專利名稱：一種螺旋卷式擴散滲析膜組件及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于膜分離設備技術領域，特別涉及陰離子交換膜或陽離子交換膜和流道 隔網(wǎng)圍繞中心管一起卷制的，利用擴散滲析原理，用于分離回收工業(yè)廢酸液或廢堿液中的 酸或堿的螺旋型分離膜組件及其制備方法。
背景技術：
擴散滲析是以濃度差為推動力，利用離子通過膜發(fā)生選擇性滲透而達到分離的目 的，理論上不耗能，分為陽膜擴散滲析(如用于堿的回收)和陰膜擴散滲析(如用于酸的回 收)。其中陰膜擴散滲析技術利用陰離子交換膜對氫離子與金屬離子的選擇透過性不同實 現(xiàn)酸與鹽的分離，是較為先進的工業(yè)廢酸回收處理技術，在冶金工業(yè)及環(huán)保領域得到了廣 泛應用。在現(xiàn)有的技術中，美國專利US5264123和US5217612中所提出的擴散滲析器設備， 以及山東天維膜技術有限公司、日本Astorm公司和美國Mech-Chem公司生產(chǎn)的擴散滲析 器，均為板框式組件(也稱平板式)，此類擴散滲析器由陰離子交換膜或陽離子交換膜、流 道隔網(wǎng)、流道框、流道切換板、固定夾板以及至少四個流道管接口組成，其主體結(jié)構(gòu)由“膜、 網(wǎng)、框”依次疊加而成，通過框四周孔道連接形成擴散滲析器中膜異側(cè)的兩個流體通道，即 擴散液流道和滲析液流道。但由于上述設備裝填密度低，兩端需用鋼板夾緊，使得設備笨 重，占地面積大，夾緊板易被腐蝕；由于采用多層片狀結(jié)構(gòu)，層與層之間不易密封，且需密封 的邊界線長，為保證膜兩側(cè)的密封，對板框和起密封作用的部件的加工精度要求高；由于采 用多層隔板，造成流動阻力損失大，且流量分配不均勻，不易強化傳質(zhì)和減輕濃差極化；由 于其結(jié)構(gòu)所造成的每塊板上料液的流程短，通過板面一次的透過液相對量少；為了使料液 達到一定的濃縮度，需經(jīng)過板面多次，或者料液需多次循環(huán)；流體流動速度低，流動類型大 多為層流，從而湍動程度小，使得整個裝置的傳質(zhì)效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種螺旋卷式擴散滲析膜組件及其制備方法，以解決現(xiàn)有擴 散滲析裝置設備笨重、傳質(zhì)效率較低的問題。本發(fā)明的螺旋卷式擴散滲析膜組件，包括分布在離子交換膜兩側(cè)的流道隔網(wǎng)，其 中一側(cè)構(gòu)成擴散液流道并與一對擴散液進出接管相連通，另一側(cè)構(gòu)成滲析液流道并與一對 滲析液進出接管相連通；其特征在于以拼合起來的一對中心管為軸心，由離子交換膜和 流道隔網(wǎng)相互緊貼著螺旋式卷成圓筒體，在離子交換膜末端處該圓筒體外緣上兩個徑向?qū)?稱的切線方向流道開口處分別粘結(jié)密封固定一側(cè)流管，該側(cè)流管緊靠圓筒形外殼的內(nèi)壁與 中心管平行布置；由流道隔網(wǎng)支撐起的空間構(gòu)成流體通道并始終位于離子交換膜的兩側(cè)， 其中一側(cè)為擴散液流道，則另一側(cè)為滲析液流道；擴散液由其中一根側(cè)流管流入，通過分布 在其周壁上的集液孔進入流道隔網(wǎng)，在離子交換膜一側(cè)螺旋式由外向內(nèi)流動，最后從分布 在中心管周壁上的集液孔進入其中一根中心管并流出；滲析液由另一根中心管流入，由集 液孔進入流道隔網(wǎng)，在離子交換膜另一側(cè)螺旋式由內(nèi)向外流動，最后通過集液孔進入另一
4根側(cè)流管并流出。本發(fā)明的螺旋卷式擴散滲析膜組件的制備方法，其特征在于在兩根中心管之間 夾入一張離子交換膜和兩張流道隔網(wǎng)，使兩張流道隔網(wǎng)分別布置在離子交換膜的兩側(cè)，保 持以中心管為界，兩端離子交換膜長度相等，并將離子交換膜、流道隔網(wǎng)與中心管粘結(jié)固 定；離子交換膜和流道隔網(wǎng)相互緊貼著圍繞中心管按同一方向一起卷，邊卷邊在離子交換 膜和流道隔網(wǎng)的軸向邊緣涂上粘合劑粘合密封，卷成圓筒體；卷到離子交換膜末端處，在 該圓筒體外緣上形成兩個徑向?qū)ΨQ的切線方向流道開口，分別在兩開口處各粘結(jié)密封固定 一側(cè)流管，該側(cè)流管與中心管平行布置；再以塑料薄膜將包括側(cè)流管在內(nèi)的整個圓筒體繞 緊密封固定，形成膜芯，將膜芯裝入圓筒形外殼內(nèi)，使側(cè)流管緊靠外殼的內(nèi)壁，膜芯的兩端 頭與外殼之間用粘合劑澆鑄固定，構(gòu)成帶四個進出口接管的螺旋卷式擴散滲析膜組件；所 述中心管和側(cè)流管的周壁上分布有集液孔；位于離子交換膜兩側(cè)的兩組“中心管-流道隔 網(wǎng)_側(cè)流管”通道分別構(gòu)成螺旋式的擴散液流道和滲析液流道。所述離子交換膜為平板型膜；陰離子交換膜要求耐酸，通常由帶有季銨基團的高 分子材料制成；而陽離子交換膜要求耐堿，通常由帶有磺酸基團或羧酸基團的高分子材料 制成。所述流道隔網(wǎng)可由聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯(用于酸回收)、或聚酰胺(用 于堿回收)材料所編織制成，單張流道隔網(wǎng)的長度為所用單張離子交換膜的0. 5-1倍，可采 用單層或多層，為了減小流動阻力，在組件徑向上隔網(wǎng)的厚度可由外向內(nèi)逐漸增厚。所述中心管可采用截面為圓形的管道、截面為半圓形的管道、或管道主體部分即 被離子交換膜及流道隔網(wǎng)包裹的部分管道截面為半圓形而管道接口端截面為圓形的管道； 作為優(yōu)選，采用管道主體部分即被離子交換膜及流道隔網(wǎng)包裹的部分管道截面為半圓形， 而管道接口端截面為圓形的管道，這樣可使一對中心管拼合起來后總體截面為圓形，以保 證組件卷制形成后為圓筒體外形且中心管接口端截面為圓形，以方便連接。所述側(cè)流管可采用截面為圓形的管道、截面為半圓形的管道、截面為月牙形的管 道、或管道主體部分即與離子交換膜接觸的部分管道截面為半圓形或月牙形而管道接口端 截面為圓形的管道；作為優(yōu)選，采用管道主體部分即與離子交換膜接觸的部分管道截面為 月牙形而管道接口端截面為圓形的管道；側(cè)流管的月牙形截面部分可以緊貼圓筒體外周以 方便與離子交換膜密封固定，側(cè)流管接口端截面為圓形以方便連接。所述中心管和側(cè)流管均可由聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯 材料制成。所述外殼的截面可采用圓形、橢圓形或矩形，優(yōu)選為圓形；可由聚氯乙烯、聚丙烯、 或玻璃鋼材料所制成。作為在所述膜組件中安裝側(cè)流管的替代做法，可在所述圓筒體外緣兩個徑向?qū)ΨQ 的切線流道開口處，將膜的末端軸向封貼于外殼內(nèi)壁上，或用密封條密封于膜末端外表面 與外殼內(nèi)壁之間，使兩個流道開口完全隔開，再在外殼相應位置開孔，設置兩個流道接口， 以替代側(cè)流管的作用。本發(fā)明的螺旋卷式擴散滲析膜組件在作為回收工業(yè)廢酸使用時，螺旋卷式擴散滲 析膜組件內(nèi)的離子交換膜選用平板型陰離子交換膜，廢酸料液走滲析液流道，由內(nèi)向外螺 旋流動，水走擴散液流道，由外向內(nèi)螺旋流動，兩種流體的流動方式采取螺旋式逆流。利用擴散滲析原理，以濃度差作為推動力，由于廢液側(cè)的酸及其鹽的濃度遠高于水側(cè)，所以膜兩 側(cè)存在濃度梯度，廢酸及鹽類有向擴散液流道滲透的趨勢，但陰離子交換膜具有選擇透過 性，不會讓每種離子以均等的機會通過；首先陰離子膜骨架本身帶正電荷，在溶液中具有吸 引帶負電的水化離子而排斥帶正電荷水化離子的特性，故在濃度差的作用下，廢酸側(cè)的陰 離子被吸引而順利地透過膜孔道進入水的一側(cè)；同時根據(jù)電中性的要求，也會夾帶帶有正 電荷的離子，但由于氫離子的水化半徑比較小，電荷較少，而金屬鹽的水化離子半徑較大， 又帶有高價電荷，因此氫離子會優(yōu)先通過膜，這樣廢液中的酸就會被分離出來，進入擴散液 流道。本發(fā)明的螺旋卷式擴散滲析膜組件采用螺旋式逆流流動，增加了平均濃度差，提高了 傳質(zhì)推動力；同時由于流體的流動路程長、流動速度快，增大了傳質(zhì)系數(shù)，使組件的性能達 到優(yōu)化。還可根據(jù)需要將本發(fā)明的螺旋卷式擴散滲析膜組件采取多個串并聯(lián)使用。與回收 工業(yè)廢酸原理類似，本發(fā)明的螺旋卷式擴散滲析膜組件在作為回收工業(yè)廢堿使用時，螺旋 卷式擴散滲析膜組件內(nèi)的離子交換膜選用平板型陽離子交換膜，由于陽離子膜骨架本身帶 負電荷，在溶液中具有吸引帶正電的水化離子而排斥帶負電荷水化離子的特性，故在濃度 差的作用下，廢堿側(cè)的陽離子被吸引而順利地透過膜孔道進入水的一側(cè)；同時根據(jù)電中性 的要求，也會夾帶帶有負電荷的離子，但由于氫氧根離子的水化半徑比較小，電荷較少，而 其它陰離子的水化離子半徑較大，又帶有高價電荷，因此氫氧根離子會優(yōu)先通過膜，這樣廢 液中的堿就會被分離出來。由于本發(fā)明采用了螺旋卷式的擴散滲析膜組件結(jié)構(gòu)，排列緊湊，裝填密度大，體積 小，重量輕，可立體式組裝，占地面積小，無需夾緊裝置；可實現(xiàn)擴散液和滲析液兩種流體徑 向螺旋式逆流流動，增加了平均濃度差，提高了傳質(zhì)推動力，湍動程度大，傳質(zhì)效率較高，有 利于強化傳質(zhì)和減輕濃差極化，單位膜面積料液處理量大，且易于與其它反應或分離設備 集成。流體流動在徑向上沒有分支，流動路程長、流動速度快。與現(xiàn)有板框式結(jié)構(gòu)的擴散滲 析器相比較，本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術設備龐大笨重，易漏液、易被腐蝕，傳質(zhì)效率較低，單位 膜面積料液處理量小又不易串并聯(lián)使用，且裝置的制造成本較高等缺點。在現(xiàn)有的卷式膜組件中，具有代表性的是卷式反滲透膜組件和卷式納濾膜組件， 與它們相比，由于本發(fā)明的螺旋卷式擴散滲析膜組件在原理和用途上與它們有較大區(qū)別， 因此在其制備方法上也存在較大差異。如本發(fā)明的螺旋卷式擴散滲析膜組件中心管由兩 根主體截面為半圓形管道拼合組成，而卷式反滲透和卷式納濾膜組件中心管為一根圓形管 道構(gòu)成；本發(fā)明的螺旋卷式擴散滲析膜組件采用一整張膜卷制，而卷式反滲透和卷式納濾 膜組件往往采用多個膜袋葉并聯(lián)卷制；本發(fā)明的螺旋卷式擴散滲析膜組件內(nèi)兩種流體流 動方式為螺旋式逆流或并流流動，而卷式反滲透和卷式納濾膜組件內(nèi)一股流體為螺旋式流 動，另一股流體為軸向流動，兩股流體形成錯流流動；與卷式反滲透和卷式納濾膜組件相 比，本發(fā)明的螺旋卷式擴散滲析膜組件卷制工藝更簡便，卷制操作更易行，生產(chǎn)過程對自動 化要求較低。


圖1為本發(fā)明的螺旋卷式擴散滲析膜組件的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的螺旋卷式擴散滲析膜組件的中心管及側(cè)流管的示意圖；圖3為本發(fā)明的螺旋卷式擴散滲析膜組件膜、網(wǎng)、管裝配示意圖4為本發(fā)明的螺旋卷式擴散滲析膜組件卷制密封過程示意圖；圖5為本發(fā)明的螺旋卷式擴散滲析膜芯的橫截面結(jié)構(gòu)即流道示意圖；圖6為本發(fā)明的螺旋卷式擴散滲析膜組件的可選外殼接管示意圖；圖7為本發(fā)明的螺旋卷式擴散滲析膜組件的廢酸回收性能測試裝置示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖以實施例對本螺旋卷式擴散滲析膜組件作詳細說明。實施例1 有效膜面積為0. 5平方米的螺旋卷式擴散滲析膜組件的制備過程圖1為本發(fā)明的螺旋卷式擴散滲析膜組件的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2給出了螺旋卷 式擴散滲析膜組件中心管及側(cè)流管的示意圖。在兩根中心管1和7之間夾入一張離子交換 膜3及兩張流道隔網(wǎng)4和5，使兩張流道隔網(wǎng)4和5分別布置在離子交換膜3的兩側(cè)，保持 以中心管1和7為界，兩端離子交換膜長度相等，并將離子交換膜3、流道隔網(wǎng)4、5與中心 管1和7之間粘結(jié)固定；離子交換膜3及流道隔網(wǎng)4和5相互緊貼著圍繞兩根中心管1和 7按同一方向一起卷，邊卷邊在離子交換膜3及流道隔網(wǎng)4和5的軸向邊緣涂上粘合劑粘合 密封，卷成圓筒體；卷到離子交換膜3末端處，在該圓筒體外緣上形成兩個徑向?qū)ΨQ的切線 方向流道開口，分別在兩開口處各粘結(jié)密封固定一側(cè)流管6和8，該側(cè)流管6和8與中心管 1和7平行布置；再以塑料薄膜將包括側(cè)流管6和8在內(nèi)的整個圓筒體繞緊密封固定，形成 膜芯，將膜芯裝入圓筒形外殼2內(nèi)，使側(cè)流管6和8緊靠外殼2的內(nèi)壁，膜芯的兩端頭與外 殼2之間用粘合劑澆鑄固定，構(gòu)成帶四個進出口接管的螺旋卷式擴散滲析膜組件；所述中 心管1、7和側(cè)流管6、8的周壁上分別分布有集液孔10和9 ；位于離子交換膜3兩側(cè)的兩組 “中心管_流道隔網(wǎng)_側(cè)流管”通道分別構(gòu)成螺旋式的擴散液流道12和滲析液流道13。所制成的螺旋卷式擴散滲析膜組件，包括分布在離子交換膜3兩側(cè)的流道隔網(wǎng)4 和5，其中一側(cè)構(gòu)成擴散液流道12并與一對擴散液進出接管6和1相連通，另一側(cè)構(gòu)成滲 析液流道13并與一對滲析液進出接管7和8相連通；以拼合起來的一對中心管1和7為軸 心，由離子交換膜3及流道隔網(wǎng)4和5相互緊貼著螺旋式卷成圓筒體，圓筒體外緣粘結(jié)密封 有一對側(cè)流管6和8，并緊靠外殼2的內(nèi)壁與中心管1和7平行布置；由流道隔網(wǎng)4和5支 撐起的空間構(gòu)成流體通道并始終位于離子交換膜3的兩側(cè)，其中一側(cè)為擴散液流道12，則 另一側(cè)為滲析液流道13 ；擴散液由其中一根側(cè)流管6流入，通過分布在其周壁上的集液孔 9進入流道隔網(wǎng)4，在離子交換膜3 —側(cè)螺旋式由外向內(nèi)流動，最后從分布在中心管1周壁 上的集液孔10進入其中一根中心管1并流出；滲析液由另一根中心管7流入，由集液孔10 進入流道隔網(wǎng)5，在離子交換膜3另一側(cè)螺旋式由內(nèi)向外流動，最后通過集液孔9進入另一 根側(cè)流管8并流出。本實施例中，中心管1和7，側(cè)流管6和8均采用耐酸堿的聚氯乙烯塑料管，其主體 部分截面為半圓形，內(nèi)徑為20mm，半圓形截面部分長度與所用離子交換膜3的寬度相同，周 壁分別開設有集液孔9和10，接口端截面為圓形，集液孔總面積之和大于端面圓管截面積， 兩中心管拼合起來后其總體為圓形；圖3給出了本發(fā)明的螺旋卷式擴散滲析膜組件膜、網(wǎng)、 管裝配示意圖本實施例中，在中心管1和7之間夾入一張尺寸為1500X 370mm的DF120型 滲析陰膜(山東天維膜技術有限公司提供)作為離子交換膜3和兩張聚丙烯流道隔網(wǎng)4和 5，使兩張聚丙烯流道隔網(wǎng)4和5分別布置在離子交換膜3的兩側(cè)，并端頭對齊，流道隔網(wǎng)4
7和5的長度相等，且為離子交換膜3總長度的一半，在離子交換膜3長度方向二分之一處， 用粘合劑使離子交換膜3、流道隔網(wǎng)4、5與中心管1、7粘結(jié)固定；圖4為本發(fā)明的螺旋卷式 擴散滲析膜組件卷制密封過程示意圖保持離子交換膜3和流道隔網(wǎng)4、5相互緊貼，并在離 子交換膜3及流道隔網(wǎng)4和5的軸向邊緣涂上環(huán)氧樹脂粘合劑，構(gòu)成密封邊11，以拼合在 一起的中心管1和7為軸向中心，使流道隔網(wǎng)4和5靠近集液孔，按同一方向一起卷，制成 圓筒體；圖5為本發(fā)明的螺旋卷式擴散滲析膜芯的橫截面結(jié)構(gòu)即流道示意圖。如附圖5中 所示，將圓筒體外緣徑向?qū)ΨQ方向兩流道開口邊沿兩側(cè)流管6和8軸向封貼于管壁上，且開 口端與集液孔9相通，“中心管1-流道隔網(wǎng)4-側(cè)流管6”之間通道構(gòu)成擴散液流道12，“中 心管7-流道隔網(wǎng)5-側(cè)流管8”之間通道構(gòu)成滲析液流道13，擴散液流道12與滲析液流道 13始終位于離子交換膜3的兩側(cè)，根據(jù)所流經(jīng)的流動流體類型的不同，兩流道名稱可互換。 將包括側(cè)流管6和8在內(nèi)的整個圓筒體以聚氯乙烯塑料薄膜繞緊密封固定，構(gòu)成本螺旋卷 式擴散滲析膜組件的膜芯。把膜芯安裝于聚氯乙烯圓筒形外殼2中，端頭用環(huán)氧樹脂粘結(jié) 劑澆鑄密封固定，構(gòu)成本螺旋卷式擴散滲析膜組件18。整個組件有效膜面積為0. 5m2，外形 尺寸為380X Φ90πιπι，設有四個進出口接管，即擴散液進口接管6、擴散液出口接管1、滲析 液進口接管7和滲析液出口接管8。為方便串并聯(lián)組裝，可在外殼2上可安裝矩形或六邊形 支架。在本實施例其他條件不變的情況下，將中心管替換為截面為圓形的管道、或截面 為半圓形的管道，都可制得類似的螺旋卷式擴散滲析膜組件；作為優(yōu)選，本實施例中采用管 道主體部分(即被離子交換膜及流道隔網(wǎng)包裹的部分)管道截面為半圓形而管道接口端截 面為圓形的管道，這樣可使一對中心管拼合起來后總體截面為圓形，以保證組件卷制形成 后為圓筒體外形，中心管接口端截面為圓形，以方便連接。在本實施例其他條件不變的情況下，將側(cè)流管替換為截面為圓形的管道、截面為 半圓形的管道、截面為月牙形的管道、或管道主體部分(即與離子交換膜接觸的部分)管道 截面為半圓形或月牙形而管道接口端截面為圓形的管道，都可制得類似的螺旋卷式擴散滲 析膜組件；作為優(yōu)選，采用管道主體部分(即與離子交換膜接觸的部分)管道截面為月牙形 而管道接口端截面為圓形的管道，側(cè)流管的月牙形截面部分可以緊貼圓筒體外周，方便與 離子交換膜密封固定，側(cè)流管接口端截面為圓形，以方便連接。所述中心管和側(cè)流管除可由聚氯乙烯材料所制成外，也可由聚乙烯、聚丙烯、聚偏 氟乙烯、或聚四氟乙烯材料所制成。在其他條件不變的情況下，將本實施例中所用的DF120型滲析陰膜替換為其它平 板型耐酸的陰離子交換膜或耐堿的陽離子交換膜，都可制得類似形狀和結(jié)構(gòu)的螺旋卷式擴 散滲析膜組件。其中陰離子交換膜通常由帶有季銨基團的高分子材料制成，由陰離子交換 膜制得的膜組件用于廢酸的分離回收；而陽離子交換膜通常由帶有磺酸基團或羧酸基團的 高分子材料制成，由陽離子交換膜制得的膜組件用于廢堿的分離回收。所述的流道隔網(wǎng)除可由聚丙烯材料所編織制成外，也可由聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯 (用于酸回收)、或聚酰胺(用于堿回收)材料所編織制成，單張流道隔網(wǎng)的長度可為所用 單張離子交換膜的0. 5-1倍，可采用單層或多層，為了減小流動阻力，在組件徑向上，隔網(wǎng) 的厚度可由外向內(nèi)逐漸增厚。所述的外殼的截面可采用圓形、橢圓形或矩形，優(yōu)選為圓形；可由聚氯乙烯、聚丙烯、或玻璃鋼材料所制成；考慮到成本問題，優(yōu)選為聚氯乙烯材料。圖6為本發(fā)明的螺旋卷式擴散滲析膜組件的可選外殼接管示意圖。如附圖6所示， 作為在所述膜組件中安裝側(cè)流管的替代做法，可在所述的圓筒體外緣兩個徑向?qū)ΨQ的切線 流道開口處，將膜的末端軸向封貼于外殼內(nèi)壁上，或用密封條密封于膜末端外表面與外殼 內(nèi)壁之間，使兩個流道開口完全隔開，再在外殼相應位置開孔，設置兩個流道接口 14和15， 以替代側(cè)流管的作用。圖7為本發(fā)明的螺旋卷式擴散滲析膜組件的廢酸回收性能測試裝置示意圖。如附 圖7所示，使用本螺旋卷式擴散滲析膜組件18進行廢酸回收，在廢酸高位槽17和水高位 槽16中分別注入等體積的廢酸與自來水，分別由滲析液進口接管7和擴散液進口接管6流 入本螺旋卷式擴散滲析膜組件18，調(diào)節(jié)酸、水流量，維持廢酸和自來水的流量比在一定范圍 內(nèi)，保持液位，由滲析液出口接管8流出殘酸，由擴散液出口接管1流出回收酸。為提高流 速、方便計量和有利排氣，在滲析液出口接管8和擴散液出口接管1可分別連接一臺恒流泵 或真空泵。本實施例中所制作的有效膜面積為0. 5m2的螺旋卷式擴散滲析膜組件適合于實驗 室小試研究用，其裝填密度為206. 9m2/m3 ；而相同膜有效面積的現(xiàn)有小型板框式擴散滲析 器的裝填密度僅為92. 6m2/m3。實施例2 有效膜面積為10平米螺旋卷式擴散滲析膜組件的制備過程本實施例中所采用的卷制方法與實施例1中相同，采用尺寸為14000X800mm的 DF120型滲析陰膜，中心管和側(cè)流管均為半圓形截面的聚氯乙烯塑料管，內(nèi)徑為Φ25πιπι，端 頭用聚氯乙烯管件粘結(jié)轉(zhuǎn)換成圓形截面，流道隔網(wǎng)采用聚乙烯材料，所制成的螺旋卷式擴 散滲析膜組件有效膜面積為10m2，外形尺寸為1000X Φ200πιπι。若將本實施例中制成的螺旋卷式擴散滲析膜組件采用多臺串并聯(lián)，可更適合于工 業(yè)廢酸回收生產(chǎn)過程，其裝填密度為356. 7m2/m3，重量為17. 8Kg，而現(xiàn)有山東天維膜技術有 限公司生產(chǎn)的，裝填32m2膜的HKY-025型板框式擴散滲析器的裝填密度僅為173. 2m2/m3，重 量達280Kg。實施例3 螺旋卷式擴散滲析膜組件回收工業(yè)鈦白廢酸液采用如附圖7中所示的螺旋卷式擴散滲析膜組件的廢酸回收性能測試裝置，使用 實施例1中的螺旋卷式擴散滲析膜組件18進行廢酸回收過程測試，模擬工業(yè)鈦白廢酸液， 配制H2SCVFeSO4料液樣品，濃度見表1 :表IFeSO4Al2SO4料液樣品的濃度
權利要求
一種螺旋卷式擴散滲析膜組件，包括分布在離子交換膜兩側(cè)的流道隔網(wǎng)，其中一側(cè)構(gòu)成擴散液流道并與一對擴散液進出接管相連通，另一側(cè)構(gòu)成滲析液流道并與一對滲析液進出接管相連通；其特征在于以拼合起來的一對中心管為軸心，由離子交換膜和流道隔網(wǎng)相互緊貼著螺旋式卷成圓筒體，在離子交換膜末端處該圓筒體外緣上兩個徑向?qū)ΨQ的切線方向流道開口處分別粘結(jié)密封固定一側(cè)流管，該側(cè)流管緊靠圓筒形外殼的內(nèi)壁與中心管平行布置；由流道隔網(wǎng)支撐起的空間構(gòu)成流體通道并始終位于離子交換膜的兩側(cè)，其中一側(cè)為擴散液流道，則另一側(cè)為滲析液流道；擴散液由其中一根側(cè)流管流入，通過分布在其周壁上的集液孔進入流道隔網(wǎng)，在離子交換膜一側(cè)螺旋式由外向內(nèi)流動，最后從分布在中心管周壁上的集液孔進入其中一根中心管并流出；滲析液由另一根中心管流入，由集液孔進入流道隔網(wǎng)，在離子交換膜另一側(cè)螺旋式由內(nèi)向外流動，最后通過集液孔進入另一根側(cè)流管并流出。
2.權利要求1所述螺旋卷式擴散滲析膜組件的制備方法，其特征在于在兩根中心管 之間夾入一張離子交換膜和兩張流道隔網(wǎng)，使兩張流道隔網(wǎng)分別布置在離子交換膜的兩 側(cè)，保持以中心管為界，兩端離子交換膜長度相等，并將離子交換膜、流道隔網(wǎng)與中心管粘 結(jié)固定；離子交換膜和流道隔網(wǎng)相互緊貼著圍繞中心管按同一方向一起卷，邊卷邊在離子 交換膜和流道隔網(wǎng)的軸向邊緣涂上粘合劑粘合密封，卷成圓筒體；卷到離子交換膜末端處， 在該圓筒體外緣上形成兩個徑向?qū)ΨQ的切線方向流道開口，分別在兩開口處各粘結(jié)密封固 定一側(cè)流管，該側(cè)流管與中心管平行布置；再以塑料薄膜將包括側(cè)流管在內(nèi)的整個圓筒體 繞緊密封固定，形成膜芯，將膜芯裝入圓筒形外殼內(nèi)，使側(cè)流管緊靠外殼的內(nèi)壁，膜芯的兩 端頭與外殼之間用粘合劑澆鑄固定，構(gòu)成帶四個進出口接管的螺旋卷式擴散滲析膜組件； 所述中心管和側(cè)流管的周壁上分布有集液孔；位于離子交換膜兩側(cè)的兩組“中心管-流道 隔網(wǎng)-側(cè)流管”通道分別構(gòu)成螺旋式的擴散液流道和滲析液流道。
3.如權利要求2所述螺旋卷式擴散滲析膜組件的制備方法，特征在于所述離子交換膜 為平板型膜；陰離子交換膜由帶有季銨基團的高分子材料制成；陽離子交換膜由帶有磺酸 基團或羧酸基團的高分子材料制成。
4.如權利要求2所述螺旋卷式擴散滲析膜組件的制備方法，特征在于所述流道隔網(wǎng)由 聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯或聚酰胺材料編織制成，單張流道隔網(wǎng)的長度為所用單張 離子交換膜的0. 5-1倍，采用單層或多層；在組件徑向上隔網(wǎng)的厚度由外向內(nèi)逐漸增厚。
5.如權利要求2所述螺旋卷式擴散滲析膜組件的制備方法，特征在于所述中心管采用 截面為圓形的管道、截面為半圓形的管道、或管道主體部分即被離子交換膜及流道隔網(wǎng)包 裹的部分管道截面為半圓形而管道接口端截面為圓形的管道。
6.如權利要求2所述螺旋卷式擴散滲析膜組件的制備方法，特征在于所述側(cè)流管采用 截面為圓形的管道、截面為半圓形的管道、截面為月牙形的管道，或管道主體部分即與離子 交換膜接觸的部分管道截面為半圓形或月牙形而管道接口端截面為圓形的管道。
7.如權利要求2所述螺旋卷式擴散滲析膜組件的制備方法，特征在于所述中心管或側(cè) 流管均由聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯材料制成。
8.如權利要求2所述螺旋卷式擴散滲析膜組件的制備方法，特征在于所述組件外殼的 截面選用圓形、橢圓形或矩形；由聚氯乙烯、聚丙烯或玻璃鋼材料制成。
9.如權利要求2所述螺旋卷式擴散滲析膜組件的制備方法，特征在于在所述的圓筒體外緣兩個徑向?qū)ΨQ的切線流道開口處將膜的末端軸向封貼于圓筒體外殼的內(nèi)壁上，或用密 封條密封于膜末端外表面與圓筒體外殼的外殼內(nèi)壁之間，使兩個流道開口完全隔開，再在 圓筒體外殼的相應位置開孔設置兩個流道接口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種螺旋卷式擴散滲析膜組件及其制備方法，特征是在兩根中心管間夾入一張離子交換膜和在其兩側(cè)的流道隔網(wǎng)，相互緊貼著圍繞中心管按同一方向一起卷，并在軸向邊緣粘合密封成圓筒體；離子交換膜末端處在圓筒體外緣上形成兩個徑向?qū)ΨQ的切線方向流道開口，分別粘結(jié)密封固定一側(cè)流管，再以塑料薄膜將包括側(cè)流管在內(nèi)的整個圓筒體繞緊密封固定，形成膜芯，將膜芯裝入圓筒形外殼內(nèi)，兩端頭用粘合劑澆鑄固定，構(gòu)成帶四個進出口接管的螺旋卷式擴散滲析膜組件。該設備緊湊裝填密度大，可立體式組裝占地面積??；可實現(xiàn)擴散液和滲析液流體徑向螺旋式逆流流動，湍動程度大，傳質(zhì)效率較高，單位膜面積料液處理量大，易于與其它反應或分離設備集成。
文檔編號B01D63/10GK101983756SQ20101014404
公開日2011年3月9日 申請日期2010年4月9日 優(yōu)先權日2010年4月9日
發(fā)明者徐銅文, 李傳潤 申請人:中國科學技術大學