用于利用堆疊隔膜及間隔件進行分離的分離系統(tǒng)、元件及方法
【專利說明】用于利用堆疊隔膜及間隔件進行分離的分離系統(tǒng)、元件及 方法
[0001] 奪叉參考
[0002] 本申請案主張2012年12月21日申請的第61/745, 300號美國臨時申請案的早期
【申請日】的優(yōu)先權(quán)，所述申請案的全文出于任何目的以引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本文中描述的實例涉及分離系統(tǒng)、元件及方法，其可用于正向滲透（FO)、壓力延緩 滲透（PRO)或通常任何分離過程。
[0004] 政府贊助
[0005] 本發(fā)明是在美國國防部授予的第W911NF-09-C-0079號合約下由政府支持而實 現(xiàn)。美國政府對本發(fā)明擁有特定權(quán)利。
【背景技術(shù)】
[0006] 隔膜可用以執(zhí)行滲透，所述滲透通常發(fā)生在不同濃度的兩種溶液放置在可滲透或 可半滲透隔膜的相對側(cè)上時。所述兩種溶液之間的滲透壓力差驅(qū)使水跨隔膜從稀溶液滲透 到濃溶液，同時隔膜的選擇性質(zhì)將溶質(zhì)保留在其相應溶液中。
[0007] 板及框架分離元件可通常包含用于圍封隔膜板組合件的堆疊或陣列的板及框架。 板及框架分離元件可包含平板隔膜、汲取通道間隔件、平板隔膜及進料.通道間隔件的組 合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本文中描述了分離系統(tǒng)、隔膜板組合件、隔板及方法的實例。實例分離系統(tǒng)可包含 多個隔膜板組合件。隔膜板組合件中的每一者可包含具有間隔區(qū)域的隔板。隔板可至少部 分界定第一開口及第二開口。隔板可包含具有第一結(jié)合區(qū)域的第一表面及具有第二結(jié)合區(qū) 域的相對第二表面。隔膜板組合件可各自包含第一隔膜，其在第一結(jié)合區(qū)域處結(jié)合到第一 表面。隔膜板組合件可各自包含第二隔膜，其在第二結(jié)合區(qū)域處結(jié)合到第二表面。隔膜板 組合件可形成堆疊，其中堆疊中的相鄰隔膜板組合件具有交替定向。第一表面及第二表面 可具有相對于彼此的交錯位置。隔板的第一開口可與第一隔膜與第二隔膜之間的區(qū)域流體 連通，從而界定第一流動路徑。所述分離系統(tǒng)可進一步包含經(jīng)耦合以固定堆疊中的隔膜元 件的支撐板，其中所述支撐板中的至少一者界定至少一個流體端口。
[0009] 在一些實例中，間隔區(qū)域可包含薄板，所述薄板包括兩側(cè)上的突出物、腔、紋路或 其組合，其中所述突出物、腔、紋路或其組合與第一隔膜及第二隔膜接觸，從而界定跨間隔 區(qū)域的流動路徑。
[0010] 在一些實例中，間隔區(qū)域包括內(nèi)隔膜組合件，其中所述內(nèi)隔膜組合件包括在隔板 的第一側(cè)上的第三隔膜、在隔板的第二側(cè)上的第四隔膜。
[0011] 在一些實例中，所述分離系統(tǒng)可其進一步包含在至少兩個相鄰隔膜表面之間的墊 片。
[0012] 在一些實例中，所述分離系統(tǒng)可其進一步包含在第一結(jié)合區(qū)域處結(jié)合到第一表面 且定位在第一隔膜與隔板相對的側(cè)上的墊片，其中所述墊片與第一隔膜板組合件的第一隔 膜相對的側(cè)與第二隔膜板組合件的第二隔膜與第二隔膜板組合件的隔板相對的側(cè)接觸。
[0013] 在一些實例中，第二開口與堆疊中的相鄰隔膜板組合件之間的區(qū)域流體連通，從 而界定第二流動路徑。
[0014] 在一些實例中，第二開口與堆疊中的相鄰隔膜板組合件與第三隔膜及第四隔膜之 間的區(qū)域流體連通，從而界定第二流動路徑，且其中第一開口與第一隔膜與第三隔膜之間 的區(qū)域及第二隔膜與第四隔膜之間的區(qū)域流體連通。
[0015] 在一些實例中，第一流動路徑經(jīng)配置以促進流體以第一方向在第一隔膜與第三隔 膜之間的區(qū)域及第二隔膜與第四隔膜之間的區(qū)域中流動，且第二流動路徑經(jīng)配置以促進流 體以第二方向在第三隔膜與第四隔膜之間及堆疊中的相鄰隔膜板組合件之間的區(qū)域中流 動，從而界定第二流動路徑，其中所述第一方向及所述第二方向是正交的。
[0016] 在一些實例中，至少一個流體端口與至少一個隔膜板組合件的第一開口連通，且 另一流體端口與至少一個隔膜板組合件的第二開口連通。
[0017] 在一些實例中，第一開口及第二開口位于隔板的不同邊沿上。
[0018] 在一些實例中，第一流動路徑經(jīng)配置以促進流體以第一方向在第一隔膜與第二隔 膜之間的區(qū)域中流動，且第二流動路徑經(jīng)配置以促進流體以第二方向在相鄰板組合件之間 的區(qū)域中流動，其中所述第一方向及所述第二方向是正交的。
[0019] 在一些實例中，每一隔板的第一開口經(jīng)配置以界定第一流體的平行、連續(xù)或連續(xù) 平行流動路徑中的任一者。
[0020] 在一些實例中，每一隔板的第二開口經(jīng)配置以界定第二流體的平行、連續(xù)或連續(xù) 平行流動路徑中的任一者。
[0021] 在一些實例中，每一隔板的第一開口耦合到一或多個支撐板的流體端口中的一或 多者。
[0022] 在一些實例中，每一隔板的第二開口耦合到一或多個支撐板的流體端口中的一或 多者。
[0023] 在一些實例中，分離系統(tǒng)浸入在第一流體中，且其中第一開口中的每一者暴露于 第一流體。
[0024] 在一些實例中，另一流體端口耦合到第二開口且經(jīng)配置以提供第二流體。
[0025] 在一些實例中，隔板中的每一者是由射出模制塑料形成。
[0026] 在一些實例中，第一隔膜或第二隔膜中的任一者是正向滲透隔膜。
[0027] 在一些實例中，第一隔膜或第二隔膜中的任一者包括醋酸纖維素、薄膜復合物、聚 酰胺、芳族聚酰胺、聚（偏二氟乙烯）或聚丙烯。
[0028] 在一些實例中，隔膜板組合件進一步包括經(jīng)配置以界定平行流動路徑或連續(xù)流動 路徑的互連件。
[0029] 實例方法包含以第一方向在多個隔膜中的某些隔膜之間的區(qū)域中運輸?shù)谝涣黧w。 實例方法可進一步包含以第二方向在所述多個隔膜中的其它隔膜之間的其它區(qū)域中運輸 第二流體。第一流體及第二流體可各自包括溶質(zhì)，且溶質(zhì)的濃度在第一流體中可較高，使得 第二流體中的溶質(zhì)的濃度至少部分通過跨所述隔膜的流體運輸而增加。所述第一方向及所 述第二方向可為垂直方向。
[0030] 在一些實例中，所述多個隔膜中的至少多對某些隔膜結(jié)合到相應隔板以形成所述 區(qū)域，且相應隔板經(jīng)堆疊使得所述多個隔膜中的某些隔膜的結(jié)合區(qū)域彼此相對交錯。
[0031] 在一些實例中，所述多個隔膜中的某些隔膜之間的區(qū)域經(jīng)配置以界定第一流體的 平行、連續(xù)或連續(xù)平行流動路徑中的任一者。
[0032] 在一些實例中，所述多個隔膜中的其它隔膜之間的區(qū)域經(jīng)配置以界定第二流體的 平行、連續(xù)或連續(xù)平行流動路徑中的任一者。
[0033] 在一些實例中，所述多個隔膜中的至少多對隔膜結(jié)合到相應隔板，且隔板是由射 出模制塑料形成。
[0034] 在一些實例中，所述隔膜包括醋酸纖維素、薄膜復合物、聚酰胺、芳族聚酰胺、聚 (偏二氟乙烯）或聚丙烯或其組合。
[0035] 在一些實例中，方法進一步包含將氣泡引入到所述區(qū)域中的任一者中。
[0036] 在一些實例中，方法進一步包含以平行流動路徑將第一流體或第二流體運輸?shù)剿?述多個隔膜中的某些隔膜之間的區(qū)域中的每一者，及以連續(xù)流動路徑將第一流體或第二流 體中的另一者運輸?shù)剿龆鄠€隔膜中的其它隔膜之間的區(qū)域中的每一者。
【附圖說明】
[0037] 圖1是根據(jù)一些實施例的描繪分離系統(tǒng)的垂直流動路徑的說明。
[0038] 圖2是根據(jù)一些實施例的分離系統(tǒng)的隔板的俯視圖。
[0039] 圖3A是根據(jù)一些實施例的沿第一軸的分離系統(tǒng)的隔板的橫截面圖。
[0040] 圖3B是根據(jù)一些實施例的沿第二軸的分離系統(tǒng)的隔板的橫截面圖。
[0041] 圖4是根據(jù)一些實施例的分離系統(tǒng)的隔膜板組合件的等距視圖。
[0042] 圖5是根據(jù)一些實施例的布置在堆疊中的多個隔膜板組合件的等距視圖。
[0043] 圖6是根據(jù)一些實施例的圖5的多個隔膜板組合件的等距視圖，其展示每一隔膜 板組合件之間的結(jié)合。
[0044] 圖7是根據(jù)一些實施例的圖5的多個隔膜板組合件的等距視圖，其展示通過將隔 膜板組合件堆疊提供的通道。
[0045] 圖8是根據(jù)一些實施例的沿第一軸的分離系統(tǒng)的分解橫截面圖。
[0046] 圖9是根據(jù)一些實施例的沿第二軸的分離系統(tǒng)的分解橫截面圖。
[0047] 圖10是根據(jù)一些實施例的分離系統(tǒng)的隔板的俯視圖。
[0048] 圖IlA是根據(jù)一些實施例的沿第一軸的分離系統(tǒng)的隔板的橫截面圖。
[0049] 圖IlB是根據(jù)一些實施例的沿第二軸的分離系統(tǒng)的隔板的橫截面圖。
[0050] 圖12是根據(jù)一些實施例的分離系統(tǒng)的隔膜板組合件的等距視圖。
[0051] 圖13是根據(jù)一些實施例的分離系統(tǒng)的隔膜板組合件的橫截面圖。
[0052] 圖14是根據(jù)一些實施例的分離系統(tǒng)的截面圖。
[0053] 圖15是根據(jù)一些實施例的圖14的截面圖，其展示沿第一軸的分離系統(tǒng)的多個隔 膜板組合件之間的結(jié)合。
[0054] 圖16是根據(jù)一些實施例的圖14的截面圖，其展示沿第二軸的分離系統(tǒng)的多個隔 膜板組合件之間的結(jié)合。
[0055] 圖17是根據(jù)一些實施例的沿第一軸的分離系統(tǒng)的橫截面圖。
[0056] 圖18是根據(jù)一些實施例的沿第二軸的分離系統(tǒng)的橫截面圖。
[0057] 圖19是根據(jù)一些實施例的分離系統(tǒng)的等距視圖，其展示分離系統(tǒng)內(nèi)的流動路徑。
[0058] 圖20是根據(jù)一些實施例的分離系統(tǒng)的等距視圖。
[0059] 圖21A是根據(jù)一些實施例的平行堆疊的分離系統(tǒng)的橫截面圖。
[0060] 圖21B是根據(jù)一些實施例的連續(xù)堆疊的分離系統(tǒng)的橫截面圖。
[0061]圖21C是根據(jù)一些實施例的以連續(xù)與平行的組合堆疊的分離系統(tǒng)的橫截面圖。
[0062] 圖22A是根據(jù)一些實施例的分離系統(tǒng)的短節(jié)的等距視圖。
[0063] 圖22B是根據(jù)一些實施例的封閉短節(jié)的俯視圖。
[0064] 圖22C是根據(jù)一些實施例的封閉短節(jié)的橫截面圖。
[0065] 圖22D是根據(jù)一些實施例的敞開短節(jié)的俯視圖。
[0066] 圖22E是根據(jù)一些實施例的敞開短節(jié)的橫截面圖。
[0067] 圖23是根據(jù)一些實施例的分離系統(tǒng)的等距視圖。
[0068] 圖24是根據(jù)一些實施例的隔膜元件的滑軌的等距視圖。
【具體實施方式】
[0069] 下文中陳述特定細節(jié)以提供對本發(fā)明的實施例的足夠了解。然而，所屬領(lǐng)域的技 術(shù)人員將明白，可在無此類特定細節(jié)的情況下實施本發(fā)明的實施例。在某些情況下，并未詳 細展示熟悉的化學結(jié)構(gòu)、化學成分、分子、材料、制造組件、控制系統(tǒng)、電子組件、時序協(xié)議及 軟件操作以避免不必要地混淆本發(fā)明的所描述實施例。
[0070] 本文中公開了用于正向滲透（FO)、壓力延緩滲透（PRO)、隔膜蒸餾（MD)、熱交換隔 膜、蒸發(fā)器隔膜、接觸式隔膜、冷凝器隔膜及吸收器隔膜或通常任何分離過程的系統(tǒng)、設備 及方法的實例實施例。實例包含適合用于其中可使用兩