[發明專利]微通道膜蒸餾組件和裝置及用微通道強化膜蒸餾傳遞過程的方法

有效

• 申請號: 202011258875.3
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112387122B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 金央;魏志楨;任永勝;李軍;劉肖;陳明;賈連玉
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: B01D61/36
• 分類號: B01D61/36;B01D63/02;B01D65/08
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 黃幼陵

本發明所述微通道膜蒸餾組件，第一毛細管內孔、疏水微孔中空纖維膜內孔和第二毛細管內孔組成管程微通道，疏水微孔中空纖維膜外壁與外管內壁之間的環形空間形成殼程微通道。本發明所述微通道膜蒸餾裝置，包括上述微通道膜蒸餾組件及料液循環槽、加熱水浴鍋、第一輸送泵、電子天平、冷液收集槽、電導率儀、第二輸送泵、恒溫水浴鍋、計算機和溫度傳感器。本發明所述用微通道強化膜蒸餾傳遞過程的方法，使用上述微通道膜蒸餾裝置進行膜蒸餾操作。本發明為探索和發展用于強化膜蒸餾傳遞過程、削弱極化現象、提升膜通量提供了不同的技術構思。

技術領域

本發明屬于膜蒸餾技術領域，特別涉及膜蒸餾組件和膜蒸餾裝置，以及強化膜蒸餾傳遞過程的方法。

背景技術

膜蒸餾作為一種新興的膜分離技術，在食品加工、海水淡化、廢水處理等方面得到了廣泛的應用。膜蒸餾是以疏水微孔膜作為介質，在膜兩側蒸汽壓差的作用下，料液中的揮發性組分以蒸汽的形式透過膜孔，從而實現分離，膜蒸餾組件是膜蒸餾技術的核心。

中空纖維式膜蒸餾組件是常見的一種膜蒸餾組件，現有中空纖維式膜蒸餾組件主要由外殼、位于外殼內的多根中空纖維膜絲、分別安裝在外殼兩端的第一管程接頭和第二管程接頭構成，所述外殼側壁上靠近兩端部分別設置有殼程進液管和殼程出液管，所述第一管程接頭和第二管程接頭上分別設置有管程進液管和管程出液管。研究表明，此種結構的膜蒸餾組件在膜蒸餾過程中存在的極化效應會使傳熱和傳質推動力出現一定程度的下降，導致膜通量降低。極化現象還會使膜表面比溶液主體更容易結晶，增加膜表面鹽沉積和結垢的風險。因此，削弱極化現象對膜蒸餾熱質傳遞過程性能的提升十分重要。

現有技術削弱極化現象的技術措施通常是增加流體的湍動程度，如增加流體流速、通入氣體、加入擋板或隔片等，雖然在一定程度上可以減小傳遞過程的阻力，但這些宏觀的傳遞過程強化辦法對極化現象的削弱程度十分有限，且導致設備結構較為復雜，實現方式較為繁瑣，經濟性較差。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種微通道膜蒸餾組件和微通道膜蒸餾裝置，以便有效削弱膜蒸餾過程中的溫度極化和濃度極化現象，進一步提升膜通量并降低制備成本和簡化結構。

本發明的再一目的是提供用微通道強化膜蒸餾傳遞過程的方法。

本發明所述微通道膜蒸餾組件，包括底座、疏水微孔中空纖維膜、外管、保溫層、第一三通、第二三通、第一毛細管、第二毛細管、第一兩通、第二兩通、進液管和出液管；

所述第一三通的第二流道中心線與其第三流道中心線重合，第一三通的第一流道中心線與其第二流道和第三流道中心線垂直；所述第二三通的第二流道中心線與其第三流道中心線重合，第二三通的第一流道中心線與其第二流道和第三流道中心線垂直；第一三通和第二三通的各流道接口端部均安裝有接頭，第一兩通和第二兩通的一端安裝有接頭；

所述外管的一端穿過第一三通的第三流道安裝的接頭內孔插入該第三流道，由通過接頭與該第三流道組合的密封圈固定，外管的另一端穿過第二三通的第三流道安裝的接頭內孔插入該第三流道，由通過接頭與該第三流道組合的密封圈固定；所述疏水微孔中空纖維膜的長度大于外管的長度，疏水微孔中空纖維膜插裝在外管的內孔中且兩端伸出外管；所述第一毛細管的一端穿過第一三通的第二流道安裝的接頭內孔插入疏水微孔中空纖維膜的內孔一端，第一毛細管的另一端穿過第一兩通安裝的接頭內孔插入第一兩通內孔，第一毛細管由通過接頭分別與第一三通的第二流道組合及第一兩通組合的兩個密封圈固定；所述第二毛細管的一端穿過第二三通的第二流道安裝的接頭內孔插入疏水微孔中空纖維膜的內孔另一端，第二毛細管的另一端穿過第二兩通安裝的接頭內孔插入第二兩通內孔，第二毛細管由通過接頭分別與第二三通的第二流道組合及第二兩通組合的兩個密封圈固定；所述進液管的一端穿過接頭插入第一三通的第一流道，由通過接頭與該第一流道組合的密封圈固定；所述出液管的一端穿過接頭插入第二三通的第一流道，由通過接頭與該第一流道組合的密封圈固定；所述保溫層包覆在外管上，所述第一三通、第二三通分別通過螺釘固定在底座上；