專利名稱：膜分離裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種膜分離裝置及該裝置的制造方法。該裝置包括一殼體或一外殼，于其內(nèi)固定一適宜的膜分離組件，該組件是由許多半滲透性的空心纖維膜制成的。
眾所周知，包含空心纖維膜分離組件的分離裝置可用于滲析，微過濾，超濾，反滲透，血液的氧合作用，氣體分離，全蒸發(fā)，膜汽提等?，F(xiàn)已經(jīng)公開了各種制造方法。但總的來說，空心纖維分離組件是由許多細(xì)的空心纖維組成，它的兩個(gè)端部罐藏在一個(gè)或兩個(gè)活動(dòng)的管板上，其開口纖維端終止在一個(gè)或兩個(gè)活動(dòng)的管板面上，這就為流體提供了一個(gè)進(jìn)出空心纖維內(nèi)部的通路;由此制成的組件包括一空心纖維束和一塊或兩塊管板?？招睦w維組件密封在一外殼或一殼體內(nèi)，以這樣一種方式，受空心纖維膜的分離或滲透性能控制的流體流被劃分為兩個(gè)區(qū)域。這兩個(gè)區(qū)域通常用殼程和管程來表示。殼程區(qū)域是指管板間的空心纖維外部區(qū)域，而管程區(qū)域是空心纖維的內(nèi)部區(qū)域。每個(gè)區(qū)域都可以有流動(dòng)流體通過，這兩個(gè)區(qū)域內(nèi)壓力誰大誰小，取決于加入裝置的流體是加在空心纖維的外部還是內(nèi)部。通過或穿過空心纖維輸送的推動(dòng)力可以是壓差，濃度差和/或電位差。
空心纖維分離組件可以有一個(gè)或兩個(gè)活動(dòng)管板，在前一種情況下，空心纖維是雙背的(doubleback)，結(jié)果空心纖維的所有端面一起終止在一塊活動(dòng)管板內(nèi)。在具有這樣的一個(gè)活動(dòng)管板的空心纖維分離組件中，所有的空心纖維末端也可以有一不活動(dòng)的管板，以便利形成一空心纖維束，并將其密封在外殼或殼體內(nèi)。不活動(dòng)的管板不包含空心纖維的末端。也就是說，流體不能從這塊不活動(dòng)的管板加入或排出。管板把空心纖維粘合在一起，并支撐它們?cè)谝欢ㄎ恢?。每塊管板對(duì)外殼或殼體的內(nèi)臂表面也是密封的，這樣，把分離組件固定在殼體內(nèi)。管板與殼體一起形成了相對(duì)于空心纖維的殼程區(qū)域的外表面，它與空心纖維的內(nèi)腔不直接相通。
空心纖維膜分離技術(shù)可見諸于美國專利2，972，349號(hào)，3，328，876號(hào)，3，228，877號(hào)，3，422，008號(hào)，3，423，491號(hào)，3，339，341號(hào)，3，403，515號(hào)。
已知的現(xiàn)有技術(shù)是使用樹脂來形成管板。這些樹脂包括聚氨酯，聚烯烴類，蠟-擴(kuò)展的聚烯烴類(wax-extendedpolyolefins)，聚烯烴的共聚物，聚酰胺，聚苯乙烯，聚氯乙烯，硅橡膠和環(huán)氧樹脂等。
利用空心纖維膜分離組件制造分離裝置存在的有關(guān)問題是，沒有找到一種適宜于大規(guī)模生產(chǎn)使用的方便而便易的方法來密封管板與環(huán)繞殼體的內(nèi)表面。由于熱，壓力和其它壓力因素的影響，管板與殼體的內(nèi)表面之間的密封部件可能松動(dòng)或開縫，造成上述兩個(gè)區(qū)域內(nèi)流體的混合。這種流體的混合是不可接受的，因?yàn)檫@些膜分離裝置的有效操作要求流體基本上保持在上述兩個(gè)分開的區(qū)域內(nèi)。
US專利4，269，712號(hào)公開了一種空心纖維醫(yī)藥分離裝置，這個(gè)裝置在管板園盤部分的內(nèi)端面與環(huán)繞裝置的夾套的徑向和軸向向內(nèi)延伸的錐形的內(nèi)壁表面之間加入了一壓力型的機(jī)械密封。
US專利4，269，712號(hào)中，管板和容器之間的密封問題通過在分離裝置的夾套或殼體的內(nèi)壁上提供一徑向向內(nèi)延伸的錐形部件得以解決。由于壓力促使管板的圓周壁軸向向內(nèi)形成密封，從而實(shí)現(xiàn)了管板與錐形殼體或夾套表面的液體和氣體緊密密封。但這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，從制造的觀點(diǎn)來看也是不經(jīng)濟(jì)的。
US專利4，414，110號(hào)公開了一個(gè)空心纖維醫(yī)藥分離裝置，其中在纖維的每一端的管板為一個(gè)平截頭的圓錐狀物，其大小是使纖維裝滿平截頭園錐外端平面的周邊。該裝置復(fù)雜而難以經(jīng)濟(jì)地制造。
US專利4，512，892號(hào)涉及密封管式過濾部件的兩端的改進(jìn)方法和結(jié)構(gòu)，其方法包括沿著微孔過濾材料片的邊緣設(shè)置一無孔的膜帶，并把這一膜帶粘接到過濾材料上，在過濾材料的外部形成流體密封。但是在它的內(nèi)部形成自由的擋板(free-flap)，在一端和在過濾材料的上游測內(nèi)形成了帶無孔膜帶的部件，并將一端埋入在液體密封層內(nèi)，其深度是終止于無孔膜帶的擋板上，進(jìn)而固化密封層。該文進(jìn)一步指出，矩形的打褶的膜的自由邊對(duì)一支撐件的兩壁是密封的，對(duì)被密封的兩端也進(jìn)行了描述。
人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使管板相對(duì)于封閉的殼體或容器的內(nèi)壁表面密封的上述的所有方法都在某一個(gè)方面存在缺陷。
為使管板和圍繞在殼體內(nèi)的膜組件之間密封，以提供一個(gè)具有簡單的密封部件的空心纖維膜分離裝置，人們需要在技術(shù)方面加以改進(jìn)。
特別是，為了密封與環(huán)繞在殼體內(nèi)的管板相聯(lián)系的膜組件，并基本上排除管板與殼體之間密封部件破裂或松開的可能性以提供一個(gè)有效，方便而經(jīng)濟(jì)的密封方法，還需要人們?cè)诩夹g(shù)方面加以改進(jìn)。
本發(fā)明提供了一種密封在殼體內(nèi)的空心纖維膜分離組件的方法，其中空心纖維膜分離組件包括圍繞一個(gè)芯排列成束的許多空心纖維和圍繞纖維束的每一端的并將空心纖維粘結(jié)在一起的管板，本發(fā)明的方法包括A.在一殼體內(nèi)設(shè)置空心纖維膜分離組件，而該殼體基本上位于重直位置;
B.通過一個(gè)開口把樹脂加入殼體的第一端，樹脂量足以充滿殼體內(nèi)部和第一管板之間的靠近上述殼體的區(qū)域，而在上述第一管板處的上述空心纖維的開口端的外面保留一空間或一空腔;
C.固化樹脂;
D.顛倒殼體的位置;
E.通過一個(gè)開口把樹脂加入殼體的第二端，樹脂量足以充滿殼體的內(nèi)部和第二管板之間的靠近上述第二端的區(qū)域，而在上述第二管板處的上述空心纖維的開口端的外面保留一個(gè)空間或一個(gè)空腔;
F.固化樹脂;
G.通過固化的樹脂，并穿過空心纖維兩端外面的空間，在殼體的每端設(shè)置一個(gè)通道，由此為通過上述空心纖維膜分離組件加入或排出流體提供一個(gè)活動(dòng)的路徑。
本發(fā)明的方法及密封殼體內(nèi)的空心纖維膜分離組件提供了一個(gè)方便，有效而經(jīng)濟(jì)的方法。這一方法適宜于用來大規(guī)模生產(chǎn)這類裝置。本發(fā)明包括用本發(fā)明的方法制造的流體分離裝置，該裝置包括A.用來從原料流體混合物中分離出一種或幾種流體組分的排列成束的許多空心纖維膜;
B.在纖維束的第一端處，用熱固性或熱塑性的聚合物材料形成的第一管板，上述的空心纖維膜嵌入第一管板內(nèi)，并與上述第一管板和在該管板另一面上的孔相通;
C.在纖維束第一端對(duì)面的第二端處，用熱固性或熱塑性的聚合物材料形成的第二管板，上述的空心纖維膜嵌入第二管板內(nèi)，與上述的第二管板及在該管板另一面上的孔相通;
D.一個(gè)在其周圍形成空心纖維束的芯，并設(shè)置使芯延長通過且粘接到第一管板和第二管板上;
E.圍繞纖維束的管板支撐園筒，一端連接到或嵌入第一管板，另一端連接到或嵌入第二管板;
F.一原料入口，用來把待分離的原料流體混合物加入空心纖維膜的芯內(nèi)，使原料混合物與在第一管板另一面處的空心纖維膜相接觸;
G.靠近第一管板的另一面處設(shè)置一原料入口空間或區(qū)域，由此形成一個(gè)空腔，并把原料流體混合物由原料輸入裝置加入其中，這里這個(gè)區(qū)域是密封的，因此流體僅能進(jìn)入或離開這個(gè)區(qū)域或空心纖維，并且通過原料入口區(qū)域設(shè)置的原料入口，以便把原料混合物加入空心纖維膜的芯(內(nèi)腔);
H.一個(gè)非滲透物的出口，用來除去來自位于第二管板另一面處的空心纖維膜的芯(內(nèi)腔)的不能滲透過空心纖維膜的流體;
I.靠近第二管板的另一面設(shè)置非滲透物出口空間或區(qū)域，被設(shè)置形成一個(gè)空腔，由此不能由空心纖維膜進(jìn)行滲透的流體引入這個(gè)空腔，由非滲透流體出口從組件中除去非滲透流體，這里，非滲透出口區(qū)域是密封的，因此，流體僅能通過空心纖維膜或非滲透流體出口裝置進(jìn)入或離開這個(gè)區(qū)域;
J.一個(gè)殼體，以裝入整個(gè)空心纖維膜束和兩塊管板;
K.在外殼和管板支撐園筒上開一個(gè)口，以便除去來自空心纖維膜附近的滲透通過空心纖維膜的流體;
L.在縱向上平行于芯朝向滲透物出口的用于滲透物溝流流動(dòng)的擋板。其中上述擋板的一端嵌入第二管板內(nèi)，而另一端在距第一管板一短距離處終止，以使?jié)B透流體流到滲透流體出口部件;
M.第一管板與殼體之間和第二管板與殼體之間用的樹脂密封，結(jié)果，流體在原料入口或出口區(qū)域和空心纖維外面的兩塊管板之間的區(qū)域之間不能夠相通;
N.第一個(gè)端蓋，用來密閉靠近第一管板的外殼末端，由此封閉原料入口空間或區(qū)域，上述的端蓋被固定在上述外殼上;
O.第二個(gè)端蓋，用來封閉第二管板附近的外殼末端，由此封閉非滲透物流體出口空間或區(qū)域，上述的端蓋被固定在上述外殼上。
上述的裝置還可以包括一個(gè)可滲透的芯，用來把清洗流體加入空心纖維膜的滲透側(cè)。在一個(gè)實(shí)施例中，上述的芯僅在第二管板附近處打孔，由此，清洗流體流動(dòng)和滲透就與上述芯平行，并與芯程流體的流動(dòng)成逆流。


圖1是構(gòu)成本發(fā)明的膜分離裝置的一部分的空心纖維膜分離組件的側(cè)視圖。
圖2是構(gòu)成本發(fā)明的膜分離裝置的一部分的另一種類型的空心纖維膜分離組件的側(cè)視圖。
圖3是本發(fā)明的空心纖維膜分離裝置一個(gè)(局部)剖視圖，它示出了圖2的設(shè)置在殼體內(nèi)的空心纖維膜分離組件。
圖4是本發(fā)明的空心纖維膜分離裝置的一個(gè)(局部)剖視圖，它示出了設(shè)置在帶端蓋裝置的殼體內(nèi)的空心纖維膜分離組件。
圖5是本發(fā)明的帶擋板的空心纖維膜分離裝置的一個(gè)剖視圖。
圖6A和7A是圖5所示的本發(fā)明的空心纖維膜分離裝置一端的兩個(gè)實(shí)施例的放大視圖，它們示出了管板到環(huán)繞殼體的內(nèi)壁表面的連接部件的細(xì)節(jié)。
圖6B和7B是本發(fā)明采用的用殼程清洗流體的空心纖維膜分離裝置任意一個(gè)實(shí)施例的相對(duì)端面的放大視圖。
本發(fā)明包括一個(gè)用于密封在一殼體內(nèi)的空心纖維膜分離組件的方法。本發(fā)明也包括用本發(fā)明方法制造的裝置，這些裝置是用來從流體混合物中的一種或幾種其它流體組分分離出其中的一種流體組分或幾種流體組分，其中，分離過程是通過一種或幾種流體組分跨膜的選擇性的遷移來完成的。在本發(fā)明中，膜為空心纖維狀。待分離的流體混合物或者加入空心纖維膜的外側(cè)，或沿空心纖維膜的芯或內(nèi)腔向下。在這里芯或內(nèi)腔所指的是纖維的中心空的部分。這此裝置較好地適宜流體沿空心纖維膜的內(nèi)腔向下加入。
本發(fā)明的空心纖維膜裝置可以用來從流體混合物的一種或幾種其它流體組分中分離出一種或幾種流體組分，其中流體組分通過或穿過膜具有不同的遷移速度。流體也可以是氣體，蒸汽或液體。
在一個(gè)較好的實(shí)施例中，本發(fā)明的空心纖維膜裝置是用來從原料氣混合物的一種或幾種其它的氣體組分中分離出一種或幾種氣體組分。待分離的氣體混合物最好包含選自由H2，氦，O2，N2，CO，CO2，H2S，NH3，CH4、其它的輕烴等組成的一組氣體中至少一種氣體。這里所用的輕烴是指飽和和不飽和的C1-4的烴類。這些待分離的氣體的例子是從輕烴中分離H2和/或氦，從N2中分離O2，從CH4中分離N2，從輕烴中分離出CO和/或CO2等。
在另一個(gè)較好的實(shí)施例中，待分離的流體是液體。在一個(gè)較好的實(shí)施例中，待分離的流體是液體，物料以氣態(tài)或蒸氣穿過或通過膜遷移。以氣態(tài)或蒸氣通過或穿過膜的物料滲透物可以以氣態(tài)或蒸氣或冷凝物從裝置除去，而且也可以以液態(tài)從裝置除去。這種分離稱為膜汽提，膜蒸餾或全蒸發(fā)。在膜汽提過程中，是用微孔膜，通過或穿過膜的物料滲透組分被冷凝，并以液態(tài)從裝置除去，在全蒸發(fā)過程中，是用非微孔膜，通過或穿過膜的物料滲透組分可以以氣態(tài)或蒸氣或冷凝物從裝置中除去，也可以液態(tài)從裝置中除去。在這些實(shí)施例中，揮發(fā)性化合物，即在分離條件下有較高蒸氣壓的那些化合物，用較低的蒸氣壓就可從待分離化合物中分離出來，可以從液態(tài)混合物中除去的那些揮發(fā)性化合物的例子包括C1-10的脂族和芳族的鹵代烴，例如二氯甲烷(CH2Cl2)，二溴甲烷(CH2Br2)，三氯甲烷(CHCl3)，三溴甲烷(CHBr3)，四氯化碳，1，1-二氯乙烷，1，2-二氯乙烷，1，1，1-三氯乙烷，1，1，2-三氯乙烷，三氯乙烯，四氯乙烯(全氯乙烯)，1，2-二氯丙烷，二氯苯，三氯苯和六氯代苯;C1-10的脂族和芳族烴例如甲烷，乙烷，丙烷，丁烷，己烷，庚烷，辛烷，乙烯，丙烯，丁烯，苯，甲苯和二甲苯;C1-10脂族和芳族醇如甲醇，乙醇，丙醇，丁醇，戊醇，己醇和苯酚;C1-8的酮類如丙酮，甲基乙基酮，甲基異丁基酮，戊酮和己酮;C1-8和醚類如雙(2-氯乙基)醚;C1-8的胺類如甲胺，二甲胺，三甲胺，乙胺，二乙胺，三乙胺，1，2-乙二胺，和苯胺等。從含較低揮發(fā)性的液體中例如包括水和水與有機(jī)物的混合物中，揮發(fā)性的化合物也可以除去。在另一個(gè)較好的實(shí)施例中，夾帶或溶解在液體中的氣體也可以從這些液體中除去。這些夾帶或溶解的氣體的例子包括O2，CO，CO2，SO2，H2S，NH3。
以纖維束狀設(shè)置的空心纖維膜包括許多空心纖維膜。這樣的纖維束可以為各種各樣的形狀并具有各種各樣的纖維包裝式樣。用于本發(fā)明中的空心纖維膜束可以包括各種形狀和纖維排列，它包括由Mahon在US專利3，228，876號(hào)和McLain在US專利3，422，008號(hào)中公開的那些，較好的是定向設(shè)置的纖維束，即基本上不是任意排列的式樣。在一個(gè)較好的實(shí)施例中，空心纖維膜束設(shè)置成園筒形狀，且空心纖維的端面定位于園筒形束的每一端。這樣的纖維束較好是一長度大于直徑的伸長的纖維束。較好地是纖維束中的空心纖維即可以平行包裝，也可以移位(斜的)包裝，在平行包裝的式樣中，空心纖維基本上相互平行設(shè)置，空心纖維的每一端都定位于纖維束的一端上。在移位包裝式樣中，空心纖維的端面都位于纖維束的端面內(nèi)?？蓾B透性布包裝，例如DYNELTM，一種聚酯布，可以用來幫助把空心纖維束固定在一起。
空心纖維膜一般都由一種聚合物材料制成，這種聚合物材料能夠從流體混合物的一種或幾種其它流動(dòng)組分中分離出一種或幾種流體組分?？梢杂脕碇苽淇招睦w維膜的聚合物材料較好地是包括烯烴聚合物，例如聚-4-甲基戊烯，聚乙烯和聚丙烯，聚四氟乙烯;纖維素酯，纖維素醚和再生的纖維素;聚酰胺類;聚醚酮類和聚醚醚酮類，聚酯碳酸酯類;聚碳酸酯類;包括基于聚碳酯的雙酚的環(huán)狀各種各樣的取代物;聚苯乙烯類，聚砜類，聚酰亞胺類;聚醚砜類，聚酯類等?？招睦w維膜可以是均相的，對(duì)稱的(各向同性的)，非對(duì)稱(各向異性的)的或組合膜。膜可以有一個(gè)濃相識(shí)別區(qū)，根據(jù)流體在膜濃相區(qū)的溶解度和擴(kuò)散度的差別從一個(gè)或幾個(gè)其它流體組分中分離出一個(gè)或幾個(gè)流體組分。此外，膜也可以是微孔的，并且能根據(jù)流體組分的相對(duì)揮發(fā)度從一個(gè)或幾個(gè)其它流體組分中分離出一個(gè)或幾個(gè)流體組分。
帶濃相區(qū)的空心纖維膜用于氣體分離是較好的。非對(duì)稱的空心纖維膜在空心纖維的外面，在空心纖維的里面(內(nèi)腔表面)，或在空心纖維膜表面的外側(cè)和內(nèi)側(cè)的某處的內(nèi)部可有一識(shí)別區(qū)。在一個(gè)實(shí)施例中，空心纖維膜的識(shí)別區(qū)是在空心纖維膜兩個(gè)表面內(nèi)，空心纖維膜的內(nèi)(空腔)表面和外表面是多孔的，因此這就表明了分離氣體的能力。在氣體被分離的實(shí)施例中，用于制膜的較好的聚合物材料包括聚酯碳酸酯，聚砜，聚醚砜，聚酰亞胺，聚酯和聚碳酸酯。用于氣體分離膜的更好的聚合物材料包括聚碳酸酯和聚酯碳酸酯。在一個(gè)較好的實(shí)施例中，這些膜可以通過US專利4，772，392號(hào)公開的方法來制備。
對(duì)液體分離如膜汽提和膜蒸餾微孔膜是較好的。這些微孔膜可以是對(duì)稱的(各向同性)或不對(duì)稱的(各向異性)。在分離液體的實(shí)施例中，用來制膜的較好的聚合物材料包括聚烯烴類或氟化的聚烯烴類，例如聚乙烯，聚丙烯，聚-4-甲基戊烯，氟化的聚乙烯，聚四氟乙烯和它們的共聚物及混合物，聚苯乙烯，聚醚酮，聚醚醚酮。制備這些空心纖維膜的方法是眾所周知的技術(shù)。
空心纖維較好地是具有外徑為50-5000μm，最好是100-1000μm，其壁厚較好的是5-500μm，最好是10-100μm。
在纖維束的每一端周圍是一管板，管板的作用是把空心纖維固定，并把膜裝置分隔成三個(gè)不同的流體區(qū)域。這些流體區(qū)域包括第一管板外面的第一流體區(qū)域，在這個(gè)利用芯程加料的較好的實(shí)施例中，包括原料入口區(qū)域，其中待分離的流體混合物由空心纖維膜加入。第二流體區(qū)域是管板之間的一個(gè)區(qū)域，它對(duì)空心纖維膜是外部，即空心纖維膜的殼程(外面)，第三個(gè)流體區(qū)域是第二管板外面的區(qū)域，在利用芯程加料的較好的實(shí)施例中，它包括非滲透的出口區(qū)域，沿空心纖維膜向下流動(dòng)并不滲透穿過空心纖維膜的流體由上區(qū)域被除去。
管板可以是熱固性的或熱塑性的樹脂材料。這些樹脂材料應(yīng)當(dāng)是能形成一個(gè)環(huán)繞空心纖維膜的流體緊密密封。在某些實(shí)施例中，最好這些樹脂材料也能夠粘接芯和/或殼體以及空心纖維膜。在纖維束中的空心纖維膜通過每塊管板與每塊管板背對(duì)著的纖維束的面相通?？招睦w維膜的芯對(duì)靠近每一個(gè)面的空腔區(qū)域或空間是敞開的，由此允許來自空間或空腔的流體從上述的空心纖維膜進(jìn)入和排出。每一管板的主要部分包括嵌入樹脂材料的空心纖維膜組分。管板可以為任意形狀，其功能如上所述。較好的是，管板為有足夠截面積的園形，其厚度可支撐空心纖維膜并能經(jīng)受住在操作期間施加在它上面的壓力。纖維束的每塊管板外側(cè)部分可以為制造成適用于各種目的，這取決于裝置的設(shè)計(jì)。管板的這些部分可以包括單一的樹脂，或用樹脂浸漬過的布，它可以環(huán)繞每塊管板的外側(cè)部分來包封。
用于制造管板的樹脂材料的例子包括人工和天然橡膠，酚醛樹脂，丙烯腈樹脂，聚硅氧烷，聚亞胺酯，氟碳化合物和環(huán)氧樹脂。
在用于氣體分離的實(shí)施例中，管板最好由環(huán)氧樹脂制成。任何能粘接空心纖維膜，且一經(jīng)固化即可使一種空心纖維膜裝置穩(wěn)定的環(huán)氧樹脂均可用于本發(fā)明中。用于本發(fā)明所希望的聚環(huán)氧樹脂成份的聚環(huán)氧化合物，包括多無酚的縮水甘油聚醚。
多無酚的例子是單核酚和多核酚，包括在后者內(nèi)的是酚醛縮合樹脂，即眾所周知的酚醛樹脂。有代表性的單核酚包括間苯二酚，鄰苯二酚，對(duì)苯二酚，間苯三酚等。多核酚的例子包括2，2-雙(4-羥基苯基)丙烷(雙酚A)，4，4′-二羥基二苯酮，1，1-雙(4-羥基苯基)乙烷，雙(2-羥基萘基)甲烷，2，2-雙(4-羥基苯基)丁烷，4，4′-二羥基苯基二苯砜等。
這些環(huán)氧樹脂的制備是眾所周知的，并且在許多專利中作過描述如US專利2，935，488號(hào)，還可以參考一些書如LeeandNeville，環(huán)氧樹脂手冊(cè)，McGraw-HillBookCo.，1967。
較好的環(huán)氧樹脂是從雙酚A即雙酚A的二環(huán)氧甘油醚制得的那些樹脂。這些較好的樹脂一般具有如下結(jié)構(gòu)式
其中n為0-6的正實(shí)數(shù)，較好為0-4，最好為0-1.5。在下面的討論中，關(guān)于樹脂成分的所有的份數(shù)都是以環(huán)氧樹脂為100份(重量)(每100份樹脂的份數(shù)，磅.小時(shí))。
用在本發(fā)明中較好的環(huán)氧樹脂包括D.E.R.
環(huán)氧樹脂，可從Dow化學(xué)公司買到。
用固化劑使環(huán)氧樹脂固化是本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的技術(shù)。較好的固化劑包括多官能的胺類，如芳化二胺，或它的混合物或加合物，2，4-二烷基咪唑.胺類的代表包括m-亞苯基二胺，二苯氨基甲烷，m-亞苯基二胺和二苯氨基甲烷的混合物(包括加合物)，二氨基二苯基砜，4-氯基苯二胺等.用于本發(fā)明的較好的固化劑包括Ancamine
胺固化劑，可從Pacific Anchor Chem.Corp.買到。
管板的環(huán)氧樹脂成份的任意選擇的第三組分是環(huán)氧固化催化劑。任何能增強(qiáng)多元酚的聚縮水甘油醚與固化劑的固化作用的已知的環(huán)氧固化催化劑均可使用。所使用的催化劑其量一般應(yīng)足以增強(qiáng)環(huán)氧樹脂與固化劑的固化作用。較好地是，在100份樹脂中，催化劑量為0.5-10份，較好為0.5-4份，最好為1-2份之間。較好的催化劑包括叔胺，如苯基二甲基胺，N，N，N′，N′-四甲基丁二胺，二甲基氨基丙基胺，N-甲基嗎啉，N-三乙基二胺等。一般說來，如果固化劑是以胺為基礎(chǔ)的話，就無需再加催化劑。
在用于膜汽提，膜蒸餾或全蒸發(fā)過程的本發(fā)明的裝置的實(shí)施例中，管板最好包含上文已描述過的環(huán)氧樹脂或聚亞胺酯。
空心纖維膜束設(shè)置在芯周圍。該芯是這樣設(shè)置，它整個(gè)延長，兩端連接到第一和第二管板上。芯的作用是為兩塊管板提供支撐，并且在操作期間使它們互相不倒坍。芯還有一個(gè)作用就是支撐設(shè)置在它周圍的空心纖維膜束。芯可以是一根桿，一根實(shí)心管，或一多孔管，使芯具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以支撐空心纖維膜和管板。芯也可以為非園形的截面。在沒有使用清洗流體的一個(gè)實(shí)施例中，芯為一實(shí)心管或?qū)嵭臈U是較好的。在另一個(gè)沒有使用清洗流體的實(shí)施例中，芯是一空心管比較好，它可以用作靠近第二管板到組件的加料端的第三流體區(qū)來的不滲透流體的回路。也就是說，在第二管板附近從空心纖維排出的非滲透流體，經(jīng)上述適宜的芯可返回到第一管板附近。
在利用芯程加料的一些實(shí)施例中，希望把清洗流體加入空心纖維膜裝置的殼程，以幫助除去于兩個(gè)管板之間空心纖維膜外側(cè)的第二流體區(qū)域附近來的滲透流體。一種加入清洗流體的方法是設(shè)置一個(gè)帶清洗流體入口部件的芯端，以便將清洗流體加入芯內(nèi)。在這個(gè)實(shí)施例中，在空心纖維膜束附近，芯是打了孔的，因此，清洗流體就進(jìn)入空心纖維膜束。芯最好是實(shí)心的，它通過第一原料入口區(qū)和第二流體非滲透物出口區(qū)。在另一個(gè)使用清洗流體的較好的實(shí)施例中，芯在位于管板之間的那部分的一端是打孔的。在一個(gè)這樣的較好的實(shí)施例中，芯一端靠近第二管板對(duì)著第一原料流體入口區(qū)域，它有助于促進(jìn)逆流流動(dòng)。
芯可以用具有足夠機(jī)械強(qiáng)度的任何材料制作，對(duì)纖維束和管板提供所要求的支撐。制作芯的材料包括塑料，如PVC，復(fù)合材料或金屬。制作芯的較好的材料是金屬，例如鋁和鋼。
整個(gè)膜組件放置在一殼體內(nèi)，殼體的作用是保護(hù)膜組件使其與外界環(huán)境相隔離。此外，殼體在管板周圍是以這樣的方式設(shè)置，使第一管板及殼體和第二管板及殼體之間形成密封，結(jié)果，流體不能穿過或通過密封相通。因此，膜裝置被分成三個(gè)不同的不相通的區(qū)域第一管板外部的第一流體空間或區(qū)域，在利用芯程加料的實(shí)施例中包括原料入口區(qū)域;第二個(gè)空間或流體區(qū)域，它是空心纖維膜外面的管板之間的區(qū)域;和第三個(gè)流體空間或區(qū)域，它在第二管板的外部，在利用芯程加料的實(shí)施例中，包括一非滲透物的出口區(qū)域?？梢酝ㄟ^能提供每塊管板與殼體之間流體密封的任何方法來形成密封。在一個(gè)較好的實(shí)施例中，管板可以用粘接材料直接連接到殼體上，從而把管板和殼體連接在一起。在另一個(gè)較好的實(shí)施例中，殼體有一凸緣或一錐度，靠近這個(gè)凸緣放置一個(gè)墊圈，由此，管板面的外園周在裝置操作期間所施加的靜壓力的影響下，形成墊圈密封，管板與殼體之間的空隙空間用樹脂填滿。
殼體可以用使膜裝置不受環(huán)境損傷的任何材料來制造。在利用芯程加料的一個(gè)實(shí)施例中，殼體是一個(gè)壓力容器(但是不是必須的)。在利用芯程加料的這些實(shí)施例中，希望把滲透流體收集在殼體內(nèi)，該殼體對(duì)滲透流體應(yīng)當(dāng)基本上是不可滲透的。較好的殼體材料是塑料，如PVC，復(fù)合材料或金屬。最好的殼體材料是金屬，例如鋁或鋼。
在殼體的每一端設(shè)置端蓋部件，設(shè)置它們是為了封閉管板附近的殼體端，靠近管板另一面開孔以便形成一空間或空腔區(qū)與空心纖維膜相通?？拷谝还馨逋饷娴膮^(qū)域是第一流體空間或空腔區(qū)域。靠近第二管板外面的區(qū)域是第三流體空間或空腔區(qū)域。這些端蓋部件通過附近和密封部件固定在殼體上，因此，形成的密封就阻止外面和第一流體區(qū)域之間或外面與第三流體區(qū)域之間的流體相能，端蓋部件是一端板，它由附件固定在殼體上。這種端板用螺釘?shù)姆椒梢灾苯庸潭ㄔ跉んw上。
殼體可以有一個(gè)設(shè)置在它周圍或把它連接一個(gè)適宜于把端蓋部件固定到殼體端的附件。殼體的每一端可以在它的外沿周圍設(shè)置一法蘭，以把端蓋部件固定到法蘭上。在一個(gè)實(shí)施例中，通過制作一管板形成一個(gè)法蘭。在另一個(gè)實(shí)施例中，獨(dú)立的法蘭可以與管板，殼體或管板和殼體均連接。在另一個(gè)實(shí)施例中，滑動(dòng)法蘭可以繞殼體設(shè)置。在這樣的一個(gè)實(shí)施例中，制造一管板，結(jié)果滑動(dòng)法蘭就固定在膜裝置上。端蓋部件固定到法蘭上，然后制造一個(gè)管板將其固定在裝置上。在另一個(gè)實(shí)施例中，端蓋部件可以熔接或焊接到殼體上。在另一個(gè)實(shí)施例中，端蓋部件之一可以是殼體的一個(gè)組成部分。
本發(fā)明的膜裝置還包括原料入口部件。一般來說，這是一個(gè)入口，噴咀，接頭或其它的能允許把待分離的流體混合物加入裝置的口。在一個(gè)芯程加料裝置中，在裝置的一端設(shè)置原料入口部件，因此原料可以加入空心纖維膜的內(nèi)腔。這樣的原料入口部件是設(shè)置在第一管板的另一(外)面的附近。最好，設(shè)計(jì)一個(gè)裝置，在第一流體空間或區(qū)域或空腔。也就是說，原料入口空間或區(qū)域是密封的。以阻止與膜裝置外面或與空心纖維膜外面的管板之間的區(qū)域的流體相通。原料入口區(qū)域是由第一管板，第一端蓋部件和殼體構(gòu)成的。這樣的原料入口區(qū)域的功能就象一個(gè)壓力容器。原料入口部件把原料流體混合物加入原料入口區(qū)域。這個(gè)區(qū)域與空心纖維膜的一端相通，因此，允許待分離的原料混合物流入空芯纖維膜的內(nèi)腔并沿著它向下。原料入口部件可以設(shè)置在第一端蓋部件內(nèi)。在殼程加料的裝置中，原料入口部件設(shè)置在第二流體區(qū)域外部到管板之間的空心纖維的附近。在這樣的一個(gè)實(shí)施例中，原料入口部件較好是設(shè)置在殼體內(nèi)。
非滲透物出口部件適宜于除去來自膜裝置的未通過空心纖維膜的不滲透流體。在一個(gè)芯程加料的裝置中，通過膜的不滲透流體在與把原料流體混合物加入端相反的那一端排出空心纖維的內(nèi)腔。較好的是，排出的流體進(jìn)入第三流體空間或區(qū)域，也就是說，非滲透流體出口區(qū)域。這個(gè)空間或區(qū)域是靠近第二管板的另一面，并且是密封的，因此，流體不能夠與膜裝置外面或與空心纖維膜外面的管板之間的區(qū)域相通。這個(gè)區(qū)域一般為一個(gè)空間或由第二管板，殼體和第二端蓋部件圍成的空腔。非滲透物的出口部件一般是一個(gè)孔，噴咀，接頭或允許從裝置除去非滲透物的其它的口。非滲透物出口可以設(shè)置在第二端蓋部件內(nèi)。在殼程加料裝置中，非滲透性物出口部件是設(shè)置在第二流體區(qū)域的附近內(nèi)，較好是設(shè)置在殼體內(nèi)。
在芯程加料裝置中，滲透物出口部件是一個(gè)孔，噴咀，接頭或適宜于從膜裝置的殼程排出滲透物的其它口，它是從空心纖維膜外面的兩塊管板之間的區(qū)域除去通過空心纖維膜的流體滲透物的部件。在一個(gè)實(shí)施例中，滲透物出口部件設(shè)置在料液混合物被引入的膜裝置的一端面附近。滲透物出口部件的這種位置形成了原料流體混合物的流動(dòng)與滲透流體的流動(dòng)成逆流關(guān)系，這就提高了沿空心纖維膜的濃度梯度，因而改進(jìn)了膜裝置的回收率和生產(chǎn)率。滲透物出口部件分別設(shè)置在第一管板和第二管板外面的第一流體區(qū)域和/或第三流體區(qū)域。這樣的滲透物出口部件最好是設(shè)置在端蓋部件上。
在利用芯程加料的實(shí)施例中，本發(fā)明的膜裝置都包含溝流部件。設(shè)置這樣的用于溝流的部件或擋板，以引導(dǎo)滲透物在平行于芯的縱向向著滲透物出口部件流動(dòng)。因此，用于溝流的任意選擇的部件的作用是促進(jìn)待分離的原料流體混合物沿著空心纖維的內(nèi)腔相對(duì)于滲透流體和清洗流體(如果有的話)的流動(dòng)或逆流流動(dòng)。
本發(fā)明的這類膜裝置可以包含一個(gè)或幾個(gè)用于滲透物溝流的任意選擇的部件。較好的是用于溝流的一個(gè)部件環(huán)繞在空心纖維束的外部并且定在或嵌入第二管板上，因此，滲透流體在第二管板附近不能排出裝置，上述的用于溝流的部件外部的第二端距第一管板距離，其中用于溝流的部件的第二端和第一管板之間的距離足以排出通過滲透物出口部件出現(xiàn)在第一管板附近的滲透流體和清洗流體(如果有的話)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)任意選擇的溝流部件是嵌入兩塊管板中的。在該實(shí)施例中，讓來自空心纖維束外部的經(jīng)滲透流體出口部件排出裝置的滲透流體流動(dòng)出口部件是與溝流部件相配合進(jìn)行的。較好的是，在該實(shí)施例中，用于允許滲透流體流到滲透流體出口部件的部件是一些在引流部件內(nèi)的一些開孔或洞。這些孔洞位于嵌入第一管板端的附近。
一個(gè)或幾個(gè)溝流部件可以設(shè)置在空心纖維束內(nèi)部。用于溝流的這樣的內(nèi)部部件的第一端位于第二管板附近。因此，第二管板和溝流的內(nèi)部部件之間的距離就足以讓滲透流體和清洗流體(如果有的話)流入由用于溝流的內(nèi)部部件而形成的流動(dòng)槽。這樣的用于溝流的內(nèi)部部件的第二端位于第一管板附近，其中第二端與第一管板之間的距離就足以通過滲透流體出口部件排出滲透流體和清洗流體(如果有的話)。這樣的溝流功能的內(nèi)部部件就維持了通過裝置的逆流流動(dòng)和控制了裝置內(nèi)滲透流體的濃度。在沒有使用清洗流體的實(shí)施例中，這樣的溝流的內(nèi)部部件較好的是有嵌入第二管板的第一端和位于距第一管板一定距離的第二端，上述的用于溝流的內(nèi)部部件的一端和第一管板之間的距離就足以沿溝流的內(nèi)部部件通過滲透流體出口裝置排出流動(dòng)的滲透流體。用于溝流作用的這樣的內(nèi)部部件的功能是迫使?jié)B透流體在與原料流體混合物沿空心纖維膜內(nèi)腔向下流動(dòng)的方向成逆流流動(dòng)。這樣的逆流流動(dòng)，就產(chǎn)生了降低了最靠近第二管板區(qū)域的滲透流體的濃度，其結(jié)果是在跨膜裝置的大部分長度上，形成了最大的濃度梯度。
在把清洗流體經(jīng)芯加入空心纖維膜的實(shí)施例中，至少有兩個(gè)用于滲透流體溝流的裝置是較好的。
溝流部件的端與第一管板之間的實(shí)際距離是不重要的。溝流部件的端與管板之間提供足夠的空間以允許通過滲透物出口部件排出滲透氣體。這就為利用芯程加料的裝置產(chǎn)生了改進(jìn)回收率和生產(chǎn)率的結(jié)果。
在一個(gè)較好的實(shí)施例中，用于溝流的部件可以包括一系列的基本上不滲透的擋板或復(fù)蓋物。這些擋板最好是由對(duì)待分離的流體基本上不滲透的柔性材料制成。適宜的不滲透擋板材料的例子是從ICI可得到的MYLAR聚酯膜和從Dow化學(xué)公司得到的SARAN聚偏二氯乙烯塑料膜。這些擋板可以排列成平行于芯的同心管?？扇我獾剡x擇，這些擋板可以用螺旋形式樣在芯處開始，并在纖維束外部或附近結(jié)束。設(shè)置的擋板數(shù)量是使?jié)B透流體足以產(chǎn)生溝流，以基本維持逆流流動(dòng)。因此，所用擋板的數(shù)量取決于纖維束的直徑，纖維束內(nèi)空心纖維膜的裝填因素和纖維束的長度。在一個(gè)較好的實(shí)施例中，擋板以1/4-2吋(0.6-5.1cm)間隔設(shè)置是較好的(從芯沿纖維束的直徑測量)更好為3/4-1 1/2 吋(1.9-3.8cm)，最好為 3/4 -1 1/4 吋(1.9-3.2cm)。擋板的長度應(yīng)當(dāng)是在空心纖維膜的大部分長度上，促進(jìn)逆流流動(dòng)。擋板沿管板之間纖維束的長度延長50-95%是較好的，更好是延長75-95%，最好是80-90%。
裝置可包含一個(gè)獨(dú)立的管板支撐部件，這個(gè)部件的功能是支撐管板的外邊緣，并防止或降低由于因壓管板的外面而產(chǎn)生的彎曲和壓縮所引起的應(yīng)力。管板支撐部件較好的是園圈形，它圍繞空心纖維束的外層部分，并且樹脂繞管板連結(jié)上。任何可把管板粘接到管板支撐件上，并在正常的操作條件下為形成這樣的連接而具有足夠模量保持這種連接的樹脂都是可用的。曾經(jīng)用來形成這一連接的也是曾經(jīng)用來形成管板的那些樹脂都包括在內(nèi)。支撐部件可以圍繞部分管板并連接在管板上，或支撐部件嵌入繞支撐件設(shè)置的管板。管板支撐部件可用任何能提供足夠支撐以防止或降低在管板上的壓縮應(yīng)力及彎曲應(yīng)力和防止它們相互破裂的材料來制造。這些材料包括高強(qiáng)度的塑料例如PVC，復(fù)合材料和金屬。金屬是較好的?？墒褂玫慕饘侔ㄤX和鋼。管板支撐件包含一個(gè)或幾個(gè)孔或口，以便讓滲透流體離開膜裝置。
可以任意地選擇一種材料，它的作用是隔離膜裝置和/或放在殼內(nèi)在二管板之間區(qū)域的空心纖維束的外部吸收震動(dòng)。這種材料包括聚氨酯泡沫和緊密裝填的泡沫球。這種材料一般復(fù)蓋了空心纖維膜束外部的一部分，上述的部分從第二管板沿空心纖維膜束的長度向第一管板延伸，并終止于距離第一管板一距離處，由此有足夠口允許滲透流體和清洗流體(如果有的話)通過該口流到滲透流體出口部件。在一個(gè)較好的實(shí)施例中，隔離和/或吸收振動(dòng)的材料也具有用于溝流外部部件的功能。
本發(fā)明的空氣纖維束可用本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的方法來制造?？偟恼f來，在空心纖維膜束的制作過程中，空心纖維膜形成適宜形狀的纖維束用于制造裝置。較好的纖維束排列包括纖維平行排列成纖維移位包裝排列。管板在纖維束端周圍形成，同時(shí)用來固定纖維，如，沿纖維浸漬樹脂，就像纖維排列那樣。此外，纖維束制成后，在纖維束每一端的周圍，用本領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的離心澆鑄或浸罐技術(shù)制造管板。在希望制作的管板的園周比空心纖維束的園周大的那些實(shí)施例中，可以使用如下的步驟。在纖維束制成后，通過澆鑄或浸罐技術(shù)制作管板包括使用適當(dāng)?shù)哪＞咭灾谱鬏^大園周的管板。在制作管板的實(shí)施例中，當(dāng)放置纖維時(shí)，一旦所有纖維都已放置，就可以用不同的方法制作管板。這樣的方法之一是連續(xù)復(fù)蓋樹脂和用繞管板的端或管板的周圍浸布，同時(shí)進(jìn)一步提供樹脂，結(jié)果管板制成，此后固化樹脂。
溝流的任意選擇的部件，即在制作纖維束期間，把擋板引入空心纖維束是較好的。如果擋板以螺旋或膠卷結(jié)構(gòu)設(shè)置，那么繞纖維設(shè)置的擋板就象放置的纖維那樣。另外，如果擋板是同心園筒排列，那么在放置部分纖維后，在纖維上設(shè)置擋板，繼續(xù)放置纖維層，直到下一擋板設(shè)置在纖維上，這種步驟繼續(xù)進(jìn)行，直到裝置制作完成。
空心纖維束，管板和擋板組裝好后，任意選擇的管板支撐件就在空心纖維束的周圍設(shè)置，并用樹脂粘結(jié)到管板上，或是環(huán)繞管板支撐件的端建造管板。在管板支撐件連接到管板上的一個(gè)實(shí)施例中，使用如下步驟。由于管板支撐件在一端，管板和空心纖維束一端被嵌入管板支撐件，就有預(yù)先制作和機(jī)加工好的管板的一端提供一個(gè)凸臺(tái)，靠這個(gè)凸合管板支撐件就與上述端密封。這樣，在把組件封入殼體內(nèi)之前，管板可以圍繞管板支撐件任意建造，將如下文所述。
管板可以罐裝并放置在管板支撐件內(nèi)部，制作管板和管板與管板支撐件的連接可在一步完成。一旦管板支撐件與管板連接后，一固定件就連接到管板支撐件上，管板上或連接在二者上，這適宜于固定這里的端蓋部件。在一個(gè)實(shí)施例中，把一個(gè)法蘭焊在管板支撐件上，或用樹脂粘在管板上，或連接在兩者上。以后，把端蓋部件固定到這樣的法蘭上。若需要的話，把一個(gè)墊圈放在管板周圍的法蘭和端蓋部件之間，以便保證流體密封。此外，如上所述，可以使用滑動(dòng)法蘭。
對(duì)密封在殼體內(nèi)的空心纖維膜組件，首先就得到了保護(hù)下部和一端蓋件的殼體，并且它基本上位于一垂直的位置。如上文所述的預(yù)先制造好的空心纖維膜分離組件，就設(shè)置在殼體內(nèi)，并且適宜的方式基本固定在固定的位置。然后，通過在殼體底部或下部端蓋的一個(gè)孔把樹脂噴入殼體的內(nèi)表面和管板的外表面之間的內(nèi)部區(qū)域，被噴入的樹脂量基本上充滿殼體區(qū)域，結(jié)果上述樹脂就包圍了管板的大部分，同時(shí)環(huán)繞管板端的纖維孔口留有一個(gè)空間或空腔。
樹脂固化后，把殼體的位置顛倒過來，并重復(fù)上述的過程。即原來在殼體頂部的那部分現(xiàn)在位于底部，通過現(xiàn)在在殼體底部或端蓋上的孔把樹脂噴入殼體內(nèi)表面和管板外表面之間的內(nèi)部區(qū)域，被噴入的樹脂量足以基本上充滿殼體的區(qū)域，結(jié)果上述的樹脂就包圍了管板的大部分。此后固化樹脂。
在裝置兩端的樹脂都固化后，在至少一個(gè)樹脂曾通過其噴入的幾個(gè)孔中例如通過鉆孔開一個(gè)孔，結(jié)果使從殼體的外部到內(nèi)部空間或環(huán)繞空心纖維端面的區(qū)域相通，通過這個(gè)區(qū)域流體可以被加入或被排出。
下面參考圖1-7進(jìn)一步說明本發(fā)明的方法。為簡便起見，沒有示出空心纖維膜。參考圖5，包含任意選擇的擋板11的空心纖維膜束10是由圍繞一堵塞的芯12的管板14和15形成，因此，也就包括空心纖維膜組件。這個(gè)空氣纖維膜組件包括保護(hù)管板的蓋，它形成并保護(hù)了壓在空心纖維開口端上面的空間或空腔區(qū)域19，20。在幾個(gè)圖中用標(biāo)號(hào)“19”和“20”表示保護(hù)管板蓋，或者表示所構(gòu)成的空間或空腔，因此，分別鄰近第一或第二管板。這個(gè)組件垂直裝入殼體16，殼體16有一個(gè)完整的端蓋18，在其上有孔口22，因此，包括管板15和環(huán)繞空間20的保護(hù)管板蓋的空心纖維束端的一端位于這垂直設(shè)置的殼體16的底部。樹脂噴入殼體16的內(nèi)表面和保護(hù)管板蓋20及管板15的外表面之間所形成的區(qū)域。在樹脂固化后，顛倒殼體16的位置，并重復(fù)上述的步驟。端蓋17經(jīng)螺栓24固定在保護(hù)管板蓋19上。端蓋17上有一孔21，樹脂從這里噴入?？?1和22被樹脂充滿后，通過鉆孔，并進(jìn)入保護(hù)管板蓋19和22，以允許從這里加入或排出流體。
圖6A和7A是圖5裝置的兩端的放大視圖。示出了圖5的密封部件。
圖6B和7B是適宜于殼程清洗流體和具有可更換密封部件的本發(fā)明的膜裝置的兩端的放大視圖。如在上述討論中指出的，就在空心纖維外部流動(dòng)的清洗流體而言，芯12可以打孔(這些孔在圖中沒有示出)。利用兩端之一的孔23或25通過芯12可以加入清洗流體，而滲透流體與清洗流體的混合物從殼體16靠近第一管板(14)的合適的地方排出。如果希望，可采用其它的流動(dòng)排列方式。
本發(fā)明的方法能制造膜分離裝置組件，其中，膜組件連接到殼體的內(nèi)壁表面，并在其內(nèi)定位，由此提供這些區(qū)域之間的流體密封，流體由這些區(qū)域通過，這些區(qū)域之間的流體沒有混合的可能性。
原料流體可以加入空心纖維膜分離裝置的管程或殼程，較好的是，加入的原料流體沿空心纖維的芯而下。在各種各樣的殼程流動(dòng)情況下，包括并流，逆流和徑向流的情況下，該裝置均可操作。
在利用芯程加料的實(shí)施例中，其中使用的清洗流體，可以是能幫助從膜裝置的殼體除去滲透流體的任何流體。清洗流體可以為液體，蒸汽或氣體。在氣體分離或膜汽提分離過程中，清洗流體較好的是氣體，包括空氣，氮?dú)獾取?br> 裝置的操作溫度和壓力取決于所用膜的類型和所采用的膜分離方法。操作溫度應(yīng)當(dāng)是低于對(duì)膜的完整性有不利影響的溫度，即低于制造膜的聚合物的軟化點(diǎn)或熔化點(diǎn)。操作溫度較好是低于95℃，最好低于60℃。一般在室溫下操作。操作壓力應(yīng)當(dāng)是足以泵壓流體以便處理，但是低于空心纖維的爆破或破裂壓力，這取決于所采用的加料模式。爆破或破裂壓力取決于膜材料和纖維尺寸。在殼程加料情況下，較好的是，操作壓力低于2000Psig(13891KPa絕對(duì))，而在芯程加料時(shí)，較好是低于100Psig(791KPa絕對(duì))。
通過參考下面的實(shí)例，本發(fā)明可以更充分地理解。實(shí)例是用來說明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明加以限制。
例1制作的空心纖維膜分離組件包括一根管狀的中心芯，被許多半滲透空心纖維圍繞，空心纖維是用四溴雙酚A和聚碳酸酯根據(jù)US專利4，772，392號(hào)公開的方法生產(chǎn)的。纖維平行于中心芯排列設(shè)置，因此，形成了一個(gè)伸長的園筒形裝置。裝置的每一端罐裝環(huán)氧樹脂，得到了一就地固定空心纖維的管板。保護(hù)管板蓋定位在位于組件每端的每一塊管板的開面上，而組件插入管狀的殼體內(nèi)，殼體在每一端用端蓋封閉。管狀殼體在它的邊壁有開口，由此加入或排出流體，并且在每一端的孔與由在空心纖維膜分離裝置的各自端內(nèi)保蓋形成的空間或區(qū)域是相通的。
殼體被放置在基本垂直的位置，樹脂從殼體底部的孔加入，其量應(yīng)足以充滿管板的外表面和殼體的內(nèi)壁之間的區(qū)域，直到大約與管板向內(nèi)的方向的面相同的水平。然后固化樹脂。此后，殼體倒過來，原來在頂部形成的部分，現(xiàn)在在底部。
此后，通過現(xiàn)在殼體底部的孔加入樹脂，其量應(yīng)充滿管板的外表面和在其內(nèi)設(shè)置膜組件的殼體內(nèi)表面之間的現(xiàn)有空間，直到使樹脂與管板的向內(nèi)方向的面的水平相等。然后固化樹脂。
此后，通過在膜裝置每一端的孔加入樹脂，現(xiàn)在包含固化樹脂，再穿孔到一深度，由此，保護(hù)蓋就壓在空心纖維的開口端面上，并且直接穿過在每端的管板向外的方向的端面。
這樣，給出了使上述各自再開的孔可把流體加入或排出到在管板端面內(nèi)的保護(hù)罩所提供的區(qū)域的部件，這就能夠把氣體或液體加入或從空心纖維膜排出。
權(quán)利要求
1.用于把一空心纖維膜分離組件封入一殼體的方法，其中空心纖維膜分離組件包括許多繞一芯排列成束的空心纖維和繞纖維束每一端的管板，用這兩塊管板把空心纖維粘合在一起，這個(gè)方法包括A、把空心纖維分離組件設(shè)置在一殼體內(nèi)，而該殼體是在基本垂直的位置；B、通過一個(gè)孔把樹脂加入殼體的第一端，加入的樹脂量應(yīng)足以基本上充滿殼體的內(nèi)部和第一管板之間的鄰近上述的區(qū)域，同時(shí)圍繞位于上述第一管板處的上述空心纖維的開口端保留一個(gè)空間或空腔；C、固化樹脂，D、顛倒殼體的位置；E、通過一個(gè)孔把樹脂加入殼體的第二端，加入的樹脂量應(yīng)足以充滿殼體內(nèi)部和第二管板之間的鄰近上述端的區(qū)域，同時(shí)圍繞位于上述第二管板處的上述空心纖維的開口端保留一個(gè)空間或空腔。F、固化樹脂；和G、在殼體的每一端處，設(shè)置一個(gè)通過固化樹脂的孔，并穿過圍繞空心纖維兩端的空間，由此，為通過上述的空心纖維膜分離組件加入流體和/或排出流體提供流動(dòng)路徑。
2.按權(quán)利要求1的方法，其中空心纖維膜組件包括A、許多排列成一束(10)的空心纖維膜，這些膜適宜用來從原料流體混合物中分離出一個(gè)或幾個(gè)流體組分;B、由熱固性或熱塑性聚合物材料形成的位于纖維束(10)的第一端的第一管板(14)，上述的空心纖維膜嵌入第一管板，通過第一管板連通，在第一管板的對(duì)面有一孔;C、由熱固性或熱塑性聚合物材料形成的位于纖維束(10)的第二端(與纖維束的第一端相對(duì))的第二管板(15)，上述的空心纖維膜嵌入第二管板，與第二管板相通，且在第二管板的對(duì)面有一孔;D、一芯(12)，在其周圍形成空心纖維膜，進(jìn)一步設(shè)置使芯(12)延長排列，且粘接到第一管板(14)和第二管板(15)上;E、用于使流體通過空心纖維膜滲透到兩塊管板之間的區(qū)域的溝流部件(11)，它在空心纖維膜的外邊，上述部件縱向地平行于芯溝流上述流體，上述溝流部件的一端嵌入或固定到第二管板(15)上，而相反的一端距第一管板(14)距離，以足以從上述組件排出上述流體。
3.按權(quán)利要求2的方法，其中上述的芯(12)是能滲透的，以便把清洗流體加入第一和第二管板之間的空心纖維膜外邊的部分。
4.按權(quán)利要求2或3的方法，其中溝流部件包括一圍繞在空心纖維束10外部的外部擋板(11)，其中上述擋板(11)的第一端固定到或嵌入第二管板(15)，它的另一端距第一管板(14)一距離，足以讓滲透流體排出;和在空心纖維束內(nèi)部至少有一塊內(nèi)部擋板(11)，其中上述內(nèi)部擋板的第一端位于第一管板(14)附近，距它的距離足以讓來自上述組件的滲透流體排出，并且上述擋板的第二端固定到上述第二管板(15)上。
5.按權(quán)利要求1的方法，其中空心纖維膜有一濃相識(shí)別區(qū)，它能從一個(gè)或幾個(gè)其它流體組分中分離出一個(gè)或幾個(gè)流體組分。
6.按權(quán)利要求1的方法，其中空心纖維膜至少包括聚砜，聚醚砜，聚酰亞胺，聚酯碳酸酯或聚碳酸酯之一。
7.按權(quán)利要求1的方法，其中膜是微孔膜，并至少包括聚烯烴類，氟化聚烯烴類，聚苯乙烯，聚醚酮或聚醚醚酮中之一。
8.按權(quán)利要求7的方法，其中上述聚烯烴包括聚乙烯，聚丙烯或聚-4-甲基戊烯。
9.按權(quán)利要求2的方法，其中溝流部件包括不滲透的擋板，它延長到二管板之間的纖維束長度的50-95%。
10.按權(quán)利要求1的方法，其中空心纖維膜束是移位包裝或平行包裝。
11.按權(quán)利要求1的方法，其中充滿殼體和管板之間區(qū)域的樹脂包括環(huán)氧樹脂或聚氨酯樹脂。
12.按權(quán)利要求2的方法，其中芯(12)適宜于把在第二管板附近的不滲透空心纖維膜的流體返回到第一管板附近。
13.一流體分離裝置包括A、排列成一束(10)的許多空心纖維膜，適用于從一原料流體混合物中分離出一個(gè)或幾個(gè)流體組分;B、由熱固性或熱塑性的聚合物材料形成的位于纖維束第一端的第一管板(14)，上述的空心纖維膜嵌入第一管板，并與上述管板14相通，且在上述管板(14)的另一面上有一孔;C、由熱固性的或熱塑性的聚合物材料形成的位于纖維束第一端對(duì)面的第二端處的第二管板(15)，并與管板(15)相通，且在上述管板(15)的另一面上有一孔;D、一芯(12)，在芯(12)周圍形成空心纖維膜束(10)，芯(12)延長排列，并粘合到第一管板(14)和第二管板(15)上;E、圍繞纖維束的管板支撐園筒，其中第一端粘合到或嵌入第一管板(14)，而第二端粘合到或嵌入第二管板(15);F、把待分離的原料流體混合物加入空心纖維膜的芯(內(nèi)腔)的原料入口(21)，由此使原料流體混合物與第一管板對(duì)面處的空心纖維膜相接觸;G、靠近第一管板(14)的對(duì)面的原料入口空間或區(qū)域(19)，設(shè)置形成一個(gè)空腔，原料入口部件把原料流體混合物加入這個(gè)空腔，其中這個(gè)區(qū)域是密封的，因此流體通過原料入口或空心纖維僅能夠進(jìn)入或離開這個(gè)區(qū)域，并且，設(shè)置原料入口，以把原料流體混合物加入空心纖維膜的芯(內(nèi)腔);H、用于排出來自處于第二管板的另一面處的空心纖維膜芯(內(nèi)腔)的不能通過空心纖維膜滲透的流體組分的非滲透物出口(22);I、靠近第二管板(15)另一面處的非滲透物出口空間或區(qū)域，設(shè)置形成一個(gè)空腔，空心纖維膜把不滲透膜的流體引入這個(gè)空腔，并由非滲透物出口從組件中除去非滲透物，其中非滲透物出口區(qū)域是密封的，因此，流體通過空心纖維膜或非滲透物出口部件僅能夠進(jìn)入或離開這個(gè)區(qū)域;J、設(shè)置殼體(16)，以裝入整個(gè)空心纖維膜組件和兩塊管板;K、在殼體(16)和管板支撐圓筒上有一孔，用于除去來自空心纖維膜附近的通過空心纖維膜的滲透流體;L、在縱向上平行于芯朝向滲透物出口的滲透溝流擋板(11)，其中上述擋板(11)有一端嵌入第二管板，而第二端在距第一管板一短距離處終止，以讓滲透流體流向滲透物出口部件;M、第一管板(14)與殼體(16)之間和第二管板(15)與殼體(16)之間用樹脂密封，結(jié)果，流體不能夠在原料入口或出口區(qū)域和空心纖維外部的兩塊管板之間的區(qū)域之間相通;N、封閉在第一管板(14)附近的殼體(16)的一端的第一端蓋(17)，由此封閉了原料入口空間或區(qū)域(19)，上述端蓋(17)自然固定到殼體(16)上;O、封閉在第二管板(15)附近的殼體(16)的另一端的第二端蓋(18)，由此，封閉了非滲透物出口空間或區(qū)域(20)，上述端蓋(18)也自然固定到上述殼體(16)上。
14.按權(quán)利要求13的裝置，還包括清洗流體加入上述空心纖維膜滲透側(cè)的一個(gè)滲透的芯(12)。
15.按權(quán)利要求14的裝置，其中芯(12)僅在管板(15)的附近打孔，由此，清洗流體和滲透物的流體就平行于上述的芯，與芯(腔)程流體的流動(dòng)成逆流。
全文摘要
公開了把一空心纖維膜分離組件(10)密封入殼體(16)的方法，圍繞芯(12)的空心纖維組件(10)在每一端有管板(14)和(15)，并把空心纖維粘合在一起，組件位于殼體內(nèi)的垂直方向。通過一個(gè)孔把樹脂加入殼體的第一端，以充滿殼體的內(nèi)部與第一管板之間的鄰近第一端的區(qū)域，同時(shí)保留一空間或空腔，圍繞在處于第一管板的上述空心纖維的開口端。固化樹脂，顛倒殼體(16)的位置，對(duì)殼體的第二端重復(fù)上述的過程。在殼體的每端設(shè)置孔(21)和(22)，并通過固化樹脂，穿過圍繞在空心纖維端的空間，由此為加入或排出流體提供流動(dòng)路徑。
文檔編號(hào)B01D63/02GK1046857SQ9010140
公開日1990年11月14日 申請(qǐng)日期1990年2月9日 優(yōu)先權(quán)日1989年2月9日
發(fā)明者羅伯特·T·克魯格, 特倫斯·L·卡斯基, 約翰尼·L·特里默, 賈尼·L·喬根森 申請(qǐng)人:陶氏化學(xué)公司