CN101874984A - 一种鼓气减压膜蒸馏装置以及蒸馏方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种鼓气减压膜蒸馏装置以及蒸馏方法。膜蒸馏时，在原水进入疏水膜组件前的管路上鼓入低压压缩空气，混合形成气液混合流体后，再进入疏水膜组件中，在疏水膜组件的产汽出口外接真空泵，构成鼓气减压膜蒸馏系统。控制一定的运行时间后，当疏水膜尚未发生亲水化或只发生轻微的亲水化时，进行在线干燥处理，具体步骤是：关闭热侧循环泵，继续在膜的原水侧鼓入压缩空气，同时，在膜的出水侧保持负压。在负压的抽吸作用下，压缩空气吹扫透过疏水膜，利用压缩空气的夹带吹扫作用，将将膜孔中的凝结水除掉，从而实现疏水膜的在线干燥。与离线干燥方法相比，设备简单，操作方便，易于实现自动控制。

Description

一种鼓气减压膜蒸馏装置以及蒸馏方法

技术领域

本发明涉及一种膜蒸馏装置以及方法，尤其涉及水净化处理和化工分离的膜分离处理装置以及方法。

背景技术

膜蒸馏在近年来吸引了世界范围内的关注和研究。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的蒸发面积大，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，且蒸馏操作所需的汽相空间很小。与反渗透相比，膜蒸馏是热驱动过程，操作压力低，因此对膜机械性能的要求低，设备费用也低，过程安全性得到了提高，而且，膜蒸馏的操作压力低，脱盐率高，膜污染少。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，水蒸汽从被加热的原水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，原水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。

膜蒸馏过程的操作温度低于传统的蒸馏过程，而操作压力又低于传统的膜分离过程；对膜的机械性能要求较低；与传统的蒸馏过程相比，蒸汽空间显著减少。膜蒸馏的组件可以设计成潜热回收形式，并具有以高效的小型膜组件构成大规模生产体系的灵活性。该过程可以处理浓度极高的水溶液，如果溶质是容易结晶的物质，可以把溶液浓缩到过饱和状态而实现膜蒸馏结晶，是目前唯一能从溶液中直接分离出结晶产物的膜过程，且只要膜两侧维持适当的温差，该过程就可以进行，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。

减压膜蒸馏是在疏水膜的透过侧施加一个负压，将透过多孔膜的水蒸汽抽出到膜组件以外的冷凝器内进行冷凝液化。将减压膜蒸馏方法应用于从水体中去除挥发性溶质，从含盐水脱盐制备超纯水，以及溶液的浓缩等的研究工作已经在世界范围内展开。在这些研究中，各种操作条件和工艺参数如进水温度与浓度、热侧水体循环流速和蒸汽压差等对膜蒸馏蒸汽通量的影响已经被一定程度的讨论，膜蒸馏过程的传热与传质机理也被进一步的探讨。

但是，膜蒸馏过程中一般都存在着疏水膜亲水化渗漏问题，如何对亲水化后的疏水膜组件进行再次干燥处理，是膜蒸馏技术实现工业化应用必需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种在线干燥的鼓气减压膜蒸馏装置与方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种鼓气减压膜蒸馏装置，其特征在于，包括依次连接的下述部件：在原水侧设置的水槽；连接于水槽上的水泵，用于抽吸水槽中的原水；设置于水泵下游的气液混合器，气液混合器上设置压缩空气进口，压缩空气进口用于向原水鼓入低压压缩空气，上述气液混合器用于混合压缩空气和液体，形成气液混合流体；疏水膜组件，处理气液混合流体；在疏水膜组件出水侧设置负压产生装置。

本发明提供一种鼓气减压膜蒸馏方法，膜蒸馏过程与膜干燥过程间歇交替进行，在膜干燥过程中，停止原水循环泵，在膜组件的原水侧鼓入压缩空气的同时，在膜的出水侧施加负压。

原水槽中的原水经过水泵提升压力，然后通过气液混合器混入压缩空气，进入膜组件中进行膜蒸发；通过疏水膜组件的出水侧外接的负压系统，产生抽吸作用。一定时间后，停止供原水，继续鼓入压缩空气，同时，在膜的出水侧保持负压，使压缩空气穿过膜孔，将膜孔中的凝结水吹干，从而恢复和保持疏水膜的干燥性。

通过本发明取得如下效果：

本发明设计了膜组件的在线干燥方法，膜蒸馏过程与膜干燥过程间歇交替进行。膜蒸馏时，开启热侧循环泵，在原水进入疏水膜组件前的管路上鼓入低压压缩空气，混合形成气液混合流体后，再进入疏水膜组件中，在疏水膜组件的产汽出口外接真空泵，构成鼓气减压膜蒸馏系统。控制一定的运行时间后，当疏水膜尚未发生亲水化或只发生轻微的亲水化时，进行在线干燥处理，具体步骤是：关闭热侧循环泵，继续在膜的原水侧鼓入压缩空气，同时，在膜的出水侧保持负压。在负压的抽吸作用下，压缩空气吹扫透过疏水膜，利用压缩空气的夹带吹扫作用，将将膜孔中的凝结水除掉，从而实现疏水膜的在线干燥。

与离线干燥方法相比，设备简单，操作方便，易于实现自动控制。

附图说明

图1是本发明的鼓气减压膜蒸馏装置工艺装置示意图。

具体实施方式

本发明的系统如图1所示。本发明涉及的鼓气减压膜蒸馏装置从原水侧看，包括依次连接的如下部件：

在原水侧设置的水槽1；连接于水槽上水泵2；连接于水泵出水口的阀门3；连接在水泵2下游的气液混合器5，用于混合压缩空气和液体，形成气液混合流体；压缩空气进口4，设置在混合器5上，用于向原水鼓入低压压缩空气；连接于混合器5出口的疏水膜组件6，处理气液混合流体。上述疏水膜组件6的出水口连接至水槽1，将未蒸发的流体返回到水槽1。

此外，原水可以是被预加热或未加热或直接被加热至所需温度。

在疏水膜组件出水侧设置负压产生装置。

在出水侧负压提供方式如图1，依次由冷凝器7、气液分离器9、集水罐8和真空泵10连接构成。其中冷凝器7连接于疏水膜组件水蒸气出口，使得水蒸气与部分压缩空气通过膜组件6后，进行冷凝；与冷凝器出口连接的气液分离器9，进行气体和液体的分离；集水罐8，设置在气液分离器9的液体流出口，用于收集水；真空泵10，设置在气液分离器9的气体排出口，用于产生负压抽吸。

本发明的特征是膜蒸馏过程与膜干燥过程间歇交替进行。膜蒸馏时，开启热侧循环泵，原水槽中的原水(可以是被预加热或未加热或直接被加热至所需温度)，经过水泵2提升压力，通过阀门3、气液混合器5，进入膜组件6中进行蒸发，未蒸发的流体返回原水槽1。压缩空气通过管4进入气液混合器5。在真空泵10的负压抽吸作用下，膜组件6中蒸发的水蒸气与部分压缩空气夹带混合，透过疏水膜，在装置的出水侧被冷凝。膜组件在线干燥方法是：关闭热侧循环泵2，关闭阀门3，继续在膜的原水侧鼓入压缩空气4，同时，在膜的出水侧保持负压。压缩空气将膜组件6管程中的液体吹出膜组件，同时在真空泵10的负压抽吸作用下，部分压缩空气吹扫透过疏水膜，利用压缩空气的夹带吹扫作用，将膜孔中的凝结水除掉，从而实现疏水膜的在线干燥。然后，返回膜蒸馏过程。

与离线干燥方法相比，设备简单，操作方便，易于实现自动控制。

Claims (5)

1.一种鼓气减压膜蒸馏装置，其特征在于，包括依次连接的下述部件：

在原水侧设置的水槽(1)；

设置于水槽下游的气液混合器(5)，气液混合器上设置压缩空气进口(4)，压缩空气进口(4)用于向原水鼓入低压压缩空气，上述气液混合器(5)用于混合压缩空气和液体，形成气液混合流体；

疏水膜组件(6)，处理气液混合流体；

在疏水膜组件(6)的出水侧设置负压产生装置。

2.根据权利要求1所述的所述的鼓气减压膜蒸馏装置，其特征在于，副压产生装置依次包括：

冷凝器(7)、气液分离器(9)、集水罐(8)和真空泵(10)；

其中冷凝器(7)连接于疏水膜组件(6)的水蒸气出口，使得水蒸气与部分压缩空气通过膜组件(6)后，进行冷凝；

与冷凝器(6)出口连接的气液分离器(9)，进行气体和液体的分离；

集水罐(8)，设置在气液分离器(9)的液体流出口，用于收集水；

真空泵(10)，设置在气液分离器(9)的气体排出口，用于产生负压抽吸。

3.根据权利要求1所述的所述的鼓气减压膜蒸馏装置，其特征在于：

水槽(1)的出水侧设置水泵(2)，用于抽吸水槽中的原水。

4.根据权利要求3所述的所述的鼓气减压膜蒸馏装置，其特征在于：

水泵(2)的下游设置阀门(3)。

5.一种鼓气减压膜蒸馏方法，其特征在于：

包括膜蒸馏过程和膜干燥过程；

在膜蒸馏过程中，原水槽(1)中的原水，通过气液混合器(5)，与压缩空气混合后，进入膜组件(6)中进行蒸发，未蒸发的流体返回原水槽(1)；在负压侧的负压抽吸作用下，膜组件(6)中蒸发的水蒸气与部分压缩空气夹带混合，透过疏水膜，在膜组件的出水侧被冷凝；

膜干燥过程中，关闭原水槽的出水侧，继续在膜的原水侧鼓入压缩空气，同时，在膜的出水侧保持负压，压缩空气将膜组件(6)中的液体吹出膜组件，同时在负压侧的负压抽吸作用下，部分压缩空气吹扫透过疏水膜，利用压缩空气的夹带吹扫作用，将将膜孔中的凝结水除掉；

膜蒸馏过程与膜干燥过程间歇交替进行。

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