[發明專利]中空纖維減壓膜蒸餾膜組件裝置及方法

無效

• 申請號: 200610015712.6
• 申請日: 2006-09-20
• 公開（公告）號: CN101147845A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發明（設計）人: 董為毅;侯愛平
• 申請（專利權）人: 天津海之凰科技有限公司
• 主分類號: B01D61/36
• 分類號: B01D61/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種分離裝置，具體講涉及一種中空纖維減壓膜蒸餾(VMD)分離裝置。

背景技術

膜蒸餾(MD)是一種新型的膜分離技術，有機地集蒸發過程和膜過程于一體。膜蒸餾過程的推動力是膜兩側的蒸氣壓差。膜蒸餾中所用的膜是多孔的和不被料液潤濕的疏水膜，膜的一側是與膜直接接觸的待處理的熱水溶液，由于膜的疏水性，水溶液不會從膜孔中通過，但由于膜兩側揮發性組份蒸氣壓差的存在，使揮發性組份在料液(高溫)側膜表面汽化，蒸氣通過膜孔傳遞到膜的另一側(低蒸氣壓側)并冷凝為液體。根據蒸氣冷凝方式不同，膜蒸餾可分為直接接觸式(DCMD)、氣隙式(AGMD)、減壓式(VMD)和氣掃式(SGMD)四種形式。DCMD是熱料液和冷卻水與膜兩側直接接觸；AGMD是用空氣間隙使膜與冷卻水分開，水蒸氣需要通過一層氣隙到達冷凝板上才能冷凝下來；VMD中，透過膜的水蒸氣被真空泵抽到冷凝器中冷凝；SGMD是利用非凝聚的吹掃氣將水蒸氣帶入冷凝器中冷凝。其中，VMD法能夠獲得最大的膜兩側蒸氣壓差(亦即最大的驅動力)、最小的膜孔內蒸氣傳質阻力和最小的通過膜的傳導熱，因而也最易獲得高的蒸氣通量。圖1簡述了中空纖維減壓膜蒸餾的基本原理，熱物料液(d)流過中空纖維膜壁(b)的外側表面(e)，可揮發組份在物料液—氣相界面(f)上蒸發，蒸氣通過膜孔(a)到達中空纖維的內側，在真空負壓(c)下，蒸氣流入外置的冷凝器中冷凝成液體。即在分離可揮發組份的同時，物料液被進一步濃縮。

MD的特點是在接近常壓下操作的膜蒸餾具有設備簡單、投資少的優點；其次，疏水膜的抗污染能力較強，對原料水溶液的預處理要求相對較簡單；另外MD過程是在較低溫度下進行的，可以利用各種工業廢熱、余熱、太陽能、地熱等低品位的能源，這些無疑使MD技術更具市場競爭力。但是迄今MD尚未得到大規模工業應用，其主要原因包括目前還沒有開發出價格合理的可市場化的高效MD膜組件和與之相適應的膜蒸餾過程與工藝。其中，膜組件內所包含的膜應具有較高的蒸氣通量和具備大規模生產的條件以及合理的價格，雖然在利用較大內徑、厚度和具備較大孔徑和高孔隙率中空纖維膜進行表面復合超薄皮層的方法可制得蒸氣通量高和抗污染性強的MD膜，但其制備工藝復雜、生產成本高的缺點使其難于大規模生產和應用，因此開發蒸氣通量高、生產工藝簡單、價格低和性能優良的MD膜是目前發展的方向；另外，膜組件的結構與設計應能夠最大限度地克服膜兩側溶液的溫度極化效應和濃度極化效應，以及有利于最大限度地發揮膜的優點和產生最高的蒸氣通量；膜蒸餾過程與工藝的設計除保障膜效能的最佳實現和膜過程實用化之外，還應保障項目的實施具備最低的成本和最大的收益(比如：MD的設計要有利于能量的最低消耗等)。本發明就是兼顧了以上三個因素(即：膜、膜組件和應用工藝)，研發出了高效中空纖維VMD膜組件裝置以及與之相應的VMD分離方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種蒸氣通量高、濃縮比例高、脫鹽率高和淡水回收率高(如果應用于脫鹽淡化過程)、成本低、操作簡單、應用范圍廣和能夠大規模應用的中空纖維減壓膜蒸餾(VMD)膜組件裝置。

本發明的另一目的是提供一種中空纖維減壓膜蒸餾分離方法。

以上的設備和方法同樣適用于任何以分離為目的的減壓膜蒸餾工藝過程。

本發明VMD膜組件的設計與制造著重考慮的幾個方面是：(1)中空纖維膜是多孔和非極性的；(2)該中空纖維膜有高的空隙率、適宜的孔徑；(3)較小的厚度和適當的內徑；(4)通過膜組件設計以實現熱物料液相對于中空纖維膜的錯流；(5)通過膜組件設計以保證單位膜組件高的VMD效能。

為實現上述發明目的，本發明提供的中空纖維減壓膜蒸餾(VMD)膜組件裝置A(圖2所示)包括組件外殼以及固定在外殼內的空心多孔管、中空纖維膜；空心多孔管固定在組件的中央，空心多孔管的一端開放而另一端被封堵，空心多孔管上的孔在靠近開放端處最小，且隨著與開放端距離的增加而逐漸增大；中空纖維膜平行均勻地排列在空心多孔管周圍，且中空纖維膜層與外殼內壁之間存在一定間隙，空心多孔管和中空纖維膜的兩端被粘合劑固定在組件外殼內，組件外殼在接近空心多孔管的封堵端設有一個液體的進出口，組件外殼的兩端分別與兩個有氣/液進出口的尾帽相連結，其中一個尾帽有一個氣/液進出口，而另一個尾帽有兩個氣/液進出口，其中的一個口與空心多孔管相連接。