CN101496998B - 用于蒸馏系统的中空纤维膜组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于蒸馏系统的中空纤维膜组件。一种膜组件包括：具有内部区域的外壳；设置在该外壳内部的密封件，从而将该内部区域分为第一室和第二室；和延伸通过该第一室和该第二室的多个中空纤维膜，其中该多个中空纤维膜的至少一部分具有位于该第一室中的第一部分以及位于该第二室中的第二部分，该第一部分设置为允许蒸汽传输通过其，以及该第二部分设置为基本上阻止蒸汽传输通过其并还设置为允许热能传输通过其。

Description

用于蒸馏系统的中空纤维膜组件

技术领域

本发明涉及用于液体处理过程的蒸馏系统。特别地，本发明涉及包含用于在液体处理过程中从进料溶液中分离出馏出物流体(distillate fluid)的中空纤维膜组件的蒸馏系统。

背景技术

近年来，在各种流体处理应用中膜蒸馏已经变得越来越流行。该膜典型地是疏水的和微孔的，用于在操作中保持进料溶液与馏出物分离。中空纤维膜典型地用于管/壳结构，其中多束中空纤维膜沿着组件的纵向轴线设置。对于膜蒸馏，膜束中的每一个中空纤维膜典型地是疏水的、微孔的具有外表面和内部中空管状区域的膜。该中空纤维膜的外表面面对组件的壳程，壳程是组件容纳进料溶液的部分。该内部中空管状区域限定了组件的管程，该管程提供收集从进料溶液中分离的馏出物流体的管道。

在操作中，典型地将进料溶液加热以形成沿中空纤维膜的壁的温度差。该温度差造成组件的管程和壳程之间的蒸汽压差，这使得蒸汽传递通过该中空纤维膜。该传递的蒸汽然后在该中空纤维膜中冷凝，从而提供所需的馏出物流体。

在稳态操作中，通过中空纤维膜的质量传递可以为各种蒸馏系统提供高产率的馏出物流体。然而关于中空纤维膜组件的共同问题涉及该组件的热效率。当馏出物流体蒸发并传递通过该中空纤维膜时，潜热伴随着该传递的蒸汽从该组件的壳程传递到管程。此外，组件的壳程和管程之间的温度差可以引起通过中空纤维膜的壁的传导热传递。总之，大量的热量通过膜传递。如果该热量不被回收利用，那么将引起在热能方面的高操作成本。因此，在包含中空纤维膜组件的蒸馏系统中一直存在着提高热效率的要求。

发明内容

本发明涉及一种中空纤维膜组件以及包括该中空纤维膜组件的蒸馏系统。该中空纤维膜组件包括具有分为第一室和第二室的内部区域的外壳，以及通过该第一室和该第二室延伸的多个中空纤维膜。该中空纤维膜的至少一部分具有位于该第一室中的第一部分以及位于该第二室中的第二部分，其中该第一部分允许蒸汽通过其传递，以及该第二部分允许热能通过其传递但是基本上阻止蒸汽通过其传递。

附图说明

图1为包含多个中空纤维膜组件的蒸馏系统的示意图。

图2为中空纤维膜组件中的一个的内部的示意图。

图3为该中空纤维膜组件中的示例中空纤维膜的放大剖视图。

图4为可选择的中空纤维膜组件的内部的示意图。

具体实施方式

图1为蒸馏系统10的示意图，其包括膜组件12、进料回路14以及馏出物回路16，且是用于从进料溶液中分离所需的馏出物流体的合适系统。用于蒸馏系统10的合适的进料溶液的例子包括，含有可以被沿疏水的微孔膜的蒸汽压差分离的化合物的溶液，例如海水、咸水、以及其它用于水和废水处理过程的水基盐水溶液。这里使用的术语“溶液”指的是包含一种或多种固体的载体液体，该固体完全溶解、部分溶解、分散、乳化或悬浮在载体液体中。例如，该进料溶液可以是包含至少部分溶解在水载体中的盐的水基盐水溶液。该例中，蒸馏系统10可以用于从水基盐水溶液中分离至少一部分水来提供作为馏出物流体的洁净水。蒸馏系统10还希望包括标准的流体处理装置(未示出)，例如过程控制单元、流体泵和过滤器。

膜组件12是从进料溶液中分离馏出物流体的中空纤维膜组件(例如从水基盐水溶液中分离水)。特别合适的膜组件12的例子包括直接接触式膜蒸馏(DCMD)组件。如下所述，膜组件12每一个被分为壳程(图1中未示出)和管程(图1中未示出)，其中该壳程与进料回路14流体连通，该管程与馏出物回路16流体连通。在操作中，该进料溶液从进料回路14流动到膜组件12的壳程。当该进料溶液流过膜组件12的壳程时，该进料溶液被分离成需要的馏出物流体和剩余的进料溶液。该需要的馏出物流体传送到膜组件12的管程，且进入馏出物回路16。该剩余的进料溶液保留在膜组件12的壳程，且再次进入进料回路14。

虽然显示的蒸馏系统10具有三个并联设置的膜组件12，但是蒸馏系统10可以选择地包括附加或更少数量的膜组件12。例如用于蒸馏系统10中的膜组件12的合适的数量范围是1～100；用于蒸馏系统10中的膜组件12的特别合适的数量范围是1～25；以及用于蒸馏系统10中的膜组件12的更特别合适的数量范围是1～10。

进料回路14是进料溶液的流体路径，包括进料源管线18、进料传输管线20a-20d、进料入口管线22、进料出口管线24、排放管线26、进料储存容器28以及热交换器30。进料源管线18是用于从进料溶液源(未示出)向进料回路14传输该进料溶液的由阀控制的流体管道。当蒸馏系统10达到稳态操作时，在膜组件12中分离部分该进料溶液来提供馏出物回路16中的所需的馏出物流体。这样，进料管线18还希望提供该进料溶液来平衡进料回路14中的稳态流。

进料传输管线20a-20d是进料回路14的流体管道，且提供图1中实施例的逆时针流动路径。进料入口管线22是将进料传输管线20d与膜组件12互连的流体管道，从而允许进料溶液流入膜组件12的壳程。进料出口管线24是将进料回路管线20a与膜组件12互连的流体管道。这样允许被蒸馏后的进料溶液从膜组件12的壳程排出，且再次进入进料回路14。

排放管线26是将进料传输管线20a和20b互连的由阀控制的流体管道，且允许部分进料溶液从进料回路14中排放。这有利于在稳态操作中控制剩余进料溶液的浓度。进料储存容器28是由进料传输管线20b进料的容器，其在操作中储存该进料溶液。进料储存容器28也与供应进料溶液到热交换器30的进料传输管线20c连接。热交换器30是将进料传输管线20c和20d互连的提供热的热交换器。从而，热交换器30升高了从进料传输管线20c传到进料传输管线20d的进料溶液的温度。如下所述，该升高的进料溶液温度帮助在膜组件12中产生蒸汽压力差，从而允许膜组件12将蒸汽从进料溶液侧传递到馏出物侧。

馏出物回路16是馏出物流体的流体路径，且包括热交换器32、馏出物传输管线34a-34d、馏出物存储容器36、馏出物入口管线38、馏出物出口管线40、回收管线42以及存储容器44。除了在膜组件12中从该分离过程中得到的馏出物流体外，馏出物回路16还希望包括进一步帮助该分离过程的冷馏出物流体。热交换器32是冷却热交换器，其将馏出物传输管线34a和34b互连，从而降低了流动通过馏出物传输管线34a流到馏出物传输管线34b的馏出物流体的温度。

馏出物传输管线34a-34b是馏出物回路16的流体管道，且提供如图1所示的实施例中的馏出物流体的顺时针流动路径。馏出物存储容器36是由馏出物传输管线34b进料的容器，其在操作时存储该冷馏出物溶液。馏出物存储容器36也与供应馏出物流体到馏出物入口管线38的馏出物传输管线34c连接，从而允许该馏出物流体流入膜组件12。馏出物出口管线40是将膜组件12与馏出物传输管线34d互连的流体管道。这允许馏出物流体离开膜组件12，且再次进入馏出物回路16。

回收管线42是连接到馏出物传输管线34d的由阀控制的流体管道，以从馏出物回路16向存储容器44传输部分馏出物流体。存储容器44是用于接收从膜组件12中得到的馏出物流体的容器。如上所述，当蒸馏系统10达到稳态操作时，在膜组件12中分离部分进料溶液来提供馏出物回路16中的馏出物流体。这样，回收管线42和存储容器44允许从馏出物回路16中去除得到的馏出物流体量并作为回收产品储存(例如来自于盐水溶液的洁净水)。这允许馏出物回路16基本上保持稳态流。

在稳态操作中，该进料溶液以逆时针方向围绕进料回路14流动，以及被热交换器30部分地加热到升高的温度。合适的升高的温度可以取决于进料溶液的组成而变化。对于水基进料溶液，合适的升高的温度范围例如是大约50℃到低于100℃，特别合适的升高的温度范围是大约70℃到大约90℃。当流过进料回路14时，一部分被加热的进料溶液通过进料入口管线22流入膜组件12的壳程，以及剩余部分的被加热的进料溶液继续流过进料传输管线20d。在一个可选的实施方式中，进料回路14可以要求所有的被加热的进料溶液通过进料入口管线22流入膜组件12的壳程。在这个实施方式中，热交换器30仅仅将进料传输管线20c和进料入口管线22互连。

还是在稳态操作中，馏出物流体供应以顺时针方向围绕馏出物回路16流动，且被热交换器32部分地冷却到降低的温度。馏出物流体的合适的降低的温度可以取决于馏出物流体的组成而变化。对于水基馏出物流体，合适的降低的温度范围例如是大约5℃到低于50℃，特别合适的降低的温度范围是大约20℃到低于40℃。当流过馏出物回路16时，被冷却的馏出物流体通过馏出物入口管线38流入膜组件12的管程。

流入膜组件12的冷馏出物流体和被加热的进料溶液在膜组件12的壳程和管程之间产生温度差。该温度差相应地产生蒸汽压差，在壳程的较高的蒸汽压对在管程的较低的蒸汽压。在组件12中的膜仅仅允许蒸汽通过膜壁传递进入管的孔侧。然后可以在回收容器44中收集该馏出物流体作为需要的馏出物产品(例如在水处理过程中的洁净水)。

当流过膜组件12的壳程时，该进料溶液由于潜热和传导热传递也会损失热能。在标准膜组件中，该传递的热量将被带出该组件。然而，如下所述，膜组件12还具有热交换器的功能，以补偿组件内部的至少一部分热能。这提高了蒸馏系统10的热效率，从而减少了所需的能量以及热交换器26和32的尺寸。结果是，蒸馏系统10可以用更低的操作成本操作。另外，虽然图1所示的膜组件12用于蒸馏系统10，膜组件12也可以选择性地用于从进料溶液中分离馏出物流体的各种系统中，并且降低给定系统中的热能需求。

图2为膜组件12的内部的示意图，其对应于图1所示的一个膜组件12。如图2所示，膜组件12包括外壳46、密封树脂壁48、50和52、连接管道54、中空纤维膜56以及导流板58和60。外壳46是沿纵向轴线(参见纵向轴线62)延伸的刚性结构，且限定了膜组件12的内部区域64。外壳46还希望包括连接件(未示出)来连接膜组件12到进料入口管线22、进料出口管线24、馏出物入口管线38以及馏出物出口管线40。

密封树脂壁48、50和52是垂直于纵向轴线62延伸的密封件，且由一种或多种密封材料形成，例如丙烯酸脂和环氧基材料。相应地，密封树脂壁48、50和52将内部区域64分成馏出物入口室66、接触室68、回收室70以及馏出物出口室72。馏出物入口室66是设置于外壳46与密封树脂壁52之间的室，并通向馏出物入口管线38。接触室68是设置于密封树脂壁50和52之间在外壳46内的室，并通向进料入口管线22和连接管道54。回收室70是设置于密封树脂壁48和50之间在外壳46内的室，且通向进料出口管线24和连接管道54。馏出物出口室72是设置于外壳46和密封树脂壁48之间的室，并通向馏出物出口管线40。

如下所述，接触室68是膜组件12的通过蒸馏发生分离的部分，以及回收室70是膜组件12中的流过中空纤维膜56一侧的热馏出物中部分热量传递到中空纤维膜56另一侧的较冷的剩余进料溶液的部分。合适的接触室68和回收室70的尺寸可以取决于所需的热量和质量传递特性而变化。例如每个接触室68和回收室70的沿纵向轴线62的合适的长度范围是大约13厘米(大约5英寸)到大约76厘米(大约30英寸)，特别合适的长度范围是大约25厘米(大约10英寸)到大约51厘米(大约20英寸)，以及更特别合适的长度范围是大约30厘米(大约12英寸)到大约41厘米(大约16英寸)。例如每个接触室68和回收室70的垂直于纵向轴线62的合适的直径范围是大约3厘米(大约1英寸)到大约41厘米(大约16英寸)，特别合适的直径范围是大约5厘米(大约2英寸)到大约30厘米(大约12英寸)，以及更特别合适的直径范围是大约8厘米(大约3英寸)到大约13厘米(大约5英寸)。

连接管道54是在操作中允许进料溶液从接触室68运送到回收室70的壳程管道。中空纤维膜56是在馏出物入口室66和馏出物出口室72之间沿着纵向轴线62延伸的多个管状膜。中空纤维膜56希望在内部区域64的体积内捆扎在一起来增加总的膜表面积。在一个实施方式中，中空纤维膜56基本上填满接触室68和回收室70的开口空间(open volume)。这允许进料溶液在膜之间的填隙空位中流过接触室68和回收室70。可选地，接触室68和回收室70的一个或多个部分可以不被中空纤维膜56占据，从而为进料溶液提供更大的流动路径。

每个中空纤维膜56包括沿着纵向轴线62延伸通过密封树脂壁48、50和52以及导流板58和60的内部中空区域(图2未示出)。这为馏出物流体提供了馏出物入口室66和馏出物出口室72之间的管程流动路径(即，该馏出物流体可以流过中空纤维膜56的内部中空区域)。相反地，进料溶液的壳程流动路径在接触室68和回收室70内在中空纤维膜56的外表面之间延伸，并延伸通过连接管道54。

在接触室68的中空纤维膜56部分从一种或多种疏水的微孔材料形成，所述材料能够通过蒸汽压差从进料溶液中分离出馏出物流体。相比而言，在回收室70的中空纤维膜56部分是无孔的，从而阻止通过膜的质量传递，但是允许热传递发生。这样，回收室70具有作为热交换器的功能，使膜组件12和蒸馏系统10的热效率提高(图1所示)。

导流板58和60是在接触室68和回收室70内的壳程流动屏障(例如，丙烯酸酯和环氧基屏障)，其引导进料溶液以相对于中空纤维膜56交叉的方式流动。如图所示，导流板58具有轴向中心的开口，从而引导进料溶液向接触室68和回收室70轴向中心的流动路径。然而，导流板60具有非轴向中心的开口(例如接近外壳46)，其引导进料溶液远离接触室68和回收室70内轴向中心的流动路径。因此，导流板58和60的交替设置迫使进料溶液以准交叉的流动几何形式流径中空纤维膜56，进料溶液轴向往下经过室68，从而增加了通过中空纤维膜56的质量和热量传递。合适的导流板58和60的数量取决于接触室68和回收室70的尺寸和所需的进料溶液流动路径而变化。例如每个接触室68和回收室70的合适的导流板(例如导流板58和60)的数量范围是1到10个，特别合适的导流板的数量范围是1到5个。

在操作中，被加热的进料溶液通过进料入口管线22进入接触室68。然后该进料溶液绕导流板58和60的开口朝着密封树脂壁52引导，导流板58和60使得进料溶液按相对于中空纤维膜56交叉的流动方式流动。当进料溶液流过接触室68时，冷馏出物流体通过馏出物入口管线38进入馏出物入口室66，并通过中空纤维膜56的内部中空区域向馏出物出口室72流动。当该被加热的进料溶液绕中空纤维膜56的外表面流动时，中空纤维膜56的外表面和内部中空区域之间的温度差产生了在接触室68内沿中空纤维膜56的蒸汽压差。这使得进料溶液中的部分馏出物流体蒸发并传递通过中空纤维膜56的微孔。当该蒸汽进入中空纤维膜56的内部中空区域，馏出物流体的冷供应使得蒸汽在内部中空区域冷凝并与馏出物流体供应混合。该馏出物流体然后流向馏出物出口室72并进入馏出物出口管线40。

如上所述，当该馏出物流体从进料溶液中分离时，潜热和传导热也通过中空纤维膜56的内部中空区域从进料溶液传递到馏出物流体。当流过接触室68时，该进料溶液由于通过中空纤维膜56的热传递而逐渐被冷却。因此，在接触室68内，在进入连接管道54和回收室70之前进料溶液的整体温度降至最低值。相比而言，在接触室68内流过中空纤维膜56的内部中空区域时，由于通过中空纤维膜56的热传递，该馏出物流体逐渐被加热。在接触室68中的热传递提高了馏出物流体的温度并降低了进料溶液的温度，这样进入膜组件12管程的回收室70的馏出物流体的整体温度高于进入膜组件12的壳程的回收室70的剩余进料溶液的整体温度。

在从连接管道54进入回收室70之后，该剩余的进料溶液朝向进料出口管线24流过回收室70。因而，导流板58和60使得蒸馏后的进料溶液以相对于中空纤维膜56的准交叉的流动路径方式流动。然而，如上所述，回收室70中的中空纤维膜56的部分是无孔的。从而，馏出物流体蒸汽不能从回收室70中的中空纤维膜56穿过。但是，传导热能够行进通过回收室70中的中空纤维膜56的部分。结果，至少一部分在接触室68中的分离过程中得到的热能从馏出物流体(即，从膜组件12的管程)传递回到该进料溶液(即，到膜组件12的壳程)。

在稳态操作中，热交换器30(见图1)希望将进料回路14(见图1)中的进料溶液保持在升高的温度，尽管在膜组件12中有热损失。同样地，热交换器32(见图1)希望将馏出物回路16(见图1)中的馏出物流体保持在被降低的温度，尽管在膜组件12中得到热量。这样，回收室70中的热回收减少了用热交换器30来加热流过进料回路14的进料溶液和用热交换器32来冷却流过馏出物回路16的馏出物流体所需的能量。这样提高了蒸馏系统10(见图1)的热效率，从而减少了产生馏出物流体所需的操作成本。

图3是膜74的放大剖视图，膜74是中空纤维膜56(见图2)中的单个膜的示例。如图3所示，膜74包括部分76和78以及内部中空区域80，其中部分76是接触室68(见图2)中的膜74的部分，部分78是回收室70(见图2)中的膜74的部分。部分76和78每个包括膜壁82，其由一种或多种疏水的材料形成并包括允许气体和蒸汽传输但是阻止液体和固体传输的多个微孔(未示出)。这样允许蒸汽压差从进料溶液中分离馏出物流体。

合适的膜壁82的壁厚范围例如是大约50微米到大约200微米，特别合适的壁厚范围是大约100微米到大约150微米。合适的膜壁82的平均微孔大小范围例如是大约0.1微米到大约1.0微米，特别合适的平均微孔大小范围是大约0.3微米到大约0.7微米。合适的膜壁82的材料例如包括聚合物材料，例如聚丙烯、聚乙烯、聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯及其组合物。

如图进一步所示，部分78还包括涂层84，其希望覆盖膜壁82在部分78的整个外表面。涂层84是阻止气体和蒸汽传输的无孔涂层，从而阻止在回收室70中通过膜74的质量传递。合适的涂层84的材料包括对热和水溶液稳定的任何疏水聚合物材料。合适的涂层84的材料例如包括上述对膜壁82讨论的合适的聚合物材料，除了涂层84不包括微孔之外。涂层84可以通过多种涂敷技术在膜壁82上形成，例如浸渍涂敷、洗脱涂敷以及喷涂。在可选的实施方式中，膜壁82在部分78的微孔可以被填满以阻止气体和蒸汽的传递，或者膜壁82在部分78可以形成为没有微孔。在这些实施方式中，膜壁82能够阻止气体和蒸汽的传输，那么可以省去涂层84。

如上所述，当在接触室68内时，冷馏出物流体流过膜74的内部中空区域80，且加热的进料溶液邻近膜壁82的外表面流动。这产生沿膜壁82的蒸汽压差，从而允许馏出物流体蒸汽通过膜壁82的微孔进入到内部中空区域80。因此，在内部中空区域80中馏出物流体蒸汽从进料溶液携带潜热给馏出物流体。另外，在内部中空区域80中热量通过热传导经过膜壁82从进料溶液传递给馏出物流体。

在回收室70中，涂层84基本上阻止通过膜74的部分78的质量传递。这样，馏出物流体蒸汽不能穿过部分78。然而，部分78允许热量以热传导的方式传递经过膜壁82和涂层84，从而从流过内部中空区域76的馏出物流体中回收热量到靠近涂层84流动的进料溶液中。这增加了膜组件12(见图2)的热效率。

图4为膜组件112的内部的示意图，其是膜组件12(见图2)的备选方式，其中相应部件的附图标记增加100。如图4所示，膜组件112包括外壳146，密封树脂壁148、150和152、连接管道154和中空纤维膜156，其功能与膜组件12的相应部件的功能相同。因此，外壳146是沿纵向轴线162延伸的刚性结构并限定了膜组件112的内部区域164。外壳146还希望包括连接件(未示出)用于连接膜组件112到蒸馏系统10(见图1)的进料管线22、进料出口管线24、馏出物入口管线38和馏出物出口管线40。虽然图示的是管状几何形状，但是外壳146还可以展现备选的几何形状，例如矩形几何形状。

密封树脂壁148、150和152是将内部区域164分为馏出物入口室166、接触室168、回收室170和馏出物出口室172的密封件，其中内部区域164的长宽比与内部区域64(见图2)的长宽比不同。因此，在图4所示的实施方式中，进料溶液通过接触室168和回收室170的流动路径是垂直于中空纤维膜156的长度方向的。这产生相对于中空纤维膜156的交叉流动来增加经过中空纤维膜156的质量和热量传递。因此，在这个实施方式中省去了相应于导流板58和60(见图2)的导流板。

连接管道154是壳程管道，其允许在操作中进料溶液从接触室168流动到回收室170。中空纤维膜156是在馏出物入口室166和馏出物出口室172之间沿着纵向轴线162延伸的多个管状膜，其功能与中空纤维膜56(见图2)相同。因此，接触室168中的中空纤维膜156的部分从一种或多种能够从进料溶液中分离馏出物流体的疏水的微孔材料形成。相比而言，在回收室170的中空纤维膜156的部分是无孔的，从而阻止通过膜的质量传递，但是允许传导的热传递的发生。这样，回收室170以与回收室70(见图2)相同的方式用作热交换器，以增加膜组件112和蒸馏系统10的热效率。

在操作中，加热的进料溶液通过进料入口管线22进入接触室168。当该进料溶液向连接管道154的方向流过接触室168时，冷馏出物流体通过馏出物入口管线38进入馏出物入口室166，然后向馏出物出口室172的方向流过中空纤维膜156的内部中空区域。沿接触室168中的中空纤维膜156产生的蒸汽压差使得进料溶液中的部分馏出物流体蒸发并传递通过中空纤维膜156的微孔。如上所述，潜热和传导热从进料溶液传递到流动通过中空纤维膜156的内部中空区域的馏出物流体中。

在从连接管道154进入回收室170之后，蒸馏后的进料溶液向进料出口管线24的方向流过回收室170。如上所述，回收室170中的中空纤维膜56的部分是无孔的。从而，馏出物流体蒸汽不能穿过回收室170中的中空纤维膜156。但是，传导热能够传送通过回收室170中的中空纤维膜156的部分。结果，至少一部分在接触室168中的分离过程中得到的热能从馏出物流体传递回到该蒸馏后的进料溶液。回收室170中的该热回收减少了热交换器26和32(见图1)所需的热量，从而提高了蒸馏系统10的热效率。

虽然本发明是通过参照优选的实施方式来描述的，但是本领域技术人员能够理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的形式和细节做出变化。

Claims (20)

1.一种膜组件，包括：

具有内部区域的外壳；

设置在所述外壳内的密封件，从而将所述内部区域的一部分分为第一室和第二室；

在所述第一室处延伸通过所述外壳的入口；

在所述第二室处延伸通过所述外壳的出口；

将该第一室和该第二室互连的管道，以允许进料溶液从所述第一室流向所述第二室；以及

延伸通过该第一室和该第二室的多个中空纤维膜，所述多个中空纤维膜具有内部中空区域，所述内部中空区域设置成为馏出物流体提供流动路径，其中，所述多个中空纤维膜中的至少部分具有位于该第一室内的第一部分和位于该第二室内的第二部分，该第一部分设置为允许从第一室到内部中空区域中的蒸汽传输，该第二部分设置为基本上阻止在第二室和内部中空区域之间的蒸汽传输，且还设置为允许热能传输通过。

2.如权利要求1所述的膜组件，其中，所述多个中空纤维膜中的至少一个的该第一部分和该第二部分包括微孔膜壁，该第二部分还包括设置在所述微孔膜壁上的聚合物涂层，以阻止气体和蒸汽传输。

3.如权利要求2所述的膜组件，其中，该微孔膜壁由选自聚丙烯、聚乙烯、聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯及其组合物的组中的至少一种聚合物材料形成。

4.如权利要求1所述的膜组件，其中，该入口设置为接收来自进料溶液回路的进料溶液，该出口设置为向进料溶液回路排出蒸馏后的进料溶液。

5.如权利要求1所述的膜组件，还包括：

邻近该第一室设置的第三室，该第三室与所述多个中空纤维膜流体连通；以及

邻近该第二室设置的第四室，该第四室也与所述多个中空纤维膜流体连通。

6.如权利要求1所述的膜组件，还包括设置于该第一室和该第二室中的至少一个内的至少一个导流板。

7.如权利要求6所述的膜组件，还包括设置于该第一室和该第二室中的至少一个内的多个导流板。

8.如权利要求1所述的膜组件，其中，该第一室和该第二室中的至少一个具有13厘米到76厘米的长度范围，以及3厘米到41厘米的直径范围。

9.一种膜组件，包括：

外壳；

第一室，所述第一室设置在所述外壳内且具有用于进料溶液的入口；

第二室，所述第二室设置在所述外壳内且具有用于进料溶液的出口；

将该第一室和该第二室互连的管道，其中该第一室、该第二室和该管道设置成为进料溶液从第一室经由所述管道流向第二室提供流动路径；以及延伸通过该第一室和该第二室到达馏出物出口的多个中空纤维膜，所述多个中空纤维膜具有设置成为馏出物流体提供流动路径的内部中空区域，所述多个中空纤维膜具有位于该第一室内的第一部分和位于该第二室内的第二部分，其中该第一部分设置为允许馏出物流体蒸汽传输通过，并且该第二部分设置为基本上阻止馏出物流体蒸汽传输通过同时允许热能传输通过。

10.如权利要求9所述的膜组件，其中，所述多个中空纤维膜中的至少一个的该第一部分和该第二部分包括微孔膜壁，该第二部分还包括设置在所述微孔膜壁上的聚合物涂层，以阻止气体和蒸汽传输。

11.如权利要求9所述的膜组件，还包括设置于该第一室和该第二室中的至少一个内的多个导流板，所述多个导流板设置为至少部分引导该进料溶液的流动路径。

12.如权利要求11所述的膜组件，其中，所述多个导流板中的至少第一个具有轴向中心的开口，所述多个导流板中的至少第二个具有非轴向中心的开口。

13.如权利要求9所述的膜组件，还包括将该第一室与该第二室分离的至少一个密封件。

14.一种从进料溶液分离馏出物流体的系统，该系统包括：

提供该进料溶液供应的进料回路；

提供该馏出物流体供应的馏出物回路；

至少一个膜组件，其包括：

外壳；

设置在外壳内的第一室；

设置在外壳内的第二室；

允许进料溶液从第一室流向第二室的管道；以及

延伸通过该第一室和该第二室的多个中空纤维膜，所述多个中空纤维膜将所述至少一个膜组件分为壳程和管程，其中该壳程与该进料回路流体连通，并且该管程与馏出物回路流体连通，所述多个中空纤维膜中的至少一个包括：

位于该第一室内的第一部分，所述第一部分设置为允许馏出物流体蒸汽从该壳程传输到该管程；以及

位于该第二室内的第二部分，所述第二部分设置为基本上阻止馏出物流体蒸汽从该壳程传输到该管程，且还设置为允许热能在该管程和该壳程之间传输。

15.如权利要求14所述的系统，其中，该进料回路包括热交换器，所述热交换器设置为将该进料溶液加热到50℃到低于100℃的温度范围。

16.如权利要求14所述的系统，其中，该馏出物回路包括热交换器，所述热交换器设置为将该馏出物流体冷却到5℃到50℃的温度范围。

17.如权利要求14所述的系统，其中，该第一部分和该第二部分包括微孔膜壁，该第二部分还包括设置于该微孔膜壁上的聚合物涂层，以阻止气体和蒸汽传输。

18.如权利要求17所述的系统，其中，该微孔膜壁由选自聚丙烯、聚乙烯、聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯及其组合物的组中的至少一种聚合物材料形成。

19.如权利要求14所述的系统，其中，该膜组件还包括设置于该第一室和该第二室中的至少一个内的至少一个导流板。

20.如权利要求14所述的系统，其中，该第一室和该第二室中的至少一个具有13厘米到76厘米的长度范围，以及3厘米到41厘米直径范围。

Images