[發(fā)明專(zhuān)利]一種液體蒸發(fā)濃縮設(shè)備與方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710057694.2
• 申請(qǐng)日: 2007-06-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101327407A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂曉龍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01D61/36
• 分類(lèi)號(hào): B01D61/36
• 代理公司: 天津三元專(zhuān)利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 鄭永康

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種膜法液體濃縮處理設(shè)備及處理方法。

背景技術(shù)

膜蒸餾(Membrane?Distillation，MD)在近年來(lái)吸引了世界范圍內(nèi)的關(guān) 注和研究。與常規(guī)的蒸餾(Distillation)過(guò)程相比，MD的操作溫度低，無(wú) 需將溶液加熱至沸騰，而且蒸發(fā)面積大、蒸汽空間小；與其它壓力驅(qū)動(dòng)的膜 分離過(guò)程相比，MD的操作壓力低，脫鹽率高，膜污染少。膜蒸餾過(guò)程是在微 孔疏水膜兩側(cè)的蒸汽壓差的驅(qū)動(dòng)下，水蒸汽從被加熱的原水一側(cè)穿過(guò)疏水膜 后再被冷凝為液態(tài)的分離過(guò)程。由于膜的疏水性，原水以及溶解在其中的非 揮發(fā)性溶質(zhì)無(wú)法穿過(guò)膜孔，因此在膜的孔口處形成汽/液兩相界面。微孔疏水 膜在膜蒸餾過(guò)程中起兩相的支撐屏蔽作用。在膜蒸餾的過(guò)程中，同時(shí)發(fā)生傳 熱與傳質(zhì)兩種過(guò)程，

溫差極化現(xiàn)象也會(huì)同時(shí)產(chǎn)生，從而對(duì)膜蒸餾的過(guò)程產(chǎn)生不利的影響。

目前已經(jīng)發(fā)展出四種不同的膜蒸餾操作方式，包括直接接觸式膜蒸餾 (direct?contact?membrane?distillation，DCMD)，氣隙式膜蒸餾(air?gap membrane?distillation，AGMD)，氣流吹掃式膜蒸餾(sweeping?gas membrane?distillation，SGMD)和真空式膜蒸餾(vacuum?membrane distillation，VMD)。其中DCMD法是將透過(guò)多孔膜的水蒸氣在冷側(cè)直接進(jìn)入 純水進(jìn)行冷凝，因此冷凝過(guò)程集成于膜組件以?xún)?nèi)，操作相對(duì)簡(jiǎn)單，被廣泛的 研究和采納。然而與其它操作方式相比，由于直接接觸而導(dǎo)致的更多的熱量 損失和較為嚴(yán)重的溫差極化是該方法不容忽視的影響因素。VMD法則是在透過(guò) 側(cè)施加一個(gè)負(fù)壓，將透過(guò)多孔膜的水蒸汽抽出到膜組件以外的冷凝器內(nèi)進(jìn)行 冷凝液化。此過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)是熱量損失比其它三種膜蒸餾操作方法都小，蒸餾 通量較高，值得進(jìn)一步研究以充分利用該方法的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，保證施加的負(fù) 壓低于液體進(jìn)入膜孔的壓力(liquid?entry?pressure，LEP)以防止膜孔濕 化是VMD運(yùn)行中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。目前為止，將VMD方法應(yīng)用于從水體 中去除揮發(fā)性溶質(zhì)，從含鹽水脫鹽制備超純水，以及溶液的濃縮等的研究工 作已經(jīng)在世界范圍內(nèi)展開(kāi)。在這些研究中，各種操作條件和工藝參數(shù)如進(jìn)水 溫度與濃度、熱側(cè)水體循環(huán)流速、和蒸汽壓差等對(duì)VMD蒸汽通量的影響已經(jīng) 被一定程度的討論。此外，VMD過(guò)程的傳熱與傳質(zhì)機(jī)理也被進(jìn)一步的探討。

MD技術(shù)具有操作壓力低，接近100％的非揮發(fā)性物質(zhì)脫除率和在良好操 作條件下與高的產(chǎn)水通量，顯示了它作為RO技術(shù)的替代(大規(guī)模純水制備)或 補(bǔ)充技術(shù)(如用于船舶飲用水等)的應(yīng)用潛力，可以用于海水淡化與濃縮制鹽、 工業(yè)循環(huán)水凈化于減少污水排放、發(fā)酵液中氨基酸等產(chǎn)物濃縮結(jié)晶以及藥物 純化分離等方面。在降低投資和運(yùn)行費(fèi)用，提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面，可望取得 顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

膜蒸餾技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)水處理的一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在于它不僅可以在 膜的透過(guò)側(cè)產(chǎn)生純水，而且在濃水側(cè)可以產(chǎn)生含鹽量很高甚至接近飽和的高 度濃縮水，高度濃縮的污水則可進(jìn)一步采用化學(xué)絮凝等其他物化方法進(jìn)行處 理，從而大大減少污水的排放量。通過(guò)從大量的循環(huán)水系統(tǒng)中濃縮提取小體 積的污染物，實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)水整體水質(zhì)的潔凈程度控制，不同于常規(guī)處理方法 是從水中獲取凈化水作循環(huán)水補(bǔ)水，因此可以大量減少殺菌劑和阻垢劑的投 加，同時(shí)減少污水的排放，減少補(bǔ)給水量。

用于海水淡化時(shí)，在得到99.99％脫鹽率的淡水同時(shí)，還可望直接利用濃 海水制鹽。另外，膜蒸餾過(guò)程在實(shí)際運(yùn)行中可以利用其它熱源如地?zé)帷厝? 太陽(yáng)能等和低品廢熱如工廠余熱等，進(jìn)一步顯示了其更加廣泛的應(yīng)用前景。

目前的VMD過(guò)程在實(shí)際應(yīng)用中存在幾個(gè)問(wèn)題：其一，大多數(shù)VMD過(guò)程采 用熱水從柱式膜組件的中空纖維內(nèi)側(cè)流動(dòng)的方法，當(dāng)中空纖維膜內(nèi)徑較小時(shí)， 濃水中的懸浮雜質(zhì)和無(wú)機(jī)垢容易堵塞中空纖維膜流道，當(dāng)中空纖維膜內(nèi)徑較 大時(shí)，單位體積膜組件內(nèi)裝填的膜面積減小，中空纖維膜強(qiáng)度減弱。其二， VMD過(guò)程采用熱水從柱式膜組件的中空纖維外側(cè)流動(dòng)的方法時(shí)，熱側(cè)流體流動(dòng) 分布不均導(dǎo)致熱側(cè)流體溫度不均，影響液體蒸發(fā)效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種液體分離的膜蒸發(fā)濃 縮(Membrane?Evaporated?Concentration，MEC)系統(tǒng)和方法。