[实用新型]一种空气隙膜蒸馏装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种空气隙膜蒸馏装置，属于膜分离和化工分离技术领域。

背景技术

膜蒸馏(MD)技术是将膜技术与传统蒸馏技术相结合的新型液体分离技术。该技术以疏 水微孔膜作为汽-液两相分离介质，在膜两侧蒸气压差推动下，水中挥发性组分以蒸汽形式透 过膜孔，在组件内部的冷侧或外部的冷凝器中冷凝。在MD过程中，同时发生传质和传热， 温度极化和浓度极化均会对过程产生不利影响。由于MD具有操作温度低、可利用低品位热 源和离子截留率高等优势，逐渐受到人们的重视。在常见的直接接触膜蒸馏(DCMD)、真空 膜蒸馏(VMD)、吹扫气膜蒸馏(SGMD)、空气隙膜蒸馏(AGMD)等四种膜蒸馏形式中， 关于空气隙膜蒸馏的研究较多。空气隙膜蒸馏是在冷热料液之间引入一层空气隙，透过膜孔 的蒸汽穿越空气隙，在气隙另一侧的冷凝板表面冷凝。由于冷料液和产水被冷凝板隔开，冷 料液可以用待处理的料液来回收蒸汽潜热。空气隙的存在，大大降低了膜的直接热传导损失， 从而使膜蒸过程馏具有最高的热能利用效率。

常见的空气隙膜蒸馏组件有中空纤维式和平板式。由于中空纤维式空气隙膜蒸馏组件中 空气隙难以稳定存在，而可选择的性能优良的中空纤维疏水膜很少，同时中空纤维空气隙膜 组件制作复杂，因此多数中空纤维空气隙膜蒸馏仍处于实验室水平。与此相比，板式空气隙 膜蒸馏由于其空气隙便于控制、组装方便、所使用的平板膜价格低廉，因此在实际应用中越 来越受到重视。然而，传统的板式空气隙膜蒸馏装置也具有占地面积大和膜面积小等缺点。 专利CN201420519010.1和CN200420049655.X均报道了利用多个并联的料液隔板来增大膜面 积和减小占地面积；为了提高热能的利用率，吸收蒸汽潜热的冷料液需要外部换热器加热后 作为热料液返回膜组件，因而增加了辅助设备。料液隔板需要添加额外的湍急件来削弱温度 极化，所用微孔疏水膜需要单独的支撑板来支撑，因此，由于湍急件和支撑板的存在，膜组 件的组装难度增加。可见，针对现有板式空气隙膜蒸馏组件及装置的缺陷，继续开发新型、 高效、便捷的板式空气隙MD装置具有重要意义。

发明内容

本实用新型即根据以上现存MD的不足，提供一种空气隙MD装置，主要包括膜蒸馏膜 堆、换热装置和夹紧装置；膜蒸馏膜堆由一定数目的交错排列的热料液隔板、微孔疏水膜、 冷凝板和冷料液隔板组成；换热装置由第一级热工质隔板、第二级热工质隔板、第一级冷工 质隔板、第二级冷工质隔板和换热板组成，热工质隔板和冷工质隔板被换热板隔开，换热装 置位于膜蒸馏膜堆的一侧；夹紧装置由左夹紧板、右夹紧板和若干个螺杆组成，位于膜蒸馏 膜堆和换热装置的两端。其特征在于：所述热料液隔板、微孔疏水膜、冷凝板和冷料液隔板 都设置有热料液进口、热料液出口、产水出口、冷料液进口和冷料液出口；所述热料液隔板 的热料液进口处、热料液出口处和产水出口处设置有水流分布暗道，所述冷料液隔板的冷料 液进口处、冷料液出口处和产水出口处设置有水流分布暗道；所述膜蒸馏膜堆和换热装置之 间有换向板，所述换向板设置有冷料液出口、热料液进口和热料液流道，所述热料液流道位 于冷料液出口和热料液进口之间，所述热料液流道靠近冷料液隔板的一侧设置有下底板；所 述左夹紧板上设置有冷料液进口、热料液出口、产水出口和螺栓孔，所述右夹紧板上有热工 质进口、热工质出口和螺栓孔。

所述冷凝板靠近微孔疏水膜一侧的表面上，设置有多个锯齿状的竖直沟槽，沟槽的槽顶 与冷凝板表面相平，沟槽的深度即为空气隙的厚度，沟槽和产水出口之间设置有水流分布暗 道。

所述换热板两侧的表面设置有多个锯齿状的水平沟槽，沟槽的槽底与换热板表面相平， 沟槽的深度不超过工质隔板厚度的二分之一。

所述冷热料液隔板两侧的表面，设置多个锯齿状的水平沟槽，沟槽的槽顶略低于料液隔板的 表面，水平沟槽靠近水流分布暗道的位置设置有缓冲坡。

所述膜蒸馏膜堆的冷料液出口与换热装置的冷工质进口通过换向板的冷料液出口连接， 膜蒸馏膜堆的热料液进口与换热装置的冷工质出口通过换向板的热料液进口和热料液流道连 接，冷料液作为冷工质进入换热装置，冷工质作为热料液返回膜蒸馏膜堆。

所述料液隔板、工质隔板和换向板均采用耐热、耐酸碱腐蚀的聚丙烯(PP)或聚四氟乙 烯(PTFE)材质，冷凝板和换热板均采用导热性能优良的金属板材质。