CN102125805A - 一种压汽膜蒸馏装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压汽膜蒸馏装置及方法，该装置主要包括膜蒸馏组件、蒸汽增压系统、换热设备、循环系统以及储槽和控制测试等附属设备。本发明的压汽膜蒸馏装置和方法集MD和VCD优势于一体形成了一种新型高效、低成本的蒸发分离设备与技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种蒸发分离装置，具体涉及压汽膜蒸馏装置及方法。
背景技术
膜蒸馏(Membrane Distillation以下简称MD)技术，兼具了蒸馏法和膜法的优点，是一种高效的蒸发分离方法。
压汽蒸馏(Vapor Compression Distillation，VCD)技术是根据蒸汽被压缩时温度升高这一特性将蒸发器中沸腾溶液蒸发出来的二次蒸汽通过压缩机的绝热压缩或利用其它方式(蒸汽喷射器等)将二次蒸汽加压升温作为加热蒸汽再送回蒸发器的加热室加热物料液，蒸汽的潜热得到了反复利用，其显著优点是热功效率高。
本发明将MD和VCD技术进行耦合集成，不仅能够显著提高MD的热利用效率、大幅降低MD的热耗和运行成本，而且能够显著提高VCD的蒸发效率、降低VCD的设备成本，从而形成一种集MD和VCD优势于一体的新型蒸发分离设备与技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效、低热耗、低成本的压汽膜蒸馏装置技术与方法。
本发明提供一种压汽膜蒸馏装置，如图1所示，压汽膜蒸馏装置主要包括：膜蒸馏组件、蒸汽增压系统、换热设备、循环系统、储槽和控制测试等附属设备，其特征在于，包括：
膜蒸馏组件(1)内疏水性微孔膜的一侧直接与料液(7)接触，而另一侧与蒸汽增压系统(2)相连接。
所述的蒸汽增压系统(2)的另一端同换热器(3-1)相连接；蒸汽增压系统(2)把从膜蒸馏组件(1)内产生的蒸汽进行增压升温后通过与之相连的换热器(3-1)加热循环料液至较高的温度，与此同时蒸汽冷凝为蒸馏水(6)。
所述的膜蒸馏组件(1)内膜的一侧的料液(7)是利用循环泵(4)从料液槽(5)通过换热器(3-1)输入膜组件的；通过换热器(3-1)被蒸汽加热的循环料液(7)进入膜蒸馏组件(1)后在膜表面蒸发，所产生的蒸汽通过膜孔到达膜的另一侧被蒸汽增压系统(2)进行增压升温，然后通过换热器(3-1)继续加热循环料液至较高的温度。
在所述的压汽膜蒸馏装置内，料液在膜表面蒸发、蒸汽扩散通过膜孔以及被蒸汽增压系统增压增温、料液被蒸汽加热和蒸汽冷凝的过程是连续重复进行的，料液被不断浓缩，冷凝水不断产生。
从所述的压汽膜蒸馏装置的料液循环系统内排出的浓缩料液(8)和通过换热器(3-1)的冷凝作用而不断产生的蒸馏水(6)都具有较高的温度，利用换热器(3-2)同补充料液(7)进行热交换，料液(7)被加热至较高的温度后进入压汽膜蒸馏系统进行蒸发。
所述的压汽膜蒸馏不仅能够设计成不同的形式使用，而且能够同其它技术与装置耦合联用，包括各种分离技术与设备、反应过程等，比如：多效蒸发(馏)、多级闪蒸、精馏设备、结晶装置、化学分离设备、物理沉降过程、树脂分离装置、萃取分离装置、膜分离设备、化学以及生物反应工艺过程等。
以上所述压汽膜蒸馏装置内的膜蒸馏组件(1)的形式可为管壳式膜组件、卷式膜组件、板框式膜组件、缠绕式膜组件以及根据料液在膜组件内膜表面的流动形式而区分的平流式膜组件、错流式膜组件和紊流式膜组件等。
以上所述膜蒸馏组件(1)内的膜为疏水性的微孔膜，膜的形式可为中空纤维膜、管式膜和平板膜等不同形式的膜。
以上所述压汽膜蒸馏装置内的蒸汽增压系统(2)是指能够将低压蒸汽进行增压升温的设备，比如蒸汽压缩设备、蒸汽喷射器等。
以上所述压汽膜蒸馏装置内的换热器(3-1和3-2)是指以金属、炭质、玻璃和塑料等材料制备的各式换热器。
本发明一种压汽膜蒸馏方法，其特征在于：
对于料液中含有的悬浮物、凝胶、固体颗粒等不溶物，在进入压汽膜蒸馏系统前需要分离移除。
被加热至预设温度的料液(7)在膜蒸馏组件(1)内膜的表面蒸发，所产生的蒸汽通过膜孔后被增压设备(2)增压增温，然后进入换热器(3-1)内加热料液至较高温度，同时蒸汽冷凝为蒸馏水(6)；温度提升后的料液在膜蒸馏组件(1)内继续蒸发，通过膜孔的蒸汽继续被增压装置(2)增压升温以加热料液，继续进行料液的膜表面蒸发、蒸汽通过膜孔、蒸汽被增压增温、料液加热和蒸汽的冷凝过程，如此过程连续重复进行，料液不断被浓缩，冷凝水不断产生。因此，压汽膜蒸馏系统便以最少的热耗获得了很高的淡水产量和较好的料液浓缩效果。
从压汽膜蒸馏装置的料液循环系统内排出的浓缩料液(8)和通过换热器(3-1)的冷凝作用而不断产生的蒸馏水(6)都具有较高的温度，利用换热器(3-2)同补充料液(7)进行热交换，料液(7)被加热至较高的温度后进入压汽膜蒸馏系统进行蒸发。
压汽膜蒸馏系统所需的补充热量可通过附设的加热器或引入蒸汽和其它热源而得到补充。
本发明的压汽膜蒸馏装置和方法能够显著提高单一M1)的热利用效率、大幅降低MD的热耗和运行成本，而且能够显著提高单一VCD的蒸发效率、降低VCD的设备成本，从而形成一种集MD和VCD优势于一体、新型高效、低成本的蒸发分离设备与技术。
附图说明
图1是本发明的压汽膜蒸馏装置的工艺示图：1、膜蒸馏组件；2、蒸汽增压设备；3-1和3-2、换热器；4、料液循环泵；5、料液槽；6、蒸馏水；7、原料液；8、浓排液。
具体实施方式
如图1所示，本发明的压汽膜蒸馏装置的膜蒸馏组件(1)内疏水性微孔膜的一侧直接与料液(7)接触，而另一侧与蒸汽增压系统
(2)相连接。
所述的膜蒸馏组件(1)内膜的一侧的料液(7)是利用循环泵(4)通过换热器(3-1)输入膜组件的；循环泵(4)的料液进口与料液储槽(5)相连接。
所述的蒸汽增压系统(2)的另一端同换热器(3-1)相连接。
一种压汽膜蒸馏方法：经过去除颗粒不溶物的料液(7)被加热至预设温度后被循环泵(4)从料液槽(5)通过换热器(3-1)泵入膜蒸馏组件(1)，料液(7)在膜蒸馏组件(1)内疏水性微孔膜的表面蒸发，所产生的蒸汽扩散通过膜孔后被增压设备(2)增压升温，然后进入换热器(3-1)内加热料液至较高温度，同时蒸汽冷凝为蒸馏水(6)。
在料液循环侧，在膜蒸馏组件(1)内经过蒸发后的料液(7)通过膜蒸馏组件(1)的料液出口流回到料液储槽(5)；在料液储槽(5)内的料液(7)被循环泵(4)通过换热器(3-1)泵入膜蒸馏组件(1)，料液(7)在经过换热器(3-1)的过程中被来自于增压设备(2)的高压高温蒸汽加热至较高温度，具有较高温度的料液(7)在膜蒸馏组件(1)内继续蒸发。经过蒸发后的料液(7)再流回到料液储槽(5)，在料液储槽(5)内的料液(7)然后再被循环泵(4)通过换热器(3-1)泵入膜蒸馏组件(1)内进行蒸发，如此过程循环进行。
在膜蒸馏组件(1)内，料液(7)不断在疏水性微孔膜的表面蒸发，所产生的蒸汽连续被增压装置(2)增压升温，然后通过换热器(3-1)连续加热料液，同时不断冷凝为蒸馏水，如此过程连续进行。
因此，在料液的压汽膜蒸馏过程中，料液不断被浓缩，冷凝水不断产生。
在压汽膜蒸馏装置的料液循环系统内产生和排出的浓缩料液(8)和通过换热器(3-1)的冷凝作用而产生的蒸馏水(6)都具有较高的温度，利用换热器(3-2)同补充料液(7)进行热交换，料液(7)被加热至较高的温度后进入压汽膜蒸馏系统进行蒸发。
压汽膜蒸馏系统所需的补充热量可通过附设的加热器或引入蒸汽和其它热源而得到补充。
本发明的压汽膜蒸馏不仅能够设计成不同的形式使用，而且能够同其它技术与装置耦合联用，包括各种分离技术与设备、反应过程等，比如：多效蒸发(馏)、多级闪蒸、精馏设备、结晶装置、化学分离设备、物理沉降过程、树脂分离装置、萃取分离装置、膜分离设备、化学以及生物反应工艺过程等。
本发明的压汽膜蒸馏装置和方法集MD和VCD优势于一体形成了一种新型高效、低成本的蒸发分离设备与技术。
Claims (7)
1.一种压汽膜蒸馏装置，主要包括：膜蒸馏组件、蒸汽增压系统、换热设备、循环系统、储槽、控制测试系统及相关附属设备，其特征在于：膜蒸馏组件(1)内疏水性微孔膜的一侧直接与料液(7)接触，而另一侧与蒸汽增压系统(2)相连接。
2.按照权利要求1的压汽膜蒸馏装置，其特征在于所述的蒸汽增压系统(2)的另一端同换热器(3-1)相连接；
蒸汽增压系统(2)把从膜蒸馏组件(1)内产生的蒸汽进行增压升温后通过与之相连的换热器(3-1)加热循环料液至较高的温度，与此同时蒸汽冷凝为蒸馏水(6)。
3.按照权利要求1的压汽膜蒸馏装置，其特征在于所述的膜蒸馏组件(1)内膜的一侧的料液(7)是利用循环泵(4)通过换热器(3-1)输入膜组件的；
通过换热器(3-1)被蒸汽加热的循环料液(7)进入膜蒸馏组件(1)后在膜表面蒸发，所产生的蒸汽通过膜孔到达膜的另一侧被蒸汽增压系统(2)进行增压升温，然后通过换热器(3-1)继续加热循环料液至较高的温度。
4.按照权利要求1的压汽膜蒸馏装置，其特征在于：在所述的压汽膜蒸馏装置内，料液在膜表面蒸发、蒸汽扩散通过膜孔以及被蒸汽增压系统增压增温、料液被蒸汽加热和蒸汽冷凝的过程是连续进行的，料液被不断浓缩，冷凝水不断产生。
5.按照权利要求1的压汽膜蒸馏装置，其特征在于：从所述的压汽膜蒸馏装置的料液循环系统内排出的浓缩料液(8)和通过换热器(3-1)的冷凝作用而不断产生的蒸馏水(6)都具有较高的温度，利用换热器(3-2)同补充料液(7)进行热交换，料液(7)被加热至较高的温度后进入压汽膜蒸馏系统进行蒸发。
6.按照权利要求1的压汽膜蒸馏装置，其特征在于所述的压汽膜蒸馏装置不仅能够设计成多种形式而单独使用，而且能够同其它技术与装置耦合联用。
7.一种利用如权利要求1所述压汽膜蒸馏装置的方法，其特征在于：
经过去除颗粒不溶物的料液(7)被加热至预设温度后被循环泵(4)从料液槽(5)通过换热器(3-1)泵入膜蒸馏组件(1)，料液(7)在膜蒸馏组件(1)内疏水性微孔膜的表面蒸发，所产生的蒸汽扩散通过膜孔后被增压设备(2)增压升温，然后进入换热器(3-1)内加热料液至较高温度，同时蒸汽冷凝为蒸馏水(6)；
在料液循环侧，在膜蒸馏组件(1)内经过蒸发后的料液(7)通过膜蒸馏组件(1)的料液出口流回到料液储槽(5)；在料液储槽(5)内的料液(7)被循环泵(4)通过换热器(3-1)泵入膜蒸馏组件(1)，料液(7)在经过换热器(3-1)的过程中被来自于增压设备(2)的高压高温蒸汽加热至较高温度，具有较高温度的料液(7)在膜蒸馏组件(1)内继续蒸发；经过蒸发后的料液(7)再流回到料液储槽(5)，在料液储槽(5)内的料液(7)然后再被循环泵(4)通过换热器(3-1)泵入膜蒸馏组件(1)内进行蒸发，如此过程循环进行；
在膜蒸馏组件(1)内，料液(7)不断在疏水性微孔膜的表面蒸发，所产生的蒸汽连续被增压装置(2)增压升温，然后通过换热器(3-1)连续加热料液，同时不断冷凝为蒸馏水，如此过程连续进行；
因此，在料液的压汽膜蒸馏过程中，料液不断被浓缩，冷凝水不断产生；
在压汽膜蒸馏装置的料液循环系统内产生和排出的浓缩料液(8)和通过换热器(3-1)的冷凝作用而产生的蒸馏水(6)都具有较高的温度。利用换热器(3-2)同补充料液(7)进行热交换，料液(7)被加热至较高的温度后进入压汽膜蒸馏系统进行蒸发；
压汽膜蒸馏系统所需的补充热量可通过附设的加热器以及引入蒸汽和其它热源而得到补充；
本发明的压汽膜蒸馏不仅能够设计成不同的形式使用，而且能够同其它技术与装置耦合联用，包括各种分离技术与设备、反应过程等，比如：多效蒸发(馏)、多级闪蒸、精馏设备、结晶装置、化学分离设备、物理沉降过程、树脂分离装置、萃取分离装置、膜分离设备、化学以及生物反应工艺过程等。
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