[发明专利]改进的膜分离系统及其操作方法

说明书

本发明涉及于一种改良的分离系统以及从含有溶质、胶粒或悬浮物的溶液或悬浮液中，分离所述物质的操作方法。在一个优选实施方案中本发明涉及一种能够以多种方式操作而不会使滤液与原料流混合的简单经济的膜过滤系统。

象逆流渗透、超滤、微量过滤这一类分离技术，今天已经广泛应用在工业上。通过利用这些分离技术，产生了许多好处，其中有缩短了进行分离所需的时间、提高了分离效率和可使用象室温这样温和的操用条件，同古老的技术象蒸发、化学沉淀和超离心相比降低了操作上的花费，并且有能分离以前认为不能分离的种类的能力。本发明尽管也可以应用于上面提到的某些分离技术，但它尤其涉及到超滤技术的膜分离。

超滤是一种分离方法，其中一种含有溶质、胶粒或溶解在溶剂中比溶剂分子直径大的悬浮颗粒的溶液或悬浮液，在能使溶剂通过一个多孔过滤器，特别是一个聚合物的膜（例如见美国专利3，615，024  3，526，588;3，556，305;3，541，005;及3，549，016;所有这些参考文献合并于此可供一般了解所期望的聚合物的膜的类型）的压力下分离。但是，过滤器也可以是象陶瓷一样的非聚合物。应用在超滤过程中的膜可以有各种各样的构型：象空心丝、平片，螺旋型和管形。对于本发明的目的，最好应用空心丝聚合物的膜。

膜的分离系统通常以交叉流动方式操作，利用此系统，工作流体（即，要分离的“原料流”）切向于聚合物膜表面。也就是，待处理的工作流体通过工作流体的入口进入分离组件，在工作流体入口和出口所在的同一侧平行流向膜的表面，通过工作流体的出口离开分离组件，并有选择性地将工作流体循环回分离组件供进一步处理。工作流体的一部分通过膜成为渗透液。这种分离组件可用作各种目的的分离：象浓缩液体，在此情况下期望的产品是经过工作流体的出口离开分离器的流体;纯化流体，在此情况下期望的产品是通过工作流体出口离开分离器的渗透液或流体，或者从液体中分离出一种或多种组分，在此情况下期望的产品可以是通过膜成为渗透液的流体，经过出口离开分离器的流体，由膜保留的组分或它们的结合组分。

在使用过程中，与工作流体相接触的膜的一边会被膜上保留的原料弄脏，这种变脏的膜在经过如下的清洗技术清洗后可重新使用;如用毛刷，长杆或海绵除去脏的原料;快速冲洗，用泵吸液体高速度冲刷弄脏的膜表面除去污物;逆流快速冲洗，用泵吸流体，间歇地以逆向流动方向快速穿过弄脏的膜表面自然除去污物;化学清洗，弄脏的膜表面与化学清洗液接触;压力反洗，用泵吸液体如渗透液或水，在压力的作用下经过膜从渗透液一侧流到工作流体一侧，这样从膜的表面自然除去脏的原料;或者把两种或多种上面提到的技术结合起耒耒清洗膜。

在上面提到的快速冲洗，化学清洗和压力反洗的技术中，压力通常是由泵产生的，这能产生损坏膜的液压波动。因此小心控制液体的压力，以便在特定膜一边的液体和另一边的液体之间的压力差不超过最大允许的跨膜压力差是重要的。对于一个特定膜的最大跨膜压力差是在膜的相对两边之间膜能适应而不会导致损坏的最大压力差。

具有较狭窄的工作流体流路的某些膜的构型可变得相当脏，在此污物限制或者甚至阻止工作流体穿过膜表面的自由流动。如果发生这种情况，用快速冲洗和化学清洗技术耒清洗膜就显得不够。机械清洗和/或压力反洗可以获得满意的清洗效果。可是，对于那些由于具有狭窄的工作流体流路的膜的构型，机械清洗很不切实际。压力反洗，如上所述也有缺点;为了避免损害膜必须仔细控制液体的压力;且附加的额外泵抽能力也要增加系统的原始成本和整个操作费用。