[發明專利]減壓多效膜蒸餾方法及其裝置

無效

• 申請號: 201410479625.0
• 申請日: 2014-09-19
• 公開（公告）號: CN104190259A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 呂曉龍;王晟林;武春瑞;高啟君;劉超;王月
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B01D61/36
• 分類號: B01D61/36;C02F1/04;C02F1/44
• 代理公司: 天津三元專利商標代理有限責任公司 12203
• 代理人: 胡婉明

技術領域

本發明涉及膜蒸餾方法及其裝置，尤其涉及一種用于水凈化處理、化工分離濃縮液體與水淡化的減壓多效膜蒸餾方法及其裝置。

背景技術

膜蒸餾技術是膜技術與傳統蒸餾技術相結合的新型液體分離技術，與普通蒸發器比較，膜蒸餾的一個最顯著的特征是單位體積內的有效蒸發面積大，因而可以使裝置在常壓、較低溫度的蒸發過程中高效地運行，且設備采用塑料材料，避免了金屬材料在高鹽度下的腐蝕問題。與反滲透相比，膜蒸餾是熱驅動過程，操作壓力低，因此設備費用也低，而且，膜蒸餾的操作壓力低，脫鹽率高，膜污染程度輕，對預處理的要求低。膜蒸餾是一種采用疏水微孔膜，以膜兩側蒸汽壓力差為傳質驅動力的膜分離過程。在微孔疏水膜兩側的蒸汽壓差的驅動下，水蒸汽從被加熱的料液一側穿過疏水膜后再被冷凝為液態的分離過程。由于膜的疏水性，只有水蒸汽能透過膜孔，料液以及溶解在其中的非揮發性溶質無法穿過膜孔，所以膜蒸餾過程理論上可以對離子、大分子、膠體、細胞和其它非揮發物實現100％的脫除。微孔疏水膜在膜蒸餾過程中起兩相之間的支撐屏蔽作用。在膜蒸餾的過程中，同時發生傳熱與傳質兩種過程，溫差極化與溫差極化現象也會同時產生，從而對膜蒸餾的過程產生不利的影響。

膜蒸餾過程可以處理濃度極高的水溶液，只要膜兩側維持適當的溫差，膜蒸餾過程就可以進行，可以利用太陽能、地熱、溫泉、工廠余熱和溫熱的工業廢水等廉價能源。

膜蒸餾技術具有操作壓力低，可得到99.99％的脫鹽率和在良好操作條件下高于反滲透的水通量，顯示了它作為反滲透技術的替代(大規模純水制備)或補充技術(如用于船舶飲用水等)的應用潛力，在降低投資和運行費用，提高水的利用率，減少濃水排放方面，可望取得顯著的經濟效益和社會效益。

目前已經發展出五種常見的膜蒸餾操作方式，有直接接觸式膜蒸餾、氣隙式膜蒸餾、氣掃式膜蒸餾、減壓膜蒸餾和吸收膜蒸餾。但是，至今為止，膜蒸餾技術都存在能耗高、疏水膜潤濕后難以干燥等問題。如直接接觸式膜蒸餾雖然工藝設備簡單，但由于冷熱源直接接觸，使設備運行能耗較高；減壓膜蒸餾雖然膜通量較大，但對疏水膜強度要求較高，并且容易產生疏水膜親水化滲漏問題；氣隙式膜蒸餾和氣流吹掃式膜蒸餾則通量較低；吸收膜蒸餾則存在吸收劑的再利用等問題。

膜蒸餾過程中水蒸氣的相變熱約為2600kJ/kg，遠大于水的比熱4kJ/kg.K。因此，膜蒸餾過程需要大量的外加冷卻水來冷凝膜蒸餾的蒸汽，若以料液作為冷卻水，將膜蒸餾過程中產生的水蒸氣通過換熱器與料液直接交換，如氣隙式膜蒸餾，則料液不能全部吸收蒸汽潛熱，為了提高造水比，必須降低疏水膜面與換熱壁面間的溫度差，這樣則導致膜蒸餾通量低。因此，以適當方式回收膜蒸餾過程中水蒸氣的相變熱，將其用于對料液的加熱，是膜蒸餾技術實現工業化應用需要解決的關鍵問題之一。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有產品存在的上述缺點，而提供一種減壓多效膜蒸餾方法及其裝置，借鑒氣隙式膜蒸餾原理，將膜蒸餾過程中的水蒸汽冷凝與料液加熱過程耦合,回收膜蒸餾過程中水蒸氣的相變熱，利用液體減壓多效蒸發原理，實現料液的蒸發降溫、吸收相變熱升溫、再次蒸發降溫、再次吸收相變熱升溫……，由此多級循環，同步實現料液的濃縮與蒸發相變熱的充分利用，從而完成本發明的減壓多效膜蒸餾過程。

本發明的目的是由以下技術方案實現的。

本發明減壓多效膜蒸餾裝置，其特征在于，包括多級膜蒸餾組合元件、循環水泵、真空泵、循環加熱水槽、換熱器、產水泵、氣液分離容器以及相互之間的連接管；該膜蒸餾組合元件中設置自上而下垂直流路的疏水膜和自下而上垂直流路的換熱管；各個膜蒸餾組合元件之間設有料液連接管和產水連通管。

前述的減壓多效膜蒸餾裝置，其中，所述循環水泵設置在循環加熱水槽出水口與第一級膜蒸餾組合元件進水口之間的料液連接管上；循環加熱水槽進水口與末級膜蒸餾組合元件換熱管出水口之間設有料液連接管；

該末級膜蒸餾組合元件與外接換熱器管程借助膜蒸餾產水連通管連接；外接換熱器殼程進口與原水管連接，殼程出口通過連接管與末級膜蒸餾組合元件換熱管進口接通；末級膜蒸餾組合元件設有濃水排出口連接濃水排出管；

所述氣液分離容器分別通過產水連通管與外接換熱器管程出口和真空泵連接，且設有產水口連接膜蒸餾產水排出管，該膜蒸餾產水排出管上設有產水泵。

前述的減壓多效膜蒸餾裝置，其中：所述多級膜蒸餾組合元件為2至50。

前述的減壓多效膜蒸餾裝置，其中：所述每一級膜蒸餾組合元件殼程內的產水連通管進出口液位存在高度差。