專利名稱：一種耦合式膜蒸餾組件裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分離裝置，具體涉及膜蒸餾組件裝置及方法。
背景技術(shù)：
膜蒸懼(Membrane Distillation以下簡稱MD)技術(shù),兼具了蒸懼法和膜法的優(yōu)點，是一種在脫鹽、濃縮、結(jié)晶、分離、水處理等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景的技術(shù)。由于相變的原因MD被認(rèn)為是一種熱耗較高的技術(shù)，在具備廢熱或廉價熱源的條件下具有成本優(yōu)勢。為提高M(jìn)D熱利用效率，本發(fā)明研制出了一種兼具高效熱量回收功能的 膜蒸餾組件裝置及方法，能夠顯著降低MD水處理過程中的熱耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠顯著提高熱利用效率的膜蒸餾組件裝置及方法。本發(fā)明的技術(shù)方案包括膜蒸發(fā)和熱量回收兩個部分。如圖I所示，膜蒸餾組件裝置的核心部分是由一個及一個以上并列排放的組件單元組組成的，其特征在于組件單元組是由一個及一個以上并列排放的組件單元組成的，組件單元是由膜分離功能層相對應(yīng)且平行排放的兩片疏水性平板微孔膜組成的膜蒸發(fā)單元和由兩個及兩個以上平行排列的換熱中空纖維層組成的熱回收單元共同構(gòu)成的。在圖I所示的組件單元內(nèi)，多個換熱中空纖維層分別平行排列于膜蒸發(fā)單元的兩側(cè)。所述換熱中空纖維層是由多個換熱中空纖維平行排列而成的。所述組件單元內(nèi)平板膜之間、中空纖維層之間、平板膜與中空纖維層之間襯以網(wǎng)狀支撐層；所述網(wǎng)狀支撐層內(nèi)含有液體流道，且具有良好的耐溫性及耐腐蝕性能。在組件單元的兩端，換熱中空纖維之間及其與疏水性平板微孔膜之間是密封的；組件單元內(nèi)兩側(cè)相鄰的疏水性平板微孔膜之間是密封的，形成密閉的液體通道。所述的組件單元內(nèi)熱回收單元的換熱中空纖維層的排列方式不僅限于圖I所示結(jié)構(gòu)，可為多種形式，其中之一如圖2所示組件單元內(nèi)熱回收單元的多個換熱中空纖維層平行排列于膜蒸發(fā)單元的同一側(cè)面。所述的膜蒸餾組件裝置，其結(jié)構(gòu)特征可表述于在組件裝置第一級組件單元組內(nèi)所有并列的膜蒸發(fā)單元的同側(cè)端口處設(shè)總料液進(jìn)口，其中每個組件單元的膜蒸發(fā)單元另一端的料液出口與其同側(cè)的換熱中空纖維相連通，而換熱中空纖維的總料液出口與其同側(cè)第二級組件單元組的膜蒸發(fā)單元的料液進(jìn)口相連通，該組件單元組所屬組件單元的膜蒸發(fā)單元的料液出口與其同側(cè)的換熱中空纖維相連通；以此類推，上一級組件單元組換熱中空纖維的料液出口與其下一級組件單元組內(nèi)膜蒸發(fā)單元的料液進(jìn)口相連通，每一級組件單元組內(nèi)組件單元的膜蒸發(fā)單元的料液出口都與其同側(cè)的換熱中空纖維相連通；直到最后一級組件單元組，其換熱中空纖維的料液出口作為組件裝置的最終料液出口。所述的組件裝置還包括設(shè)置于組件槽體上位于換熱中空纖維下側(cè)的冷凝液排放口；不同的冷凝液排放口與一個冷凝液排放管道相連接。一種利用上述組件裝置的膜蒸餾方法，其特征在于包括以下過程經(jīng)過預(yù)處理的料液被加熱裝置加熱至50-100°C后通過組件裝置的料液進(jìn)口輸入到組件裝置內(nèi)，料液在流過疏水性平板微孔膜表面的過程中蒸發(fā)產(chǎn)生蒸氣，蒸氣通過膜孔到達(dá)相鄰的換熱中空纖維層，在此與換熱中空纖維內(nèi)流動的更低溫度的料液進(jìn)行熱交換，料液被加熱至更高的溫度，同時蒸氣被冷凝為液體，冷凝液從下側(cè)的冷凝液排放口排出。料液在流經(jīng)疏水性平板微孔膜表面的過程中由于液體的蒸發(fā)，其溫度呈下降趨勢，同時沿料液流動方向蒸氣的溫度也呈下降趨勢，在膜蒸發(fā)單元的料液出口處料液溫度和蒸氣溫度都達(dá)到了最低；低溫料液從膜蒸發(fā)單元的料液出口進(jìn)入相鄰的換熱中空纖維，與膜蒸發(fā)單元內(nèi)的料液形成逆流，在換熱中空纖維內(nèi)料液不斷被從平板微孔膜內(nèi)釋出的蒸氣所加熱提升至更高的溫度，從換熱中空纖維內(nèi)流出的具有較高溫度的料液再次進(jìn)入下一級組件單元組，進(jìn)行著同樣的蒸發(fā)、冷凝、加熱的過程。 從最后一級組件單元組內(nèi)排出的具有較高濃度的料液，可根據(jù)需要再次被加熱后循環(huán)進(jìn)入組件裝置進(jìn)一步蒸發(fā)、濃縮。從組件裝置下側(cè)冷凝液排放口排出的冷凝液和少量低溫蒸氣可通過換熱裝置與補(bǔ)充料液、冷卻液進(jìn)行換熱以回收更多的熱量和獲得更多的冷凝液。在組件裝置運(yùn)行過程中，真空裝置可與組件裝置冷凝液排放口處的換熱裝置相連接，使組件裝置內(nèi)產(chǎn)生一定的負(fù)壓以提高膜蒸餾效率。根據(jù)規(guī)模要求，可通過增加組件裝置內(nèi)組件單元組及組件單元的數(shù)量以及組件單元內(nèi)膜面積和換熱中空纖維的面積來提高單位組件裝置的料液處理量，通過并聯(lián)多套組件裝置實現(xiàn)較大規(guī)模的料液處理。由此可知在本發(fā)明的組件裝置內(nèi)同時進(jìn)行著膜蒸餾和熱量回收的過程，具有蒸發(fā)效率和熱回收率高、節(jié)能、設(shè)備集成化程度高、操作成本低等優(yōu)點。


圖I是組件裝置示意圖1、組件單元(組)，2、組件外殼，3、組件端封，4、網(wǎng)狀支撐層，5、換熱中空纖維，6、疏水性平板微孔膜，7、冷凝液排放口，8、料液進(jìn)口，9、料液出口，10、冷凝液排放管道。圖2是另一種不同結(jié)構(gòu)形式的組件裝置示意圖結(jié)構(gòu)標(biāo)識與圖I相同。
具體實施例方式如圖1、2所示，經(jīng)過預(yù)處理和加熱至預(yù)設(shè)溫度的原料液通過料液進(jìn)口(8)輸入到組件裝置系統(tǒng)的第一級組件單元(I)組，料液在流過疏水性平板微孔膜(6)表面的過程中蒸發(fā)產(chǎn)生蒸氣，蒸氣通過膜孔到達(dá)相鄰的換熱中空纖維(5)層，在此與換熱中空纖維內(nèi)流動的更低溫度的料液熱交換，料液被加熱至更高的溫度，同時蒸氣被冷凝為液體，冷凝液從下側(cè)的冷凝液排放口(7)排出。料液在流經(jīng)疏水性平板微孔膜(6)表面的過程中由于液體的蒸發(fā)，其溫度呈下降趨勢，同時沿料液流動方向蒸氣的溫度也呈下降趨勢；低溫料液從膜蒸發(fā)單元進(jìn)入相鄰的換熱中空纖維(5)，與膜蒸發(fā)單元內(nèi)的料液形成逆流，在換熱中空纖維(5)內(nèi)料液不斷被從平板微孔膜￠)內(nèi)釋出的蒸氣所加熱提升至更高的溫度，從換熱中空纖維(5)內(nèi)流出的具有較高溫度的料液再次進(jìn)入下一級組件單元(I)組，進(jìn)行著同樣的蒸發(fā)、冷凝、加熱的過程。從最后一級組件單元(I)組內(nèi)流出的濃縮料液從料液出口(9)排出組件裝置系統(tǒng)，根據(jù)需要也可將濃縮料液再次加熱后循環(huán)進(jìn)入組件裝置進(jìn)一步蒸發(fā)、濃縮。從組件裝置下側(cè)冷凝液排放口(7)排出的冷凝液和少量低溫蒸氣可通過換熱裝置與補(bǔ)充料液、冷卻液進(jìn)行換熱以回收更多的熱量和獲得更多的冷凝液。在組件裝置運(yùn)行過程中，真空裝置可與組件裝置冷凝液排放口處的換熱裝置相連接，使組件裝置內(nèi)產(chǎn)生一定的負(fù)壓以提高膜蒸餾效率。根據(jù)規(guī)模要求，可通過增加組件裝置內(nèi)組件單元組及組件單元(I)的數(shù)量以及組 件單元內(nèi)膜(6)面積和換熱中空纖維(5)的面積來提高單位組件裝置的料液處理量，通過并聯(lián)多套組件裝置實現(xiàn)較大規(guī)模的料液處理。實施例I 物料液海水；預(yù)處理沉淀、沙濾、微濾組件單元組數(shù)量5個組件裝置形式如圖I所示物料液進(jìn)口溫度90°C結(jié)果產(chǎn)品為蒸餾水、14%含鹽濃海水，熱回收利用率92%。實施例2物料液含硫酸工業(yè)廢水；預(yù)處理沉淀、過濾組件單元組數(shù)量3個組件裝置形式如圖I所；物料液進(jìn)口溫度83 °C結(jié)果產(chǎn)品為蒸餾水、35%濃硫酸水溶液，熱回收利用率87%。實施例3物料液含硫酸鈉的工業(yè)廢水；預(yù)處理沉淀、過濾組件單元總數(shù)量6個組件裝置形式如圖2所示物料液進(jìn)口溫度85°C結(jié)果產(chǎn)品為蒸餾水、22%硫酸鈉水溶液，熱回收利用率94%。實施例4物料液有機(jī)合成廢水(含無機(jī)鹽、有機(jī)酸鹽及部分其它有機(jī)化合物);預(yù)處理沉淀、過濾、樹脂吸附組件單元組數(shù)量4個
組件裝置形式如圖2所示物料液進(jìn)口溫度95°C結(jié)果產(chǎn)品為蒸餾水(COD < 30mg/L)、固體鹽、濃縮液，熱回收利用率90%。
權(quán)利要求
1.一種膜蒸餾組件裝置，是由一個及一個以上并列排放的組件單元組組成的，其特征在于組件單元組是由一個及一個以上并列排放的組件單元組成的，組件單元是由膜分離功能層相對應(yīng)且平行排放的兩片疏水性平板微孔膜組成的膜蒸發(fā)單元和由兩個及兩個以上平行排列的換熱中空纖維層組成的熱回收單元共同構(gòu)成的。
2.按照權(quán)利要求I的膜蒸餾組件裝置，其特征在于所述的換熱中空纖維層是由多個換熱中空纖維平行排列而成的。
3.按照權(quán)利要求I的膜蒸餾組件裝置，其特征在于所述的組件單元內(nèi)，換熱中空纖維層分別平行排列于膜蒸發(fā)單元的兩側(cè)。
4.按照權(quán)利要求I的膜蒸餾組件裝置，其特征在于所述的組件單元內(nèi)換熱中空纖維層的排列方式也可描述為組件單元內(nèi)換熱中空纖維層平行排列于膜蒸發(fā)單元的同一側(cè)面。
5.按照權(quán)利要求I的膜蒸餾組件裝置，其特征在于所述的組件單元內(nèi)疏水性平板微孔膜之間、換熱中空纖維層之間、疏水性平板微孔膜與換熱中空纖維層之間襯以網(wǎng)狀支撐層。
6.按照權(quán)利要求5的膜蒸餾組件裝置，其特征在于所述的網(wǎng)狀支撐層內(nèi)含有液體流道，且具有良好的耐溫性及耐腐蝕性能。
7.按照權(quán)利要求I的膜蒸餾組件裝置，其特征在于所述組件單元兩端的換熱中空纖維之間及其與疏水性平板微孔膜之間是密封的；組件單元內(nèi)兩側(cè)相鄰的疏水性平板微孔膜之間是密封的，形成密閉的液體通道。
8.按照權(quán)利要求I的膜蒸餾組件裝置，其特征在于在組件裝置第一級組件單元組內(nèi)所有并列的膜蒸發(fā)單元的同側(cè)端口處設(shè)總料液進(jìn)口，其中每個組件單元的膜蒸發(fā)單元另一端的料液出口與其同側(cè)的換熱中空纖維相連通，而換熱中空纖維的總料液出口與其同側(cè)第二級組件單元組的膜蒸發(fā)單元的料液進(jìn)口相連通，該組件單元組所屬組件單元的膜蒸發(fā)單元的料液出口與其同側(cè)的換熱中空纖維相連通；以此類推，上一級組件單元組換熱中空纖維的料液出口與其下一級組件單元組內(nèi)膜蒸發(fā)單元的料液進(jìn)口相連通，每一級組件單元組內(nèi)組件單元的膜蒸發(fā)單元的料液出口都與其同側(cè)的換熱中空纖維相連通；直到最后一級組件單元組，其換熱中空纖維的料液出口作為組件裝置的最終料液出口。
9.按照權(quán)利要求I的膜蒸餾組件裝置，其特征在于所述的膜蒸餾組件裝置還包括設(shè)置于組件槽體上位于換熱中空纖維下側(cè)的冷凝液排放口、以及與冷凝液排放口相連接的冷凝液排放管道。
10.一種利用如權(quán)利要求I所述膜蒸餾組件裝置的方法，其特征在于包括以下過程 經(jīng)過預(yù)處理的料液被加熱裝置加熱至50-100°C后通過組件裝置的料液進(jìn)口輸入到膜蒸餾組件裝置內(nèi)，料液在流過疏水性平板微孔膜表面的過程中蒸發(fā)產(chǎn)生蒸氣，蒸氣通過膜孔到達(dá)相鄰的換熱中空纖維層，在此與換熱中空纖維內(nèi)流動的更低溫度的料液進(jìn)行熱交換，料液被加熱至更高的溫度，同時蒸氣被冷凝為液體，冷凝液從下側(cè)的冷凝液排放口排出； 料液在流經(jīng)疏水性平板微孔膜表面的過程中由于液體的蒸發(fā)，其溫度呈下降趨勢，同時沿料液流動方向蒸氣的溫度也呈下降趨勢，在膜蒸發(fā)單元的料液出口處料液溫度和蒸氣溫度都達(dá)到了最低值；低溫料液從膜蒸發(fā)單元的料液出口進(jìn)入相鄰的換熱中空纖維，與膜蒸發(fā)單元內(nèi)的料液形成逆流，在換熱中空纖維內(nèi)料液不斷被從疏水性平板微孔膜內(nèi)釋出的蒸氣所加熱提升至更高的溫度，從換熱中空纖維內(nèi)流出的具有較高溫度的料液再次進(jìn)入下一級組件單元組，進(jìn)行著同樣的蒸發(fā)、冷凝、加熱的過程； 從最后一級組件單元組內(nèi)排出的具有較高濃度的料液，可根據(jù)需要再次被加熱后循環(huán)進(jìn)入膜蒸餾組件裝置進(jìn)一步蒸發(fā)、濃縮； 從膜蒸餾組件裝置 下側(cè)冷凝液排放口排出的冷凝液和少量低溫蒸氣可通過換熱裝置與補(bǔ)充料液、冷卻液進(jìn)行換熱以回收更多的熱量和獲得更多的冷凝液； 在膜蒸餾組件裝置運(yùn)行過程中，減壓裝置可與膜蒸餾組件裝置冷凝液排放口處的換熱裝置相連接，使膜蒸餾組件裝置內(nèi)產(chǎn)生一定的負(fù)壓以提高膜蒸餾效率； 根據(jù)規(guī)模要求，可通過增加膜蒸餾組件裝置內(nèi)組件單元組及組件單元的數(shù)量以及組件單元內(nèi)膜面積和換熱中空纖維的面積來提高單位膜蒸餾組件裝置的料液處理量，通過并聯(lián)多套膜蒸餾組件裝置實現(xiàn)較大規(guī)模的料液處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種集成式膜蒸餾組件裝置及方法，該膜蒸餾組件裝置包括膜蒸發(fā)和熱量回收兩個部分。其核心部分是由一個以及一個以上并列排放的組件單元組成的，所述組件單元是由膜分離功能層相對應(yīng)且平行排放的兩片疏水性平板微孔膜組成的膜蒸發(fā)單元和由兩個及兩個以上平行排列的換熱中空纖維層組成的熱回收單元共同構(gòu)成的。本發(fā)明的組件裝置具有蒸發(fā)效率和熱回收率高、節(jié)能、設(shè)備集成化程度高、操作成本低等優(yōu)點。
文檔編號B01D61/36GK102861512SQ201110189059
公開日2013年1月9日 申請日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者董為毅, 王麗, 位永紅, 叢凱麗 申請人:天津海之凰科技有限公司