[发明专利]一种平板型膜蒸馏装置、蒸馏方法及应用

说明书

本发明提供了一种平板型膜蒸馏装置、蒸馏方法及应用，所述平板型膜蒸馏装置由若干个蒸馏单元组成，所述蒸馏单元包括若干个膜框架和若干个流道格栅；本发明提供的平板型蒸馏装置，可任意组装拆卸，通过增加或减少膜框架与流道格栅的组合层数，以达到最佳组合和最佳的蒸馏效率；并且通过蒸馏膜与冷凝膜的合理设置，建立起冷、热液体各自独立的流动通道，使得两种液体相反方向的流动，极大的增加了流体之间的热交换效率，提升了蒸馏效率，使得蒸馏液体的产出效率大大提升，产出效率可达到2.0升/平方米/小时左右，实际应用价值高。

技术领域

本发明属于化工分离领域，涉及一种平板型膜蒸馏装置、蒸馏方法及应用。

背景技术

利用溶液中溶剂和溶质的不同温度特性，如蒸汽压，来实现溶剂与溶质的分离，这是蒸馏的基本原理。传统的蒸馏方法是将溶液加温到溶剂的沸点附件温度，再将溶剂蒸气冷凝收集，从而达到溶剂与溶质分离的目的。

随着人们对水资源的不断要求，海水淡化技术已日趋发展成熟。传统的海水淡化方法有1)加热蒸馏；2)膜分离技术(超滤和反渗透膜)。近年来，随着材料科学的发展，另一种技术，即膜蒸馏(membrane distillation,下面简称MD)技术有了很大的进展。膜蒸馏(淡化海水)就是利用一种疏水的多孔膜，其特性是在一定的压力下，水无法通过它，但水蒸气能够顺利通过。这样，膜的一侧水温并不需要很高，其蒸气能透过膜而到达膜的另一侧。

在化工生产中往往会产生大量的有机溶剂与水的混合溶液。如果在适当的温度下有机溶液与水的蒸汽压有较大的差别，膜蒸馏技术则可以用于有机溶剂的浓缩。

通常有4种膜蒸馏的运行方式有如下几种：

1)直接膜蒸馏(DCMD)，即在疏水膜的一侧联通温度较高的蒸馏介质(海水淡化应用中为原始海水)，而蒸气透过的一侧直接与温度较低的冷却介质(通海水淡化应用中通常是淡水)接触，因此蒸气直接凝结在冷却介质中。运行中保持高温一侧和低温一侧的液体流动。由于蒸气冷凝过程中将放热，导致蒸馏介质的温度下降而冷却介质的温度增加。因此需要通过加热和冷却装置以保持蒸馏膜两侧液体的温度差。

2)空气间隙膜蒸馏(AGMD)，即在蒸馏膜蒸气透过的一侧，蒸气经过一个空气间隙后凝结在一层不通透的薄膜上(冷凝膜)，而冷凝膜的另一侧，有保持较低温度的液体介质流动。同样，运行需保持高温介质和低温介质的温度差。但是，低温介质不一定是纯净的蒸馏冷凝液体，这对海(岛)上的海水淡化应用有特殊的吸引力：可以用低温的海水来作为冷端介质。另外，这一方法对于有机溶剂和水的混合溶液的膜蒸馏浓缩十分有利。

3)工作气体吹扫膜蒸馏(SWMD)，即在蒸馏膜的蒸气透过一侧通过与不通透膜或其它材料组合，建立起一个空气通道，在通道的一端吹入工作气体如干氮气，将水蒸气带出膜蒸馏装置，带出的含水蒸气的工作气体再经冷凝器凝结去水(产水)，工作气体重新吹入膜蒸馏装置。

4)真空汲取膜蒸馏(VSMD)，工作原理与SWMD相似，不同的是，它在蒸气透过一侧的空气通道的一端接上真空泵，将蒸气抽出膜蒸馏装置，再将抽出的蒸气冷凝制水。

膜蒸馏的效率取决于膜的疏水性能和孔径大小，-运行时冷/热介质之间的温差，以及膜表面蒸馏气体的移走速率。因此，如何开发一种提升冷热水之间的热量传递效率、膜的蒸馏效率装置，对于提升膜蒸馏法的蒸馏效率具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种空气间隙法(AGMD)平板型膜蒸馏装置、蒸馏方法及应用，以达到使用简单、装配和拆卸简便、蒸馏效率高的效果。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种平板型膜蒸馏装置，所述平板型膜蒸馏装置由若干个蒸馏单元组成，所述蒸馏单元包括若干个膜框架和若干个流道格栅；