[發明專利]基于蒸汽壓縮的多效板式膜蒸餾海水淡化系統

在審

• 申請號: 201710164733.2
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN106938178A
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 邢玉雷;齊春華;呂慶春;謝春剛;苗超;韓旭;呂宏卿;孫靖
• 申請（專利權）人: 國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所
• 主分類號: B01D61/36
• 分類號: B01D61/36;C02F1/04;C02F103/08
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司12209
• 代理人: 韓奎勇

技術領域

本發明屬于海水淡化和膜分離技術領域，特別是一種基于蒸汽壓縮的多效板式膜蒸餾海水淡化系統。

背景技術

淡水是人類社會賴以生存和發展的基本物質之一，隨著經濟的發展和人口的增加以及水污染日益嚴重，很多國家和地區出現不同程度的缺水問題，全球正面臨著日益嚴重的水資源危機。

海水淡化是解決淡水資源危機的重要途徑之一。目前常采用諸如多效蒸餾、多級閃蒸、反滲透和冷凍等技術進行海水脫鹽。膜蒸餾(MD)作為新興的膜分離技術，在海水淡化領域備受關注。與多效蒸餾、多級閃蒸等傳統方法相比，MD具有潛在的競爭優勢。

膜蒸餾是以疏水微孔膜為介質，在膜兩側蒸汽壓差的作用下，料液中揮發性組分以蒸汽形式透過膜孔，從而實現液質分離。因此，膜蒸餾技術是有機地結合了蒸餾與膜分離的特點，在膜蒸餾過程中既有常規蒸餾中的蒸發、傳質、冷凝過程，又有分離物質擴散透過膜的膜分離過程，從而使該技術具有分離效率高、操作條件溫和、對膜與原料液間相互作用及膜的機械性能要求低等優點，在海水淡化和工業廢水處理領域有較好的應用前景。真空膜蒸餾(VMD)具有通量大、熱損失小等優點，應用前景最為廣闊。

膜蒸餾海水淡化過程中通過疏水性多孔膜的傳熱和傳質是同時進行的。傳質通過膜孔發生，而熱量傳遞通過膜基體和膜孔產生。熱傳導既包括伴隨通過膜孔的蒸汽或氣體通量而傳遞的潛熱，還包括通過膜材料傳遞的顯熱，給膜蒸餾過程造成大量的熱損失。此外，膜蒸餾后的高溫淡水和濃鹽水的輸出，進一步加劇了熱損失。這致使膜蒸餾技術能耗高，造水比低，限制了它在海水淡化領域的規模化應用。因此，必須對膜蒸餾過程的潛熱和顯熱損失進行回收并梯級利用。此外，膜蒸餾在海水淡化中的應用還存在膜組件不易擴展、不易清洗、產水規模小等問題。

發明專利CN101797479B公開了一種利用直接蒸汽壓縮熱泵進行真空膜蒸餾的方法及裝置。其主要是通過蒸汽壓縮機提升膜蒸餾產生的二次蒸汽，升溫升壓后的二次蒸汽作為膜蒸餾料液的加熱蒸汽，以實現汽化潛熱的回收利用。但是該發明采用單效膜蒸餾，汽化潛熱未進行梯級利用，造水比低；并且該發明中料液只經過一次膜蒸餾就直接排放，造成淡水回收率低和泵功耗增大。

發明專利CN103080013B公開了一種蒸氣壓縮膜蒸餾系統和方法。其主要是通過設置膜蒸餾模塊回收膜蒸餾產生蒸汽的汽化潛熱，并通過蒸汽壓縮機將膜蒸餾模塊低溫側的冷蒸汽提升品質后輸送到膜蒸餾模塊的高溫側作為加熱蒸汽。該發明專利中，由膜蒸餾膜和熱傳遞薄膜構成的“重復對”中的壓力是不可控制的，亦即“重復對”之間的壓力差是不可控制的，隨著不凝結氣體在“重復對”中的積累，“重復對”中的壓力會逐漸升高，而該專利并未考慮“重復對”中不凝氣的排出和“重復對”間的壓力梯度調控，這會致使蒸氣壓縮膜蒸餾系統無法穩定運行。此外，該發明專利實現了膜蒸餾汽化潛熱的回收利用，但輸出流體的顯熱并未進行梯級利用，緊緊通過換熱器將部分顯熱一次性傳遞給出入原料流，從多級膜蒸餾熱量平衡的角度而言，這會造成系統熱效率降低。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，而提出一種基于蒸汽壓縮的多效板式膜蒸餾海水淡化系統。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種基于蒸汽壓縮的多效板式膜蒸餾海水淡化系統，包括機械蒸汽壓縮機、蒸汽噴射泵、真空泵、海水進料泵、產品水泵、濃鹽水排放泵、冷凝器、四個結構相同的首效蒸發器、二效蒸發器、三效蒸發器、末效蒸發器、四個結構相同的第一淡水閃蒸罐、第二淡水閃蒸罐、第三淡水閃蒸罐、第四淡水閃蒸罐、三個結構相同的第一濃鹽水閃蒸罐、第二濃鹽水閃蒸罐、第三濃鹽水閃蒸罐、蒸汽噴射泵引射閥、蒸汽噴射泵排汽閥、機械蒸汽壓縮機進汽閥、機械蒸汽壓縮機排汽閥、冷凝器進汽閥、冷凝器淡水排放閥、冷卻水排放閥及海水進料閥，在蒸汽噴射泵的高壓蒸汽入口連接有動力蒸汽管道，

其中，所述機械蒸汽壓縮機的出口和蒸汽噴射泵的出口分別通過管道串接機械蒸汽壓縮機排汽閥和蒸汽噴射泵排氣閥后匯接，然后與首效蒸發器的加熱蒸汽入口連接；首效蒸發器的二次蒸汽出口通過管道與二效蒸發器的加熱蒸汽入口連接，二效，三效蒸發器的連接方式與首效蒸發器相同，末效蒸發器的二次蒸汽出口通過管道串接冷凝器進汽閥后與冷凝器的蒸汽入口連接,并且，末效蒸發器的二次蒸汽出口通過管道串接蒸汽噴射泵引射蒸汽閥后與蒸汽噴射泵的低壓蒸汽入口連接，并且，末效蒸發器的二次蒸汽出口通過管道串接機械蒸汽壓縮機進汽閥后與機械蒸汽壓縮機的入口連接；