[发明专利]减压多效膜蒸馏方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及膜蒸馏方法及其装置，尤其涉及一种用于水净化处理、化工分离浓缩液体与水淡化的减压多效膜蒸馏方法及其装置。

背景技术

膜蒸馏技术是膜技术与传统蒸馏技术相结合的新型液体分离技术，与普通蒸发器比较，膜蒸馏的一个最显著的特征是单位体积内的有效蒸发面积大，因而可以使装置在常压、较低温度的蒸发过程中高效地运行，且设备采用塑料材料，避免了金属材料在高盐度下的腐蚀问题。与反渗透相比，膜蒸馏是热驱动过程，操作压力低，因此设备费用也低，而且，膜蒸馏的操作压力低，脱盐率高，膜污染程度轻，对预处理的要求低。膜蒸馏是一种采用疏水微孔膜，以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离过程。在微孔疏水膜两侧的蒸汽压差的驱动下，水蒸汽从被加热的料液一侧穿过疏水膜后再被冷凝为液态的分离过程。由于膜的疏水性，只有水蒸汽能透过膜孔，料液以及溶解在其中的非挥发性溶质无法穿过膜孔，所以膜蒸馏过程理论上可以对离子、大分子、胶体、细胞和其它非挥发物实现100％的脱除。微孔疏水膜在膜蒸馏过程中起两相之间的支撑屏蔽作用。在膜蒸馏的过程中，同时发生传热与传质两种过程，温差极化与温差极化现象也会同时产生，从而对膜蒸馏的过程产生不利的影响。

膜蒸馏过程可以处理浓度极高的水溶液，只要膜两侧维持适当的温差，膜蒸馏过程就可以进行，可以利用太阳能、地热、温泉、工厂余热和温热的工业废水等廉价能源。

膜蒸馏技术具有操作压力低，可得到99.99％的脱盐率和在良好操作条件下高于反渗透的水通量，显示了它作为反渗透技术的替代(大规模纯水制备)或补充技术(如用于船舶饮用水等)的应用潜力，在降低投资和运行费用，提高水的利用率，减少浓水排放方面，可望取得显著的经济效益和社会效益。

目前已经发展出五种常见的膜蒸馏操作方式，有直接接触式膜蒸馏、气隙式膜蒸馏、气扫式膜蒸馏、减压膜蒸馏和吸收膜蒸馏。但是，至今为止，膜蒸馏技术都存在能耗高、疏水膜润湿后难以干燥等问题。如直接接触式膜蒸馏虽然工艺设备简单，但由于冷热源直接接触，使设备运行能耗较高；减压膜蒸馏虽然膜通量较大，但对疏水膜强度要求较高，并且容易产生疏水膜亲水化渗漏问题；气隙式膜蒸馏和气流吹扫式膜蒸馏则通量较低；吸收膜蒸馏则存在吸收剂的再利用等问题。

膜蒸馏过程中水蒸气的相变热约为2600kJ/kg，远大于水的比热4kJ/kg.K。因此，膜蒸馏过程需要大量的外加冷却水来冷凝膜蒸馏的蒸汽，若以料液作为冷却水，将膜蒸馏过程中产生的水蒸气通过换热器与料液直接交换，如气隙式膜蒸馏，则料液不能全部吸收蒸汽潜热，为了提高造水比，必须降低疏水膜面与换热壁面间的温度差，这样则导致膜蒸馏通量低。因此，以适当方式回收膜蒸馏过程中水蒸气的相变热，将其用于对料液的加热，是膜蒸馏技术实现工业化应用需要解决的关键问题之一。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种减压多效膜蒸馏方法及其装置，借鉴气隙式膜蒸馏原理，将膜蒸馏过程中的水蒸汽冷凝与料液加热过程耦合,回收膜蒸馏过程中水蒸气的相变热，利用液体减压多效蒸发原理，实现料液的蒸发降温、吸收相变热升温、再次蒸发降温、再次吸收相变热升温……，由此多级循环，同步实现料液的浓缩与蒸发相变热的充分利用，从而完成本发明的减压多效膜蒸馏过程。

本发明的目的是由以下技术方案实现的。

本发明减压多效膜蒸馏装置，其特征在于，包括多级膜蒸馏组合元件、循环水泵、真空泵、循环加热水槽、换热器、产水泵、气液分离容器以及相互之间的连接管；该膜蒸馏组合元件中设置自上而下垂直流路的疏水膜和自下而上垂直流路的换热管；各个膜蒸馏组合元件之间设有料液连接管和产水连通管。

前述的减压多效膜蒸馏装置，其中，所述循环水泵设置在循环加热水槽出水口与第一级膜蒸馏组合元件进水口之间的料液连接管上；循环加热水槽进水口与末级膜蒸馏组合元件换热管出水口之间设有料液连接管；

该末级膜蒸馏组合元件与外接换热器管程借助膜蒸馏产水连通管连接；外接换热器壳程进口与原水管连接，壳程出口通过连接管与末级膜蒸馏组合元件换热管进口接通；末级膜蒸馏组合元件设有浓水排出口连接浓水排出管；

所述气液分离容器分别通过产水连通管与外接换热器管程出口和真空泵连接，且设有产水口连接膜蒸馏产水排出管，该膜蒸馏产水排出管上设有产水泵。

前述的减压多效膜蒸馏装置，其中：所述多级膜蒸馏组合元件为2至50。

前述的减压多效膜蒸馏装置，其中：所述每一级膜蒸馏组合元件壳程内的产水连通管进出口液位存在高度差。