[发明专利]一种减压膜蒸馏装置及方法

权利要求书

1.一种减压膜蒸馏组件单元装置，是由框式中空纤维膜组件、框式换热组件、气液分离器组成的，其特征在于组件单元的前端部分包括两个串联的框式中空纤维膜组件，后端部分包括两个串联的框式换热组件，中间部分框式换热组件和框式中空纤维膜组件间隔排列、相互串联。

2.按照权利要求1的减压膜蒸馏组件单元装置，其特征在于所述的组件单元内框式换热组件的两端开放，框式中空纤维膜组件的一端封闭另一端开放；串联排列的第一级框式中空纤维膜组件的开放端与第一级框式换热组件的同侧通过与其尾帽相连的气液分离器相连通，第二级框式中空纤维膜组件的开放端同第二级框式换热组件的同侧通过与其尾帽相连的气液分离器相连通，以此类推；所有框式换热组件另一端的尾帽彼此之间相互连通，并通过最后一级框式换热组件在框式中空纤维膜组件开放一侧的尾帽与组件单元外部的真空系统相连接。

3.按照权利要求1的减压膜蒸馏组件单元装置，其特征在于所述的组件单元内框式换热组件和框式中空纤维膜组件之间真空管路的连接方式不仅限于权利要求2所述结构，可为多种结构形式，其中之一可描述为：除第一级和第二级框式中空纤维膜组件一端封闭另一端开放外，所有其它框式中空纤维膜组件和框式换热组件的两端均开放，第一级框式中空纤维膜组件的开放端与第一级框式换热组件的同侧通过与其尾帽相连的气液分离器相连通，第二级框式中空纤维膜组件的开放端同第二级框式换热组件的同侧通过与其尾帽相连的气液分离器相连通，在相同侧，第三级框式中空纤维膜组件同第三级框式换热组件通过与其尾帽相连的气液分离器相连通，第四级框式中空纤维膜组件同第四级框式换热组件通过与其尾帽相连的气液分离器相连通，依次类推；而第一级框式换热组件的另一端和第三级框式中空纤维膜组件通过与其同侧尾帽相连的气液分离器相互连通，第二级框式换热组件的另一端和第四级框式中空纤维膜组件通过与其同侧尾帽相连的气液分离器相互连通，第三级框式换热组件的另一端和第五级框式中空纤维膜组件通过与其同侧尾帽相连的气液分离器相互连通，依次类推；按此连接方法，权利要求1的减压膜蒸馏组件单元装置中串联排列的最后一级框式换热组件可用一段管道代之；最后，与末级框式换热组件相连接的气液分离器的出口和与末级框式中空纤维膜组件相连接的气液分离器的出口合并后与组件单元外部的真空系统相连接。

4.按照权利要求1的减压膜蒸馏组件单元装置，其特征在于所述的组件单元的前端部和后端部各有一个封盖和多孔分流板，每一个封盖上设有流体进出口。

5.按照权利要求1的减压膜蒸馏组件单元装置，其特征在于所述的框式中空纤维膜组件包括框式组件槽体以及在槽体内均匀排列的疏水性多孔中空纤维膜，中空纤维膜的两端分别被固定密封在槽体的两端，组件槽体的端部与尾帽相连。

6.按照权利要求1的减压膜蒸馏组件单元装置，其特征在于所述的框式换热组件包括框式组件槽体以及在槽体内均匀排列的换热管，换热管的两端分别被固定密封在槽体的两端，组件槽体的两端各有一个尾帽；所述的框式换热组件还包括具有框式结构的其它形式的换热器；所述的框式换热组件具有与框式中空纤维膜组件相同或相近的内部长宽尺寸。

7.按照权利要求1的减压膜蒸馏组件单元装置，其特征在于所述的组件单元的结构可为一体式结构，以疏水性多孔中空纤维膜组成的膜单元和以换热管组成的换热单元按照权利要求1所述的串联方式分别平行装填在同一个组件槽体内并进行密封和连接，构成一体式结构的组件单元。

8.一种利用如权利要求1所述组件单元的膜蒸馏装置，包括一个或多个以并联、串联或串并联形式排列的组件单元，与组件单元液体进出口相连接的液体循环系统，与液体循环系统相结合的加热装置，与组件单元真空接口相连接的减压设备，与减压系统相结合的热回收装置，系统控制及检测装置、过滤装置。

9.一种利用如权利要求1和权利要求8所述组件单元及其膜蒸馏装置的方法，其特征在于包括以下过程：

A物料液预处理

物料液须经过恰当的预处理除去其中的固体颗粒、悬浮物、凝胶等可能对中空纤维膜造成污染的成份；

B热物料液的减压膜蒸馏及热量重复利用

经过预处理的物料液被加热装置加热至50-＜100℃后进入组件单元，料液经过液体分配板后均匀地流过中空纤维膜和换热管的外侧表面，在组件单元内经过多级蒸发后的料液从组件单元的料液出口流入循环料液槽，而真空负压通过框式中空纤维膜组件和框式换热组件尾帽上的蒸气出口施于中空纤维膜和换热管的内腔；料液中的易挥发组分在中空纤维膜外表面蒸发，蒸气通过膜孔扩散到达中空纤维膜的内侧；从第一级框式中空纤维膜组件抽出的蒸气经过气液分离器后进入第一级框式换热组件同较低温度的料液进行热交换，一方面料液被加热至更高的温度，另一方面蒸气被冷凝为液体，从第二级框式中空纤维膜组件抽出的蒸气经过气液分离器后进入第二级框式换热组件同较低温度的料液进行热交换，料液被加热至更高的温度，同时蒸气被冷凝为液体，以此类推，除最后一级框式中空纤维膜组件和框式换热组件外，从每一级框式中空纤维膜组件内抽出的蒸气进入相应级数的框式换热组件进行冷凝换热，从不同框式换热组件内流出的冷凝液和未凝蒸气汇集后通过最后一级框式换热组件进行换热，流出组件单元后的少量未凝蒸气再依次被补充料液和冷却水完全冷凝、液体被进一步降至较低温度进入冷凝液槽，同时补充料液也被加热到了较高的温度；另外，从最后一级框式中空纤维膜组件抽出的低温蒸气经过气液分离器后在组件单元的出口处同从最后一级框式换热组件流出的气液汇集，然后被补充料液和冷却水完全冷凝；

权利要求3所述的组件单元形式包含了两个分别以第一和第二级框式中空纤维膜组件为终点的负压系统，膜蒸馏过程中每一个负压系统内分别包括了多级的蒸发与冷凝过程，从每一个框式换热组件内流出的冷凝液分别收集在与之相连接的气液分离器内；

当气液分离器内的液位较高时，在适当的条件下通过其下部的阀门将其所含的冷凝液排入冷凝液槽内或将其所含的料液排入循环料液槽内；

在组件单元内料液经过多级的蒸发和加温后流出组件单元，然后再次被加热器加热至预设温度重新进入组件单元进行蒸发浓缩，如此循环往复，直至达到预期效果；

当中空纤维膜需要清洗时，关闭循环料液槽上的料液进出阀门，打开清洗液槽上清洗液进出阀门，通过料液泵将清洗液泵入组件单元对膜进行清洗处理。

根据规模要求，可通过增加膜蒸馏装置内组件单元的数量以及组件单元内框式中空纤维膜组件和框式换热组件的数量和尺寸来提高设备的料液处理量和规模。