾器2、高壓泵3、一段膜堆4、二段膜堆9、循環(huán)泵13、三段膜堆14、三段濃縮液調(diào)節(jié)閥16、三段濃縮液流量計17、總滲透液流量計18。供料泵I與安全過濾器2連接，安全過濾器2與高壓泵3連接，高壓泵3與一段膜堆4連接，一段膜堆4濃縮側(cè)與二段膜堆9連接，二段膜堆9與循環(huán)泵13入口連接，三段膜堆14的入口和濃縮側(cè)出口分別與循環(huán)泵13的出口和入口連接，形成內(nèi)部循環(huán)圈，三段膜堆14濃縮側(cè)連接三段濃縮液調(diào)節(jié)閥16、三段濃縮液調(diào)節(jié)閥16與三段濃縮液流量計17連接，一段膜堆4滲透側(cè)出口、二段膜堆9滲透側(cè)出口以及三段膜堆14滲透側(cè)出口合并，連接總滲透液流量計18。該納濾裝置為多段系統(tǒng)，通常為三段系統(tǒng)，其中末段采用內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)，前幾段采用圣誕樹結(jié)構(gòu)設計。這種設計結(jié)合了兩種傳統(tǒng)設計方案的優(yōu)點，用較少的膜元件，實現(xiàn)一次濃縮到較高的濃縮倍數(shù)(可達10 20倍)的生產(chǎn)需要，節(jié)約了一次性設備投資和運行成本。作為對本實用新型的進一步優(yōu)化，在一段膜堆4、二段膜堆9之間增加一臺段間增壓泵8，其位置在一段膜堆4濃縮側(cè)和二段膜堆9之間。作為對本實用新型的進一步優(yōu)化，在二段膜堆9、三段膜堆14之間，增加一臺段間增壓泵8，其位置在二段膜堆9濃縮側(cè)和循環(huán)泵13之間。增加段間增壓泵8，可提高增壓泵后各段膜堆的操作壓力，提高后段膜的工作效率，從而有效減少膜元件數(shù)量，降低設備投資。作為對本實用新型的更進一步優(yōu)化，在一段膜堆4濃縮側(cè)和二段膜堆9之間增加段間增壓泵8的同時，在一段膜堆4濃縮側(cè)和段間增壓泵8之間增加一段濃縮回流液調(diào)節(jié)閥門6，之后連接一段回流液流量計7 ；同時，將總滲透液流量計18去掉，在一段膜堆4滲透側(cè)出口連接一段滲透液流量計5，在二段膜堆9滲透側(cè)出口連接二段滲透液流量計10，在三段膜堆14側(cè)出口連接三段滲透液流量計15，各段滲透液經(jīng)過各段滲透液流量計后再合并；去掉總滲透液流量計18。作為對本實用新型的更進一步優(yōu)化，在二段膜堆9濃縮側(cè)和循環(huán)泵13之間增加段間增壓泵8的同時，在二段膜堆9濃縮側(cè)和段間增壓泵8之間增加二段濃縮回流液調(diào)節(jié)閥門11，之后連接二段回流液流量計12 ;同時，將總滲透液流量計18去掉，在一段膜堆4滲透側(cè)出口連接一段滲透液流量計5，在二段膜堆9滲透側(cè)出口連接二段滲透液流量計10，在三段膜堆14側(cè)出口連接三段滲透液流量計15，各段滲透液經(jīng)過各段滲透液流量計后再合并；去掉總滲透液流量計18。作為對本實用新型的更進一步優(yōu)化，在二段膜堆9濃縮側(cè)和循環(huán)泵13之間增加段間增壓泵8的同時，在一段膜堆4濃縮側(cè)和二段膜堆9之間增加一段濃縮回流液調(diào)節(jié)閥門6，之后連接一段回流液流量計7 ;同時，將總滲透液流量計18去掉，在一段膜堆4滲透側(cè)出口連接一段滲透液流量計5，在二段膜堆9滲透側(cè)出口連接二段滲透液流量計10，在三段膜 堆14側(cè)出口連接三段滲透液流量計15，各段滲透液經(jīng)過各段滲透液流量計后再合并。通過上述優(yōu)化，可降低各段膜堆的選型配置難度，同時可直觀顯示各段膜堆的實際運行出力情況，并能通過調(diào)節(jié)一段和二段回流液調(diào)節(jié)閥的開度以及高壓泵和段間增壓泵的頻率來調(diào)節(jié)控制各段膜堆的工作流量。本實用新型的有益效果是使用較少的膜元件(或者較小的膜過濾面積)和較低的裝機功率，實現(xiàn)所處理物料的連續(xù)濃縮，節(jié)約設備一次性投資費用和運行費用。同時，該設備一次濃縮倍數(shù)可在4 20倍(甚至更高)之間可調(diào)，適用性好，操作彈性大。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單合理，裝機功率小，可廣泛應用于清潔物料的連續(xù)濃縮處理。配備合適的PLC、傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，可實現(xiàn)自動操作。

圖I為連續(xù)納濾濃縮裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為帶段間增壓泵的連續(xù)納濾濃縮裝置一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為帶段間增壓泵的連續(xù)納濾濃縮裝置另一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為帶段間回流和段間增壓泵的連續(xù)納濾濃縮裝置一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為帶段間回流和段間增壓泵的連續(xù)納濾濃縮裝置另一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為帶段間回流和段間增壓泵的連續(xù)納濾濃縮裝置再一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為傳統(tǒng)三段再循環(huán)結(jié)構(gòu)排列裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為傳統(tǒng)三段圣誕樹結(jié)構(gòu)排列裝置結(jié)構(gòu)示意圖。其中，供料泵I、安全過濾器2、高壓泵3、一段膜堆4、一段滲透液流量計5、一段濃縮回流液調(diào)節(jié)閥6、一段回流液流量計7、段間增壓泵8、二段膜堆9、二段滲透液流量計10、二段濃縮回流液調(diào)節(jié)閥11、二段回流液流量計12、循環(huán)泵13、三段膜堆14、三段滲透液流量計15、三段濃縮液調(diào)節(jié)閥16、三段濃縮液流量計17、總滲透液流量計18。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步解釋。實施例I :[0032]本實用新型實施例I包括供料泵1，安全過濾器2，高壓泵3，一段膜堆4，二段膜堆9，循環(huán)泵13，三段膜堆14，三段濃縮液調(diào)節(jié)閥16，三段濃縮液流量計17，總滲透液流量計18。其中，一段膜堆、二段膜堆以及三段膜堆由一支壓力容器或多支壓力容器并聯(lián)組成，壓力容器中裝填膜元件；膜元件采用卷式納濾膜元件、卷式反滲透膜元件或卷式超濾膜元件，膜元件規(guī)格包括8040，4040，2540等；壓力容器可采用玻璃鋼、不銹鋼或其它材質(zhì)的8寸1-6芯，4寸1-4芯，2. 5寸1-4芯膜殼。原料液經(jīng)供料泵I進入安全過濾器2，攔截掉顆粒性雜質(zhì)，通過高壓泵3加壓后，進入一段膜堆4，進行初步預濃縮；一段濃縮液直接進入二段膜堆9，進行二次濃縮；二段濃縮液作為三段的原料液，進入循環(huán)泵13，再進入三段膜堆14，進行最終的循環(huán)濃縮；三段濃縮液經(jīng)三段濃縮流量計17計量，進入下一工序處理；一段、二段、三段滲透液合并后經(jīng)總滲透 液流量計18計量，進行回收或排放處理。以上三段膜采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中三段膜堆14濃縮液出口與三段循環(huán)泵13的入口連通，形成內(nèi)部循環(huán)，從而保證三段膜堆14需要的進料流量。通過調(diào)節(jié)三段濃縮液調(diào)節(jié)閥16的開度，可自由控制系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)，濃縮倍數(shù)通過流量計讀數(shù)進行計算?！魏投文げ捎檬フQ樹結(jié)構(gòu)排列，也就是說一段膜堆與二段膜堆相比，采用更多的壓力容器。以8寸6芯的壓力容器為例，通常可采用2:1，3:2 (3:1)或5:3 (5:2)等排列方式。通過對供料泵、高壓泵的選型和對膜對排列結(jié)構(gòu)的計算，保證運行時每支壓力容器的進料流量。三段為帶循環(huán)泵的內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)，通過循環(huán)泵的選型，可保證三段壓力容器的合適進料流量。本實施例I中，滲透側(cè)采用了一個總滲透液流量計，成本低，但不能描述每段膜的回收率情況?？稍诿慷文B透側(cè)出口安裝一臺流量計，取消總滲透液流量計，如此一來，可根據(jù)各流量計讀數(shù)，計算出各段膜的回收率。實施例2 與實施例I基本相同，所不同的是在一段膜堆4濃縮側(cè)和二段膜堆9之間，增加了段間增壓泵8。一、二段之間增加段間增壓泵后，可使二段、三段的操作壓力提高，從而提高二段和三段膜的工作效率，降低系統(tǒng)膜元件總數(shù)量，或者提高系統(tǒng)總的濃縮倍數(shù)。實施例3 與實施例2基本相同，所不同的是，段間增壓泵8的位置位于二段膜堆9濃縮側(cè)和循環(huán)泵13之間。二、三段之間增加段間增壓泵后，可使三段的操作壓力提高，從而提高三段膜的工作效率，降低三段膜元件數(shù)量，或者提高系統(tǒng)總的濃縮倍數(shù)。實施例4 與實施例2基本相同，所不同的是在一段膜堆4濃縮側(cè)和段間增壓泵8之間，增加了一段濃縮回流液調(diào)節(jié)閥6和對應的一段回流液流量計7 (—段回流管路)，同時，每段膜滲透側(cè)出口分別增加了滲透液流量計5、10、15，取消了總滲透液流量計18。[0048]一、二段之間增加一段回流管路后，一、二段膜的排列和供料泵、高壓泵的選型自由度會有所提高，可通過調(diào)節(jié)一段濃縮回流液調(diào)節(jié)閥6的開度，調(diào)節(jié)二段膜的進料流量以及一段膜的滲透流量，系統(tǒng)的可操作性大大增加。實施例5 與實施例3基本相同，所不同的是在二段膜堆9濃縮側(cè)和段間增壓泵8之間，增加了二段濃縮回流液調(diào)節(jié)閥11和對應的二段回流液流量計12 (二段回流管路)，同時，每段膜滲透側(cè)出口分別增加了一個滲透液流量計5、10、15，取消了總滲透液流量計18。二、三段之間增加二段回流管路后，可提高設備選型的自由度。設備選型確定后，可通過調(diào)節(jié)二段濃縮回流液調(diào)節(jié)閥11的開度，調(diào)節(jié)一、二段膜的進料流量以及一、二段膜的滲透流量，改善系統(tǒng)的可操作性。實施例6 與實施例5基本相同，所不同的是在一段膜堆4濃縮側(cè)和二段膜堆9之間，增加了 一段濃縮回流液調(diào)節(jié)閥6和對應的一段回流液流量計7 (—段回流管路)。增加一段回流管路后，可提高設備選型的自由度。設備選型確定后，可通過調(diào)節(jié)一段濃縮回流液調(diào)節(jié)閥7的開度，調(diào)節(jié)一、二段膜的進料流量以及一、段膜的滲透流量，改善系統(tǒng)的可操作性。實施例7 為傳統(tǒng)三段再循環(huán)排列的系統(tǒng)配置。共配備了 5臺泵，與本實用新型其它實施例比較，投資明顯增加。實施例8 為傳統(tǒng)三段圣誕樹排列的系統(tǒng)配置。受到高壓泵和膜元件的規(guī)格以及操作性能影響，圣誕樹結(jié)構(gòu)排列的膜裝置，濃縮倍數(shù)最大能達到5倍左右。本實用新型的具體實現(xiàn)途徑和方式還有很多，以上所述僅僅是本實用新型優(yōu)選的幾種實施方案。應當指出，對于本技術(shù)領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型基本原理的前提下，還可做出若干的改進和修飾，這些改進和修飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種連續(xù)納濾濃縮裝置，其特征在于包括供料泵(I)、安全過濾器(2)、高壓泵(3)、一段膜堆(4)、二段膜堆(9)、循環(huán)泵(13)、三段膜堆(14)、三段濃縮液調(diào)節(jié)閥(16)、三段濃縮液流量計(17)、總滲透液流量計(18);供料泵(I)與安全過濾器(2)連接，安全過濾器(2)與高壓泵(3)連接，高壓泵(3)與一段膜堆(4)連接，一段膜堆(4)濃縮側(cè)與二段膜堆(9)連接，二段膜堆9與循環(huán)泵(13)入口連接，三段膜堆(14)的入口和濃縮側(cè)出口分別與循環(huán)泵(13 )的出口和入口連接，形成內(nèi)部循環(huán)圈，三段膜堆(14)濃縮側(cè)連接三段濃縮液調(diào)節(jié)閥(16)、三段濃縮液調(diào)節(jié)閥(16)與三段濃縮液流量計(17)連接，一段膜堆(4)滲透側(cè)出口、二段膜堆(9)滲透側(cè)出口以及三段膜堆(14)側(cè)出口合并，連接總滲透液流量計(18)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連續(xù)納濾濃縮裝置，其特征在于，在一段膜堆(4)、二段膜堆(9)之間增加一臺段間增壓泵(8)，其位置在一段膜堆(4)濃縮側(cè)和二段膜堆(9)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連續(xù)納濾濃縮裝置，其特征在于，在二段膜堆(9)、三段膜堆(14)之間，增加一臺段間增壓泵(8)，其位置在二段膜堆(9)濃縮側(cè)和循環(huán)泵(13)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的連續(xù)納濾濃縮裝置，其特征在于，在一段膜堆(4)濃縮側(cè)出口增加一臺一段濃縮回流液調(diào)節(jié)閥(6)，之后連接一段回流液流量計(7)，其位置在一段膜堆(4)濃縮側(cè)與段間增壓泵(8)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的連續(xù)納濾濃縮裝置，其特征在于，在二段膜堆(9)濃縮側(cè)出口增加一臺二段濃縮回流液調(diào)節(jié)閥(11)之后連接二段回流液流量計(12)，其位置在二段膜堆(9)濃縮側(cè)與段間增壓泵(8)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連續(xù)納濾濃縮裝置，其特征在于，在一段膜堆(4)濃縮側(cè)出口增加一臺一段濃縮回流液調(diào)節(jié)閥(6)，之后連接一段回流液流量計(7)，其位置在一段膜堆(4 )濃縮側(cè)與二段膜堆(9 )之間。
專利摘要一種連續(xù)納濾濃縮裝置，屬于納濾裝置技術(shù)領域，包括供料泵、安全過濾器、高壓泵、一段膜堆、二段膜堆、循環(huán)泵、三段膜堆、三段濃縮液調(diào)節(jié)閥、三段濃縮液流量計、總滲透液流量計。優(yōu)點在于，結(jié)構(gòu)簡單合理，裝機功率小，可廣泛應用于清潔物料的連續(xù)濃縮處理。配備合適的PLC、傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，可實現(xiàn)自動操作。
文檔編號B01D61/08GK202606034SQ20122029694
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者王自斌, 李君占 申請人:北京鑫佰利科技發(fā)展有限公司