膜分离工艺设计:膜元件设计

用于工业化的膜分离组件有四种型式：板式、管式、中空纤维式和卷式。

目前在膜分离工程应用中，卷式膜和管式膜为主要产品，其中卷式膜占据膜市场的主导地位。

卷式膜的设计原本专用于膜盐水处理，但其紧凑的设计、低廉的价格已吸引了其他行业。经过了许多试验和失败后，重新设计的元件已经可以用于许多工业行业，如乳制品行业、纸浆和造纸行业、高纯水以及一些高温和极端pH的场合。

管式膜的设计简洁而易于理解，能较大范围地耐悬浮固体和许多令人讨厌的纤维。

卷式膜元件的膜壳设计可以根据材料（不锈钢和高分子）或功能（侧面端口进出或通过端盖进出）进行分类。

侧端进出口的不锈钢膜壳有两种：4口型，使用这种膜壳可以作为无外部产品副件的模块，且另一种类型则使用内部副件的排列。使用者可以自己确定使用哪种类型，但事实上大多数的膜分离系统都建成外部副件型。

侧端进入型的主要优点是在卫生级系统中允许高流量。

每个膜壳内的元件数量决定了膜壳的压降，为了确定每个膜壳内的元件数量，必须考虑以下几点：

• 首先，确定使用的是RO/NF还是UF/MF;

• 然后，审查整个处理过程；

• 第三，确定每个膜元件能耐受的压降值。

以下两点应更应值得注意：

• 跨膜压差(TMP)(膜壳进口和出口之间的压力变化)；

• 每个膜壳内的元件数量和通过每个膜壳的压降。

还应特别注意温度和操作压力的影响。

(1) 温度

高温操作一个正面的影响是：高温可以增加通量。90℃下操作可以在相同压力下将通量从100%提高到300%。但更好的方法是将净操作压力(NDP)减少到三分之一，这样可以减少电耗。

高温一般被认为问题比较多，应注意的是：膜分离系统温度越高，必须越关注其元件和膜的物理特性。

 (2) 净操作压力

所有的膜对压力都是敏感的。“ 压紧”(compaction) 一词常用于描述由于高压而导致膜的不可逆转的“变平”。除了膜本身受到的危害外，其至关重要的是要有适当的支撑，防止压力将膜挤压入支撑材料。

“压紧”是由于压力和温度引起的。

• 过大的传导膜压力将使膜变得非常平 (压紧)，导致不可挽回的膜通量的下降。

• 过大的压降将导致膜和/或构件的高分子材料移动，有时破裂，最终导致膜的彻底损坏。

注意：温度比压力更危险！因此，当操作接近上限温度肘，建议尽可能限制压力。