專利名稱：一種雙向工作的膜分離方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及膜分離方法及其裝置，具體為可雙向工作的中空纖維膜分離方法及其裝置，國際專利分類號(hào)擬為B01D 63/02或/和B01D 65/02。
膜分離技術(shù)方法和裝置現(xiàn)已被廣泛用于化工、醫(yī)藥、食品、飲料、水處理等工業(yè)領(lǐng)域中，是現(xiàn)代技術(shù)中重要的一種。目前通用的膜(內(nèi)壓式中空纖維膜，以下簡稱內(nèi)壓膜或膜)分離方法及其裝置都是使膜組件的一端進(jìn)料液，另一端出濾過液，而膜組件的中間開口(C口)出透過液，料液單向流動(dòng)而進(jìn)行膜分離工作。在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，膜分離方法及其裝置用于某些濃縮目的，如生化發(fā)酵液體系濃縮時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生如下問題隨著分離體系濃縮倍數(shù)的提高，膜污染程度加大，膜分離裝置的濾過液通量會(huì)降低，也即效率下降，甚至?xí)節(jié)饪s過程無法正常進(jìn)行。目前的解決方法是延長工作時(shí)間，低效運(yùn)作，以達(dá)到所需的濃縮倍數(shù)；或者停車，清洗或更換膜組件后，再繼續(xù)生產(chǎn)。而現(xiàn)有的膜組件或膜裝置的清洗方法同樣是使清洗液單向流動(dòng)工作，即一端打入清洗液，另一端流出洗過液，從而使膜的通量增加。這些方法費(fèi)時(shí)、耗料、低效，直接影響正常生產(chǎn)，但人們似已司空見慣，習(xí)以為常，并不認(rèn)為它是膜分離方法及其裝置存在著的一個(gè)明顯缺陷。
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有內(nèi)壓膜分離方法及其裝置的上述缺陷，提供一種可以雙向工作的膜分離方法及其裝置，它具有使膜分離工作和清洗工作同時(shí)在線進(jìn)行的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有簡便易行、高效低耗的特點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是如下實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明方法是在膜組件每工作一定時(shí)間后，利用設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，使膜組件中的原料液反向流動(dòng)，使膜分離和清洗工作同時(shí)進(jìn)行，而透過液的流動(dòng)方向不變。
根據(jù)本發(fā)明方法相應(yīng)設(shè)計(jì)了膜分離裝置。它是在現(xiàn)有內(nèi)壓膜分離裝置，包括膜組件、閥、壓力表、泵和料液罐等構(gòu)件基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)增加了所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括反向進(jìn)液閥、反向出液閥和相應(yīng)的連接管路；將所述的反向進(jìn)液閥的一端管接(用管路連接，下同)在泵與進(jìn)液閥之間管路的任一位置上，另一端管接在出液閥與出液口之間管路的任一位置上；將所述的反向出液閥的一端管接在進(jìn)液閥到進(jìn)液口之間管路的任一位置上。另一端管接在料液罐內(nèi)。
當(dāng)因前述原因出現(xiàn)膜組件的過濾效率降低，進(jìn)而膜分離裝置的濾過液通量也降低，需要清洗膜組件時(shí)(即膜組件工作一定時(shí)間后)，本發(fā)明方法和裝置并不需要現(xiàn)有膜分離裝置所需要的清洗膜組件程序，而是利用所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，使膜組件的工作方向或原料液(簡稱料液)的流動(dòng)方向相反，即可繼續(xù)正常工作。具體說是(參見圖2)，先打開反向進(jìn)液閥6和反向出液閥8，然后關(guān)閉進(jìn)液閥7和出液閥5，就可以使膜組件得到清洗，同時(shí)又可使膜組件逆向或者說反向繼續(xù)膜分離工作。當(dāng)過濾原液的流向處于下進(jìn)上出(即正向)方式時(shí)，膜組件中下半段中空纖維膜處于過濾工作狀態(tài)，上半段中空纖維膜由于近于無壓差而處于等壓清洗狀態(tài)；換向后(即反向工作方式)，剛清洗完的上半段中空纖維膜進(jìn)入了工作狀態(tài)，剛工作完的下半段中空纖維膜則進(jìn)入了等壓清洗狀態(tài)。所以，同一支中空纖維膜組件始終同時(shí)處于高效的工作與清洗狀態(tài)。如此正反交替運(yùn)作，使所述的膜分離裝置可以在線長時(shí)間連續(xù)地正常工作，從而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明雙向利用膜組件，并在線連續(xù)工作，既簡便易行，又高效低耗的發(fā)明目的。
本發(fā)明方法是在現(xiàn)有內(nèi)壓膜分離裝置的基礎(chǔ)上，僅增加了一套轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，即簡單的兩個(gè)閥門(如圖2所示的反向進(jìn)液閥6和反向出液閥8)及適當(dāng)?shù)倪B接管路，在不停車的情況下，利用所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(如上所述通過開關(guān)相應(yīng)的閥門)，就可以有效地清洗膜組件，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)膜組件的正向(定義原有的工作方向?yàn)檎?和反向(定義新增加的工作方向?yàn)榉聪?的雙向在線連續(xù)分離和清洗工作，因而明顯具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、效率提高(參見后述的具體實(shí)施例)、消耗降低等諸多優(yōu)點(diǎn)。
下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步詳述本發(fā)明

圖1為本發(fā)明方法膜分離裝置或膜組件工作原理的示意圖；圖中，A、B為膜組件原液進(jìn)出口，C為濾出液出口，14為原料液流向轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。
圖2為適用本發(fā)明方法的一種內(nèi)壓膜分離裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；原料液正向流動(dòng)時(shí)，閥門6、8關(guān)閉，閥門7為原液進(jìn)口閥，閥門5為原液出口閥；原液反向流動(dòng)時(shí)，打開原液反向進(jìn)口閥6和反向出口閥8，關(guān)閉進(jìn)液閥7和出液閥5。
圖3為適用本發(fā)明方法的一種帶通入空氣裝置的內(nèi)壓膜分離裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為適用本發(fā)明方法的一種帶回流裝置的內(nèi)壓膜分離裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為適用本發(fā)明方法的一種帶反沖洗裝置的內(nèi)壓膜分離裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為適用本發(fā)明方法的一種同時(shí)帶有通入空氣裝置和回流裝置的內(nèi)壓膜分離裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為適用本發(fā)明方法的一種同時(shí)帶有通入空氣裝置和反沖洗裝置的內(nèi)壓膜分離裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為適用本發(fā)明方法的一種同時(shí)帶有回流裝置和反沖洗裝置的內(nèi)壓膜分離裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為適用本發(fā)明方法的一種同時(shí)帶有通入空氣裝置、回流裝置和反沖洗裝置的內(nèi)壓膜分離裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明方法是基于下述的研究設(shè)計(jì)的(參見圖2)現(xiàn)有的膜分離裝置工作時(shí)，料液是由泵10從膜組件1的A端(或某一端)打入內(nèi)壓中空纖維膜(以下簡稱膜)內(nèi)，濾過液由膜組件1的B端流出。因A端(料液進(jìn)入端)區(qū)域的加壓力較大，必將造成膜兩側(cè)或膜內(nèi)外的壓差較高，從而使A端區(qū)域的膜處于積極工作狀態(tài)。由于料液在膜內(nèi)流動(dòng)阻力造成的壓力損失，會(huì)使遠(yuǎn)離A端(即逐漸靠近B端)的膜兩側(cè)的壓差逐漸或梯度減小，甚至為0，所以，遠(yuǎn)離A端或逐漸靠近B端的膜實(shí)際上不是處于工作狀態(tài)，而是處于微壓或等壓沖洗狀態(tài)。簡單說就是。A端區(qū)域的膜處于工作狀態(tài)，B端區(qū)域的膜實(shí)際是處于沖洗狀態(tài)。由于現(xiàn)有的膜分離方法料液總是由泵10從膜組件1的A端打入膜內(nèi)，濾過液由膜組件1的B端流出，即單向流動(dòng)或單向工作，所以，當(dāng)膜裝置工作一定時(shí)間后，處于工作狀態(tài)膜的A端區(qū)域逐漸縮小，并且工作質(zhì)量也逐漸下降，以至整個(gè)膜或膜組件喪失膜分離工作能力時(shí)，必須停車，清洗膜組件，才能恢復(fù)正常工作。據(jù)此可以想到，既然現(xiàn)在膜組件的實(shí)際工作過程是膜組件的A端區(qū)域的膜處于工作狀態(tài)，B端區(qū)域的膜處于沖洗狀態(tài)，那么，為什么不可以在膜裝置工作一定時(shí)間后，由已沖洗過或處于沖洗狀態(tài)的B端區(qū)域的膜來接替A端區(qū)域的膜繼續(xù)膜分離工作，而讓A端區(qū)域的膜由工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換為沖冼狀態(tài)，以恢復(fù)其原有的膜分離能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不停車就可高效連續(xù)生產(chǎn)呢！研究和實(shí)驗(yàn)都表明，答案是肯定的，即采用本發(fā)明的可以雙向工作的膜分離方法及其裝置。
本發(fā)明方法是如下設(shè)計(jì)(參見圖1)設(shè)計(jì)一套膜組件工作料液流向轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(簡稱轉(zhuǎn)換系統(tǒng))14，在膜組件每工作一定時(shí)間后，利用設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)14，使膜組件中的原料液反向流動(dòng)，即使料液(圖1中的實(shí)線箭頭表示其流向)由A端進(jìn)入膜組件，濾過液(圖1中的圓點(diǎn)線箭頭表示其流向)從B端流出膜組件的正流向(箭頭向上)工作狀態(tài)，轉(zhuǎn)換為料液由B端進(jìn)入膜組件，濾過液從A端流出膜組件的反流向(箭頭向下)工作狀態(tài)；并使膜分離和清洗工作同時(shí)進(jìn)行，即正流向時(shí)，A端區(qū)域的膜處于工作狀態(tài)，B端區(qū)域的膜處于沖洗狀態(tài)；反流向時(shí)，B端區(qū)域的膜處于工作狀態(tài)，A端區(qū)域的膜處于沖洗狀態(tài)。而不論正流向，還是反流向，濾過液(圖1中的點(diǎn)劃線箭頭表示其流向)的流動(dòng)方向均保持不變，從膜組件的C口流出。膜A、B端的如此交替換位工作，便可簡便地實(shí)現(xiàn)不停車情況下，高效地同時(shí)進(jìn)行膜分離和清洗工作。
根據(jù)本發(fā)明方法相應(yīng)設(shè)計(jì)了一種膜分離裝置(參見圖2)。它是在現(xiàn)有內(nèi)壓膜分離裝置，包括膜組件1、進(jìn)液閥7、出液閥5、壓力表12、13、泵10和料液罐11等機(jī)件基礎(chǔ)上，新增設(shè)了所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)14，包括反向進(jìn)液閥6、反向出液閥8和相應(yīng)的連接管路；所述的反向進(jìn)液閥6的一端管接在泵10與進(jìn)液閥7(凡未指明方向的閥和表均指正向，以簡練敘述)之間管路的任一位置上，另一端管接在出液閥5與出液口2之間管路的任一位置上；所述的反向出液閥8的一端管接在進(jìn)液閥7到進(jìn)液口3之間管路的任一位置上，另一端管接在料液罐11內(nèi)，從而構(gòu)成一個(gè)新的膜分離裝置。所謂“任一位置”是指所增加的組件對膜分離裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝保養(yǎng)和操作使用都是科學(xué)合理的位置；而對于所管接管路中存在著壓力表(進(jìn)液壓力表12和出液壓力表13)的情況，則同時(shí)是指既可以管接在壓力表之前(按工作料液流動(dòng)方向，如出液壓力表13與出液口2之間)一段管路上的任一位置，也可以管接在壓力表之后(如出液閥5與出液壓力表13之間)一段管路上的任一位置。
本發(fā)明裝置工作過程是(參見圖2所示)在正向工作狀態(tài)時(shí)，供料泵10把料液從料罐11中泵出，通過打開的進(jìn)液閥7(此時(shí)，反向進(jìn)液閥6處于關(guān)閉狀態(tài))和進(jìn)液壓力表12打入進(jìn)液口3內(nèi)(此時(shí)，反向出液閥8處于關(guān)閉狀態(tài))，進(jìn)而注入各個(gè)膜組件1中進(jìn)行膜分離；透過液從濾出口(C口)4經(jīng)濾液閥9流出；濾過液則從出液口2流出，再經(jīng)出液壓力表13和出液閥5回流到料液罐11之中。
當(dāng)膜分離裝置正向工作一定時(shí)間后，隨著分離體系濃度倍數(shù)的提高，膜分離裝置的工作效率和透過液通量大為降低時(shí)，工作人員就可以實(shí)施簡單的反向工作操作。本發(fā)明實(shí)施例的使用方法具體是工作人員只需按序先打開反向進(jìn)液閥6和反向出液閥8，再關(guān)閉進(jìn)液閥7和出液閥5，使工作料液正向回路暫時(shí)中斷而進(jìn)行反向流動(dòng)，同時(shí)也可使膜組件反向工作。在反向工作狀態(tài)時(shí)(參見圖2所示)，供料泵10把料液從料罐11中泵出，通過打開的反向進(jìn)液閥6(此時(shí)，進(jìn)液閥7已關(guān)閉)和出液壓力表13(此時(shí)，出液閥5也已關(guān)閉)打入出液口2內(nèi)，進(jìn)而注入各個(gè)膜組件1中進(jìn)行膜分離；透過液依然從濾出口4經(jīng)濾液閥9流出；濾過液則從進(jìn)液口3流出，再經(jīng)反向出液閥8(此時(shí)，進(jìn)液閥7已關(guān)閉)回流到料液罐11之中。在反向工作狀態(tài)下，正向工作時(shí)的出液壓力表13、出液口2和進(jìn)液口3分別換向——轉(zhuǎn)換角色，實(shí)際成為反向工作時(shí)的進(jìn)液壓力表13、進(jìn)液口2和出液口3(這僅是為了敘述的清楚和方便，完全可以采用不帶方向性的中性組件名稱，如閥幾、表幾等)。當(dāng)反向工作狀態(tài)工作一定時(shí)間后，膜分離裝置的工作效率和透過液通量大為降低時(shí)，就需要再次清洗，也即恢復(fù)正向工作狀態(tài)(同時(shí)也是對反向工作時(shí)膜組件的清洗)。工作人員同樣可以實(shí)施簡單的反向工作操作。具體是按序先打開進(jìn)液閥7和出液閥5，再關(guān)閉反向進(jìn)液閥6和反向出液閥8，使工作料液反向回路暫時(shí)中斷而恢復(fù)正向流動(dòng)，同時(shí)又使膜組件恢復(fù)正向工作。如此正反交替運(yùn)作，膜組件或者膜裝置可以在不停車的情況下，高效地得到清洗，同時(shí)可以保證膜分離工作長時(shí)間的連續(xù)正常進(jìn)行。
本發(fā)明高效工作的原理是使膜分離裝置的工作狀態(tài)與沖洗狀態(tài)并存，或者說同時(shí)進(jìn)行。當(dāng)正向工作時(shí)，料液由泵10從膜組件1的A端打入內(nèi)壓中空纖維膜內(nèi)，因A端(料液進(jìn)入端)區(qū)域的加壓力較大，必將造成膜兩側(cè)或膜內(nèi)外的壓差較高，從而使A端區(qū)域的膜處于積極工作狀態(tài)。由于料液在膜內(nèi)流動(dòng)阻力造成的壓力損失，會(huì)使遠(yuǎn)離A端(即逐漸靠近B端)的膜兩側(cè)的壓差逐漸或梯度減小，甚至為0，所以，遠(yuǎn)離A端或逐漸靠近B端的膜實(shí)際上不是處于工作狀態(tài)，而是處于微壓或等壓沖洗狀態(tài)。簡單說就是。A端區(qū)域的膜處于工作狀態(tài)，B端區(qū)域的膜處于沖洗狀態(tài)。當(dāng)反向工作時(shí)，料液由泵10從膜組件1的B端打入內(nèi)壓中空纖維膜內(nèi)，因B端(料液進(jìn)入端)區(qū)域的加壓力增大，必將會(huì)造成膜兩側(cè)或膜內(nèi)外的壓差較高，從而使B端區(qū)域的膜由正向工作時(shí)的微壓或等壓沖洗狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉聪蚬ぷ鲿r(shí)的積極工作狀態(tài)。與此同時(shí)，A端已先行停止(關(guān)閉進(jìn)液閥7)供料，不再是料液入口，該區(qū)域的膜也不再有壓力來源，因而同樣由于料液在膜內(nèi)流動(dòng)阻力造成的壓力損失，會(huì)使遠(yuǎn)離B端(即逐漸靠近A端)的膜兩側(cè)的壓差逐漸或梯度減小，甚至為0，所以，遠(yuǎn)離B端或逐漸靠近A端的膜也由正向工作時(shí)的積極工作狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉聪蚬ぷ鲿r(shí)的微壓或等壓沖洗狀態(tài)。簡單說就是。B端區(qū)域的膜處于工作狀態(tài)，A端區(qū)域的膜處于沖洗狀態(tài)。這意味著，不論是正向工作狀態(tài)，還是反向工作狀態(tài)，本發(fā)明雙向膜分離裝置都是膜的一部分處于分離工作狀態(tài)，同時(shí)其另一部分處于沖洗狀態(tài)，而透過液的單向流出不變。
還要指出的是，本發(fā)明高效工作的原理不僅是使膜分離裝置的工作狀態(tài)與沖洗狀態(tài)并存，而且是使兩種狀態(tài)積極有效的同時(shí)進(jìn)行處于工作狀態(tài)的膜某端，隨工作時(shí)間的推移，越靠近其端面，污染就越嚴(yán)重，持續(xù)工作的能力就越差；而在膜兩端的任務(wù)互換后，該端就轉(zhuǎn)換為沖洗狀態(tài)，此時(shí)，越靠近其端面，膜內(nèi)外的壓差就越小，甚至是0，因此等壓沖洗的效果就越好。當(dāng)再次角色交替后，則越靠近其端面，膜就越清潔，內(nèi)外的壓差就越大，分離的效果就越好。所以，本發(fā)明的巧妙設(shè)計(jì)很好地符合了膜的有效工作機(jī)理，使膜分離和沖洗最大作用都可以理想和充分地發(fā)揮出來?？傊?，在一定或適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔后，膜A、B兩端任務(wù)的互換或角色的交替，不但完成了本發(fā)明方法和膜分離裝置雙向工作的設(shè)計(jì)，大大延長了膜分離裝置持續(xù)工作的時(shí)間，而且還實(shí)現(xiàn)了在線清洗，分離、清洗同時(shí)進(jìn)行，簡便易行，雙倍或多倍功效的目的。
所謂“一定或適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔”是指根據(jù)過濾體系的粘度和由于污染導(dǎo)致的透過通量衰減值情況而確定的換向工作時(shí)間間隔或周期。一般的換向或反轉(zhuǎn)工作時(shí)間為10～180分鐘，較好的工作時(shí)間為20～60分鐘。
為了使本發(fā)明方法及其裝置更好和更有效地發(fā)揮效能，還可以對本發(fā)明所述的主體膜分離裝置進(jìn)行如下所述的改進(jìn)、完善或提高1．在所述的膜分離裝置上管接入通入空氣裝置(參見圖3)，包括在泵10與進(jìn)液閥7之間管路的任一位置上，管接有控制閥16；在控制閥16與進(jìn)液閥7之間管路的任一位置上，順序管接有進(jìn)氣閥15和壓縮空氣氣源17。其作用原理是，當(dāng)需要通入空氣進(jìn)行清洗時(shí)，可打開閥門15，通入壓縮空氣。利用水氣混合的沖刷作用來清洗中空纖維膜表面的污染物，以恢復(fù)膜的透過通量。
2．在所述的膜分離裝置上管接入回流裝置(參見圖4)，包括在泵10與進(jìn)液閥7之間管路的任一位置上管接的回流閥18，其另一端管接入料液罐11。其作用原理是，當(dāng)水泵10的供水量較大時(shí)，可適度打開閥門18，以調(diào)節(jié)膜的進(jìn)口壓力。防止由于膜過濾壓力過高而損壞分離膜。
3．在所述的膜分離裝置上管接入反沖洗裝置(參見圖5)，包括在膜組件1的下出口上順序管接的壓力表24、閥20、泵23、閥19和沖洗罐22；在沖洗罐22和閥19之間還管接有閥21。其作用是，通過打開閥門20，利用水泵打入的水壓力，對膜組件進(jìn)行反洗。該操作既可以在過濾過程中同時(shí)進(jìn)行，也可在過濾結(jié)束后對過濾系統(tǒng)清洗時(shí)單獨(dú)進(jìn)行。
4．在于在所述的膜分離裝置上同時(shí)管接入所述的通入空氣裝置、回流裝置或反沖洗裝置中的任意兩種，即包括同時(shí)管接入所述的通入空氣裝置和回流裝置(參見圖6)；同時(shí)管接入所述的通入空氣裝置和反沖洗裝置(參見圖7)；同時(shí)管接入所述的回流裝置和反沖洗裝置(參見圖8)。所接入每一種裝置的作用與前述相同。它們既可以單獨(dú)使用，也可以配合使用。配合使用時(shí)，可以很好地提高膜的過濾功效。
5．在所述的膜分離裝置上同時(shí)管接入所述的通入空氣裝置、回流裝置和反沖洗裝置(參見圖9)。這是最完善的設(shè)計(jì)。同樣，所接入每一種裝置的作用與前述相同。它們既可以單獨(dú)使用，也可以配合使用。配合使用時(shí)，可以進(jìn)一步提高膜的過濾功效。
上述增加設(shè)計(jì)的通入空氣裝置的目的是，利用打入的壓縮空氣在液體中產(chǎn)生的氣泡振蕩作用，加速污染物從膜上脫落，提高在線清洗的效果，進(jìn)而增加膜分離裝置的過濾功效，其具體的工作參數(shù)是(參見圖3)充入壓縮空氣的壓力要比膜進(jìn)口壓力高0.01～0.10MPa。加入空氣的頻度為膜裝置每工作10-180分鐘，充入壓縮空氣2-240秒。具體的時(shí)間參數(shù)依靠具體的過濾液來確定。原則是，由于膜污染使得濾過通量下降較快時(shí)，可縮短通入空氣間隔(即提高頻度)，也可延長每次通入壓縮空氣時(shí)間，還可既提高頻度，同時(shí)又增加每次通入壓縮空氣的時(shí)間。
上述增加設(shè)計(jì)的回流裝置的目的是，利用旁路回流閥18來調(diào)節(jié)膜過濾的工作壓力，防止由于過濾系統(tǒng)壓力過高而損壞分離膜。
上述的增加設(shè)計(jì)的反沖洗裝置的目的是，利用反沖洗裝置進(jìn)一步提高膜分離裝置的膜分離功效和配合本發(fā)明所述雙向工作的膜分離方法更好地實(shí)現(xiàn)膜裝置的在線清洗同時(shí)也可以對濃縮物進(jìn)行洗滌或提高對濾過液產(chǎn)物的收率。
很顯然，所述的通入空氣裝置、回流裝置和反沖洗裝置既可以單獨(dú)使用，也可以任意組合使用，例如，同時(shí)管接入所述的通入空氣裝置和回流裝置(參見圖6)；或同時(shí)管接入所述的通入空氣裝置和反沖洗裝置(參見圖7)；或同時(shí)管接入所述的回流裝置和反沖洗裝置(參見圖8)。而最佳實(shí)施的選擇是同時(shí)管接入通入空氣裝置、回流裝置和反沖洗裝置(參見圖9)。這樣，根據(jù)實(shí)際需要，既可以單獨(dú)使用其中的某一種裝置，也可以同時(shí)配合使用其中的某兩種裝置，或者三種裝置一起配合使用。當(dāng)三種裝置同時(shí)使用時(shí)，其具體的工作過程與前述的某一種裝置的工作過程沒有本質(zhì)區(qū)別。
應(yīng)當(dāng)指出的是，本發(fā)明的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)14并不限定于上述簡單的實(shí)施例，它還可以采用其他方式來實(shí)現(xiàn)，如定時(shí)控制轉(zhuǎn)換系統(tǒng)14、自動(dòng)控制閥轉(zhuǎn)換系統(tǒng)14、計(jì)算機(jī)控制轉(zhuǎn)換系統(tǒng)14等。本發(fā)明所述的泵10和23，既可以是普通的定速水泵10和23，也可以是新型的變頻調(diào)速水泵10和23，以確保分離系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定和滿足實(shí)際工作的質(zhì)量要求。
下面給出具體的實(shí)施例和比較例實(shí)施例1采用本發(fā)明所述的方法和圖2所示的膜分離裝置用于某種氨基酸發(fā)酵液體的濃縮。發(fā)酵液體的濕菌重42g/L，處理發(fā)酵液1.3m3；采用天津膜天膜工程技術(shù)有限公司生產(chǎn)的內(nèi)壓式聚偏氟乙烯中空纖維微孔膜膜組件(規(guī)格為φ89×1000mm)8支構(gòu)成的本發(fā)明膜分離裝置；主要參數(shù)設(shè)計(jì)是進(jìn)液口的壓力為0.1MPa，出液閥打開(即出口壓力為0)；設(shè)定換向時(shí)間為20分鐘，進(jìn)行濃縮。僅55分鐘后，發(fā)酵液濃縮倍數(shù)即達(dá)到了12倍；濕菌重達(dá)到了濃縮要求。
實(shí)施例2采用如圖3所示的本發(fā)明膜分離裝置進(jìn)行濃縮。采用變頻調(diào)速水泵，進(jìn)口壓力設(shè)定為0.10MPa，出口壓力為0，每10分鐘通入一次0.12Mpa的壓縮空氣，每次10秒鐘，其余條件同實(shí)施例1，濃縮60分鐘后，發(fā)酵液濃縮倍數(shù)即達(dá)到了12倍；達(dá)到了濃縮要求。在濃縮過程中進(jìn)口壓力平穩(wěn)，有效防止了由于超壓導(dǎo)致的膜組件損壞。
實(shí)施例3采用如圖6所示的本發(fā)明膜分離裝置進(jìn)行濃縮。進(jìn)口壓力設(shè)定為0.10MPa，出口壓力為0，每隔10分鐘充入一次0.15MPa的壓縮空氣，每次30秒鐘，其余條件同實(shí)施例1，濃縮45分鐘后，發(fā)酵液濃縮倍數(shù)即達(dá)到了所述的濃縮要求。
實(shí)施例4采用如圖9所示的本發(fā)明膜分離裝置進(jìn)行濃縮。發(fā)酵液體的濕菌重40g/L，處理發(fā)酵液2.5m3，進(jìn)口壓力設(shè)定為0.10MPa，出口壓力為0，設(shè)定換向時(shí)間為30分鐘；換向后，采用反洗壓力為0.11Mpa，反洗60秒鐘，反洗液為去離子水，同時(shí)通過加水對菌體進(jìn)行洗滌；其余條件同實(shí)施例1，濃縮120分鐘后，發(fā)酵液濃縮倍數(shù)即達(dá)到了所要求的11倍。
實(shí)施例5采用如圖7所示的本發(fā)明膜分離裝置進(jìn)行濃縮。發(fā)酵液體的濕菌重47g/L，處理發(fā)酵液2.3m3；采用變頻調(diào)速水泵，進(jìn)口壓力設(shè)定為0.10MPa，出口壓力為0，設(shè)定換向時(shí)間為30分鐘；換向后，采用反洗壓力0.11MPa反洗60秒，反洗液為去離子水，同時(shí)通過加水對菌體進(jìn)行洗滌，每隔10分鐘充入0.15MPa的壓縮空氣30秒。其余條件同實(shí)施例1，濃縮130分鐘后，發(fā)酵液濃縮倍數(shù)即達(dá)到了所要求的10倍。
實(shí)施例6本發(fā)明方法用于某種氨基酸發(fā)酵液體的澄明精制。發(fā)酵液體的體積為1.0m3；采用天津膜天膜工程技術(shù)有限公司生產(chǎn)的內(nèi)壓式聚偏氟乙烯中空纖維微孔膜膜組件(規(guī)格為φ89×1000mm)8支構(gòu)成圖5所示的的本發(fā)明膜分離裝置；采用變頻調(diào)速水泵，進(jìn)液口的壓力為0.1MPa，出口壓力為0；設(shè)定換向時(shí)間為20分鐘，進(jìn)行過濾。換向后，采用反洗壓力0.11Mpa，反洗60秒鐘，反洗液為去離子水。過濾58分鐘后，發(fā)酵液中氨基酸的收率達(dá)到98％。
比較例1采用一般膜分離裝置，其余條件同實(shí)施例1。膜分離裝置每工作20分鐘，就需等壓沖洗5分鐘；發(fā)酵液濃縮至8倍時(shí)，已耗時(shí)2小時(shí)50分鐘。
比較例2除膜分離裝置的出口壓力調(diào)整為0.05Mpa外，其余條件同比較例1。發(fā)酵液濃縮至7倍時(shí)，已耗時(shí)3小時(shí)25分鐘。
權(quán)利要求
1．一種內(nèi)壓膜分離方法，其特征在于膜組件(1)每工作一定時(shí)間后，利用轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(14)使膜組件(1)中的原料液反向流動(dòng)，使膜分離和清洗工作同時(shí)進(jìn)行，而濾過液的流動(dòng)方向不變。
2．一種適用于權(quán)利要求1所述膜分離方法的內(nèi)壓膜分離裝置，包括膜組件(1)、進(jìn)液閥(7)、出液閥(5)、壓力表(12)、(13)、泵(10)和料液罐(11)，其特征在于所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(14)包括反向進(jìn)液閥(6)、反向出液閥(8)和相應(yīng)的連接管路；所述的反向進(jìn)液閥(6)的一端管接在泵(10)與進(jìn)液閥(7)之間管路的任一位置上，另一端管接在出液閥(5)與出液口(2)之間管路的任一位置上；反向出液閥(8)的一端管接在進(jìn)液閥(7)到進(jìn)液口(3)之間管路的任一位置上。另一端管接在料液罐(11)內(nèi)。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)壓膜分離裝置，其特征在于在所述的膜分離裝置上管接入通入空氣裝置，包括在泵(10)與進(jìn)液閥(7)之間管路的任一位置上，管接有控制閥(16)；在控制閥(16)與進(jìn)液閥(7)之間管路的任一位置上，順序管接有進(jìn)氣閥(15)和壓縮空氣氣源(17)。
4．根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)壓膜分離裝置，其特征在于在所述的膜分離裝置上管接入回流裝置，包括在泵(10)與進(jìn)液閥(7)之間管路的任一位置上管接的回流閥(18)，其另一端管接入料液罐(11)。
5．根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)壓膜分離裝置，其特征在于在所述的膜分離裝置上管接入反沖洗裝置，包括在膜組件(1)的下出口上順序管接的壓力表(24)、閥(20)、泵(23)、閥(19)和沖洗罐(22)；在沖洗罐(22)和閥(19)之間還管接有閥(21)。
6．根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)壓膜分離裝置，其特征在于在所述的膜分離裝置上同時(shí)管接入權(quán)利要求3、4或5所述特征的通入空氣裝置、回流裝置或反沖洗裝置中的任意兩種。
7．根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)壓膜分離裝置，其特征在于在所述的膜分離裝置上同時(shí)管接入權(quán)利要求3、4和5所述特征的通入空氣裝置、回流裝置和反沖洗裝置。
8．根據(jù)權(quán)利要求2-7中任一項(xiàng)所述的膜分離裝置，其特征在于所述的泵(10)為變頻調(diào)速水泵(10)。
9．根據(jù)權(quán)利要求5所述的膜分離裝置，其特征在于所述的泵(23)為變頻調(diào)速水泵(23)。
全文摘要
本發(fā)明涉及膜分離方法和裝置。其方法特征在于膜組件每工作一定時(shí)間后,利用設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換系統(tǒng),使膜組件中的料液反向流動(dòng),使膜分離和清洗工作同時(shí)進(jìn)行,而透過液流向不變。在現(xiàn)有膜分離裝置基礎(chǔ)上,據(jù)本發(fā)明方法相應(yīng)設(shè)計(jì)了所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng),包括反向進(jìn)液閥、反向出液閥和相應(yīng)連接管路;反向進(jìn)液閥的一端管接在泵與進(jìn)液閥之間管路的任一位置上,另一端管接在出液閥與出液口之間管路的任一位置上;反向出液閥的一端管接在進(jìn)液閥到進(jìn)液口之間管路的任一位置上,另一端管接在料液罐內(nèi)。
文檔編號(hào)B01D65/02GK1311055SQ0110409
公開日2001年9月5日 申請日期2001年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月23日
發(fā)明者呂曉龍 申請人:天津膜天膜工程技術(shù)有限公司