[發明專利]具有低雷諾數的用于膜蒸餾的系統和方法

無效

• 申請號: 200910164686.7
• 申請日: 2009-07-29
• 公開（公告）號: CN101711945A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發明（設計）人: Z·馬;X·廖;J·R·艾里什
• 申請（專利權）人: 米爾頓·羅伊公司
• 主分類號: B01D61/36
• 分類號: B01D61/36
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 彭武;曹若

技術領域

本發明涉及用于液體處理工藝的蒸餾系統。具體地，本發明涉及包含用于在液體處理工藝中從給料溶液分離餾出流體的中空纖維膜的蒸餾系統。

背景技術

近年來，膜蒸餾已經在各種流體處理應用中變得越來越普及。隔膜通常是疏水性的和多微孔的以在操作期間保持給料溶液被從餾出溶液分離。已經在研制程序中使用了中空纖維和扁平薄片這兩種隔膜。對于直接接觸膜蒸餾，在管/殼構造中通常采用中空纖維膜，這里，沿著蒸餾模塊的縱軸布置若干束中空纖維膜。在束中的每一個中空纖維隔膜通常均是具有外表面和內部中空管狀區域的疏水性的、多微孔的隔膜。中空纖維膜的外表面面向模塊的外殼側，該外殼側是該模塊的包含給料溶液的那個部分。該內部中空管狀區域限定該模塊的管子側，該管子側提供用于收集從給料溶液分離出的餾出流體的導管。

在膜蒸餾期間，給料溶液通常被預加熱以跨越中空纖維膜上形成溫差。這個溫差在模塊中的纖維膜的外殼側與管子側之間形成蒸汽壓力差，該蒸汽壓力差引起一部分給料溶液在靠近給料溶液側上的孔隙進口處蒸發并且蒸汽通過中空纖維膜傳輸。所傳輸的蒸汽然后靠近餾出物側上的隔膜的孔隙進口在氣體/液體界面處凝結，由此提供所需的餾出物。因為在分離過程中包括液體蒸發，所以大量的熱能被從給料溶液轉移到餾出物。大量的能量還被用于在隔膜兩側上循環給料溶液和餾出物的泵所消耗掉。減小泵送壓力和補償熱能的能力顯著地影響著膜蒸餾過程的總體效率。因此，目前正存在以下需要，即在蒸餾過程期間的低的泵送壓力要求以及熱能恢復。

大多數膜蒸餾系統在隔膜的給料溶液側上以高的雷諾數操作。雖然在給料溶液側上高的雷諾數可以通過使得溫度和濃差極化(concentration?polarization)最小化而在改進質量傳遞方面提供優點，但是具有高雷諾數的蒸餾系統提供了幾個缺點。首先，高雷諾數增加了導熱損失。在蒸餾期間跨越隔膜上的過度熱傳遞并不理想。第二，高雷諾數通常要求高的泵送壓力，這要求相當數量的能量。即使小的泵送壓力增加也可以引起泵功耗的顯著增加。在很多膜蒸餾系統中，給料溶液循環流量經常是餾出物生產流量的十到二十倍。在高壓下泵送大量的給料溶液要求大量的能量。因此，目前還正存在以下需要，即蒸餾系統具有在蒸餾過程期間減少導熱損失和能量消耗的能力。

發明內容

本發明的實施例包括一種蒸餾系統，該蒸餾系統具有通向大氣的第一和第二蓄液器(開放式蓄液器)、用于將給料溶液循環到蓄液器的給料回路、以及餾出物回路。該餾出物回路包括第一餾出物入口歧管和第一餾出物出口歧管以及在第一歧管之間延伸的多個中空纖維膜。該中空纖維膜延伸通過第一蓄液器的一個部分并且被配置為允許蒸汽傳輸。該餾出物回路還包括第二餾出物入口歧管和第二餾出物出口歧管以及在第二歧管之間延伸的多個中空管。該中空管延伸通過該第二蓄液器的一個部分并且被配置為防止蒸汽傳輸但是允許熱能傳輸。

本發明的一個示例性實施例包括一種蒸餾系統，該蒸餾系統具有通向大氣的第一蓄液器、第一餾出物入口歧管、第一餾出物出口歧管和多個中空纖維膜。該中空纖維膜從第一入口歧管到第一出口歧管并且通過該第一蓄液器的至少一個部分延伸。該中空纖維膜被配置為允許蒸汽傳輸。該蒸餾系統還具有通向大氣的第二蓄液器、第二餾出物入口歧管、第二餾出物出口歧管和多個中空管。該中空管從第二入口歧管到第二出口歧管并且通過該第二蓄液器的至少一個部分延伸。該中空管被配置為防止蒸汽傳輸但是允許熱能傳輸。

本發明又一個示例性實施例包括一種用于在通向大氣的蓄液器中從給料溶液分離餾出物的方法。該方法包括將給料溶液引入給料回路中。該給料溶液被加熱并且然后被循環通過通向大氣并且包含被配置為允許餾出物傳輸的多個中空纖維膜的第一蓄液器。該給料溶液然后被循環通過通向大氣并且包含被配置為防止餾出物傳輸但是允許熱能傳輸的多個中空管的第二蓄液器。在存在于第一蓄液器中的中空纖維膜中收集的餾出物被循環到存在于第二蓄液器中的中空管。熱能被從中空管中的餾出物傳遞到第二蓄液器中的給料溶液。在餾出物離開中空管之后，它被冷卻并且被循環到中空纖維膜。

附圖說明

圖1是通向大氣的蒸餾系統的概略示意圖；

圖2A是開放式蓄液器和餾出物回路的餾出物收集部分的概略示意圖；

圖2B是具有擋板的開放式蓄液器和餾出物回路的餾出物收集部分的概略示意圖；

圖2C是開放式蓄液器和餾出物回路的熱量傳遞部分的概略示意圖；

圖3A是被配置為允許蒸汽傳輸的中空纖維隔膜的一個實施例的展開截面視圖；