[發明專利]在線監測膜蒸餾中膜浸潤過程的系統和方法

在審

• 申請號: 202310099807.4
• 申請日: 2023-02-06
• 公開（公告）號: CN116099375A
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 邵森林;萬泓廷;曾凡喜;史丹汀;李江云
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: B01D65/10
• 分類號: B01D65/10;B01D61/36
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

1.一種在線監測膜蒸餾中膜浸潤過程的系統，其特征在于，包括：

膜蒸餾子系統，所述膜蒸餾子系統包括進料液水箱、加熱器、進料液循環泵、膜蒸餾組件、餾出液水箱、餾出液循環泵和低溫恒溫器，所述膜蒸餾組件包括進料液腔室和餾出液腔室以及將所述進料液腔室和所述餾出液腔室隔離的疏水膜，所述進料液水箱、加熱器、進料液循環泵和所述進料液腔室在所述疏水膜一側形成進料液環路，所述餾出液水箱、餾出液循環泵、低溫恒溫器和所述餾出液腔室在所述疏水膜另一側形成餾出液環路，所述膜蒸餾子系統用于實現膜浸潤過程；

超聲監測子系統，所述超聲監測子系統包括依次連接的超聲探頭、換能器和示波器，所述超聲探頭與所述膜蒸餾組件通過耦合劑緊密接觸，所述超聲監測子系統用于通過所述超聲探頭向所述膜蒸餾組件內發射超聲波，并采集經所述膜蒸餾組件內氣液界面反射的超聲回波，以及通過所述換能器對所述超聲回波進行處理后，將對應電信號傳輸至示波器進行成像，并通過所述示波器將超聲回波數據傳輸至數據處理子系統；

所述數據處理子系統，用于采集所述超聲回波數據，并根據所述超聲回波數據確定膜浸潤前后超聲波從所述疏水膜中所述氣液界面至所述超聲探頭的飛行時間偏移量和回波振幅，以便根據所述飛行時間偏移量和所述回波振幅確定膜浸潤過程信息，實現膜浸潤過程在線監測和膜浸潤發生預警。

2.如權利要求1所述的在線監測膜蒸餾中膜浸潤過程的系統，其特征在于，所述疏水膜的材質為疏水性微濾膜材質。

3.如權利要求1所述的在線監測膜蒸餾中膜浸潤過程的系統，其特征在于，所述超聲探頭以礦物油或硅油為耦合劑，在預設壓力下與所述膜蒸餾組件緊密接觸并固定。

4.如權利要求1所述的在線監測膜蒸餾中膜浸潤過程的系統，其特征在于，所述膜浸潤過程信息包括膜浸潤深度信息和結垢層生長信息。

5.如權利要求1所述的在線監測膜蒸餾中膜浸潤過程的系統，其特征在于，所述數據處理子系統在根據所述超聲回波數據確定所述飛行時間偏移量之前，還用于對所述超聲回波數據進行數據定位截取，以保證截取的數據起始點的數據索引編號相同。

6.如權利要求5所述的在線監測膜蒸餾中膜浸潤過程的系統，其特征在于，所述數據處理子系統在確定膜浸潤深度信息時，具體用于：

根據膜蒸餾過程穩定運行之初采集得到的所述超聲回波數據，確定出所述超聲回波數據中代表疏水膜平面的波段，并鎖定所述波段中第一個波峰及其對應的數據索引編號；

以所述數據索引編號為中心構建一滑動的索引窗口，所述索引窗口按照預設速度進行滑動，以使任意時刻采樣的回波中同一個波峰都位于所述索引窗口的內部，以確定任意時刻下回波波峰的數據索引編號，并根據數據索引編號之差等比計算出所述飛行時間偏移量；

根據所述飛行時間偏移量和介質聲速得到氣液界面的移動距離，以衡量膜浸潤深度。

7.如權利要求6所述的在線監測膜蒸餾中膜浸潤過程的系統，其特征在于，所述索引窗口的長度不超過任意相鄰的兩波峰間距，預設速度期望值為膜浸潤速度。

8.如權利要求7所述的在線監測膜蒸餾中膜浸潤過程的系統，其特征在于，從所述索引窗口所包含的數據中識別出最大值，所述最大值為回波振幅，當所述回波振幅開始減小，且所述飛行時間偏移量開始增大時，即判定潤濕發生，并對膜蒸餾子系統的運行進行預警。

9.一種在線監測膜蒸餾中膜浸潤過程的方法應用于如權利要求1-8中任一項所述的在線監測膜蒸餾中膜浸潤過程的系統，其特征在于，所述方法包括：

步驟S1：將超聲監測子系統的超聲探頭與膜蒸餾組件耦合，調整膜蒸餾子系統運行參數，并控制所述超聲監測子系統向所述膜蒸餾組件內發射超聲波，且對接收的超聲回波數據進行成像和儲存；

步驟S2：調控所述膜蒸餾子系統中進料液成分及其含量，使得所述膜蒸餾子系統在穩定運行一段時間后開始膜浸潤過程；

步驟S3：再次控制所述超聲監測子系統產生超聲波，并對超聲回波數據進行實時成像，以及將實時成像后的超聲回波數據傳輸至數據處理子系統；

步驟S4：所述數據處理子系統對接收的超聲回波數據進行定位截取，并根據定位截取數據分析得到膜浸潤過程信息。