專利名稱：多級式減壓膜蒸餾組件單元裝置及其膜蒸餾裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種分離裝置，具體涉及減壓膜蒸餾組件裝置及膜蒸餾裝置。
背景技術：
膜蒸餾技術，兼具了蒸餾法和膜法的優(yōu)點，是一種在脫鹽、濃縮、結晶、分離、水處 理等領域具有廣泛應用前景的技術。由于相變的原因MD被認為是一種熱耗較高的技術，在具備廢熱或廉價熱源的條 件下具有成本優(yōu)勢。為提高MD熱利用效率，本發(fā)明研制出了一種多級式高效熱量回收減壓 膜蒸餾(ME-VMD)裝置及方法，能夠顯著提高VMD過程中的熱利用效率和膜通量效率。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種能夠顯著提高熱利用率和膜通量效率的減壓膜蒸餾裝置。本發(fā)明的技術方案包括組件單元及其膜蒸餾裝置系統(tǒng)兩個部分。如圖1所示，組件單元是由多個串聯(lián)的框式中空纖維膜組件(簡稱膜組件)和框 式換熱組件(簡稱換熱組件)組成的，組件單元的前端部分包括兩個串聯(lián)的膜組件，中間部 分換熱組件和膜組件間隔排列，后端部分為一個換熱組件。所述的膜組件包括框式組件槽體以及在槽體內均勻排列的疏水性多孔中空纖維 膜，組件槽體的端部與側蓋相連；膜組件一端封閉或兩端連通。所述的換熱組件包括框式組件槽體以及在槽體內均勻排列的換熱管，組件槽體的 兩端各有一個側蓋；所述的框式換熱組件還包括具有框式結構的其它形式的換熱器；所述 的框式換熱組件具有與框式中空纖維膜組件相同或相近的內部長寬尺寸。所述的組件單元內串聯(lián)排列的第一級膜組件的一端與其間隔排列的第一級換熱 組件的同側端相連通；另一側，第二級膜組件同第一級換熱組件和第二級換熱組件的同側 端相連通；相反側，第三級膜組件同第二級換熱組件和第三級換熱組件同側端相連通；以 此類推。最后一級換熱組件的剩余端和最后一級膜組件同側端相連通，并外接真空系統(tǒng)。所述的組件單元的結構可為一體式結構，以疏水性多孔中空纖維膜組成的膜單元 和以換熱管組成的換熱單元按照圖1所示的串聯(lián)方式分別平行裝填在同一個組件槽體內 并進行密封和連接，構成一個一體式結構的組件單元。所述的組件單元的前端和后端各有一個流體分布器和封蓋，每一個封蓋上設有流 體進出口。一種利用上述組件單元的膜蒸餾裝置，包括一個或多個以并聯(lián)、串聯(lián)或串并聯(lián)形 式排列的組件單元，與組件單元前后封蓋相連接的液體循環(huán)系統(tǒng)，與液體循環(huán)系統(tǒng)相結合 的熱補充裝置，與組件單元最后一級膜組件和換熱組件相連接的減壓設備，與減壓系統(tǒng)相 結合的熱回收裝置，系統(tǒng)控制及檢測裝置、儲液裝置、過濾裝置等。按圖2所示膜蒸餾裝置，液體循環(huán)系統(tǒng)包括循環(huán)泵、管路系統(tǒng)、儲液槽等以及流量、溫度、壓力、濃度監(jiān)測儀表和控制閥等；加熱裝置可以是各種鍋爐、液_液和汽/氣-液 換熱器、太陽能或電能加熱裝置等能夠將物料液加熱至50-100°C，可利用各種形式的熱源； 組件單元之外的換熱裝置可以為各種形式的換熱器用以冷凝來自組件單元的未凝蒸氣和 回收其冷凝潛熱以及濃排水的部分熱量；減壓設備是用于保持相應于循環(huán)料液膜和換熱管 另一側的負壓，多種形式的真空泵可用于本脫鹽系統(tǒng)；系統(tǒng)控制及檢測主要包括流速、溫 度、壓力、濃度、通量等的控制與測試；過濾裝置可為多種形式的過濾器以移除料液內的懸 浮物、凝膠、固體顆粒；儲液裝置主要用于收集冷凝液和儲放料液等。由此可知，本發(fā)明的減壓膜蒸餾組件單元及其膜蒸餾裝置具有熱回收率高、節(jié)能、 設備集成化程度高、操作成本低等優(yōu)點。

圖1是多級式減壓膜蒸餾組件單元裝置示意圖1. 1、膜組件，1. 2、換熱組件，1. 3、 液體進口，1. 4、液體出口，1. 5、真空管路，1. 6、真空接口，1. 7、側蓋，1. 8、流體分布器和封
至 rm o圖2是膜蒸餾裝置示意圖1、組件單元裝置，2、料液循環(huán)泵，3、加熱裝置，4、液體 管路，5、真空管路，6. 1、6. 2、換熱器，7、補充料液入口，8、冷卻水入口，9、冷凝液儲罐，10、真 空裝置，11、循環(huán)料液槽。
具體實施方式
如圖1、圖2所示，經(jīng)過預處理的原料液從補充料液入口(7)經(jīng)換熱器(6. 1)預熱 后進入循環(huán)料液槽(11)。料液槽(11)內的料液經(jīng)循環(huán)泵(2)加壓后進入加熱裝置(3)加 熱至預定溫度，然后通過組件單元(1)的液體進口(1.3)進入組件單元，在組件單元內料液 經(jīng)過分布器(1. 8)后均勻地流過膜組件(1. 1)內中空纖維膜和換熱組件(1. 2)內換熱管的 外側表面。真空負壓通過組件單元(1)上的真空接口(1.6)施于中空纖維膜和換熱管的內 腔，真空負壓是由真空裝置(10)提供的。料液中的易揮發(fā)組份在中空纖維膜外表面蒸發(fā)， 蒸氣通過膜孔擴散到達中空纖維膜的內側，而料液由于蒸發(fā)而溫度降低。蒸氣在負壓的作 用下通過膜組件側蓋(1. 7)上的真空管路(1. 5)進入換熱組件(1. 2)內換熱管的內腔。在 換熱管內較高溫度的蒸氣同管外較低溫度的料液發(fā)生熱交換，料液被加熱，同時蒸氣被冷 凝為液體，冷凝液收集于與換熱組件相連的儲液槽內。從最后一級換熱組件(1. 2)和膜組件(1. 1)內抽出的冷凝液和蒸氣匯集后經(jīng)過換 熱器(6. 1和6. 2)依次被補充料液和冷卻水完全冷凝和冷卻，同時補充料液也被加熱到了 較高的溫度然后進入循環(huán)料液槽(11)，所得冷凝液被收集于冷凝液儲罐(9)。在組件單元(1)內料液經(jīng)過多級蒸發(fā)和加熱后流出組件單元(1)進入循環(huán)料液槽 (11)，然后再次被加熱裝置(3)加熱至預設溫度后泵入組件單元(1)進行蒸發(fā)濃縮，如此循 環(huán)蒸發(fā)直至達到預期效果。為進一步提高熱利用率，把從膜蒸餾系統(tǒng)內排出的具有較高溫度的濃排液以及冷 凝液分別同補充料液進行熱交換以回收其熱量。在膜蒸餾系統(tǒng)內，蒸氣被換熱組件和換熱器冷凝后所產(chǎn)生的冷凝液通過與換熱組 件和換熱器出口處相連接的收集罐進行收集。[0022]物料液的膜蒸餾過程可連續(xù)進行也可間歇分批進行。實施例1物料液海水；預處理沉淀、沙濾、微濾；組件單元數(shù)量1個；單位組件單元內膜組件(單元)數(shù)量8個，換熱組件(單 元)數(shù)量7個；物料液的膜組件進口溫度85°C ；結果產(chǎn)品為蒸餾水、18%濃海水，熱回收利用率75%以上。實施例2物料液含硫酸和硫酸鈉工業(yè)廢水；預處理沉淀、過濾；組件單元數(shù)量3個，并聯(lián)；單位組件單元內膜組件(單元)數(shù)量10個，換熱組 件(單元)數(shù)量9個；物料液的膜組件進口溫度86°C ；結果產(chǎn)品為蒸餾水、20%硫鈉濃溶液，熱回收利用率89%。實施例3物料液含硝酸鉀等多種無機鹽的水溶液；預處理沉淀、過濾；組件單元數(shù)量6個，串并聯(lián)；單位組件單元內膜組件(單元)數(shù)量6個，換熱組 件(單元)數(shù)量5個；物料液的膜組件進口溫度85°C ；結果產(chǎn)品為蒸餾水、30%硝酸鉀濃縮液和部分無機鹽固體，熱回收利用率70%。實施例4物料液有機合成廢水(含無機鹽、有機酸鹽及部分其它有機化合物)；預處理 沉淀、過濾、吸附；組件單元數(shù)量20個，并聯(lián)；單位組件單元內膜組件(單元)數(shù)量15個，換熱組 件(單元)數(shù)量14個；物料液的膜組件進口溫度95°C ；結果產(chǎn)品為蒸餾水(COD < 30mg/L)、濃縮液，熱回收利用率95%。實施例5物料液氯化銨稀溶液；預處理沉淀、過濾；組件單元數(shù)量30個，串并聯(lián)；單位組件單元內膜組件(單元)數(shù)量18個，換熱 組件(單元)數(shù)量17個；物料液的膜組件進口溫度85°C ；結果產(chǎn)品為蒸餾水、35%以上氯化銨濃溶液，熱回收利用率96%。
權利要求一種多級式減壓膜蒸餾組件單元裝置，是由多個串聯(lián)的膜組件和換熱組件組成的，其特征在于組件單元的前端部分包括兩個串聯(lián)的膜組件，中間部分換熱組件和膜組件間隔排列，后端部分為一個換熱組件。
2.按照權利要求1的多級式減壓膜蒸餾組件單元裝置，其特征在于所述的膜組件包 括框式組件槽體以及在槽體內均勻排列的疏水性多孔中空纖維膜，中空纖維膜的兩端分別 被固定密封在槽體的兩端，組件槽體的端部與側蓋相連；膜組件一端封閉或兩端連通。
3.按照權利要求1的多級式減壓膜蒸餾組件單元裝置，其特征在于所述的換熱組件 包括框式組件槽體以及在槽體內均勻排列的換熱管，換熱管的兩端分別被固定密封在槽體 的兩端，組件槽體的端部與側蓋相連；所述的換熱組件還包括具有框式結構的其它形式的 換熱器；所述的換熱組件具有與膜組件相同或相近的內部長寬尺寸。
4.按照權利要求1的多級式減壓膜蒸餾組件單元裝置，其特征在于所述的組件單元 內串聯(lián)排列的第一級膜組件的一端與其間隔排列的第一級換熱組件的同側端相連通；另一 側，第二級膜組件同第一級換熱組件和第二級換熱組件的同側端相連通；相反側，第三級膜 組件同第二級換熱組件和第三級換熱組件同側端相連通；以此類推至倒數(shù)第二級膜組件的 側端連接方式；最后一級換熱組件的空余端和最后一級膜組件同側端相連通，并外接真空 系統(tǒng)。
5.按照權利要求1的多級式減壓膜蒸餾組件單元裝置，其特征在于所述的組件單元 的結構可為一體式結構，以疏水性多孔中空纖維膜組成的膜單元和以換熱管組成的換熱單 元按照權利要求1所述的串聯(lián)方式分別平行裝填在同一個組件槽體內并進行密封和連接， 構成一個一體式結構的組件單元。
6.按照權利要求1的多級式減壓膜蒸餾組件單元裝置，其特征在于所述的組件單元 的前端部和后端部各有一個流體分布器和封蓋，每一個封蓋上設有流體進出口。
7.一種利用如權利要求1所述組件單元的膜蒸餾裝置，包括一個或多個以并聯(lián)、串聯(lián) 或串并聯(lián)形式排列的組件單元，與組件單元前后封蓋相連接的液體循環(huán)系統(tǒng)，與液體循環(huán) 系統(tǒng)相結合的熱補充裝置，與組件單元最后一級膜組件和換熱組件相連接的減壓系統(tǒng)，與 減壓系統(tǒng)相結合的熱回收裝置，系統(tǒng)控制及檢測裝置，儲液裝置，過濾裝置。
專利摘要本實用新型涉及一種減壓膜蒸餾組件裝置及其膜蒸餾裝置，該組件裝置是由多個串聯(lián)的膜組件和換熱組件組成的，其膜蒸餾裝置包括一個或多個以并聯(lián)、串聯(lián)或串并聯(lián)形式排列的組件單元，與組件單元前后封蓋相連接的液體循環(huán)系統(tǒng)，與液體循環(huán)系統(tǒng)相結合的熱補充裝置，與組件單元最后一級膜組件和換熱組件相連接的減壓系統(tǒng)，與減壓系統(tǒng)相結合的熱回收裝置，系統(tǒng)控制及檢測裝置，儲液裝置，過濾裝置。本實用新型的減壓膜蒸餾組件單元及其膜蒸餾裝置具有熱回收率高、節(jié)能、設備集成化程度高、操作成本低等優(yōu)點。
文檔編號B01D61/36GK201760233SQ20102050824
公開日2011年3月16日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權日2010年8月27日
發(fā)明者位紅永, 侯愛平, 張鵬碩, 王麗 申請人:天津海之凰科技有限公司