CN106943877B - 利用漩涡流动优化膜蒸馏过程的装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于膜蒸馏水处理技术领域，具体设计一种利用漩涡流动优化膜蒸馏过程的装置。该装置包括壳体，中空纤维膜，料液进口，料液出口，渗透侧进口，渗透侧出口，料液出口阀门，底壳，导流片，支架，排气阀，液位观察口。该装置应用于膜蒸馏系统中，能够在膜组件中制造漩涡，加大了膜表面的扰动，一方面，破坏了温度边界层和浓度边界层，从而强化膜蒸馏过程中的传热传质过程，另一方面，漩涡可以带走膜表面及膜组件死角的颗粒物。具有广泛的应用前景。

Description

利用漩涡流动优化膜蒸馏过程的装置

技术领域

本专利属于膜蒸馏水处理技术领域，具体设计一种利用漩涡流动优化膜蒸馏过程的装置。

背景技术

中国的淡水资源情况十分严峻，而海水淡化是解决水资源短缺的有效途径。膜蒸馏过程是一种将膜技术和膜蒸馏相结合的分离过程，膜蒸馏过程中的膜具有疏水性，该膜只允许水蒸汽透过而不被料液润湿。膜蒸馏过程的基本原理为料液中易挥发性组分在膜两侧蒸汽压差的推动下穿过微孔疏水膜的膜孔，并在微孔疏水膜的另一侧冷凝，该方法具有产品水纯度高，能量利用率高，操作条件温和等优点，但是由于膜蒸馏过程中会产生温度边界层和浓度边界层，使得产水量大大降低，同时膜污染问题也面临严峻挑战。

CN105344249A公开了一种调节装置、膜蒸馏装置及系统，利用向膜组件热侧通空气的方法来增加膜表面的扰动，破坏温度边界层和浓度边界层增加膜通量，该方法缺点在于会存在气泡依附于膜表面，影响膜表面传质面积和传热系数。

CN1416942A公开了一种超声波与磁场共同防治膜污染的装置，利用超声波的空化作用和磁场的防垢共同作用来有效减少膜污染程度，超声波的空化作用可以一定程度上破坏层流，该方法缺点在于只适用于小型膜组件，在大型膜组件中效果一般。

CN101496999B公开一种高温膜蒸馏装置，该装置利用挡流板，增加了通过中空纤维膜的质量和热量传递。该方法缺点在于一方面增加了膜组件内热料液的压力损失，提高了泵的能量消耗，另一方面挡流板的布置损失了膜组件中的可利用面积。

发明内容

本发明旨在解决在膜蒸馏过程中，由于温度极化和浓度极化，膜污染的问题导致膜通量下降的问题。

本发明通过如下技术方案得以实现：

利用漩涡流动优化膜蒸馏过程的装置，包括壳体，料液进口，料液出口，渗透侧进口，渗透侧出口，底壳，中空纤维膜和液位观察口。料液进口位于壳体顶部，所述料液进口下端布置有一定角度的导流片Ⅱ，料液出口管道位于底壳中央，渗透侧进口位于壳体一侧，渗透侧出口位于壳体另一侧，中空纤维膜布置在壳体内部，其内部空腔联通渗透侧进口和渗透侧出口，液位观察口位于壳体侧面，液位观察口采用防雾镜进行遮盖，上标有水位刻度，形状为矩形，热液侧液体温度较高，产生蒸汽模糊液位观察口，故选用防雾镜进行遮盖。

料液侧可以加入海水，工业污水，生活污水等废水，渗透侧可以通入冷水进行直接冷却，也可将渗透侧蒸汽通过真空泵抽入冷凝器冷却。

作为优选，中空纤维膜数量控制在220～2412根，材料为改性聚丙烯。

作为优选，所述料液进口为若干个。

作为优选，渗透侧出口管道上还装有料液出口阀门，可以调节料液出口流量。

作为优选，底壳设置为漏斗状，其内壁周向均布从上之下螺旋的导流片Ⅰ，布置有2～5圈，为流体提供导向，促进旋涡的形成。

作为优选，因底壳是带有弧度的漏斗形，无法平整放置，所以底壳四周安装有四角支架(11)，支撑整个装置，其材料为不锈钢。

作为优选，壳体顶部还布置有排气阀，用于排尽装置内的空气。

作为优选，壳体的侧边进行倒圆角工艺，圆角的半径为4mm，使得漩涡流可以充分进入壳体角落，不留死角。

作为优选，料液进口，料液出口，渗透侧进口，渗透侧出口均装有温度传感器，实时检测进出口温度。

本发明的有益效果在于：

无需接入外加能源和昂贵的元件，在装置中制造产生漩涡的条件，使料液自发产生漩涡，相比于加入挡流板的装置而言，该方法减小了料液压力损失，从而降低了泵的耗电量。漩涡使得装置中的料液充分混合，增加流体湍动，破坏了温度边界层和浓度边界层，提高膜通量，同时还可以将壳体死角和膜表面残余的杂质吸入中心出口管道，极大地延长了膜的使用寿命。此外，该装置即适用于小型膜蒸馏设备，也适用于大型膜蒸馏设备。

附图说明

图1是实施例1的装置结构示意图。

图2是底壳内壁的展开图。

图3是实施例2的料液进口处结构简图。

附图标记说明：1.壳体，2.料液进口，3.料液出口，4.渗透侧进口，5.渗透侧出口，6.底壳，7.中空纤维膜，8.液位观察口，9.料液出口阀门，10.导流片Ⅰ，11.四角支架，12排气阀，13.导流片Ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。装置包括壳体1，料液进口2，料液出口3，渗透侧进口4，渗透侧出口5，底壳6，中空纤维膜7和液位观察口8。料液进口2位于壳体1顶部，所述料液进口2下端布置有一定角度的导流片Ⅱ13，料液出口管道位于底壳6中央，渗透侧进口4位于壳体1一侧，渗透侧出口5位于壳体1另一侧，中空纤维膜7布置在壳体1内部，其内部空腔联通渗透侧进口4和渗透侧出口5，液位观察口8位于壳体1侧面，液位观察口8采用防雾镜进行遮盖，上标有水位刻度，形状为矩形，热液侧液体温度较高，产生蒸汽模糊液位观察口8，故选用防雾镜进行遮盖。

渗透侧出口5管道上装有料液出口阀门9，可以调节料液出口流量。底壳6设置为漏斗状,其内壁周向均布从上之下螺旋的导流片Ⅰ10，布置有2～5圈，为流体提供导向，促进旋涡的形成。因底壳是带有弧度的漏斗形，无法平整放置，所以底壳四周安装有四角支架11，支撑整个装置，其材料为不锈钢。壳体1顶部布置有排气阀12。料液进口2，料液出口3，渗透侧进口4，渗透侧出口5均装有温度传感器，实时检测进出口温度。壳体1的侧边进行倒圆角工艺，圆角的半径为4mm，使得漩涡流可以充分进入壳体1角落，不留死角。

实施例1结合附图1图2，首先关闭料液出口阀门9，打开排气阀12，料液通入料液进口2进入装置，通过液位观察口8观察，当装置中料液到达指定水位时，关闭料液出口阀门9和排气阀12，装置中的料液会因为中心流速过快和底壳6、导流片Ⅰ10的共同作用在料液中产生漩涡，调节进口流量和料液出口阀门9使得料液始终保持在稳定液位。

实施例2结合附图3，在壳体1上设置4个料液进口2，在进口处安装导流片Ⅱ13，使得进口料液成一定角度流入装置，有助于漩涡的形成。其余元件与实施例1一致。

Claims (5)

1.利用漩涡流动优化膜蒸馏过程的装置，其特征在于：包括壳体(1)，料液进口(2)，料液出口(3)，渗透侧进口(4)，渗透侧出口(5)，底壳(6)，中空纤维膜(7)和液位观察口(8)；若干个料液进口(2)位于壳体(1)的顶部，壳体(1)的侧边进行倒圆角工艺，圆角的半径为4mm，所述料液进口(2)下端布置有一定角度的导流片Ⅱ(13)，料液出口(3)管道位于底壳(6)中央；渗透侧进口(4)位于壳体(1)一侧，渗透侧出口(5)位于壳体(1)另一侧；中空纤维膜(7)布置在壳体(1)内部，其内部空腔联通渗透侧进口(4)和渗透侧出口(5)，液位观察口(8)位于壳体(1)侧面，液位观察口(8)采用防雾镜进行遮盖，上标有水位刻度，形状为矩形；

底壳(6)设置为漏斗状,其内壁周向均布从上至下螺旋的导流片Ⅰ(10)，布置有2～5圈，底壳(6)四周安装有四角支架(11)，支撑整个装置，其材料为不锈钢。

2.根据权利要求1所述的利用漩涡流动优化膜蒸馏过程的装置，其特征在于：所述中空纤维膜(7)数量控制在220～2412根，材料为改性聚丙烯。

3.根据权利要求1所述的利用漩涡流动优化膜蒸馏过程的装置，其特征在于：料液出口(3)管道上还装有料液出口阀门(9)。

4.根据权利要求1所述的利用漩涡流动优化膜蒸馏过程的装置，其特征在于：壳体(1)顶部还布置有排气阀(12)。

5.根据权利要求1所述的利用漩涡流动优化膜蒸馏过程的装置，料液进口(2)，料液出口(3)，渗透侧进口(4)，渗透侧出口(5)均装有温度传感器。

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