專(zhuān)利名稱(chēng)：螺旋形的分離膜部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于分離懸浮或溶于液體中組分的螺旋形分離膜部件。更具體的說(shuō)，本發(fā)明涉及具有內(nèi)置滲透?jìng)?cè)通道材料(passage material)的分離膜部件，該通道材料可在滲透?jìng)?cè)獲得比相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)更低的壓力損失。
背景技術(shù)：
常規(guī)的螺旋形分離膜部件的結(jié)構(gòu)包括多孔芯管和纏繞在其周?chē)?，一個(gè)或多個(gè)分離膜，一個(gè)或多個(gè)加料側(cè)通道材料，以及一個(gè)或多個(gè)滲透?jìng)?cè)通道材料。已主要被使用的滲透?jìng)?cè)通道材料，其表面沒(méi)有凹陷或突出。此結(jié)構(gòu)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為可降低截面積的縮減程度，其是當(dāng)加料側(cè)的壓力高時(shí)，而且膜因此被推向滲透?jìng)?cè)通道材料而導(dǎo)致的。
然而，具有此結(jié)構(gòu)的滲透?jìng)?cè)通道材料有下列的缺點(diǎn)。有效的通道截面孔隙度低，并且，因此不可能獲得足夠有效的通道截面積。因而，當(dāng)加料側(cè)壓力低或滲透水的流速高時(shí)，滲透?jìng)?cè)通道的壓力損失增加，導(dǎo)致分離膜部件的性能降低。因?yàn)榇它c(diǎn)，具有凹陷或突出表面的網(wǎng)狀通道材料在反滲透性膜元件中被用作為滲透?jìng)?cè)通道材料，其在相對(duì)較低的壓力下起作用。至于此網(wǎng)狀通道材料的使用，有人提出了一種使加料側(cè)壓力影響最小的方法，其包括將布置于膜和滲透?jìng)?cè)通道之間來(lái)獲得通道截面(見(jiàn)例如JP-A-09-141067和JP-A-2000-350922)。
然而，通過(guò)將布置于膜和滲透?jìng)?cè)通道材料之間，在部件中適于膜介入的空間體積相應(yīng)地減少了。因而有效的膜面積減少并且分離膜部件的性能降低。相反地，若在沒(méi)有改變部件中的有效膜面積條件下將布加入，滲透?jìng)?cè)通道的有效截面積相應(yīng)于布量而減少，導(dǎo)致在滲透?jìng)?cè)通道中的壓力損失增加。
另一方面，若將螺旋形的分離膜部件用于如澄清方面的使用，則加料側(cè)壓力低并且滲透水的流速高。因而，上文描述的在滲透?jìng)?cè)通道中的壓力損失可對(duì)分離膜部件的性能產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。當(dāng)加料側(cè)壓力低時(shí)，在分離過(guò)程中并不十分需要此滲透?jìng)?cè)通道材料具有保持滲透?jìng)?cè)通道的功能。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種螺旋形分離膜部件，其可在滲透?jìng)?cè)通道獲得降低的壓力損失，并且當(dāng)加料側(cè)壓力低時(shí)特別有效。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明者對(duì)滲透?jìng)?cè)通道材料的緯絲和經(jīng)絲的厚度和節(jié)距進(jìn)行了深入的研究。因而，已發(fā)現(xiàn)本目的可通過(guò)調(diào)節(jié)厚度、節(jié)距與通道材料厚度之間的關(guān)系使其處于給定的范圍內(nèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)。基于此發(fā)現(xiàn)完成了本發(fā)明。
本發(fā)明提供了螺旋形分離膜部件，其包括多孔芯管和纏繞在其周?chē)模粋€(gè)或多個(gè)分離膜，一個(gè)或多個(gè)加料側(cè)通道材料，以及一個(gè)或多個(gè)滲透?jìng)?cè)通道材料，其中每個(gè)滲透?jìng)?cè)通道材料含有伸展方向幾乎與滲透液流向相平行的經(jīng)絲和固定在經(jīng)絲上的緯絲，節(jié)距(每個(gè)經(jīng)絲的寬度+相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距)與相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距比為1.1/1-3/1，并且通道材料的厚度與相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距比為0.25/1-1.25/1。
文中所用術(shù)語(yǔ)“通道材料的厚度”是指每個(gè)經(jīng)絲/緯絲的相交厚度。
根據(jù)本發(fā)明，由于在每個(gè)滲透?jìng)?cè)通道材料內(nèi)的每個(gè)經(jīng)絲的寬度小于通道材料內(nèi)的相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距，使得滲透?jìng)?cè)通道材料的有效通道截面積增加。而且，因?yàn)橄噜徑?jīng)絲相對(duì)面的間距大于通道材料的厚度，使得滲透?jìng)?cè)通道材料可保持增加的有效通道截面積，并且當(dāng)對(duì)抗加料側(cè)壓力時(shí)，可維持滲透?jìng)?cè)通道功能不受影響。因而，提供了一種螺旋形分離膜部件，其可在滲透?jìng)?cè)通道獲得減少的損失，并且當(dāng)加料側(cè)壓力低時(shí)特別有效。
在此螺旋形分離膜部件中，每個(gè)經(jīng)絲的高度與通道材料的厚度比優(yōu)選為10/11-30/31。在此情況下，經(jīng)絲高度的比率增加，并且經(jīng)絲間的間距變大，由此可導(dǎo)致此滲透?jìng)?cè)通道有更大的有效通道截面積。


圖1A為底視圖，其顯示了根據(jù)本發(fā)明，在螺旋形分離膜部件中的滲透?jìng)?cè)通道材料的一個(gè)實(shí)例；圖1B為斜面圖，其顯示了根據(jù)本發(fā)明，在螺旋形分離膜部件中的滲透?jìng)?cè)通道材料的一個(gè)實(shí)例；并且圖2為圖表，其顯示在實(shí)例中當(dāng)相鄰經(jīng)絲間距與相鄰緯絲間距的比例發(fā)生改變時(shí)，流速同壓力損失間的關(guān)系。
在此附圖中1經(jīng)絲束1a經(jīng)絲2緯絲w1相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距w2節(jié)距h經(jīng)絲高度t通道材料厚度發(fā)明詳述本發(fā)明將在下面通過(guò)引用附圖進(jìn)行詳細(xì)的描述。
圖1A為底視圖，其顯示了根據(jù)本發(fā)明，在螺旋形分離膜部件中的滲透?jìng)?cè)通道材料的一個(gè)實(shí)例，并且圖1B為斜面圖，其顯示了根據(jù)本發(fā)明，在螺旋形分離膜部件中的滲透?jìng)?cè)通道材料的一個(gè)實(shí)例。
本發(fā)明的螺旋形分離膜部件的結(jié)構(gòu)包括多孔芯管和纏繞在其周?chē)模粋€(gè)或多個(gè)分離膜，一個(gè)或多個(gè)加料側(cè)通道材料，以及一個(gè)或多個(gè)滲透?jìng)?cè)通道材料。在JP-A-09-141067和JP-A-2000-350922中詳細(xì)的描述了此種類(lèi)型的膜部件。至于除了滲透?jìng)?cè)通道材料以外的其它元件，可以使用任何常規(guī)的分離膜、加料側(cè)通道材料、芯管等。例如，若當(dāng)使用兩個(gè)或更多的加料側(cè)通道材料及兩個(gè)或更多的滲透?jìng)?cè)通道材料時(shí)，此膜部件的結(jié)構(gòu)為在其中有兩個(gè)或更多的膜片被纏繞到芯管上。
在本發(fā)明中，滲透?jìng)?cè)通道材料含有伸展方向幾乎與滲透液流向相平行的經(jīng)絲1和固定在經(jīng)絲1上的緯絲2。緯絲2固定到經(jīng)絲1上可通過(guò)熔融粘結(jié)、粘附等來(lái)完成。經(jīng)絲1和緯絲2可為復(fù)絲紗線或單絲紗線。然而，由獲得更大通道面的觀點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)絲1優(yōu)選為復(fù)絲紗線并且緯絲2優(yōu)選為單絲紗線。
若當(dāng)將復(fù)絲紗線用作為經(jīng)絲1時(shí)，每個(gè)紗線優(yōu)選為加捻的、熔融粘結(jié)的或經(jīng)另外處理的以便具有在加料側(cè)的壓力下很難變形的結(jié)構(gòu)。在圖1A中，1a為構(gòu)成經(jīng)絲束1的經(jīng)絲。經(jīng)絲1的熔融粘結(jié)可與緯絲2的固定同時(shí)進(jìn)行。將經(jīng)絲1經(jīng)加熱固化并從而使其具有接近方形或矩形形狀的截面也是可能的。因而經(jīng)絲1可被制成具有在加料側(cè)的壓力下很難變形的結(jié)構(gòu)，從而可降低滲透?jìng)?cè)通道中的壓力損失，并且可用更優(yōu)選的方法來(lái)調(diào)節(jié)保證有效的通道截面積。
在滲透?jìng)?cè)通道材料中，節(jié)距(每個(gè)經(jīng)絲的寬度+相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距)與相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距比(w2/w1)為1.1/1-3/1，并優(yōu)選為1.5/1-2.5/1。若當(dāng)w2/w1小于其范圍的下限時(shí)，經(jīng)絲具有太小的寬度，并且當(dāng)對(duì)抗加料側(cè)壓力時(shí)，不能維持滲透?jìng)?cè)通道的功能。若當(dāng)w2/w1大于其范圍的上限時(shí)，經(jīng)絲具有太大的寬度，并且因而滲透?jìng)?cè)通道具有減縮的有效通道截面積。即在本發(fā)明中經(jīng)絲1的寬度也被盡可能大的減縮，來(lái)增加滲透液流過(guò)的截面積[(通道截面積)＝(相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距)×(凹處的深度)]。在此重要的是，在不增加厚度的情況下使?jié)B透?jìng)?cè)通道的截面積增加。這是因?yàn)楹穸仍酱?，分離膜部件中的膜面積越小。
因而，在滲透?jìng)?cè)通道材料中，通道材料的厚度與相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距比(t/w1)為0.25/1-1.25/1，并且優(yōu)選為0.3/1-1.0/1。若當(dāng)t/w1小于其范圍的下限時(shí)，相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距太長(zhǎng)，并且當(dāng)對(duì)抗加料側(cè)壓力時(shí)，不能維持滲透?jìng)?cè)通道的功能。若當(dāng)t/w1大于其范圍的上限時(shí)，相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距太短，并且因而滲透?jìng)?cè)通道具有減縮的有效通道截面積。
在本發(fā)明中，每個(gè)滲透?jìng)?cè)通道材料具有凹陷和突出結(jié)構(gòu)。盡管如此，在滲透?jìng)?cè)上降低壓力損失可以不通過(guò)置入布來(lái)獲得。此滲透?jìng)?cè)通道材料當(dāng)用在螺旋形分離膜部件中來(lái)澄清時(shí)易于顯示出其性能，但此點(diǎn)并不會(huì)限制它的使用。滲透?jìng)?cè)通道材料的結(jié)構(gòu)含有伸展方向幾乎與滲透液流向相平行的經(jīng)絲(突出)和所制的盡可能深的緯絲(凹陷)。理想地，滲透?jìng)?cè)通道材料的厚度被制成接近凹處的深度。因而，在滲透?jìng)?cè)通道材料中的每個(gè)經(jīng)絲高度與通道材料厚度比(h/t)優(yōu)選為10/11-30/31。即將緯絲直徑調(diào)節(jié)為約1/10-1/30的經(jīng)絲直徑。
具體地，經(jīng)絲直徑優(yōu)選為350-600μm，并且緯絲直徑優(yōu)選為20-50μm。而且，經(jīng)絲優(yōu)選具有400-800μm的寬度和350-600μm的高度，并且相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距w1優(yōu)選為0.3-1.5mm。
另一方面，相鄰緯絲相對(duì)面的間距優(yōu)選為200-1000μm，并且更優(yōu)選為300-500μm。若當(dāng)相鄰緯絲相對(duì)面的間距大于其范圍的上限時(shí)，此滲透?jìng)?cè)通道材料傾向于具有減弱的強(qiáng)度，使其很難穩(wěn)定的保持通道。若當(dāng)相鄰緯絲相對(duì)面的間距小于其范圍的下限時(shí)，流動(dòng)阻力趨于增加。
可將本發(fā)明的螺旋形分離膜部件用于任何過(guò)濾技術(shù)，如反向滲透過(guò)濾、超濾和微量過(guò)濾。然而，上文所描述的滲透?jìng)?cè)通道材料如在膜部件中主要用于澄清，當(dāng)加料側(cè)壓力低時(shí)其顯示出特別的效果。特別地，當(dāng)加料側(cè)通道與滲透?jìng)?cè)通道的壓力差為0.01-0.5MPa時(shí)，滲透?jìng)?cè)通道材料是很有用的。
滲透?jìng)?cè)通道材料的材料實(shí)例包括樹(shù)脂，例如聚丙烯、聚乙烯、聚酯，如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚酰胺、天然高分子和橡膠。然而，優(yōu)選使用樹(shù)脂如聚酯。
兩種或更多種角度不同的緯絲2可被使用?？刹贾镁暯z2與其它的緯絲2相交形成菱形圖案。在此情況下，優(yōu)選布置緯絲2使單獨(dú)緯絲2的交叉點(diǎn)位于與緯絲2和經(jīng)絲1的交叉點(diǎn)不同的位置上。
經(jīng)絲1和緯絲2的厚度方向安排優(yōu)選使得所有的緯絲2置于排列的經(jīng)絲1的一邊，如圖1A和1B所示。此結(jié)構(gòu)可有效地確保通道截面并減少滲透?jìng)?cè)通道材料的阻力。
本發(fā)明將通過(guò)引用下面的實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述，該實(shí)施例具體顯示了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和效果。
實(shí)施例使用復(fù)絲紗線(長(zhǎng)絲直徑35μm，加捻的長(zhǎng)絲數(shù)40長(zhǎng)絲x2，高度0.35mm，寬度0.5mm)作為經(jīng)絲并用單絲紗線(直徑35μm)作為緯絲，在本發(fā)明中用作滲透?jìng)?cè)通道材料的聚酯網(wǎng)(見(jiàn)圖1)是通過(guò)下面方法制備得到的將紗線在其交叉點(diǎn)處熱熔融粘結(jié)以便獲得0.39mm厚度的通道材料。在此網(wǎng)中，節(jié)距(每個(gè)經(jīng)絲的寬度+相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距)為1.7mm，并且相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距為1.2mm(比例1.4/1)。通道材料厚度與相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距比為0.3/1，并且相鄰緯絲相對(duì)面的間距為約0.5mm。而且，每個(gè)經(jīng)絲與緯絲交叉的角度θ同為90±10°。將此網(wǎng)置于平行的平面元件上(flat cell)(C10-T；通道寬度35mm，通道長(zhǎng)度145mm)，并使純水通過(guò)來(lái)測(cè)定流速和壓力損失。所獲得的結(jié)果如圖2所示。
對(duì)比例聚酯網(wǎng)是按照與實(shí)施例1相同的方法制備得到的，除了節(jié)距與相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距比變?yōu)?.9/1，同時(shí)保持相同的通道材料厚度(0.39mm)，并且通道材料厚度與相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距比變?yōu)?.8/1以外。將此網(wǎng)置于平行的平面元件上(C10-T；通道寬度35mm，通道長(zhǎng)度145mm)，并使純水通過(guò)來(lái)測(cè)定流速和壓力損失。所獲得的結(jié)果如圖2所示。
如圖2所示，實(shí)施例中所得到的通道材料可獲得的壓力損失，減至約為對(duì)比例中所得到的常規(guī)通道材料的壓力損失的一半。
本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員還應(yīng)清楚地的是，對(duì)上文所說(shuō)明和描述的發(fā)明形式和細(xì)節(jié)可進(jìn)行不同的改變。意圖將此改變包括在于此所附加的權(quán)利要求的本質(zhì)和范圍內(nèi)。
此申請(qǐng)是基于2003年3月20日提交的日本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?003-077926，其公開(kāi)的內(nèi)容被完整的引入本文作為參考。
權(quán)利要求
1.螺旋形分離膜部件，其包括多孔芯管和纏繞在其周?chē)?，一個(gè)或多個(gè)分離膜，一個(gè)或多個(gè)加料側(cè)通道材料，以及一個(gè)或多個(gè)滲透?jìng)?cè)通道材料，其中每個(gè)滲透?jìng)?cè)通道材料含有伸展方向幾乎與滲透液流向相平行的經(jīng)絲和固定在經(jīng)絲上的緯絲，節(jié)距(每個(gè)經(jīng)絲的寬度+相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距)與相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距比為1.1/1-3/1，并且通道材料的厚度與相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距比為0.25/1-1.25/1。
2.權(quán)利要求1的螺旋形分離膜部件，其中每個(gè)經(jīng)絲的高度與通道材料的厚度比為10/11-30/31。
3.權(quán)利要求1的螺旋形分離膜部件，其中節(jié)距(每個(gè)經(jīng)絲的寬度+相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距)與相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距比為1.5/1-2.5/1。
4.權(quán)利要求1的螺旋形分離膜部件，其中通道材料的厚度與相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距比為0.3/1-1.0/1。
5.權(quán)利要求1的螺旋形分離膜部件，其中經(jīng)絲的直徑為350-600μm，并且緯絲的直徑為20-50μm。
6.權(quán)利要求1的螺旋形分離膜部件，其中相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距為0.3-1.5mm。
7.權(quán)利要求1的螺旋形分離膜部件，其中相鄰緯絲相對(duì)面的間距為200-1000μm。
全文摘要
公開(kāi)了一種螺旋形分離膜部件，其可在滲透?jìng)?cè)通道獲得降低的壓力損失，并且當(dāng)加料側(cè)壓力低時(shí)特別有效。此螺旋形分離膜部件包括多孔芯管和纏繞在其周?chē)囊粋€(gè)或多個(gè)分離膜，一個(gè)或多個(gè)加料側(cè)通道材料，以及一個(gè)或多個(gè)滲透?jìng)?cè)通道材料，其中每個(gè)滲透?jìng)?cè)通道材料含有伸展方向幾乎與滲透液流向相平行的經(jīng)絲1和固定在經(jīng)絲1上的緯絲2，節(jié)距(每個(gè)經(jīng)絲的寬度+相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距)與相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距比(w2/w1)為1.1/1－3/1，并且通道材料的厚度與相鄰經(jīng)絲相對(duì)面的間距比(t/w1)為0.25/1－1.25/1。
文檔編號(hào)B01D63/10GK1533825SQ20041003020
公開(kāi)日2004年10月6日 申請(qǐng)日期2004年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月20日
發(fā)明者廣川光昭, 安藤雅明, 地藏真一, 石原悟, 一, 明 申請(qǐng)人:日東電工株式會(huì)社