專利名稱：雙端空心纖維束和流體分離裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種(double ended)空心纖維束以及一種四管口流體分離裝置或是用于從含有流體混合物的喂入(feed)流體中分離一種流體組分的設備。本發明還涉及一種三管口流體分離裝置。用于整個本說明書中的流體混合物這一術語適用于液體混合物和/或氣體混合物。在逆向流動分布的一個實施例中，它與一種流體分離設備有關。該設備便于喂入流體輸入到空心纖維分離設備的外表側壁里，通過入口區域的喂入流體與空心纖維選擇性滲透薄膜束的外表面接觸，從空心纖維薄膜束兩端處的開口孔排出滲透組分，并通過一個排出管排出非滲透組分，分離是在沿空心纖維束的整個長度保持逆向流動分布時完成的，在本說明書中還描述了其它實施例。
已揭示了用來分離帶有空心纖維束流體混合物的各種類型的裝置。在許多流體分離中，實際上存在三種流束(stream)，一種是喂入流束，一種是滲透流束，一種是非滲透流束。因此滲透器通常將要求總數僅為三個的進出管口;然而，偶爾也使用四管口，并且滲透流體從兩分離管口排出。已經知道，在一個大的、縱向的外殼內，使用一單個長的纖維束可產生過量的和不希望的空心纖維孔側壁(bore-side)的壓力差。
由R.P.defilippi等人發明的，公開于1970年10月27日的美國專利US3，536，611，涉及一種毛細管薄膜裝置。在該裝置中，一纖維網繞著一個中心分配管編織。喂入流束被引入到在纖維束一端上的纖維孔里，而非滲透流束在纖維束的相對端被回收。滲透流束徑向地流到分配管的軸心，但是沒有措施來產生并流或逆流。
由G.B.Clark發明的，公開于1978年3月4日的美國專利US4，082，296，描述了一種空心纖維滲透器。在該滲透器中，滲透流束從在同一外殼里的兩纖維束中排出。該發明沒有教導滲透流束如何從同一纖維束的兩端排出。此外，僅僅描述了一種徑向類型的流動型。
由D.W.Edwards發明的，公開于1986年11月11日的美國專利US4，622，143，描述了一種三管口滲透器。在該滲透器中，滲透流束從纖維束的兩端排出。然而，它沒有表示關于該組件如何能夠用于并流或逆流流型中的情況。
由H.K.Johnson發明的，公開于1987年11月17日的美國專利US4，707，267，涉及一種由空心纖維束組成的流體分離裝置，該纖維以其每一端固定到一個樹脂管板里。滲透流體通過分離器的每端出口而實現分離的，但是僅表示了一種徑向型流動分布。
由M.Sekino等人發明的，公開于1988年11月1日的美國專利US4，781，834，描述了一種包括有空心纖維束的薄膜分離裝置。空心纖維束的外表面被一種不可滲透膜覆蓋，僅有一小部分未被覆蓋。這種結構產生一種并流或逆流流型。然而，滲透出口僅限制在纖維束的一端。
由M.J.Coplan發明的，公開于1989年9月12日的美國專利US4，865，736，公開了一種空心纖維分離組件。在該分離組件中，一種環形空心纖維束被包圍在不可滲透的阻擋層里，雖然組件能夠在并流或者逆流分布中工作，但僅有纖維束的一端能夠做為滲透流體的出口。
由B.Bikson等人發明的，公開于1989年11月21日的美國專利US4，881，955，描述了一種纏繞的空心纖維筒，其中喂入流體進入在纖維束一端上的一些孔內，而非滲透流體在纖維束的相對端引出。利用這種設計并流和逆流流型都容易實現，但是，這種排列限制了孔側壁喂入流體的流動形狀。
由M.Sekino等人發明的，公開于1981所10月6日的美國專利US4，293，419，描述了一種空心纖維組件。在該組件中，滲透流體在相同壓力保持容器內，從兩纖維束中排出。這種排列限制了滲透流體僅從一個纖維束回收，并且是徑向流動形狀，沒有產生逆流或并流分布的措施。
本發明涉及一種雙端空心纖維束以及一種流體分離裝置(滲透器)，該裝置所包含的雙端空心纖維束被包圍在其內部。所述的裝置可具有總量為三個或四個進出管口，最好是四個進出口，如下所述。該裝置包括一個包圍著環形雙端空心纖維束的外殼。作為使用于整個說明書的術語“雙端空心纖維薄膜筒或束”或其變形都意味著是一空心纖維束，該空心纖維束在兩端處有一管板且在兩端處空心纖維有一些開口孔，以便讓滲透流體排出。一種成螺旋形纏繞的空心纖維薄膜束或筒是優選的纖維束。當滲透器外殼有總數為四個進出管口時，它們是一個流體流進管口，一個非滲透流體排出管口和兩個滲透流體排出管口。當滲透器外殼有總數為三個進出管口時，它們是一個流體流進管口，一個非滲透流體排出管口和兩個滲透流體排出管口。當滲透器外殼有總數為三個進出管口時，它們是一個流體流進管口，一個非滲透流體排出管口和一個滲透流體排出管口。雙端空心纖維薄膜束含有一個中央芯管，繞著其中央芯用一些空心纖維排列為一個圓筒形狀。最好是空心纖維繞著中央芯成螺旋地纏繞。中央芯是一個空心管，它有一些孔眼，這些孔眼最好是沿著處于兩管板之間的中央芯管的縱向長度基本處于中心段上，如下所述。空心纖維薄膜束的外表面被緊密地包圍在一個基本上不可滲透的阻擋層材料里，而阻擋層材料基本上是繞著雙端空心纖維束的整個縱向長度放置的，但相鄰于管板區域內在空心纖維束的兩端處狹窄的未被覆蓋的進口區域除外，以使流體沿著空心纖維束的外表面與空心纖維的外表面接觸流動。空心纖維薄膜束的兩端被密封于管板上，并有一中央芯管穿過其中一個管板，以使流體流束從空心中央芯管流出。空心纖維薄膜束的兩端被切開，使得流體流過其兩端嵌入兩管板的空心纖維的開孔。空心中央芯管有一些孔，它們最好設置在空心纖維束的兩管板之間的中心區域，使得流體在管的空心芯與空心纖維束的外表面之間流動。然而，如圖5所示，這些孔可設置在相鄰于管板的區域處。所裝配的雙端空心纖維薄膜束被設置在壓力外殼里，以便形成本發明的流體分離裝置。由于所構成的雙端纖維束被設置在外殼內，以便圍繞所說纖維束包裹的不可滲透阻擋層的表面周圍和所述的外殼內表面提供一個環形空間，使得流體能夠在其間流動。上述的所有內容在下面將作更詳細的描述。
圖1是根據本發明的雙端流體分離裝置的一個實施例的剖面圖，其中在空心纖維殼層側端輸入喂入流體并且含有逆流結構。
圖1a是沿線A-A所剖的截面圖，以更詳細地說明流孔30的結構形狀。
圖2是根據本發明的雙端流體分離裝置的一個實施例的剖面圖，它表明了一種并流結構。
圖3是圖1的另一實施例的剖面圖，在該實施例中，管板支承件和滲透流體收集結構已進行了改進。
圖4是圖1的另一實施例的剖面圖，在該實施例中，一阻擋層存在于雙端空心纖維束的左右側之間。
圖5是流體分離裝置的一實施例的剖面圖，該裝置包括有根據本發明的雙端空心纖維束，其中在中央芯管上的孔設置在相鄰于兩端部管板的區域內，并且所設置的不可滲透的阻擋層的開始區域位于兩管板之間。
本發明提供一種雙端空心纖維束以及用于流體分離過程的流體分離裝置或滲透器。該流體分離裝置在其外殼上有三個或四個孔口，用于流體束的進入和排出。該流體分離裝置的重要特征是基本上不可滲透的阻擋層的配置，該阻擋層包圍著空心纖維束;和在雙端空心纖維束兩端部的空心纖維的開孔位置。
如所組裝成的流體分離裝置，包括有壓力外殼及設置在其內的環形雙端空心纖維薄膜束或筒，外殼最好是圓筒形的，并且為了輸入和排出流體束，最好有四個孔口。當雙端空心纖維薄膜束是由繞空心中央芯管纏繞的空心纖維產生的并接著使空心纖維的兩端開口的時候，組裝的雙端空心纖維薄膜束流體分離裝置具有如圖1至5所示的四個孔口。如圖1至4所示，空心中央芯管9在兩管板之間基本上其中間部位上設置有一些孔眼，使得在該管的空心芯部和圍繞空心纖維外表面的區域之間的流體流動。第一個孔口用作流體喂入流束的進口，第二個孔口用作非滲透流束的出口，第三個和第四個孔口用作滲透流束的出口。如圖5所示，這些孔眼設置成與兩管板相鄰。
本發明的雙端流體分離裝置實際上能夠完成現有技術的空心纖維薄膜束僅從其一端排出滲透流體的相同分離結果。當采用本發明的雙端纖維束時，由于可獲得較低孔流阻力，能夠有利于構成具有相同特性的較長的纖維束，或是構成呈現較好特性的相同長度的纖維。如圖1至5所示，本發明使得滲透流體能夠在空心纖維薄膜束的兩端排出，而同時分別地保持或是逆流型或是并流型。
本發明的裝置具有在兩端開口的單個筒或纖維束，以便使得滲透流體在兩端排出。盡管是一單個纖維束，但是在非滲透流體被收集于中央芯管9之前，進入圖1，3和4所示筒的喂入流體分成兩個流束;在圖5中，喂入流體成為一單個流束進入。當滲透流束在相同的壓力下被排出時，在這種組件中，筒的兩端基本上在同一階段切斷下操作。應該注意，如果圖1至4中的孔8對于每一側偏移任何顯著的程度，則筒的兩端將不在同一階段切斷下操作。階段切斷(stage cut)被定義為滲透流量與喂入流量的比率。
雙端空心纖維薄膜束有一個中央芯管和空心纖維薄膜，該薄膜繞著芯管成圓形排列，最好是螺旋地纏繞于中央芯的外部，并且有一個基本上是不可滲透的、且最好是柔性的、由一層或多層薄膜組成的阻擋層，緊密地纏繞于空心纖維束暴露的整個縱向長度上，僅在圖1至4中相鄰于管板的纖維束兩端處和在圖5中位于兩管板之間的狹小未被覆蓋部分除外。所述的纖維束兩端被密封在兩個管板內，管板帶有打開一個管板的空心中央芯管，使得流體流入或流出空心中央芯管。管板是被切斷的，并在兩端處的空心纖維的孔是開通的，而且設置的纖維孔與相鄰的腔室相連通。更詳細的內容將在下面作描述。已知，管板可被切斷成一角度或一平面，以暴露或打開空心纖維的口孔。因此，被切斷的管板通常由一個適當的流量分配板支承，其板有時是一個多孔板。設置在纖維束內的芯管是這樣構成和排列的，以致它的內部和滲透器的外殼側壁不與腔室相連通，而該腔室與空心纖維的開口端相連通。在附圖中，芯管表示為連續的并且穿過管板延伸;然而，應能理解到，在由O型環或螺紋所提供的不漏流體的關系中，芯管能夠由一些相互連接的管構成，為了容易安裝，往往這種配置是非常有利的。所稱的術語“暴露出的空心纖維”指的是位于在兩管板內表面之間的空心纖維的整體部分。
中央芯是一個具有開口或孔的空管，使得在空心纖維的外表面和中央芯管的內芯之間的流體流動。這些開口的尺寸和數量取決于筒的尺寸和外殼側壁上氣體流速;這些開口最好設置在兩管板之間沿縱向長度基本上在管的中心段上，如圖1至4所示。這些開口可以成鉆孔的形式，切槽或其他孔眼的形式。這些孔所占有的橫截面區域基本上由所需要的壓力差來決定，且最好保持為可容許的最小橫截面。如圖1至4所示，這些孔最好在兩管板之間基本中間的位置，以確保最佳的流動動態。中央芯管可由任何非滲透材料、金屬、玻璃、木料、塑料、合成層壓材料等等構成。
圍繞雙端空心纖維束設置的一層或多層的基本上是不可滲透的阻擋層必須緊密地與全部雙端纖維束的外部相接觸，實際上整個暴露出的空心纖維長度與阻擋層相接觸。要求緊密接觸是為了防止由流體流束造成的空心纖維薄膜的有效表面區域的溝流或分流。這種結構也可通過模壓或對纖維束的外部進行液體可固化的樹脂沉積來完成，其樹脂有時通過一外殼或編織物作進一步加強。在本發明一個實施例中，不可滲透的阻擋層是一薄的塑料膜，該薄膜繞著纖維束緊密地纏繞并且與纖維束尺寸相符合。
實際上不可滲透的柔性纏繞膜或膜阻擋層可以是任何組合物，例如聚烯烴薄膜或聚偏二氯乙烯薄膜。此外，不可滲透膜可以是施加由無害溶劑所形成的一種不可滲透的涂覆材料。另一方面，不可滲透阻擋層可以是包著纖維束的外表面收縮固定的塑料收縮套管。如果需要的話，在管板形成之前，便可施加不可滲透阻擋層，或者在管板形成之后，將不可滲透阻擋層施加到空心纖維束上。正如所指出的那樣，柔性纏繞膜不覆蓋空心纖維束的整個表面，包圍在管板里的雙端空心纖維束的進口區域表面被保留不覆蓋，以便為流體提供進出口。這些未覆蓋區域的寬度可以是變化的，但是通常是包括兩管板之間的縱向長度的從大約百分之一或較低到最高大約百分之十，最好是大約百分之一到大約百分之五。對于最佳的流動動態性能，間隙應保持最小的尺寸。由于一個非常狹小的間隙能夠減少急劇的壓力差，則最小的尺寸可由最小壓力差確定。
應用于本發明的雙端空心纖維薄膜束流體分離裝置中的空心纖維取決于所進行的特定分離方法。空心纖維制備和其構成是本專業普通技術人員所熟知的。盡管在本文件中大部分論述是有關復合薄膜的，但能使用一種致密壁，多孔的，非對稱的，或者是在所構成的雙端空心纖維薄膜流體分離裝置中的復合薄膜。本發明提供一種滲透器，該滲透器使用一些空心纖維薄膜束，這些薄膜束在空心纖維束的兩端具有開口孔。在使用本發明的滲透器時，在喂入流束和滲透流束之間能夠保持一種逆流或是并流。對于氣體分離的應用，逆流的形式常常是更希望的流動分布。
一個環狀的空心纖維束是通過將各空心纖維以螺旋形式纏繞一空心中央芯管形成的，在每端已形成管板之后，中央芯管被打孔，典型的是在其位置上至少具有一排孔，該位置位于其管的基本中心段上，以使得流體的引出或引入如圖1至4所示，或者這些孔相鄰于管板設置，如圖5所示。然后，纖維束被包圍在不可滲透的阻擋層內，如在本文中所描述的那樣。
用某些方法使空心纖維繞著中央芯軸纏繞，在本領域中是非常容易形成的，其方法和材料可用來形成管板，并且通過對管板切斷的方式來露出空心纖維孔。空心纖維通過在管板里切槽而被切斷。然而，管板能夠通過本領域中已知的技術由所形成的一個平面而被切斷，然后，用一多孔板或其它裝置支承。
已得知，空心纖維能夠以高達20°的角度以及小于這個角度纏繞其中央芯，而仍能保持逆流性質。0°角度被定義為與中央芯管垂直。對于所呈現的逆流性質，通常是希望的，外殼側壁流體不得不對空心纖維以逆流分布方式成切線流動。這樣，意想不到的是空心纖維能夠以與外殼側壁流動方向成一相當大的角度被排列，所具有的逆流性質通過滲透器仍然可被顯示出來。纖維束的纏繞角度一般由在滲透孔側面上所需的壓力差來確定。為了減少沿空心纖維孔流體的壓力差，纖維常常是以45°角和較大角度來纏繞。
可滲透空心纖維的生產和用于生產它們的材料都是已知的。如空心纖維可由I.Cabasso，"Hollow Fiber Membrance"，Kirk-OthmerEnc，of Chem.Tech.12，Third.Ed;492-517(1980)和I.Cabasso，"Membrance"，Enc.of Pol.Sc.Eng.，9，Second Ed，509-579(1987)所描述的生產方法非常容易地生產出來。所述文獻在此可結合參考。已知許多空心纖維具有一些帶通道的孔，以便在空心纖維的外表面與內表面之間存在流體流動。通常這些細孔具有一個大約小于200，000埃的平均橫截面直徑，在一些多孔空心纖維中，平均孔的橫截面直徑大約小于50，000埃或大約10，000埃;在某些情況下，平均孔的橫截面直徑小到大約5至大約200埃。根據預定的使用情況(例如，氣體-氣體，液體-液體，細微過濾結構，超過濾結構等等)，人們選用具有適當孔直徑尺寸的空心纖維。
有利的是空心纖維的壁是足夠的厚，以致不需要特定的裝置來固定它們。空心纖維的外部直徑是能夠改變的，大約從1密耳或更小到大約100密耳或更大，但最好從約2密耳到約80密耳。空心纖維的壁厚能夠從大約0.1密耳變化大約12密耳或更大，但最好為至少約0.2密耳到20密耳。
為了提供一個所希望的流量通過多孔空心纖維，尤其是那些具有至少約2密耳壁厚的空心纖維，具有一相當大空隙容積的纖維是益于使用的。空隙是在空心纖維內的一些區域，它們是空心纖維材料的空位，因此當存在空隙時，空心纖維的密度小于空心纖維散裝材料的密度。空心纖維的空隙容積能高至90%，或是約10%至80%，有時約為20%至70%，所述的空隙容積是基于表面容積，即該容積包括空心纖維內的全部容積，而除去孔的容積。
在許多情況下，空心纖維是呈復合薄膜的形式，該復合薄膜具有一薄膜形成材料，它被施加到多孔空心纖維的表面。這些能夠通過已知的任何生產方法生產出來，例如US4，467，001所表示的，其中施加薄膜形成材料的溶液以便沉積一個達7，000埃的完成的干覆蓋層，最好是約500到2000埃。該覆蓋層粘附于多孔空心纖維的外表面。在某些情況下，粘附作用是通過偶合劑和/或化學處理來促使產生的。
本發明的雙端空心纖維束裝配到一個壓力外殼里，以提供一個新型的流體分離裝置，如圖1至5所示。該流體分離裝置包括的雙端空心纖維束，典型地裝有一個喂入流體的流進管口，一個非滲透流體流出管口，以及兩個滲透流體流出管口。然而，也可提供一種其它的排列，其中滲透流體是從本發明的雙端空心纖維束的兩端排出，然后在雙端空心纖維束流體分離裝置的一端排出。類似這種的排列在本領域中是已知的，例如D.W.Edwards在US4，622，143專利中描述的那樣。
圖1表示了本發明的雙端流體分離裝置1的一個實施例的剖面圖，該裝置包括壓力外殼4、空心纖維薄膜束5、中央芯管9、不可滲透流體的阻擋層3和管板11和12。該圖還表示了第一管口2、第二管口10、第三管口15和第四管口16，還表示了中央芯管9上的孔8、空心纖維薄膜束5的未覆蓋的進口區域6和7、在管板上的空心纖維孔開口13和14，例如呈狹槽或槽口的形式、O型環17和18、螺紋環19、螺紋20、圓柱形塞子21以及環形空間22。
由圖1說明使用該設備的一個典型實施例，流體喂入流束，例如空氣，通過第一管口2進入雙端流體分離裝置1，管口2可設置在壓力外殼4上管板11和12之間某一位置。一個不可滲透流體的阻擋層3(例如，一種薄膜如聚乙烯或聚偏二氯乙烯)迫使流體喂入流束沿雙端流體分離裝置的壓力外殼4與不可滲透流體的阻擋層3之間的環形空間22輸送。流體喂入流束最初進入到與空心纖維薄膜束5的外表面相接觸的進口區域6和7，所說的空心纖維薄膜包括例如一種多孔的聚砜空心纖維的復合薄膜，它具有一個已磺化的聚砜的非常薄的覆蓋層。流體喂入流束沿雙端空心纖維薄膜束5的空心纖維的外表面流動并且通過中央芯管9的孔8引出。中央芯管9穿過管板11延伸出去，使得能夠讓非滲透流體流束在非滲透流體的第二管口10處離開滲透器。滲透流體逆流于喂入流束(非滲透流體)流徑空心纖維孔，并且在空心纖維孔開口13和14處流出空心纖維孔。空心纖維埋在管板11和12內，并在第三和第四管口15和16引出分離器。O型環17和18起著不漏流體的密封作用，用來將分離器的高低壓兩側分開，實質上還使流體喂入流束和非滲透流體束與滲透流體束分開。
如果環形空間22足夠寬到可使流體在環形空間22內自由流動，而不形成任何壓力，則第一管口2不必一定要設置在壓力外殼4的中部來輸入喂入流體，但是第一管口2最好是在中部。
當被加壓的喂入流體在空心纖維束的外殼側壁引入時，壓力作用于每一管板11和12的后部，如果在每個管板的前部沒有平衡力的話，則該壓力傾向于使每個管板產生偏移。為了防止管板可能的偏移，可使用一機械支承件與每一管板的前部相接觸。在圖1中，螺紋環19通過螺紋20與滲透器的壓力外殼4結合(如US4，709，831專利中所描述的)，以頂住圓柱形塞子21和逆流壓力。
流體流束的入口和出口是可以交換的，例如流體喂入流束能夠壓入到管口10里，而非滲透流體束在管口2處排出，滲透流體束在管口15和16處排出，如圖2所示。
圖3和圖4示出了本發明的雙端空心纖維流體分離裝置的另外的結構。在該結構中，中央芯管9上的孔8和進口區域6和7設置在類似于圖1和圖2所示的位置處。
在圖3所示的組件中，空心纖維薄膜束5通過不同于圖1所示的方式安裝在壓力外殼內。在圖3中，有一個滲透的保護板24借助于一個密封墊板25、一些螺柱26和螺栓27給固定住。O型環28和32形成一個不可滲透的密封件，用于圓柱形塞子21上，而O型環31和32形成一不可滲透的密封件，用于端部塞子29上。
在圖3所示的實施例中，空心纖維薄膜束5兩端上的管板11和12被表示為切斷的平面，并且空心纖維的兩端顯露在管板11、12的端面13、14處。端部塞子29在它的周緣處支承著管板11，使得可滲透的氣體通過第三管口15為回收而收集起來。
在圖4所示的組件中，空心纖維薄膜束5通過設置在纖維薄膜束中間位置附近上的阻擋層23作了改進。內含阻擋層23能夠用來在排出孔8附近減小外殼側壁流體的混合。在空心纖維束中的阻擋層23的結構對于本專業的普通技術人員來說是已知的，并且是可以形成的，例如在纏繞期間在所要求的位置上沉積一種聚合物。該聚合物能夠在某一溫度呈加熱的熱固性流體聚合物的形式，該溫度對于空心纖維結構不會有不利的影響，或是呈可固化的聚合物組份的形式，其后它被處理為硬化的，并形成固體的阻擋層23，例如環氧樹脂。
在圖5所示的實施例中，空心纖維束5用不可滲透的阻擋層3覆蓋，僅僅除了進口區域7狹小部分被暴露，其進口區域7設置在兩管板11和12之間的中間位置處，并且中央芯管9上的孔8靠近兩終端管板11和12設置。不可滲透的阻擋層3可以是一薄的塑料片材，如聚乙烯膜或是一強化環氧復合材料，如果高流體流動速率通過纖維束產生一顯著的壓力差，則優選使用強化環氧復合材料。流體流入到進口10，沿中央芯管9的長度輸送，并且通過孔8流入到纖維薄膜束基體5。對沿中央芯管9流動的阻力應足夠的小，以致進入到空心纖維薄膜束5的流體的流量被相同地分配通過兩組孔8。滲透流體流過空心纖維的孔，并且在空心纖維孔開口13和14處流出空心纖維孔，然后通過管口15和16引出滲透器。不可滲透纖維的流體通過纖維束出口區域7流出纖維束，然后通過不滲透的管口2。圖5中所表示的流型對于非滲透流動來說，相對于滲透的流動是逆流的。然而，喂入流體和非滲透流體流束的進口和出口是可以交換的，以便提供并流分布。
本發明的雙端空心纖維流體分離束和分離器裝置，可用于從其流體混合物中分離和濃縮第一組分，并帶有至少所述混合物的一個另外組分，或兩種或兩種以上液體或氣體混合物的脫水混合物。用本發明的纖維束和分離裝置分離的典型的多組分流體混合物能夠提到的有He/N2，空氣，CO2/CH4，He/CH4，O2/N2，H2/CO2/CO/N2，CH4/CO2/H2S，CO/H2，H2/CH4，He/CH4/N2，He/O2/N2，N2/H2，N2/CH4，H2O/O2/N2;還包括本領域中技術人員已知的許多其它混合物，這些混合物能夠通過薄膜滲透技術被分離。
權利要求
1.一種流體分離裝置，它包括一個包圍著一個環形雙端空心纖維薄膜束的外殼，所說的外殼具有一個流體喂入管口、一個非滲透流體管口和至少一個滲透流體的流出管口，所說的雙端空心纖維薄膜束包括(ⅰ)一個中央芯管，該中央芯管在彼此隔開的兩管板之間沿著所述芯管的縱向長度在所述芯管的壁上選定的一些點上打有一些孔，(ⅱ)一個空心纖維束以一個圓柱形環繞所述中央芯管的外部，且纖維的長度基本上是所述外殼的內部長度，每一纖維的兩端埋置在兩管板上并以不漏流體的關系在管板之間延伸并穿過其管板，所述空心纖維的開孔開在所述管板的外表面，(ⅲ)一種基本不可滲透流體薄膜阻擋層包圍著兩管板之間所述的纖維束露出的空心纖維束的整個縱向長度，但選定的未包圍的圓周進口區域除外，以使得在空心纖維的外表面與中央芯管內部之間的流體流動，(ⅳ)兩管板封裝所述纖維束的兩端，且中央芯管穿過或連通過所述的一個管板，使得流體通過此處流過，并且所述的空心纖維薄膜束在外殼和所述空心纖維束的孔側壁之間以不漏流體的關系設置在所述的外殼里。
2.如權利要求1所述的流體分離裝置，其中所述的中央芯管打的孔是設置在彼此間隔的兩管板之間芯管縱向長度的中心段，并且所述的不可滲透的阻擋層包圍著兩管板之間所述的纖維束的整個縱向長度，但基本上鄰近于管板的表面靠近所述纖維束兩端的未被包圍的圓柱形區域除外。
3.如權利要求1所述的流體分離裝置，其中所述的中央芯管所打的孔是設置在靠近所述的纖維束兩端部基本上鄰近兩管板的區域，并且所述的不可滲透的阻擋層包圍著兩管板之間所述纖維束的整個縱向長度，但彼此間隔的兩管板之間的芯管縱向長度的中心段上未包圍的圓柱形區域除外。
4.如權利要求1所述的雙端空心纖維流體分離裝置，其中環狀空心纖維束由空心纖維圍繞一型芯纏繞而形成的。
5.如權利要求4所述的雙端空心纖維流體分離裝置，其中型芯是滲透器的中央芯管。
6.如權利要求1所述的雙端空心纖維流體分離裝置，它還包括設置在封裝構件與抗壓外殼之間的密封件。
7.如權利要求1所述的雙端空心纖維流體分離裝置，它包括在所述的外殼與所述的不可滲透薄膜阻擋層之間的環狀空間。
8.如權利要求1所述的雙端流體分離裝置，其中所述的基本不可滲透阻擋層包括一層或多層塑料薄膜。
9.如權利要求1所述的流體分離裝置，所述的裝置具有一個單個滲透流體出口管口。
10.如權利要求1所述的流體分離裝置，所述的裝置具有兩個滲透流體出口管口。
11.如權利要求2所述的流體分離裝置，所述的裝置具有一個單個滲透流體出口管口。
12.如權利要求3所述的流體分離裝置，所述的裝置具有一個單個滲透流體出口管口。
13.如權利要求2所述的流體分離裝置，所述的裝置具有兩個滲透流體出口管口。
14.如權利要求3所述的流體分離裝置，所述的裝置具有兩個滲透流體出口管口。
15.一種用于從其流體混合物中分離和濃縮第一組分的方法，且所述的混合物至少具有一種其它組分，該方法包括將所述的流體混合物通過一個喂入管口喂入到一個流體分離裝置，通過一個非滲透管口排除非滲透流體，而通過滲透回收管口回收所述的第一組分，所述的流體分離裝置包括一個包圍于一環狀雙端空心纖維薄膜束的外殼，該外殼具有一個流體喂入管口，一個非滲透流體管口，以及至少一個滲透流體出口管口，所述的雙端空心纖維薄膜束包括(ⅰ)一個中央芯管，該中央芯管在彼此隔開的兩管板之間沿所述芯管的縱向長度在所述的芯管的壁所選定的一些點上打有一些孔，(ⅱ)一個空心纖維束以圓柱形環繞所述中央芯管的外部且空心纖維的長度基本是所述外殼的內部長度，每一纖維的兩端埋置在兩管板上并以不漏流體的關系在兩管板之間延伸，并穿過其管板，空心纖維的開孔開在所述管板的外表面，(ⅲ)一種基本上不可滲透流體薄膜阻擋層包圍著兩管板之間所述的纖維束露出的空心纖維的整個縱向長度，但選定的未包圍的圓周進口區域除外，以使得在空心纖維的外表面與中央芯管的內表面之間的流體流動，(ⅳ)兩管板封裝所述纖維束的兩端，且中央芯管穿過或連通所述的一個管板，使得流體通過此處流過，并且所述的空心纖維薄膜束在外殼和所述空心纖維束的孔側壁之間以不漏流體的關系設置在所述的外殼里。
16.如權利要求15所述的方法，其中所述的中央芯管所打的孔是設置在彼此間隔的兩管板之間的芯管縱向長度的中心段，并且所述的不可滲透的阻擋層包圍著兩管板之間所述的纖維束的整個縱向長度，但基本上鄰近于管板的表面靠近所述纖維束兩端的未被包圍的圓柱形區域除外。
17.如權利要求15所述的方法，其中所述的中央芯管所打的孔是設置在靠近所述的纖維束兩端部基本上鄰近兩管板的區域，并且所述的不可滲透的阻擋層包圍著兩管板之間所述的纖維束的整個縱向長度，但彼此間隔的兩管板之間的芯管縱向長度的中心段上未被包圍的圓柱形區域除外。
18.如權利要求15所述的方法，其中所述的流體分離裝置具有一單個滲透流體出口管口。
19.如權利要求15所述的方法，其中所述的流體分離裝置具有兩個滲透流體出口管口。
20.如權利要求16所述的方法，其中所述的流體分離裝置具有一單個滲透流體出口管口。
21.如權利要求17所述的方法，其中所述的流體分離裝置具有一單個滲透流體出口管口。
22.如權利要求16所述的方法，其中所述的流體分離裝置具有兩滲透流體出口管口。
23.如權利要求17所述的方法，其中所述的流體分離裝置具有兩個滲透流體出口管口。
24.如權利要求15所述的方法，其中所述的第一組份是氧氣。
25.如權利要求15所述的方法，其中所述的第一組份是氫氣。
26.如權利要求15所述的方法，其中所述的流體混合物包括氧氣和氮氣。
27.如權利要求15所述的方法，其中所述的流體混合物是空氣。
28.一種環狀雙端空心纖維束，包括許多半滲透性的空心纖維，這些空心纖維繞著一中央芯管排列成一個圓柱形，而所述空心纖維的兩端以不漏流體的關系埋置于并且穿過端部兩管板，所述空心纖維的孔開在所述端部兩管板的兩外部端處，所述的中央芯管穿過或連通所述兩管板中的一個，以使得流體通過此處流過，所述的中央芯管在彼此間隔的兩管板之間縱向長度的中心段上具有一些孔眼，以使得流體在此流過，所述空心纖維束的外表面由一薄膜阻擋層覆蓋，該阻擋層為流體不可滲透的，所述的阻擋層包圍著兩管板之間纖維束的整個縱向長度，但基本上鄰近于管板的表面靠近所述纖維束兩端的未被包圍的圓柱形區域除外，以提供流體在此流過的通路。
29.如權利要求12所述的環狀雙端空心纖維束，其中所述的薄膜阻擋層包圍著兩管板之間纖維束的整個縱向長度，但介于所述纖維束的兩端部管板之間中間的未被包圍的圓柱形入口區域除外，并且所述的中央芯管具有的所述孔眼設置在鄰近于兩端部的管板處。
全文摘要
一種環狀雙端空心纖維束，一種流體分離裝置包括該環狀雙端空心纖維束，該空心纖維束具有開在空心纖維兩端上的孔。空心纖維埋置在兩管板里。該兩管板封裝在一外殼內。該外殼具有許多管口，其中有一個流體進入管口，一個非滲透流體出口管口以及至少一個滲透流體出口管口。其中所述的雙端空心纖維束被包圍在一個基本上不可滲透流體的薄膜阻擋層內，但設置在兩管板之間選定區域內的進口區除外，并且還包括用于分離流體混合物的方法。
文檔編號B01D53/22GK1072108SQ9211247
公開日1993年5月19日 申請日期1992年9月30日 優先權日1991年11月5日
發明者B·比克森, S·吉格里亞 申請人:普拉塞爾技術有限公司