膜材料与膜组件

[db:作者] / 2023-02-08 00:00

从制膜过程得到的膜仅仅是具有选择性透过功能(即分离功能)的材料，绝大多数情况下，这些膜材料并不能直接应用于分离工程中，而需要将一定面积的膜装填到某种开放或封闭的壳体空间内构造成一定形式和结构的单元(unit)，即膜组件(membrane module)，在一定意义上，可以说是膜组件直接推动了膜分离技术的普遍应用。膜组件的设计需要考虑以下4个方面主要问题：a.分离膜的形态结构有平板、中空纤维、管式等不同形式，由它们制作成组件的结构有很大的差别；b.由于分离对象的不同、运行过程中对化学环境、温度、压力等工艺条件的要求不同，需要设计组件的密闭性、壳体等封装质材；c.在膜分离工程运行过程中，不可避免地出现膜的污染或浓差极化，导致膜的分离速度(通量)下降，因而在设计组件时要充分考虑流体在组件内的流程和膜污染清洗的流程；d.要考虑组件制作的方便性、维修的方便性以及组件间组合实现模块化的方便性。可以看出，膜组件的设计涉及材料、化学、流体力学、机械、工程和过程等多学科的知识。获得具有优异性能的分离膜，只是膜分离技术的必要条件之一，膜材料性能在膜分离技术的实现，还必须以合理膜组件为载体。正是这个原因，目前市场上销售的绝大多数是膜组件，而非仅仅是膜材料。

尽管膜组件是膜从材料走向应用的载体，在膜科学与技术中占有重要的地位，而且膜组件制备技术在20世纪60～70年代已取得突破性进展，但这是一个反常的现象，很多研究者并没有充分意识到膜组件设计的重要性。其中部分原因在于多数膜组件是由相关公司内部开发，相应的多数膜组件设计与制作技术也因只在专利中出现而被众多学者所忽视。目前看来，虽然组件的制作受膜材料的限制，早期膜组件设计水平和制作技术相对于膜材料有些滞后，但是，一旦合理的膜组件的结构和制作技术被开发出来，多数情况下它们就可以直接用于新材料，即膜组件的结构和制作工艺相对于膜材料又具有独立性和更普遍的适用性。本节以下的内容简要介绍几种常见膜组件的结构、组件内流体流程和组件应用等特点。

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