[实用新型]一种具有高效内部热回收功能的多效膜蒸馏装置

说明书

技术领域

本实用新型属于水处理、海水淡化及环境保护技术领域，特别涉及一种具有高效内部热回收功能的多效膜蒸馏装置。

背景技术

水是生命的源泉，是人类宝贵的、不可替代的自然资源，也是社会和经济发展的命脉。我国年人均淡水资源约2400立方米，是世界人均淡水资源的1/4，居世界149个国家的第110位，属于严重缺水国家，其中华北地区人均水资源小于400立方米，已属于严重缺水地区。水资源的匮乏和日益严重的水污染已成为制约我国社会进步和经济发展的瓶颈，解决这一难题，对我国可持续发展是非常迫切的和极其重要的。海水和苦咸水淡化是从水危机和水污染困境下获取新水源的一个重要途径，同时工业、生活中的污水、废水深度处理回用和资源化也必将倍受重视。

近年来海水淡化技术迅速发展，已大规模应用的脱盐技术有反渗透法和蒸馏法。反渗透(RO)法中，反渗透膜的产水通量和选择性对海水进口温度和盐度高度敏感，反渗透过程的高压操作使其耗电量大，操作成本高，如果在我国北方应用还可能面临诸如海水污染、冬季气温偏低等一些难以克服的困难。蒸馏法主要是多级闪蒸(MSF)和多效蒸馏(MED)，两者的共同优势为可使能量得到重复利用或梯级利用，但MSF采取降压扩容闪蒸的方法蒸发海水必然要用到抽真空设备，目前业界推崇的低温多效蒸馏MED过程也要采用抽真空操作；由于两者都采用金属作为换热材料，因此装置投资大，淡水成本高，海水回收率低。

膜蒸馏(MD)是一种新型的膜分离技术，集蒸馏过程和膜过程于一体，膜蒸馏过程的推动力是膜两侧的蒸汽压差。膜蒸馏过程中所用的膜是多孔的和不被料液润湿的疏水膜，膜的一侧是与膜直接接触的待处理的热水溶液，由于膜的疏水性，水溶液不会从膜孔中通过，但由于膜两侧挥发性组分蒸汽压差的存在，使挥发性组分在料液高温侧表面汽化，蒸汽通过膜上微孔传递到膜的另一侧并冷凝为液体。根据蒸汽冷凝方式的不同，膜蒸馏可分为直接接触式(DCMD)、气隙式(AGMD)、减压(真空)式(VMD)和气扫式(SGMD)四种形式。MD过程具有在接近常压下操作、设备简单、投资少的优点；其次MD过程是在较低温度下进行的，可以利用各种工业废热、余热、太阳能、地热等低品位热源。但是迄今MD尚未得到大规模的工业应用，其主要原因是目前还未开发出价格合理的可市场化的高效MD膜组件和与之相适应的膜蒸馏过程和工艺，而且传统的膜蒸馏的热利用率很低，例如VMD和DCMD的造水比一般在0.3～1.0之间，而工业级的MSF和MED的造水比一般在2～15之间。

通过检索，发现如下公开专利文献，重点列举如下：

中国专利(CN 101632901A、CN 101632902A、CN 201249103Y和CN 201249104Y)都介绍了一种相似的热回收式减压膜蒸馏组件及装置及方法，该装置有一组或多组间隔排列、相互串联的框式膜组件和框式换热组件组成，在减压膜蒸馏过程中，预热的料液通过中空纤维膜和换热管的内腔，而真空负压施加于中空纤维膜和换热管的外侧，在真空负压的作用下，由膜蒸馏单元所产生的蒸汽流入与之相邻的换热组件中，与换热管内的料液进行热交换，料液温度升高，蒸汽被冷凝为液体，通过该方法热量的回收利用率大于70％。

美国专利(US4545862)介绍了一种海水淡化设备和方法，利用平板微孔疏水膜制成的螺旋型膜组件中，料液与馏出液反向流动，料液可以有效吸收馏出液冷凝时释放的冷凝热。在该专利的实例中，每产生1千克馏出液仅消耗212千焦的能量，获得较高的能量利用率，相当于造水比为9。

美国专利(US6716355B1)介绍了一种方框式组件，在该方框式组件中一层微孔疏水膜和一层冷凝管间隔放置，膜与管相互垂直，进料流与加热流错流操作，热料液流过膜通道，从膜微孔渗透出来的蒸汽流在冷凝管的外壁处冷凝，蒸汽冷凝释放的冷凝热传递给管内的冷料液，因而提高热量回收利用率。在该专利的实例中，将多个方框式组件按照一定的方式连接，热量的回收利用效果更好，只是在该专利的实例中未明确给出详细的实验数据。

目前的研发重点主要集中于如何提升这些技术，降低产水成本以及与这些技术相关的前处理和后处理过程；除此之外，任何有关海水淡化和污水处理等新技术的出现都会引起人们的高度关注，特别是那些具有商业潜力，生产成本低，能耗低，工艺简单，易操作，用途广泛和无二次污染的脱盐新技术倍受重视。