一種并聯(lián)式多效真空膜蒸餾裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種并聯(lián)式多效真空膜蒸餾裝置及方法，屬于膜蒸餾領(lǐng)域。該低能耗裝置包括n級(jí)并聯(lián)的膜蒸餾單元，第一級(jí)料液罐、增壓泵、中空纖維膜組件的管程構(gòu)成第一閉合循環(huán)回路；第二級(jí)至第n級(jí)中的中空纖維膜組件的管程與前級(jí)管殼式換熱器的殼程、本級(jí)料液罐和增壓泵構(gòu)成第二至第n閉合循環(huán)回路。第n級(jí)管殼式換熱器的殼程與冷卻器連通。每一級(jí)中，空纖維膜組件的殼程出口和成品收集罐均與管殼式換熱器的管程進(jìn)口連通，增壓泵與中空纖維膜組件的連接管線上設(shè)有溫度計(jì)。第一級(jí)至第n?1級(jí)中的管殼式換熱器的管程出口與下一級(jí)中空纖維膜組件的殼程出口相連通后再與下一級(jí)管殼式換熱器的管程進(jìn)口相連通，第n級(jí)管殼式換熱器的管程出口與真空泵連接。
【專利說(shuō)明】
一種并聯(lián)式多效真空膜蒸餾裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及膜蒸餾領(lǐng)域，特別涉及一種并聯(lián)式多效真空膜蒸餾裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]真空膜蒸餾技術(shù)是一種新型膜分離技術(shù)，其基于將待分離物質(zhì)的熱料液通過(guò)分離膜的一側(cè)(即熱側(cè))，而在分離膜的另一側(cè)抽真空(即真空側(cè))，從而在分離膜兩側(cè)形成傳遞蒸氣壓差，熱料液中的水在分離膜的一側(cè)汽化后形成蒸氣，蒸氣在該傳遞蒸氣壓差的驅(qū)動(dòng)下將通過(guò)分離膜的膜孔傳遞到分離膜的真空側(cè)，并在真空側(cè)被冷凝成純凈的水，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)料液中水和其他物質(zhì)的分離。其中，上述的分離膜多以板式、卷式、管式、或者中空纖維式膜組件的形式存在。由于真空膜蒸餾以真空系統(tǒng)作為增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)力，其不僅具有其他膜蒸餾技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，而且具有分離效率高，膜通量大等優(yōu)點(diǎn)，在海水淡化、水處理、溶液濃縮、超純水制備等方面具有極大的應(yīng)用前景。基于上述可知，針對(duì)真空膜蒸餾技術(shù)提供一種真空膜蒸餾裝置是十分必要的。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)提供了這樣一種真空膜蒸餾裝置，其包括料液罐、增壓栗、加熱器、計(jì)量栗、溫度計(jì)、中空纖維膜組件、冷凝管、真空栗、淡水收集瓶、低溫恒溫水槽。其中，料液罐、增壓栗、加熱器、計(jì)量栗、溫度計(jì)、中空纖維膜組件的管程順次連通，中空纖維膜組件的殼程、冷凝管的殼程、淡水收集瓶順次連通，同時(shí)，真空栗與冷凝器的殼程和淡水收集瓶之間的連接管線相連通，同時(shí)，冷凝管的管程與低溫恒溫水槽連通。其中，中空纖維膜組件包括管式外殼、沿軸向設(shè)置在管式外殼內(nèi)部的多條疏水性中空纖維膜絲，并且中空纖維膜絲通過(guò)樹(shù)脂固定在所述管式外殼的兩端，同時(shí)，管式外殼的兩端分別設(shè)置有端蓋。其中，端蓋上設(shè)置有與中空纖維膜絲的中心孔相連通的蓋孔，以配合形成中空纖維膜組件的管程，管式外殼靠近兩端的外壁上設(shè)置有與其內(nèi)腔相連通的管孔，以配合形成中空纖維膜組件的殼程。
[0004]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問(wèn)題:
[0005]由于真空膜蒸餾過(guò)程中所需能耗主要是補(bǔ)充水分蒸發(fā)所消耗的料液顯熱，而水的蒸發(fā)潛熱較大，現(xiàn)有技術(shù)采用冷凝水來(lái)冷凝水分蒸發(fā)后得到的蒸氣，需要大量的冷凝水，造成其能耗過(guò)大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明實(shí)施例所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供了一種能夠回收利用水的蒸發(fā)潛熱，有效降低其能耗的并聯(lián)式多效真空膜蒸餾裝置及方法。具體技術(shù)方案如下:
[0007]第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種并聯(lián)式多效真空膜蒸餾裝置，包括料液罐、增壓栗、真空栗、中空纖維膜組件、成品收集罐和溫度計(jì)，進(jìn)一步地，所述裝置還包括管殼式換熱器和冷卻器，并且所述料液罐中設(shè)置有加熱棒；
[0008]—個(gè)所述中空纖維膜組件、一個(gè)所述管殼式換熱器、一個(gè)所述料液罐、一個(gè)所述增壓栗、一個(gè)所述成品收集罐配合構(gòu)成一級(jí)膜蒸餾單元，并且所述膜蒸餾單元并聯(lián)設(shè)置有η級(jí)，其中η大于或者等于2;
[0009]第一級(jí)所述膜蒸餾單元中，所述料液罐、所述增壓栗、所述中空纖維膜組件的管程順次連通，構(gòu)成第一閉合循環(huán)回路;第二級(jí)直至第η級(jí)膜蒸餾單元中的所述中空纖維膜組件的管程與前級(jí)膜蒸餾單元中的所述管殼式換熱器的殼程、本級(jí)膜蒸餾單元中的所述料液罐和所述增壓栗順次連通，構(gòu)成第二至第η閉合循環(huán)回路;并且第η級(jí)所述膜蒸餾單元中的所述管殼式換熱器的殼程進(jìn)口和殼程出口分別與所述冷卻器的出水口和進(jìn)水口連通，以構(gòu)成冷卻循環(huán)回路；
[0010]每一級(jí)所述膜蒸餾單元中的所述中空纖維膜組件的殼程出口與所述管殼式換熱器的管程進(jìn)口相連通;第一級(jí)至第η-1級(jí)膜蒸餾單元中，所述管殼式換熱器的管程出口與下一級(jí)所述膜蒸餾單元中的所述中空纖維膜組件的殼程出口相連通后再與下一級(jí)所述膜蒸餾單元中的所述管殼式換熱器的管程進(jìn)口相連通，并且，第η級(jí)所述膜蒸餾單元中的所述管殼式換熱器的管程出口與所述真空栗連接；
[0011]每一級(jí)所述膜蒸餾單元中，所述管殼式換熱器的管程進(jìn)口還與所述成品收集罐連通，同時(shí)，所述增壓栗與所述中空纖維膜組件的連接管線上設(shè)置有所述溫度計(jì)。
[0012]具體地，作為優(yōu)選，所述裝置還包括過(guò)濾器，所述過(guò)濾器設(shè)置在所述料液罐的進(jìn)料管線上。
[0013]具體地，作為優(yōu)選，所述裝置還包括不凝氣換熱器，所述不凝氣換熱器設(shè)置在第η級(jí)所述膜蒸餾單元中的所述管殼式換熱器的管程出口與所述真空栗之間的連接管線上。
[0014]具體地，作為優(yōu)選，所述裝置還包括真空壓力表，所述真空壓力表設(shè)置在所述不凝氣換熱器與所述真空栗之間的連接管線上。
[0015]具體地，作為優(yōu)選，所述中空纖維膜組件的管程進(jìn)口管線上均設(shè)置有流量計(jì)。
[0016]具體地，作為優(yōu)選，所述冷卻器為水冷器或者空冷器。
[0017]具體地，作為優(yōu)選，所述管殼式換熱器為聚合物換熱器，所述聚合物換熱器包括管式外殼、多條聚合物換熱管、端蓋；
[0018]所述聚合物換熱管呈中空纖維結(jié)構(gòu)，同時(shí)管壁致密無(wú)孔，多條所述聚合物換熱管沿軸向間隔設(shè)置在所述管式外殼內(nèi)部，并通過(guò)固化樹(shù)脂固定在所述管式外殼的兩端；
[0019]所述端蓋可拆卸地固定在所述管式外殼的兩端，并且所述端蓋上設(shè)置有與所述聚合物換熱管的中心通孔相連通的蓋孔，從而配合形成所述聚合物換熱器的管程；
[0020]所述管式外殼靠近兩端的外壁上分別設(shè)置有與所述管式外殼的內(nèi)腔相連通的進(jìn)液管和出液管，從而配合形成所述聚合物換熱器的殼程。
[0021]作為優(yōu)選，所述聚合物換熱管為聚四氟乙烯管，外徑為0.5-0.9mm，內(nèi)徑為0.3-
0.5mm ο
[0022]第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種利用上述的裝置進(jìn)行真空膜蒸餾的方法，所述方法包括:
[0023]每一級(jí)所述膜蒸餾單元中，料液在所述料液罐中加熱至預(yù)定溫度后，通過(guò)所述增壓栗進(jìn)入所述中空纖維膜蒸餾組件中的管程中進(jìn)行分離，得到濃液和蒸氣；
[0024]對(duì)于第一級(jí)所述膜蒸餾單元來(lái)說(shuō)，所述濃液由本級(jí)所述中空纖維膜組件的管程依次進(jìn)入本級(jí)所述料液罐和本級(jí)所述增壓栗，并在所述第一閉合循環(huán)回路中循環(huán);對(duì)于所述第二級(jí)至第η級(jí)膜蒸餾單元來(lái)說(shuō)，所述濃液將由本級(jí)所述中空纖維膜組件的管程進(jìn)入前級(jí)所述管殼式換熱器的殼程，隨后依次進(jìn)入本級(jí)所述料液罐和本級(jí)所述增壓栗，并在所述第二至第η閉合循環(huán)回路中循環(huán)，同時(shí)與前級(jí)所述管殼式換熱器管程中的蒸氣進(jìn)行換熱冷凝；
[0025]所述蒸氣經(jīng)本級(jí)所述中空纖維膜組件的殼程進(jìn)入本級(jí)所述管殼式換熱器的管程與殼程中的來(lái)自下一級(jí)所述中空纖維膜組件的濃液進(jìn)行換熱冷凝，得到冷凝純水并通過(guò)自重力作用流入本級(jí)所述成品收集罐中；同時(shí)，進(jìn)入第η級(jí)所述膜蒸餾單元中所述管殼式換熱器管程中的水蒸汽與殼程中的來(lái)自所述冷卻器中的冷卻水進(jìn)行換熱冷凝，得到冷凝純水并通過(guò)自重力作用流入本級(jí)所述成品收集罐中；
[0026]與此同時(shí)，利用所述真空栗對(duì)各級(jí)所述膜蒸餾單元進(jìn)行真空抽吸，以使來(lái)自所述中空纖維膜組件殼程中的蒸氣進(jìn)入本級(jí)所述管殼式換熱器的管程中。
[0027]進(jìn)一步地，所述方法還包括:當(dāng)所述蒸氣在所述管殼式換熱器中進(jìn)行所述換熱冷凝后產(chǎn)生不凝氣時(shí)，利用所述不凝氣換熱器對(duì)由所述管殼式換熱器的管程出口所排出的所述不凝氣進(jìn)行換熱冷凝。
[0028]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是:
[0029]本發(fā)明實(shí)施例提供的膜蒸餾裝置，通過(guò)使料液在各級(jí)管殼式換熱器中與蒸氣進(jìn)行換熱冷凝，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)蒸氣潛熱的回收，同時(shí)減少了對(duì)料液的熱能供給以及對(duì)蒸氣冷凝的能量供給，如此將有效降低膜蒸餾過(guò)程的能耗，進(jìn)而提高膜蒸餾過(guò)程的熱效率。此外，將料液分離后得到濃液分別在本級(jí)膜蒸餾單元中的中空纖維膜組件中進(jìn)行再循環(huán)，不僅利于上述換熱冷凝過(guò)程的進(jìn)行，還能夠提高料液的分離效果，進(jìn)而提高膜蒸餾過(guò)程的造水比。
【附圖說(shuō)明】
[0030]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0031]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的并聯(lián)式多效真空膜蒸餾裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]附圖標(biāo)記分別表示:
[0033]I 料液罐，
[0034]2 增壓栗，
[0035]3 真空栗，
[0036]4 中空纖維膜組件，
[0037]5 成品收集罐，
[0038]6 溫度計(jì)，
[0039]7 管殼式換熱器，
[0040]8 冷卻器，
[0041]9 加熱棒，
[0042]10 不凝氣換熱器，
[0043]11 真空壓力表。
[0044]需要說(shuō)明的是，圖1中所示的MD表示中空纖維膜組件，HE表示管殼式換熱器，相應(yīng)地，MD1、MD2、以及MDn分別表示第一級(jí)膜蒸餾單元、第二級(jí)膜蒸餾單元以及第η級(jí)膜蒸餾單元中的中空纖維膜組件;ΗΕ1、ΗΕ2、以及HEn分別表示第一級(jí)膜蒸餾單元、第二級(jí)膜蒸餾單元以及第η級(jí)膜蒸餾單元中的管殼式換熱器。第二級(jí)膜蒸餾單元與第η級(jí)膜蒸餾單元之間的虛線表示省略的第3級(jí)直至第η-1級(jí)膜蒸餾單元，它們的排布結(jié)構(gòu)以此類推。
【具體實(shí)施方式】
[0045]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0046]第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種并聯(lián)式多效真空膜蒸餾裝置，如附圖1所示，該裝置包括料液罐1、增壓栗2、真空栗3、中空纖維膜組件4、成品收集罐5和溫度計(jì)6，進(jìn)一步地，該裝置還包括管殼式換熱器7和冷卻器8，并且料液罐I中設(shè)置有加熱棒9。
[0047]其中，一個(gè)中空纖維膜組件4、一個(gè)管殼式換熱器7、一個(gè)料液罐1、一個(gè)增壓栗2、一個(gè)成品收集罐5配合構(gòu)成一級(jí)膜蒸餾單元，并且膜蒸餾單元并聯(lián)設(shè)置有η級(jí)，其中η大于或者等于2。
[0048]第一級(jí)膜蒸餾單元中，料液罐1、增壓栗2、中空纖維膜組件4的管程順次連通，構(gòu)成第一閉合循環(huán)回路;第二級(jí)直至第η級(jí)膜蒸餾單元中的中空纖維膜組件4的管程與前級(jí)膜蒸餾單元中的管殼式換熱器7的殼程、本級(jí)膜蒸餾單元中的料液罐I和增壓栗2順次連通，構(gòu)成第二至第η閉合循環(huán)回路;并且第η級(jí)膜蒸餾單元中的管殼式換熱器7的殼程進(jìn)口和殼程出口分別與冷卻器8的出水口和進(jìn)水口連通，以構(gòu)成冷卻循環(huán)回路。
[0049]每一級(jí)膜蒸餾單元中的中空纖維膜組件4的殼程出口與本級(jí)管殼式換熱器7的管程進(jìn)口相連通;第一級(jí)至第η-1級(jí)膜蒸餾單元中，管殼式換熱器7的管程出口與下一級(jí)膜蒸餾單元中的中空纖維膜組件4的殼程出口相連通后再與下一級(jí)膜蒸餾單元中的管殼式換熱器7的管程進(jìn)口相連通，并且，第η級(jí)膜蒸餾單元中的管殼式換熱器7的管程出口與真空栗3連接。
[0050]每一級(jí)膜蒸餾單元中，管殼式換熱器7的管程進(jìn)口還與成品收集罐5連通，同時(shí)，增壓栗2與中空纖維膜組件4的連接管線上設(shè)置有溫度計(jì)6。
[0051]以下將結(jié)合附圖1以及上述裝置中的各部件對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的并聯(lián)式多效真空膜蒸餾裝置的工作原理給予說(shuō)明:
[0052]在每一級(jí)膜蒸餾單元中，由于料液罐I中設(shè)置有加熱棒9，該加熱棒9將對(duì)該料液罐I中的料液進(jìn)行加熱，使其到達(dá)預(yù)定的溫度。當(dāng)料液由本級(jí)料液罐I中加熱至預(yù)定溫度后，將通過(guò)本級(jí)增壓栗2進(jìn)入本級(jí)中空纖維膜蒸餾組件中的管程中通過(guò)疏水性中空纖維膜絲進(jìn)行分離，得到殘留在中空纖維膜組件4管程中的濃液以及透過(guò)中空纖維膜絲的膜面被蒸發(fā)到中空纖維膜組件4殼程中的蒸氣。
[0053]對(duì)于濃液來(lái)說(shuō)，由于第一級(jí)膜蒸餾單元中的料液罐1、增壓栗2、中空纖維膜組件4的管程順次連通并構(gòu)成第一閉合循環(huán)回路，即第一級(jí)膜蒸餾單元中的濃液將由本級(jí)中空纖維膜組件4的管程出口依次進(jìn)入本級(jí)料液罐1、本級(jí)增壓栗2和本級(jí)中空纖維膜組件4的管程進(jìn)口，在第一閉合循環(huán)回路中循環(huán)。而第二級(jí)直至第η級(jí)膜蒸餾單元中的中空纖維膜組件4的管程與前級(jí)膜蒸餾單元中的管殼式換熱器7的殼程、本級(jí)膜蒸餾單元中的料液罐I和增壓栗2順次連通，構(gòu)成第二閉合循環(huán)回路、……至第η閉合循環(huán)回路，在這些循環(huán)回路中，濃液將由本級(jí)中空纖維膜組件4的管程出口進(jìn)入前級(jí)管殼式換熱器7的殼程與前級(jí)管殼式換熱器7管程中的蒸氣進(jìn)行換熱冷凝，隨后依次進(jìn)入本級(jí)料液罐1、本級(jí)增壓栗2以及本級(jí)中空纖維膜組件4的管程進(jìn)口，即濃液分別在第二閉合循環(huán)回路至第η閉合循環(huán)回路中循環(huán)，并與前級(jí)管殼式換熱器7中的蒸氣進(jìn)行換熱冷凝。
[0054]而對(duì)于蒸氣來(lái)說(shuō)，每一級(jí)膜蒸餾單元中的中空纖維膜組件4所產(chǎn)生的蒸氣將通過(guò)真空栗3的真空抽吸作用經(jīng)本級(jí)中空纖維膜組件4的殼程進(jìn)入本級(jí)管殼式換熱器7的管程，并在該本級(jí)管殼式換熱器7的管程中與其殼程中的來(lái)自前級(jí)中空纖維膜蒸餾組件管程的濃液進(jìn)行換熱冷凝，隨后在該管殼式換熱器7的管程中形成冷凝純水即純水，冷凝純水將通過(guò)自重力作用流入本級(jí)成品收集罐5中。由于第η級(jí)膜蒸餾單元中的管殼式換熱器7的殼程進(jìn)口和殼程出口分別與冷卻器8的出水口和進(jìn)水口連通，以構(gòu)成冷卻循環(huán)回路，所以進(jìn)入第η級(jí)膜蒸餾單元中管殼式換熱器7管程中的水蒸汽與其殼程中的來(lái)自冷卻器8的冷卻水進(jìn)行換熱冷凝，從而得到冷凝純水并通過(guò)自重力作用流入本級(jí)成品收集罐5中。
[0055]此外，需要進(jìn)一步說(shuō)明的是，第一，本發(fā)明實(shí)施例提供的裝置包括η各并聯(lián)設(shè)置的膜蒸餾單元，例如其可以包括2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)、6個(gè)、7個(gè)、8個(gè)等并聯(lián)設(shè)置的膜蒸餾單元，根據(jù)實(shí)際造水需求來(lái)確定η的數(shù)值。
[0056]第二，在本發(fā)明實(shí)施例提供的裝置中，利用真空栗3對(duì)各級(jí)膜蒸餾單元進(jìn)行真空抽吸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)每一級(jí)膜蒸餾單元中的中空纖維膜組件4的殼程抽真空，進(jìn)而為中空纖維膜組件4提供傳遞蒸氣壓差，以將蒸氣從中空纖維膜組中抽吸到同級(jí)的管殼式換熱器7中。其中，對(duì)于各級(jí)膜蒸餾單元來(lái)說(shuō)，真空栗3與各級(jí)管殼式換熱器7的管程出口相連通，具體地，可以采用如下的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)它們之間的連接:作為一種實(shí)施方式，該η級(jí)膜蒸餾單元中的管殼式換熱器7的管程出口串聯(lián)連通后與一個(gè)真空栗3連通，可參見(jiàn)附圖1，即該實(shí)施方式下僅僅使用一個(gè)真空栗3即可。作為另一種實(shí)施方式，每一級(jí)膜蒸餾單元中的管殼式換熱器7的管程出口通過(guò)真空管線與一個(gè)真空栗3直接連通，以上各種連接方式均可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0057]第三，第一級(jí)膜蒸餾單元中循環(huán)的料液將依靠本級(jí)料液罐I上設(shè)置的加熱棒9來(lái)供給熱量，所以對(duì)于第一級(jí)膜蒸餾單元來(lái)說(shuō)，其料液罐I上設(shè)置的加熱棒9用于對(duì)本級(jí)循環(huán)料液進(jìn)行初始加熱以及后續(xù)的熱量補(bǔ)充。而第二級(jí)直至第η級(jí)膜蒸餾單元中循環(huán)的料液由于能夠與前級(jí)管殼式換熱器7管程中的蒸氣進(jìn)行換熱冷凝，其將大量吸收蒸氣的蒸汽潛熱，使其溫度升高，所以，對(duì)于第二級(jí)至第η級(jí)膜蒸餾單元來(lái)說(shuō)，其料液罐I上設(shè)置的加熱棒9僅僅用于對(duì)其料液罐I中的料液給予初始加熱即可，而無(wú)須進(jìn)行后續(xù)熱量補(bǔ)充，有效降低了膜蒸餾過(guò)程的能耗。加熱棒9以及在料液罐I上設(shè)置加熱棒9為本領(lǐng)域所常見(jiàn)的，本發(fā)明實(shí)施例在此并不對(duì)其具體結(jié)構(gòu)作更具體的限定。
[0058]第四，由于僅僅靠蒸氣潛熱來(lái)對(duì)料液進(jìn)行加熱無(wú)法使其達(dá)到理想的進(jìn)料溫度，所以，當(dāng)料液在進(jìn)入第一級(jí)膜蒸餾單元中的中空纖維膜組件4之前，利用料液罐I上的加熱棒9對(duì)其進(jìn)行加熱直至其達(dá)到理想的進(jìn)料溫度，并使用溫度計(jì)6進(jìn)行監(jiān)測(cè)。由于后續(xù)各級(jí)膜蒸餾單元中的加熱棒9優(yōu)選為料液提供初始加熱，所以可優(yōu)選僅僅在第一級(jí)膜蒸餾單元中的中空纖維膜組件4與增壓栗2之間的連接管線上設(shè)置溫度計(jì)6，而無(wú)須在后續(xù)各級(jí)進(jìn)行設(shè)置。
[0059]由上述可知，本發(fā)明實(shí)施例提供的膜蒸餾裝置，通過(guò)使料液在各級(jí)管殼式換熱器7中與蒸氣進(jìn)行換熱冷凝，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)蒸氣潛熱的回收，同時(shí)減少了對(duì)料液的熱能供給以及對(duì)蒸氣冷凝的能量供給，如此將有效降低膜蒸餾過(guò)程的能耗，進(jìn)而提高膜蒸餾過(guò)程的熱效率。此外，將料液分離后得到濃液分別在本級(jí)膜蒸餾單元中的中空纖維膜組件4中進(jìn)行再循環(huán)，不僅利于上述換熱冷凝過(guò)程的進(jìn)行，還能夠提高料液的分離效果，進(jìn)而提高膜蒸餾過(guò)程的造水比。利用該裝置進(jìn)行水處理能在低能耗狀態(tài)下達(dá)到良好的處理效果，對(duì)于自來(lái)水來(lái)說(shuō)，能使其冷凝純水的電導(dǎo)率達(dá)到2ys/cm，使其造水比達(dá)到至少1.7;對(duì)于海水來(lái)說(shuō)，能使其冷凝純水的電導(dǎo)率達(dá)到12ys/cm，使其造水比達(dá)到至少1.6。
[0060]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，上述的熱效率指的是水蒸發(fā)所需的熱量與其和膜的熱傳導(dǎo)所需的熱量之和的比值，上述的造水比指的是該膜蒸餾裝置純水總產(chǎn)量與料液加熱器所消耗的蒸汽量之比。
[0061]在本發(fā)明實(shí)施例提供的裝置中，中空纖維膜組件4和管殼式換熱器7均豎直排列，并且其管程進(jìn)口位于下端，管程出口位于上端。該中空纖維膜組件4為本領(lǐng)域所常見(jiàn)的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過(guò)市購(gòu)得到。舉例來(lái)說(shuō)，其包括管式外殼、沿軸向間隔設(shè)置在管式外殼內(nèi)部的多條疏水性中空纖維膜絲，該多條中空纖維膜絲通過(guò)樹(shù)脂固定在所述管式外殼的兩端，同時(shí)，管式外殼的兩端分別設(shè)置有端蓋。其中，端蓋上設(shè)置有與中空纖維膜絲的中心通孔相連通的蓋孔，以配合形成中空纖維膜組件4的管程，管式外殼靠近端部的外壁上設(shè)置有與其內(nèi)腔相連通的管孔，以配合形成該中空纖維膜組件4的殼程。該中心纖維膜絲為疏水膜，其膜面為疏水多孔結(jié)構(gòu)，其僅僅能使蒸氣通過(guò)，而無(wú)法使料液通過(guò)，如此即可保證其具有較高的分離效果，得到純度較高的冷凝純水。
[0062]作為優(yōu)選，本發(fā)明實(shí)施例提供的裝置還包括過(guò)濾器，該過(guò)濾器設(shè)置在料液罐I的進(jìn)料管線上。通過(guò)設(shè)置上述過(guò)濾器可對(duì)進(jìn)入料液罐I的料液進(jìn)行粗濾預(yù)處理，以除去其中的泥砂、鐵銹、懸浮物等大顆粒組分，以防止它們對(duì)中空纖維膜的膜絲造成污染。舉例來(lái)說(shuō)，該過(guò)濾器可以選用本領(lǐng)域常見(jiàn)的石英砂過(guò)濾器、盤(pán)式過(guò)濾器或者袋式過(guò)濾器。
[0063]進(jìn)一步地，作為優(yōu)選，如附圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的裝置還包括不凝氣換熱器10，該不凝氣換熱器10設(shè)置在第η級(jí)膜蒸餾單元中的管殼式換熱器7的管程出口與真空栗3之間的連接管線上。由于蒸氣在管殼式換熱器7中進(jìn)行換熱冷凝后有可能殘留一部分不凝氣，為了防止其流失，本發(fā)明實(shí)施例在第η級(jí)膜蒸餾單元中管殼式換熱器7的管程出口與真空栗3之間的連接管線上設(shè)置不凝氣換熱器10，以對(duì)不凝氣進(jìn)行再換熱，從而使其完全冷凝成純水，提高純水的造水比。其中，不凝氣換熱器10的結(jié)構(gòu)可以與上述的管殼式換熱器7的結(jié)構(gòu)相同，實(shí)現(xiàn)換熱冷凝效果即可。
[0064]進(jìn)一步地，如附圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的裝置還包括真空壓力表11，真空壓力表11設(shè)置在不凝氣換熱器10與真空栗3之間的連接管線上。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，在不設(shè)置不凝氣換熱器10時(shí)，也可以在真空栗3的上游的連接管線上設(shè)置真空壓力表11，通過(guò)設(shè)置真空壓力表11可對(duì)中空纖維膜組件4的真空抽吸壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而根據(jù)實(shí)際需求對(duì)真空栗3進(jìn)行控制，以在低能耗地狀態(tài)下使膜蒸餾過(guò)程順利進(jìn)行。
[0065]進(jìn)一步地，在本發(fā)明實(shí)施例提供的裝置中，各級(jí)膜蒸餾單元中的中空纖維膜組件4的管程進(jìn)口管線上均設(shè)置有流量計(jì)。通過(guò)在上述連接管線上設(shè)置流量計(jì)，以對(duì)進(jìn)入每一級(jí)膜蒸餾單元中的中空纖維膜組件4的料液流量進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，以檢測(cè)該裝置的膜分離效率。進(jìn)一步地，還可以在每一個(gè)成品收集罐5下方設(shè)置一個(gè)電子天平，通過(guò)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)純水的重量來(lái)檢測(cè)該膜蒸餾裝置的分離效率。并且，需要說(shuō)明的是，根據(jù)膜蒸餾過(guò)程的進(jìn)行，可以對(duì)料液罐I補(bǔ)充料液。
[0066]進(jìn)一步地，在本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)使用冷卻器8來(lái)對(duì)第η級(jí)膜蒸餾單元中的管殼式換熱器7中的蒸汽進(jìn)行冷凝，其中，該冷卻器8可以選自本領(lǐng)域常用的水冷器或者空冷器，來(lái)自外界的冷卻水在其和第η級(jí)管殼式換熱器7中以恒定的溫度循環(huán)，進(jìn)而保證來(lái)自各個(gè)前級(jí)的所有管殼式換熱器7中的不凝氣均被冷凝成冷凝純水，提高造水比。
[0067]在本發(fā)明實(shí)施例中使用管殼式換熱器7進(jìn)行上述換熱冷凝過(guò)程，作為優(yōu)選，為了該管殼式換熱器7優(yōu)選為聚合物換熱器，聚合物換熱器包括管式外殼、多條聚合物換熱管、端蓋。聚合物換熱管呈中空纖維結(jié)構(gòu)，同時(shí)管壁致密無(wú)孔，多條聚合物換熱管沿軸向間隔設(shè)置在管式外殼內(nèi)部，并通過(guò)固化樹(shù)脂固定在管式外殼的兩端;端蓋可拆卸地固定在管式外殼的兩端，并且端蓋上設(shè)置有與聚合物換熱管的中心通孔相連通的蓋孔，從而配合形成聚合物換熱器的管程;管式外殼靠近兩端的外壁上分別設(shè)置有與管式外殼的內(nèi)腔相連通的進(jìn)液管和出液管，從而配合形成聚合物換熱器的殼程。由上述可知，上述聚合物換熱器與的結(jié)構(gòu)類似于中空纖維膜組件4的結(jié)構(gòu)，所不同的是，該聚合物換熱管的管壁是致密無(wú)孔的，從而使蒸氣與管外的料液進(jìn)行充分換熱處理。由于該聚合物換熱器使用了聚合物換熱管，其具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的耐腐蝕性，并且該聚合物換熱器體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，具有較大的有效換熱面積，如此均可提高該裝置的經(jīng)濟(jì)適用性。
[0068]具體地，該聚合物換熱管為聚四氟乙稀管，其外徑為0.5-0.9mm，例如0.55mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm等，內(nèi)徑為0.3-0.5mm，例如0.35mm、0.4mm、0.45mm等。上述結(jié)構(gòu)的聚四氟乙烯管能承受正壓1.6Mpa，負(fù)壓:77Kpa，可在一60°C?+260°C內(nèi)正常使用，具有可靠?jī)?yōu)良的耐腐蝕性。輸送高溫下的強(qiáng)腐蝕性氣、液體等，具有極高的適應(yīng)性。
[0069]此外，對(duì)于中空纖維膜組件4和管殼式換熱器7來(lái)說(shuō)，其管式外殼均優(yōu)選使用透明的硬質(zhì)高強(qiáng)塑料制備得到，并且所使用的固化樹(shù)脂優(yōu)選使用本領(lǐng)域常見(jiàn)的環(huán)氧樹(shù)脂，通過(guò)使用環(huán)氧樹(shù)脂封堵管式外殼的兩端，同時(shí)保證其與中空纖維膜絲和聚合物換熱管的連通性。此外，端蓋與管式外殼之間的連接方式優(yōu)選為螺紋連接，即在端蓋的內(nèi)壁上設(shè)置內(nèi)螺紋，在管式外殼的兩端外壁上設(shè)置與之相適配的外螺紋來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0070]第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了利用上述的膜蒸餾裝置進(jìn)行真空膜蒸餾的方法，該方法包括:
[0071]每一級(jí)膜蒸餾單元中，料液在料液罐I中加熱至預(yù)定溫度例如60_95°C后，通過(guò)增壓栗2進(jìn)入中空纖維膜蒸餾組件中的管程中進(jìn)行分離，得到濃液和蒸氣。
[0072]對(duì)于第一級(jí)膜蒸餾單元來(lái)說(shuō)，濃液由本級(jí)中空纖維膜組件4的管程依次進(jìn)入本級(jí)料液罐I和本級(jí)增壓栗2，并在第一閉合循環(huán)回路中循環(huán);對(duì)于第二級(jí)至第η級(jí)膜蒸餾單元來(lái)說(shuō)，濃液將由本級(jí)中空纖維膜組件4的管程進(jìn)入前級(jí)管殼式換熱器7的殼程，隨后依次進(jìn)入本級(jí)料液罐I和本級(jí)增壓栗2，并在第二至第η閉合循環(huán)回路中循環(huán)，同時(shí)與前級(jí)所述管殼式換熱器7管程中的蒸氣進(jìn)行換熱冷凝。
[0073]蒸氣經(jīng)本級(jí)中空纖維膜組件4的殼程進(jìn)入本級(jí)管殼式換熱器7的管程與殼程中的來(lái)自下一級(jí)中空纖維膜組件4的料液進(jìn)行換熱冷凝，得到冷凝純水并通過(guò)自重力作用流入本級(jí)成品收集罐5中；同時(shí)，進(jìn)入第η級(jí)膜蒸餾單元中管殼式換熱器7管程中的水蒸汽與殼程中的來(lái)自冷卻器8中的冷卻水進(jìn)行換熱冷凝，得到冷凝純水并通過(guò)自重力作用流入本級(jí)成品收集罐5中。
[0074]與此同時(shí)，利用真空栗3對(duì)各級(jí)膜蒸餾單元進(jìn)行真空抽吸，以使來(lái)自中空纖維膜組件4殼程中的蒸氣進(jìn)入本級(jí)管殼式換熱器7的管程中。
[0075]利用本發(fā)明實(shí)施例提供的裝置進(jìn)行的膜蒸餾方法，其同樣實(shí)現(xiàn)了對(duì)蒸氣潛熱的回收，減少了對(duì)料液的熱能供給以及對(duì)蒸氣冷凝的能量供給，有效降低膜蒸餾過(guò)程的能耗，進(jìn)而提高膜蒸餾過(guò)程的熱效率。此外，通過(guò)將濃液分別在本級(jí)膜蒸餾單元中的中空纖維膜組件4中進(jìn)行再循環(huán)，不僅利于上述換熱冷凝過(guò)程的進(jìn)行，還能夠提高料液的分離效果，進(jìn)而提高膜蒸餾過(guò)程的造水比。對(duì)于自來(lái)水來(lái)說(shuō)，能使其冷凝純水的電導(dǎo)率達(dá)到2yS/cm，使其造水比達(dá)到至少1.7;對(duì)于海水來(lái)說(shuō)，能使其冷凝純水的電導(dǎo)率達(dá)到12ys/cm，使其造水比達(dá)到至少1.6。
[0076]進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例提供的方法還包括:當(dāng)蒸氣在管殼式換熱器7中進(jìn)行換熱冷凝后產(chǎn)生不凝氣時(shí)，利用不凝氣換熱器10對(duì)由管殼式換熱器7的管程出口所排出的不凝氣進(jìn)行換熱冷凝，從而對(duì)不凝氣進(jìn)行再換熱，從而使其完全冷凝成純水，提高純水的造水比。
[0077]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種并聯(lián)式多效真空膜蒸餾裝置，包括料液罐(I)、增壓栗(2)、真空栗(3)、中空纖維膜組件(4)、成品收集罐(5)和溫度計(jì)(6)，其特征在于，所述裝置還包括管殼式換熱器(7)和冷卻器(8)，并且所述料液罐(I)中設(shè)置有加熱棒(9); 一個(gè)所述中空纖維膜組件(4)、一個(gè)所述管殼式換熱器(7)、一個(gè)所述料液罐(I)、一個(gè)所述增壓栗(2)、一個(gè)所述成品收集罐(5)配合構(gòu)成一級(jí)膜蒸餾單元，并且所述膜蒸餾單元并聯(lián)設(shè)置有η級(jí)，其中，η大于或者等于2; 第一級(jí)所述膜蒸餾單元中，所述料液罐(I)、所述增壓栗(2)、所述中空纖維膜組件(4)的管程順次連通，構(gòu)成第一閉合循環(huán)回路;第二級(jí)直至第η級(jí)膜蒸餾單元中的所述中空纖維膜組件(4)的管程與前級(jí)膜蒸餾單元中的所述管殼式換熱器(7)的殼程、本級(jí)膜蒸餾單元中的所述料液罐(I)和所述增壓栗(2)順次連通，構(gòu)成第二至第η閉合循環(huán)回路;并且第η級(jí)所述膜蒸餾單元中的所述管殼式換熱器(7)的殼程進(jìn)口和殼程出口分別與所述冷卻器(8)的出水口和進(jìn)水口連通，以構(gòu)成冷卻循環(huán)回路； 每一級(jí)所述膜蒸餾單元中的所述中空纖維膜組件(4)的殼程出口與所述管殼式換熱器(7)的管程進(jìn)口相連通;第一級(jí)至第η-1級(jí)膜蒸餾單元中，所述管殼式換熱器(7)的管程出口與下一級(jí)所述膜蒸餾單元中的所述中空纖維膜組件(4)的殼程出口相連通后再與下一級(jí)所述膜蒸餾單元中的所述管殼式換熱器(7)的管程進(jìn)口相連通，并且，第η級(jí)所述膜蒸餾單元中的所述管殼式換熱器(7)的管程出口與所述真空栗(3)連接； 每一級(jí)所述膜蒸餾單元中，所述管殼式換熱器(7)的管程進(jìn)口還與所述成品收集罐(5)連通，同時(shí)，所述增壓栗(2)與所述中空纖維膜組件(4)的連接管線上設(shè)置有所述溫度計(jì)(6)ο2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括過(guò)濾器，所述過(guò)濾器設(shè)置在所述料液罐(I)的進(jìn)料管線上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括不凝氣換熱器(10)，所述不凝氣換熱器(10)設(shè)置在第η級(jí)所述膜蒸餾單元中的所述管殼式換熱器(7)的管程出口與所述真空栗(3)之間的連接管線上。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括真空壓力表(11)，所述真空壓力表(11)設(shè)置在所述不凝氣換熱器(10)與所述真空栗(3)之間的連接管線上。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述中空纖維膜組件(4)的管程進(jìn)口管線上均設(shè)置有流量計(jì)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述冷卻器(8)為水冷器或者空冷器。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述管殼式換熱器(7)為聚合物換熱器，所述聚合物換熱器包括管式外殼、多條聚合物換熱管、端蓋； 所述聚合物換熱管呈中空纖維結(jié)構(gòu)，同時(shí)管壁致密無(wú)孔，多條所述聚合物換熱管沿軸向間隔設(shè)置在所述管式外殼內(nèi)部，并通過(guò)固化樹(shù)脂固定在所述管式外殼的兩端； 所述端蓋可拆卸地固定在所述管式外殼的兩端，并且所述端蓋上設(shè)置有與所述聚合物換熱管的中心通孔相連通的蓋孔，從而配合形成所述聚合物換熱器的管程； 所述管式外殼靠近兩端的外壁上分別設(shè)置有與所述管式外殼的內(nèi)腔相連通的進(jìn)液管和出液管，從而配合形成所述聚合物換熱器的殼程。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述聚合物換熱管為聚四氟乙烯管，外徑為0.5-0.9mm，內(nèi)徑為0.3-0.5mm。9.一種利用權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的裝置進(jìn)行真空膜蒸餾的方法，其特征在于，所述方法包括: 每一級(jí)所述膜蒸餾單元中，料液在所述料液罐(I)中加熱至預(yù)定溫度后，通過(guò)所述增壓栗(2)進(jìn)入所述中空纖維膜蒸餾組件中的管程中進(jìn)行分離，得到濃液和蒸氣； 對(duì)于第一級(jí)所述膜蒸餾單元來(lái)說(shuō)，所述濃液由本級(jí)所述中空纖維膜組件(4)的管程依次進(jìn)入本級(jí)所述料液罐(I)和本級(jí)所述增壓栗(2)，并在所述第一閉合循環(huán)回路中循環(huán);對(duì)于所述第二級(jí)至第η級(jí)膜蒸餾單元來(lái)說(shuō)，所述濃液將由本級(jí)所述中空纖維膜組件(4)的管程進(jìn)入前級(jí)所述管殼式換熱器(7)的殼程，隨后依次進(jìn)入本級(jí)所述料液罐(I)和本級(jí)所述增壓栗(2)，并在所述第二至第η閉合循環(huán)回路中循環(huán)，同時(shí)與前級(jí)所述管殼式換熱器(7)管程中的蒸氣進(jìn)行換熱冷凝； 所述蒸氣經(jīng)本級(jí)所述中空纖維膜組件(4)的殼程進(jìn)入本級(jí)所述管殼式換熱器(7)的管程與殼程中的來(lái)自下一級(jí)所述中空纖維膜組件(4)的濃液進(jìn)行換熱冷凝，得到冷凝純水并通過(guò)自重力作用流入本級(jí)所述成品收集罐(5)中；同時(shí)，進(jìn)入第η級(jí)所述膜蒸餾單元中所述管殼式換熱器(7)管程中的水蒸汽與殼程中的來(lái)自所述冷卻器(8)中的冷卻水進(jìn)行換熱冷凝，得到冷凝純水并通過(guò)自重力作用流入本級(jí)所述成品收集罐(5)中； 與此同時(shí)，利用所述真空栗(3)對(duì)各級(jí)所述膜蒸餾單元進(jìn)行真空抽吸，以使來(lái)自所述中空纖維膜組件(4)殼程中的蒸氣進(jìn)入本級(jí)所述管殼式換熱器(7)的管程中。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括:當(dāng)所述蒸氣在所述管殼式換熱器(7)中進(jìn)行所述換熱冷凝后產(chǎn)生不凝氣時(shí)，利用所述不凝氣換熱器(10)對(duì)由所述管殼式換熱器(7)的管程出口所排出的所述不凝氣進(jìn)行換熱冷凝。
【文檔編號(hào)】B01D61/58GK106076122SQ201610665784
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月12日 公開(kāi)號(hào)201610665784.9, CN 106076122 A, CN 106076122A, CN 201610665784, CN-A-106076122, CN106076122 A, CN106076122A, CN201610665784, CN201610665784.9
【發(fā)明人】張永剛, 彭躍蓮, 晉彩蘭, 邱浩然
【申請(qǐng)人】北京惠源三達(dá)水處理設(shè)備有限公司