卷式膜组件与流程

顾名思义，平板膜的卷式膜组件是将膜制作成卷状，基本结构如图10-17所示，其特点是将一片膜夹在两片柔性间隔网之间，经卷绕、密封得到，其中膜的分离功能层表面一侧(膜为非对称膜时)为原料侧。两层网格分别为液体或气体原料流体的通道和透过膜流体的通道，网格层的厚度随组件中膜面积和膜通量的增大而增大。制备这种组件的关键是流体流道进出口的设计，通常情况下采用的是中心管为透过物收集流道，原料流体进口、浓缩流体(截留物或排污)出口和透过物出口在圆柱体两端的结构。在试验用小型单层膜的卷式组件中，膜面积为0.2～1.0m2。

图10-17 卷式膜组件结构与组件内流体流程

分离运行过程中，透过物流体到达中心收集管的流程可达到数米(与组件的直径有关)，如此之长的流程会导致透过物侧产生较大的压力损失，进而降低膜两侧的压力差和通量。为解决这个问题，在工程化分离应用中常用的卷式膜组件往往是将间隔层隔开的多片膜卷绕到中心管上，以减小透过物流体到达中心管的流程，每片膜的面积也提高到1～2m2。工业常用标准卷式膜组件的外径为8in、长度为40in (lin=0. 0254m，下同)，膜片数为15～30、总膜面积为20～40m2，也有外径为4in和6in的组件，它们的长度、膜片数和总膜面积也相应地减小。目前，外径为12in、长度为60in、膜片数为40、总膜面积为600m2的卷式膜组件已有产品供应，但由于操作更难，还没有实现大规模的工程化应用。通常，人们把4～6个卷式组件经中心管串联起来放置到一个大直径的耐压长管容器内进一步制作成大的组件(图10-18)。一种含有6个8in组件的典型集成组件内的膜面积为100～200m2。

上述结构的卷式膜组件适用的膜过程主要有反渗透、超滤、气体分离和纳滤等，运行时压力往往较高，密封成为膜组件设计和制作的关键之一。在卷式膜组件的反渗透、超滤过程处理食品、饮料等易导致膜污染的体系中，需要采用原料流体的错流和一定比例的回流工艺，使膜表面流体有较高的线速度，以降低膜表面的吸附污染。其中错流的实现可以通过组件结构和流程设计实现。

图10-18 卷式膜组件的集成结构

与前面卷式膜结构不同，另一种由平板膜制备、外形也呈圆柱状的组件称为折叠组件(常称折叠滤芯)。该组件的多层材料分别具有过滤、保护、支撑等作用，也可通过不同层材料(膜)之间的孔径梯度使不同的层有不同的截留性能。使用时，常用流程是以中心管为透过流体的收集管、外压工艺运行。由于采用的膜主要为微滤膜和超滤膜，折叠滤芯比较适合于气体过滤除尘和液体中悬浮物的分离。

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