[发明专利]X旋流卷式膜导流隔网

说明书

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，尤其涉及一种应用于高纯分离用途（例如在食品、医疗和药品工业中）、环保污水处理或海水淡化工业中，使用工程化渗透法（例如：反渗透，正渗透）进行分离提取作业的正渗透、反渗透膜、纳滤膜、超滤膜、微滤膜、电渗析膜、渗透气化膜、膜生物反应器等的导流隔网。

背景技术

目前，各种螺旋卷式膜的结构大致相同，均由内置多孔导流网的膜袋与起间隔导流作用的导流隔网相叠，卷绕在一根中空多孔管——中心产品收集管上，然后密封连接而成。现有国内外螺旋卷式膜元件所使用的导流隔网，常见的是菱形隔网和矩形隔网，在结构上都是由沿流道方向的较粗的纵向筋，与横向夹置在流道内较细的横向筋构成，所有流道平铺一层，构成导流隔网。配合图1、图2所示矩形导流隔网，其横向筋1均偏向纵向筋2的某一侧相交，即都是横向筋1是和膜面6相接触的结构。进料原液沿着平行于中心产品收集管的方向——膜元件轴向流动，轴向线5是螺旋卷式膜元件轴线在导流隔网上的若干任意投影，轴向线5平行于膜元件轴线，是用于说明导流隔网结构的虚拟线。

为解决现有这类隔网结构在运行时存在的，在网眼四角和膜面6接触的位置形成死角，容易造成沉积污堵，以及由于横向筋1和膜面6紧密接触导致膜元件实际使用面积降低的问题。为此在中国专利 CN201906567U 中提供了一种解决方案，如图3所示，由隔网由多个横向筋和纵向筋组成，横向筋1夹置于纵向筋2之间，从偏向流道一边，改成移到纵向筋中间部位，使横向筋上下都不与膜面接触。另有中国专利 CN202151550U 和中国专利 CN202155150U 中都分别提供了通过减少膜面接触，增加径向流量，以及增宽加厚流道来减轻网眼四角易污染沉积的技术方案。美国专利 US3962096A 则给出了一种瓦楞状波纹导流隔网设计方案，来扩大流道，减少隔网与膜面的接触污染，便于清洗维护。

但是，现有的导流隔网产品都存在着一个问题，就是不能在膜分离过程中有效消除或降低浓差极化现象。

浓差极化现象是一种在膜分离过程中普遍存在，又亟需解决的问题。由于膜的选择透过性，原液中的溶剂从高压侧透过膜到达低压侧，大部分溶质则被阻拦积累在膜高压侧表面上。由于溶质的“聚集浓缩作用”造成由膜表面到主体溶液之间的浓度梯度，引起溶质从膜表面通过边界层向主体溶液进行溶质的扩散传递。当这种溶质的扩散传递通量与随着透过膜的溶剂到达膜表面的溶质主体流动通量达到传递扩散平衡时，就称上述不再随时间而变化的过程达到了定常状态，即稳态。

在稳态情况下，当溶剂向膜面流动时，引起的溶质的流动速度与浓度梯度导致溶质从膜面向主体溶液扩散的速度达到平衡时，将在膜表面附近形成一个溶质浓度高、速度梯度很大的薄层——浓差极化边界层，这种现象即为浓差极化。为了区分层流的边界层和势流层，于是人们提出边界层厚度（                                               ）的概念，边界层厚度会直接影响溶质的扩散，进而影响浓差极化的程度。

膜分离过程中的浓差极化现象会带来以下不良影响：

第一、膜表面渗透压的升高将导致产品液（溶剂）通量的下降；

第二、通过膜的溶质通量上升；

第三、溶质因在膜表面的浓度超过其溶度积，而形成沉淀并堵塞膜孔，减少产品液（溶剂）通量，严重时会导致膜分离性能的改变；

第四、膜污染的出现，特别是膜污染严重时，几乎等于在膜表面又形成了一层二次薄膜，势必导致膜分离性能的大幅下降，甚至完全消失。

由于浓差极化属于可逆性污染，可以通过提高溶质反向传质系数，减少浓差极化边界层厚度来消除或减轻极化。传质系数是传质过程方程式中的一个比例系数，以传质速率（G）与传质面积（F）和传质推动力（△均）成正比为依据，传质面积是相际接触面积。推动力可采用各种不同浓度差或压力差的平均值，即G= k F△均，其中（k）是膜面浓差极化边界层的传质系数。

通过改变膜表面的流体力学条件可以减小浓差极化边界层厚度，提高边界层内的传质系数，进而降低浓差极化，减轻膜污染，在膜分离技术中称为改变流态消除浓差极化。图4所示，是稳态时膜表面附近的浓差极化示意图。传质系数是（k）定义为溶质扩散系数（D）和边界层厚度（）之比，k=D/ 。