[发明专利]用于蒸馏系统的中空纤维膜组件

说明书

技术领域

本发明涉及用于液体处理过程的蒸馏系统。特别地，本发明涉及包含用于 在液体处理过程中从进料溶液中分离出馏出物流体(distillate fluid)的中空纤维 膜组件的蒸馏系统。

背景技术

近年来，在各种流体处理应用中膜蒸馏已经变得越来越流行。该膜典型地 是疏水的和微孔的，用于在操作中保持进料溶液与馏出物分离。中空纤维膜典 型地用于管/壳结构，其中多束中空纤维膜沿着组件的纵向轴线设置。对于膜蒸 馏，膜束中的每一个中空纤维膜典型地是疏水的、微孔的具有外表面和内部中 空管状区域的膜。该中空纤维膜的外表面面对组件的壳程，壳程是组件容纳进 料溶液的部分。该内部中空管状区域限定了组件的管程，该管程提供收集从进 料溶液中分离的馏出物流体的管道。

在操作中，典型地将进料溶液加热以形成沿中空纤维膜的壁的温度差。该 温度差造成组件的管程和壳程之间的蒸汽压差，这使得蒸汽传递通过该中空纤 维膜。该传递的蒸汽然后在该中空纤维膜中冷凝，从而提供所需的馏出物流体。

在稳态操作中，通过中空纤维膜的质量传递可以为各种蒸馏系统提供高产 率的馏出物流体。然而关于中空纤维膜组件的共同问题涉及该组件的热效率。 当馏出物流体蒸发并传递通过该中空纤维膜时，潜热伴随着该传递的蒸汽从该 组件的壳程传递到管程。此外，组件的壳程和管程之间的温度差可以引起通过 中空纤维膜的壁的传导热传递。总之，大量的热量通过膜传递。如果该热量不 被回收利用，那么将引起在热能方面的高操作成本。因此，在包含中空纤维膜 组件的蒸馏系统中一直存在着提高热效率的要求。

发明内容

本发明涉及一种中空纤维膜组件以及包括该中空纤维膜组件的蒸馏系统。 该中空纤维膜组件包括具有分为第一室和第二室的内部区域的外壳，以及通过 该第一室和该第二室延伸的多个中空纤维膜。该中空纤维膜的至少一部分具有 位于该第一室中的第一部分以及位于该第二室中的第二部分，其中该第一部分 允许蒸汽通过其传递，以及该第二部分允许热能通过其传递但是基本上阻止蒸 汽通过其传递。

附图说明

图1为包含多个中空纤维膜组件的蒸馏系统的示意图。

图2为中空纤维膜组件中的一个的内部的示意图。

图3为该中空纤维膜组件中的示例中空纤维膜的放大剖视图。

图4为可选择的中空纤维膜组件的内部的示意图。

具体实施方式

图1为蒸馏系统10的示意图，其包括膜组件12、进料回路14以及馏出物 回路16，且是用于从进料溶液中分离所需的馏出物流体的合适系统。用于蒸馏 系统10的合适的进料溶液的例子包括，含有可以被沿疏水的微孔膜的蒸汽压差 分离的化合物的溶液，例如海水、咸水、以及其它用于水和废水处理过程的水 基盐水溶液。这里使用的术语“溶液”指的是包含一种或多种固体的载体液体， 该固体完全溶解、部分溶解、分散、乳化或悬浮在载体液体中。例如，该进料 溶液可以是包含至少部分溶解在水载体中的盐的水基盐水溶液。该例中，蒸馏 系统10可以用于从水基盐水溶液中分离至少一部分水来提供作为馏出物流体的 洁净水。蒸馏系统10还希望包括标准的流体处理装置(未示出)，例如过程控 制单元、流体泵和过滤器。

膜组件12是从进料溶液中分离馏出物流体的中空纤维膜组件(例如从水基 盐水溶液中分离水)。特别合适的膜组件12的例子包括直接接触式膜蒸馏 (DCMD)组件。如下所述，膜组件12每一个被分为壳程(图1中未示出)和 管程(图1中未示出)，其中该壳程与进料回路14流体连通，该管程与馏出物 回路16流体连通。在操作中，该进料溶液从进料回路14流动到膜组件12的壳 程。当该进料溶液流过膜组件12的壳程时，该进料溶液被分离成需要的馏出物 流体和剩余的进料溶液。该需要的馏出物流体传送到膜组件12的管程，且进入 馏出物回路16。该剩余的进料溶液保留在膜组件12的壳程，且再次进入进料回 路14。

虽然显示的蒸馏系统10具有三个并联设置的膜组件12，但是蒸馏系统10 可以选择地包括附加或更少数量的膜组件12。例如用于蒸馏系统10中的膜组件 12的合适的数量范围是1～100；用于蒸馏系统10中的膜组件12的特别合适的 数量范围是1～25；以及用于蒸馏系统10中的膜组件12的更特别合适的数量范 围是1～10。