[发明专利]一种气扰式膜蒸馏的方法及膜蒸馏装置

说明书

技术领域

 本发明涉及在溶液中提取易挥发溶质或溶于溶液中的气体、含盐废水的处理、海水淡化、超纯水的制备等技术领域，具体地说是一种减少温度极化和浓度极化、降低膜污染并提高膜蒸馏通量的气扰式膜蒸馏的方法及膜蒸馏装置。

背景技术

膜蒸馏技术源于20世纪60年代的美国，直到80年代才得到了较快的发展。它是一种新型的膜分离技术，以其可以在常温常压下进行工作、设备简单且易于掌握、可以利用废热等优点，广泛用于溶液中提取易挥发溶质或溶于溶液中的气体、含盐废水的处理、海水淡化、超纯水的制备等领域。

到目前为止，已经形成了直接接触式膜蒸馏、空气隙式膜蒸馏、气扫式膜蒸馏和减压式膜蒸馏四种形式。在这些形式的膜蒸馏中都存在着如下的缺点：

① 膜蒸馏过程中，膜的蒸馏通量很低，迄今还没有开发出高蒸馏通量的膜；在膜蒸馏的四种形式中，减压式膜蒸馏的蒸馏通量最大，但还是不尽人意。

② 由于存在温度极化和浓度极化，致使系统的运行状态不稳定，导致了膜的蒸馏通量快速下降；尤其是在减压式膜蒸馏中，因为其蒸馏通量相比其他三种形式要大，所以温度极化和浓度极化现象更为严重，膜的蒸馏通量受温度极化和浓度极化的影响也最大。

③ 在膜蒸馏过程中膜的污染问题也十分突出，随着使用时间的延长，一方面由于浓度极化的作用，导致膜表面局部浓度的增高，通常会促使溶液中部分溶质成分的饱和，在一定条件下，甚至会晶析沉积，或变为胶状物质附着于膜表面，将膜孔堵死，形成膜污染；另一方面，当盐类结晶微粒在膜表面附着时能够导致膜湿润，甚至渗漏，严重影响了膜的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是针对现有膜蒸馏技术存在的缺陷，提供一种减少温度极化和浓度极化、降低膜污染并提高膜蒸馏通量的气扰式膜蒸馏的方法及膜蒸馏装置。

本发明的目的是通过以下技术方案解决的：

一种气扰式膜蒸馏的方法，其特征在于：空气从膜蒸馏装置的热侧溶液室的一侧透过疏水膜进入到热侧溶液室内，对热侧溶液室内的待处理溶液产生扰动；接着进入热侧溶液室内的空气和被提纯物的蒸汽从热侧溶液室透过疏水膜进入到位于热侧溶液室另一侧的冷侧提纯室内；最后对提纯物进行收集。

所述的空气采用压缩空气。

所述的空气对热侧溶液室内的待处理溶液产生一个垂直于疏水膜方向的扰动。

所述的疏水膜采用平板膜。

一种采用方法的膜蒸馏装置，所述的膜蒸馏装置至少包括三个独立的区域：压缩空气室、热侧溶液室和冷侧提纯室，压缩空气室和冷侧提纯室分别位于热侧溶液室的两侧，压缩空气室和热侧溶液室之间、热侧溶液室和冷侧提纯室之间均用疏水膜隔开。

所述的膜蒸馏装置至少包括五个依次设置的冷侧提纯室、热侧溶液室、压缩空气室、热侧溶液室和冷侧提纯室。

所述的膜蒸馏装置包括依次设置的冷侧提纯室、热侧溶液室、压缩空气室、热侧溶液室、冷侧提纯室、热侧溶液室、压缩空气室、热侧溶液室、冷侧提纯室。

所述冷侧提纯室的另一侧或冷侧提纯室之内设有冷却液室，冷却液室采用冷壁和冷侧提纯室相隔。

所述的膜蒸馏装置至少包括五个依次设置的压缩空气室、热侧溶液室、冷侧提纯室、热侧溶液室和压缩空气室。

所述的冷侧提纯室内设置冷却液室，冷却液室采用冷壁和冷侧提纯室相隔。

本发明相比现有技术有如下优点：

本发明利用压缩空气在膜蒸馏过程中，使得热侧溶液室内的溶液在沿着疏水膜膜面平行的方向移动的同时，在垂直于疏水膜的方向产生扰动，该方法首先使得膜蒸馏过程中温度极化、浓度极化和膜污染问题得到极大的改善，提高了膜蒸馏通量，也延长了膜的使用寿命；其次由于热侧溶液室中的气压要高于冷侧提纯室内的气压，压缩空气会从热侧溶液室透过疏水膜传输到冷侧提纯室内，就在传输的过程中，会夹带并驱动大量提纯物的蒸汽也从热侧溶液室传输到冷侧提纯室，进一步提高了膜蒸馏通量；再者压缩空气透过疏水膜来到冷侧提纯室后，对吸附在冷侧提纯室膜壁的提纯物的蒸汽起到吹扫作用，有效的降低了冷侧提纯室内膜壁提纯物蒸汽的分压力，加大了热侧溶液室和冷侧提纯室之间提纯物蒸汽的分压力差，增加了传质驱动力，再一步提高了膜蒸馏通量。

本发明极大的提高了膜的蒸馏通量，解决了膜蒸馏在实际使用中的瓶颈，扩大了膜蒸馏技术的使用范围，有效降低了膜污染现象的出现，大大的延长了膜的使用寿命，提高了生产效率并降低了生产成本；该膜蒸馏装置具有投资小、运行成本低、设备操作简单、易于维护的特点。

附图说明