[发明专利]一种用于去除水中溶解性气体的多页卷式膜接触器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于去除水中溶解性气体的多页卷式膜接触器，特别是蒸汽锅炉用水中O₂的去除。

背景技术

工业生产中，对水中溶解氧含量的要求越来越严格，食品、生物技术、半导体及锅炉用水等都需要进行溶解氧的去除，尤其是在锅炉行业，溶解氧的存在易引起锅炉及输水管路的腐蚀，并沉积在锅炉壁表面，使锅炉受热不均而导致爆炸，据不完全统计，锅炉的各种故障与溶解氧有关的占40％以上。因此，热采锅炉用水含氧量的控制对保证热采蒸汽锅炉安全经济地运行起着关键的作用。国家有关部门也十分关注，国标GB1576-85中明文规定锅炉蒸发量≥2t/h时必须脱除水中的溶解氧。传统脱氧方法设备复杂，能耗高，易造成环境污染，因而亟需一种新型、节能环保的脱氧技术，膜接触器法脱氧技术应运而生。

膜接触器被憎水微孔膜分隔为两个相区，一个为水相区，一个为气相区。气相区与真空系统连接。溶氧原料水进入膜接触器后，由于膜的为憎水微孔膜，水不能通过膜孔进入气相区，而气体能够通过膜孔传质到气相区。在真空减压的作用下，氧在膜两侧的水相区和气相区存在分压差，因而氧气通过膜孔传质到气相区中，被抽空排除。水从而实现原料水的脱氧，得到的脱氧水被排出膜组件。这和真空减压脱气塔的操作相似。

常见的膜接触器一般有板式膜接触器和中空纤维式膜接触器。其中板式膜接触器装填密度小，效率低，往往需要多级膜接触器串并联使用，设备操作复杂，分离时间长；中空纤维式膜接触器装填密度高，具有自支撑作用，应用较广泛，但有些膜材料(如聚四氟乙烯)受制膜工艺局限，难以得到中空纤维式膜接触器，应用受到一定局限。

发明内容

针对板式膜接触器和中空纤维式膜接触器目前存在的问题，本发明推出一种多页卷式膜接触器，能够在低温下除氧，不需要将水加热，能耗低；结构设计紧凑，体积小，安装使用方便；操作简单，设备运行稳定；循环体积小，分离效果好，脱气效率可高达99％以上，出水CO₂浓度小于2ppm，O₂浓度小于2ppb。

本发明将板式微孔膜片通过卷制后装填于管壳内，填充密度较高，且多个膜袋内腔与中心管相连，提高了膜接触器的效率，并可利用聚丙烯、聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯等多种疏水性材料的板式膜制得膜接触器。

本发明所涉及的多页卷式膜接触器呈圆柱状结构，包括膜芯、管壳和壳盖三部分。壳盖缝于管壳的上下两端，膜芯置于管壳内部并与管壳浇铸连接，膜芯由膜袋绕中心管卷制而成，膜袋由两层板式微孔膜片和一层置于两层微孔膜片之间的隔网叠加而成，膜袋内外形成螺旋形内腔和外腔，隔网长度小于微孔膜片长度，板式微孔膜片与隔网的四周相连。膜袋与膜袋之间有外层隔网，内腔靠微孔膜之间的隔网支撑，外腔靠外层隔网支撑。在管壳内部形成以膜袋微孔膜片为两相分离界面的两条液流动通道。

中心管上设有若干个中心管孔，中心管孔分别与相应的膜袋内腔相连，水中的气体进入膜袋内腔，收集于中心管。

中心管壁可以有五个中心管孔分别与五个膜袋内腔相连，水中的气体进入膜袋内腔，收集于中心管。中心管两端一端与管壳浇铸相连，一端与真空泵相连，从管壳上端的壳盖穿出。

膜袋内外分形形成内腔与外腔，管壳上有两个开口分别与膜袋外腔进口和出口联通，在管壳内部形成以膜袋微孔膜片为两相分离界面的两条液流动通道。管壳下部的开口与膜袋外腔进口联通，管壳上部的开口与膜袋外腔出口联通。

所述管壳进口和管壳出口分别为纯水进口和纯水出口，内腔进口为吹扫气体进口，吹扫气体采用N₂，从中心管出口出去的为脱除的CO₂和O₂。

所述膜袋采用疏水性的聚丙烯、聚偏氟乙烯或者聚四氟乙烯材料制成。

水从膜外壁流过，吹扫气体从膜的内壁由真空泵抽走。大流量的吹扫气体和真空泵产生的真空度驱使水中的CO₂或者O₂从膜中往膜壁内的气相移动，通过通道之间微孔膜片间接接触实现相间传质和分离。该多页卷式膜接触器能够在低温下除氧，不需要将水加热，能耗低；结构设计紧凑，体积小，安装使用方便；操作简单，设备运行稳定；循环体积小，分离效果好，脱气效率可高达99％以上，出水CO₂浓度小于2ppm，O₂浓度小于2ppb。

附图说明

图1、多页卷式膜接触器结构示意图

图2、多页卷式膜接触器横截面结构示意图

图3、多页卷式膜接触器膜袋的板式微孔膜和隔网叠加状态示意图