CN111530293B - 一种连续过流式膜过滤装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续过流式膜过滤装置及方法，通过设置多段增压泵，能够有效地对多段膜过滤模块进行分段增压，每个过滤模块的膜元件均有适合的膜渗透压力，每个过滤模块的膜截留物浓液连续进入串联的下一段过滤模块直至最终排出膜装置，膜截留物浓液不再循环回流，截留物不会出现循环累积污染膜元件，以获得更高的膜过滤效率。本发明通过旁通设置可跳过工作模块，可根据实际生产需要灵活选择，实用性高。本发明的增压泵配合各段压力监测仪表、流量监测仪表的参数调节压力和流量，并与电动调节阀联动调节，能精确的进行增压、装置的安全性高、稳定性强，对液体溶质膜过滤和液体溶质膜浓缩领域具有重要价值。

Description

一种连续过流式膜过滤装置及方法

技术领域

本发明涉及一种液体溶质浓缩或过滤的装置及方法，尤其涉及一种连续过流式膜过滤装置，属于液体溶质浓缩和过滤领域。

背景技术

膜分离是一个物理过程，其基本原理是在浓度差、压力差、电位差等驱动力下，利用具有选择透过性功能的薄膜把料液中的溶质、杂质、溶剂等进行分离、过滤、浓缩的过程。由于膜分离技术兼具过滤、分级分离、溶质浓缩、溶质纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，目前已广泛应用于食品、医药、化工、生物、环保、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等诸多领域，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。

目前膜过滤装置工艺主要采用批次性全循环过滤工艺或强制内循环连续过滤工艺，装置配置一台增压泵和多台强制循环泵，这两种膜过滤装置存在较多问题，其中批次性循环过滤工艺膜装置的膜截留物质在批次运行时间内一直在循环罐与膜装置中，没有排出装置，随着过滤倍数的增加，膜截留物浓度上升，膜元件污染严重，膜通量下降快，膜过滤效率低；其中强制内循环连续过滤工艺膜装置的膜截留物也会有很大一部分存在强制内循环膜组内，导致膜组内的膜元件受截留物的污染，膜通量下降快，膜过滤效率低；目前的膜过滤装置只有一台增压泵，随着截留物浓度的上升，膜的渗透压要求更高，一台增压泵不能提供更高的渗透压导致膜通量低，膜过滤效率无法发挥。

“专利200910129343.7”提出了一种多级连续反渗透膜浓缩系统，在每级膜堆后均安装加压泵，提高了膜过滤效率，但加压泵过于密集，高级膜堆中膜元件数量逐步减少，料液流量过大；并且在进液流量较小时无法选择性将膜堆投入工作，无法达到较低的浓缩比需求。

发明内容

本发明提供了一种连续过流式膜过滤装置，以实现更加高效、高利用率的料液过滤或浓缩。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种连续过流式膜过滤装置，包括供料泵、原液缓冲罐、原液罐、浓缩液罐和透析液罐，其特征在于：包括依次串联的N个过滤模块，N为大于等于2、小于等于15的整数，每个过滤模块包括依次串联的M段过滤小组，M为大于等于1、小于等于4的整数，每段过滤小组包括K个并联的膜壳，K为大于等于1、小于等于100的整数；其中，所述过滤小组通过输料管串联，各过滤模块输入端设置有增压泵，所述每段过滤小组的滤液输出端汇合后连接透析液罐，第N个过滤模块的浓液输出端连接浓缩液罐，所述原液罐的输出端连接所述原液缓冲罐的输入端，供料泵连接在第一个浓缩模块的输入端。

所述每个过滤模块输入端、浓液输出端、所述各段过滤小组之间均设置有压力监测仪表；其中，所述过滤模块输入端和浓液输出端压力监测仪表监测膜前压力与膜后压力，用于计算各过滤模块压差，判断对应过滤模块运行情况；所述过滤小组之间压力监测仪表监测膜间压力，配合过滤模块输入端和浓液输出端压力监测仪表监测值，用于计算各段过滤小组压差，判断对应过滤小组的运行情况。

所述各段过滤小组的滤液输出端均连接有单向阀和流量监测仪表，各过滤模块输入端和第N个过滤模块的浓液输出端均连接有流量监测仪表；其中，所述单向阀用于避免滤液回流，所述流量监测仪表用于检测各段过滤小组的滤液流量、各过滤模块的进液流量和系统浓液流量。

所述第一过滤模块的输入端和每个过滤模块输出端设置有三通换向阀，其中，每个过滤模块输出端的三通换向阀均与第一过滤模块输入端的三通换向阀相连；所述三通换向阀相配合用于选择是否跳过其中P个过滤模块进行工作，P为小于等于N的整数。

在第N个过滤模块的浓液输出端连接气动球阀、浓度仪，所述气动球阀并联电动调节阀；其中，所述电动调节阀用于调节浓液流量，所述气动球阀用作清洗时浓液旁通，所述浓度仪用于监测浓液浓度，可根据需求更换为密度仪、质量仪、浓度仪、浊度仪或折光仪等。

所述原液缓冲罐、原液罐、浓缩液罐和透析液罐内均设置有液位监测计，作为自动运行启动、停止的条件判断依据。

所述连续过流式膜过滤装置还包括清洗系统，所述清洗系统包括加药模块，加药模块连接在第1个过滤模块的输入端，加药模块用于配合原料缓冲罐和清洗管路对装置进行清洗。

本发明的一种连续过流式膜过滤方法，基于上述一种连续过流式膜过滤装置，还包括操作台、信号接收端和控制终端，操作台的操作面板通过其内部的电路连接过滤装置中的各受控元件，包括如下步骤：

S1：在操作台设定系统进液流量、浓缩比与报警值，根据进液流量选择过滤模块连接管路上三通换向阀的开闭，从而决定参与工作的过滤模块数量，启动原液罐进液阀门与供料泵；

S2：各段压力检测仪表将数据传输至信号接收端，信号接收端将计算得到的各段压差上传至控制终端，各段增压泵接到控制终端的指令进行精确增压；

S3：系统原液流量监测仪表、系统浓液检测仪表与浓度仪将数据传输至信号接收端，信号接收端将计算得到的实际浓缩比和浓液浓度上传至控制终端，控制终端根据实际数据与设定数据的差值启动电动调节阀对浓液流量进行自动调节；

S4：设备工作时，浓液流入浓缩液罐，滤液流入透析液罐，在操作台设置各液灌的自动启动、停止液位数据，透析液罐，原液缓冲罐、原液罐、浓缩液罐和透析液罐中的液位检测计均把罐中液位上传，由控制中心进行自动运行或停机。

本发明达到的有益效果：

1.本发明通过设置多段增压泵，能够有效地对多段膜过滤模块进行分段增压，每个过滤模块的膜元件均有适合的膜渗透压力，每个过滤模块的膜截留物浓液连续进入串联的下一段过滤模块直至最终排出膜装置，膜截留物浓液不再循环回流，膜截留物不会出现循环累积污染膜元件，以获得更高的膜过滤效益。

2.本发明通过旁通设置可跳过工作模块，可根据实际生产需要灵活选择，实用性高。

3.本发明的增压泵配合各段压力监测仪表、流量监测仪表的参数调节压力和流量，并与电动调节阀联动调节，能精确的进行增压、装置的安全性高、稳定性强，对液体溶质膜过滤和液体溶质膜浓缩领域具有重要价值。

附图说明

结合附图，从本发明的优选实施例的一下描述和权利要求可以获得本发明的其它特征和优点。在不超出本发明的范围的情况下，在这种情况下可以按任何期望的方式将图中所示的不同实施例的单独特征加以组合。在所述附图中：

图1为本发明的结构原理框图；

图2为具体实施例的结构原理框图。

附图标号说明：1-供料泵，2-三通换向阀，3-过滤小组，4-流量监测仪表，5-单向阀，6-压力监测仪表，7-电动调节阀，8-气动球阀，9-糖度仪，10-原液缓冲罐，11-原液罐，12-浓缩液罐，13-透析液罐，14-过滤模块,15-增压泵，16-加药模块。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，一种连续过流式膜过滤装置，包括供料泵1、原液缓冲罐10、原液罐11、浓缩液罐12和透析液罐13，其特征在于：包括依次串联的2个过滤模块14，每个过滤模块14包括依次串联的2段过滤小组3，每段过滤小组3中的膜壳数量依次递减；所述过滤小组3通过输料管串联，各过滤模块14输入端设置有增压泵15，所述每段过滤小组3的滤液输出端汇合后连接透析液罐13，第2个过滤模块14的浓液输出端连接浓缩液罐12，所述原液罐11的输出端连接所述原液缓冲罐10的输入端，供料泵1连接在第一个浓缩模块的输入端。

所述每个过滤模块14输入端、浓液输出端、所述各段过滤小组3之间均设置有压力监测仪表6；其中，所述过滤模块14输入端和浓液输出端压力监测仪表6监测膜前压力与膜后压力，用于计算各过滤模块14压差，判断对应过滤模块14运行情况；所述过滤小组3之间压力监测仪表6监测膜间压力，配合过滤模块14输入端和浓液输出端压力监测仪表6监测值，用于计算各段过滤小组3压差，判断对应过滤小组3的运行情况。

所述各段过滤小组3的滤液输出端均连接有单向阀5和流量监测仪表4，各过滤模块14输入端和第2个过滤模块14的浓液输出端均连接有流量监测仪表4；其中，所述单向阀5用于避免滤液回流，所述流量监测仪表4用于检测各段过滤小组3的滤液流量、各过滤模块14的进液流量和系统浓液流量。

所述第一过滤模块14的输入端和每个过滤模块14输出端设置有三通换向阀2，其中，每个过滤模块14输出端的三通换向阀2均与第一过滤模块14输入端的三通换向阀2相连；所述3个三通换向阀2相配合用于选择是否跳过其中某个过滤模块14进行工作。

在第2个过滤模块14的浓液输出端连接气动球阀8、糖度仪9，所述气动球阀8并联电动调节阀7；其中，所述电动调节阀7用于调节浓液流量，所述气动球阀8用作清洗时浓液旁通，所述糖度仪9用于监测浓液糖度。

所述原液缓冲罐10、原液罐11、浓缩液罐12和透析液罐13内均设置有液位监测计，作为自动运行启动、停止的条件判断依据。

所述连续过流式膜过滤装置还包括清洗系统，所述清洗系统包括加药模块16，加药模块16连接在第1个过滤模块14的输入端，加药模块16用于配合原料缓冲罐和清洗管路对装置进行清洗。

本实施例的具体实现方法如下：设定进液流量，根据进液流量选择从第几个过滤模块14开始投入工作；增压泵15根据各过滤模块14膜前后压力监测仪表6和各段流量监测仪表4的示值对各段过滤模块14进行分段增压，保持系统稳定的状态；电动调节阀7根据糖度仪9和系统流量监测仪表4的示值调节浓液流量以控制过滤浓缩比或浓液糖度；设备工作时，浓液流入浓缩液罐12，滤液流入透析液罐13。

为了进一步实现上述目的，本发明还提出了第二个实施例。

实施例2

如图2所示，一种连续膜浓缩装置，包括供料泵1、原液缓冲罐10、原液罐11、浓缩液罐和透析液罐13，其特征在于：包括依次串联的3个浓缩模块，每个浓缩模块包括依次串联的2段过滤小组3，每段过滤小组3中的膜壳数量依次递减；所述过滤小组3通过输料管串联，各浓缩模块输入端设置有增压泵15，所述每段过滤小组3的滤液输出端汇合后连接透析液罐13，第3个浓缩模块的浓液输出端连接浓缩液罐，所述原液罐11的输出端连接所述原液缓冲罐10的输入端，供料泵1连接在第一个浓缩模块的输入端。

所述每个浓缩模块输入端、浓液输出端、所述各段过滤小组3之间均设置有压力监测仪表6；其中，所述浓缩模块输入端和浓液输出端压力监测仪表6监测膜前压力与膜后压力，用于计算各浓缩模块压差，判断对应浓缩模块运行情况；所述过滤小组3之间压力监测仪表6监测膜间压力，配合浓缩模块输入端和浓液输出端压力监测仪表6监测值，用于计算各段过滤小组3压差，判断对应过滤小组3的运行情况。

所述各段过滤小组3的滤液输出端均连接有单向阀5和流量监测仪表4，各浓缩模块输入端和第2个浓缩模块的浓液输出端均连接有流量监测仪表4；其中，所述单向阀5用于避免滤液回流，所述流量监测仪表4用于检测各段过滤小组3的滤液流量、各浓缩模块的进液流量和系统浓液流量。

所述第一浓缩模块的输入端和每个浓缩模块输出端设置有三通换向阀2，其中，每个浓缩模块输出端的三通换向阀2均与第一浓缩模块输入端的三通换向阀2相连；所述4个三通换向阀2相配合用于选择是否跳过其中某个浓缩模块进行工作。

在第3个浓缩模块的浓液输出端连接气动球阀8、糖度仪9，所述气动球阀8并联电动调节阀7；其中，所述电动调节阀7用于调节浓液流量，所述气动球阀8用作清洗时浓液旁通，所述糖度仪9用于监测浓液密度。

所述原液缓冲罐10、原液罐11、浓缩液罐和透析液罐13内均设置有液位监测计，作为自动运行启动、停止的条件判断依据。

所述连续膜浓缩装置还包括清洗系统，所述清洗系统包括加药模块16，加药模块16连接在第1个浓缩模块的输入端，加药模块16用于配合原料缓冲罐和清洗管路对装置进行清洗。

本实施例的具体实现方法如下：设定进液流量，根据进液流量选择从第几个浓缩模块开始投入工作；增压泵15根据各浓缩模块膜前后压力监测仪表6和各段流量监测仪表4的示值对各段浓缩模块进行分段增压，保持系统稳定的状态；电动调节阀7根据糖度仪9和系统流量监测仪表4的示值调节浓液流量以控制过滤浓缩比或浓液糖度；设备工作时，浓液流入浓缩液罐，滤液流入透析液罐13。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种连续过流式膜过滤装置，包括供料泵（1）、原液缓冲罐（10）、原液罐（11）、浓缩液罐（12）和透析液罐（13），其特征在于：包括依次串联的N个过滤模块（14），N为大于等于2的整数，每个过滤模块（14）包括依次串联的M段过滤小组（3），M为大于等于1的整数，每段过滤小组（3）包括K个并联的膜壳，K为大于等于1的整数，且每段过滤小组中的膜壳数量依次递减；

其中，所述过滤小组（3）通过输料管串联，各过滤模块（14）输入端设置有增压泵（15），所述每段过滤小组（3）的滤液输出端汇合后连接透析液罐（13），第N个过滤模块（14）的浓液输出端连接浓缩液罐（12），所述原液罐（11）的输出端连接所述原液缓冲罐（10）的输入端，原液缓冲罐（10）的输出端连接供料泵（1），供料泵（1）连接在第一个浓缩模块的输入端；

所述每个过滤模块（14）输入端、浓液输出端、所述各段过滤小组（3）之间均设置有压力监测仪表（6）；

所述各段过滤小组（3）的滤液输出端均连接有单向阀（5）和流量监测仪表（4），各过滤模块（14）输入端和第N个过滤模块（14）的浓液输出端均连接有流量监测仪表（4）；

所述过滤模块（14）输入端和浓液输出端压力监测仪表（6）监测膜前压力与膜后压力，用于计算各过滤模块（14）压差，判断对应过滤模块（14）运行情况；所述过滤小组（3）之间压力监测仪表（6）监测膜间压力，配合过滤模块（14）输入端和浓液输出端压力监测仪表（6）监测值，用于计算各段过滤小组（3）压差，判断对应过滤小组（3）的运行情况；

应用所述连续过流式膜过滤装置进行过滤的方法，包括如下步骤：

S1：设定进液流量，根据进液流量选择从第几个过滤模块（14）开始投入工作，不参与工作的过滤模块处于待机状态，从第1个参与工作的过滤模块起，每个过滤模块的浓液输出端串联进入下个过滤模块的输入端，直至最后1个参与工作的过滤模块浓液输出端；

S2：增压泵（15）根据各过滤模块（14）膜前后压力监测仪表（6）和各段流量监测仪表（4）的示值对各段过滤模块（14）进行分段增压，保持系统稳定的状态；

S3：电动调节阀（7）根据浓度仪（9）和系统流量监测仪表（4）的示值调节浓液流量以控制过滤浓缩比或浓液浓度；

S4：设备工作时，浓液流入浓缩液罐（12），滤液流入透析液罐（13）。

2.根据权利要求1所述的一种连续过流式膜过滤装置，其特征在于，所述单向阀（5）用于避免滤液回流，所述流量监测仪表（4）用于检测各段过滤小组（3）的滤液流量、各过滤模块（14）的进液流量和系统浓液流量。

3.根据权利要求1所述的一种连续过流式膜过滤装置，其特征在于，第一过滤模块（14）的输入端和每个过滤模块（14）输出端设置有三通换向阀（2），其中，每个过滤模块（14）输出端的三通换向阀（2）均与第一过滤模块（14）输入端的三通换向阀（2）相连；所述三通换向阀（2）相配合用于选择是否跳过其中P个过滤模块（14）进行工作，P为小于等于N的整数。

4.根据权利要求1所述的一种连续过流式膜过滤装置，其特征在于，在第N个过滤模块（14）的浓液输出端连接气动球阀（8）、浓度仪（9），所述气动球阀（8）并联电动调节阀（7）；其中，所述电动调节阀（7）用于调节浓液流量，所述气动球阀（8）用作清洗时浓液旁通，所述浓度仪（9）用于监测浓液浓度。

5.根据权利要求1所 述的一种连续过流式膜过滤装置，其特征在于，所述原液缓冲罐（10）、原液罐（11）、浓缩液罐（12）和透析液罐（13）内均设置有液位监测计，作为自动运行启动、停止的条件判断依据。

6.根据权利要求1所述的一种连续过流式膜过滤装置，其特征在于，所述连续过流式膜过滤装置还包括清洗系统，所述清洗系统包括加药模块（16），加药模块（16）连接在第1个过滤模块（14）的输入端，加药模块（16）用于配合原料缓冲罐（10）和清洗管路对装置进行清洗。

7.一种连续过流式膜过滤方法，包括如权利要求1-6任一所述的一种连续过流式膜过滤装置，其特征在于，包括如下步骤：

S1：设定进液流量，根据进液流量选择从第几个过滤模块（14）开始投入工作，不参与工作的过滤模块处于待机状态，从第1个参与工作的过滤模块起，每个过滤模块的浓液输出端串联进入下个过滤模块的输入端，直至最后1个参与工作的过滤模块浓液输出端；

S2：增压泵（15）根据各过滤模块（14）膜前后压力监测仪表（6）和各段流量监测仪表（4）的示值对各段过滤模块（14）进行分段增压，保持系统稳定的状态；

S3：电动调节阀（7）根据浓度仪（9）和系统流量监测仪表（4）的示值调节浓液流量以控制过滤浓缩比或浓液浓度；

S4：设备工作时，浓液流入浓缩液罐（12），滤液流入透析液罐（13）。

Images