[实用新型]一种高效连续的管式膜渗透汽化分离系统

说明书

本实用新型公开了高效连续的管式膜渗透汽化分离系统，属于分离领域，系统包括加热器、一个或者多个并联设置的膜分离器和冷凝器、真空泵；膜分离器包括真空容器、补热容器以及一个或者多个并联设置的渗透汽化线路；渗透汽化线路包括以串联或者串并混联形式连接的多个膜管束组件和补热组件，在渗透汽化线路中，相邻的两个补热组件之间设置有一个或者多个膜管束组件；真空容器与冷凝器、真空泵依次连接；补热容器上设置有加热介质进口和加热介质出口；渗透汽化线路的一端连接加热器、另一端出料；膜管束组件、补热组件分别位于真空容器、补热容器内，且分别包括一个或多个并联设置的膜管、补热管。本实用新型具有连续高效、占地小、成本低的特点。

技术领域

本实用新型涉及渗透汽化分离技术领域，特别涉及一种高效连续的管式膜渗透汽化分离系统。

背景技术

温室气体的大量排放加剧温室效应，伴随而生的气候变暖现象造成频繁的自然灾害，给人类的生存带来了越来越大的威胁。

迄今为止，包括石化在内的化工工业是最大的能耗工业类别，能耗超过所有工业能耗的30%以上，因此化工工业中的分离过程例如蒸馏等高能耗分离过程面临着严峻的挑战，需要进行技术升级，以达到节能减排的目的。相较于传统的蒸馏过程，膜渗透汽化过程具有能耗低等优势，已广泛地应用于有机溶剂的分离与脱水过程。

在膜渗透汽化过程中，原料液中的一些组分渗透通过膜而汽化，这个汽化过程需要大量热量，从而导致膜管中料液温度随著渗透汽化的进程而逐渐下降，因此料液需要补热以维持料液的温度，这种渗透汽化-补热的重复过程可以保证渗透汽化过程在适当的温度范围内进行，使得膜渗透分离速率不会由于温度的降低而减少。对于上述的膜渗透汽化分离体系，需要经过几十甚至上百次渗透汽化-补热的循坏重复才能达到设定的分离要求，因此显著增加渗透汽化系统的复杂性。

为了解决料液的补热问题，业界设计和尝试了多种膜组件构成模式和过程操作方式，例如公开号为CN109999669A和CN110759844A的中国实用新型专利申请公开了一种间歇式渗透汽化操作方式及其应用方法，其中原料液罐可以通过外加热的方式使其温度维持在设置的范围内，循环泵使原料液快速通过膜组件。一方面可以使料液在膜组件中处于高度湍流状态，基本消除膜原料侧的浓差极化现象，使膜渗透汽化过程始终处于高效状态。另一方面，高流速也减少了料液在膜组件中停留时间，从而相应地减少了料液因其中的部分组分渗透汽化分离而引起的膜组件内料液温度降低的幅度，因此，料液在膜组件中的温度被控制在一定范围内，膜的渗透速率不会由于温度的降低而显著降低。料液流经膜组件后又循环回到原料液罐中被加热，保持循环过程直到原料液罐中的液体达到要求的纯度，就完成了渗透汽化分离过程。这种操作模式下料液补热操作简单易行，特别适用于原料液是分批间歇性的供应方式。然而，当原料液是连续供应的模式时，由于单次流过膜组件的料液经一次渗透汽化后并不能达到分离要求，因此这种间歇操作模式并不能很好满足连续供料的操作模式。

公开号为CN100408531A的中国实用新型专利公开了一种膜渗透汽化的连续工艺，公告号为CN103551036B的另外一件中国实用新型专利也公开了相似的连续工艺，其中的膜渗透汽化系统由多个膜组件和补热器串联构成，原料液通过一个膜组件进行渗透汽化后，经后面相连的补热器补热，如此重复，直至达到分离要求。这些工艺解决了渗透汽化对连续操作的要求，也兼顾了料液的补热需求，把渗透汽化操作温度控制在一定的范围内。但是渗透汽化过程需要很多膜组件和补热器串联在一起时，使得整套系统会变得复杂、占地空间大、成本高。而且这两个专利技术方案都没有考虑到料液的流动状态对膜渗透性能的影响。对于高渗透性能的膜，料液必须高于一定的流速，使料液处于高度湍流状态，这有利于消除膜组件内浓差极化，确保膜组件始终处于高效运行状态，然而提高料液的流速意味着料液在膜组件内停留时间缩短，相应地需要增加串联的膜组件和补热器数量来满足分离要求，这会使系统变得更复杂并增加额外成本。