CN107381690A - 一种超重力真空蒸发膜蒸馏的海水淡化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超重力真空蒸发膜蒸馏的海水淡化方法，包括：提供超重力真空蒸发膜蒸馏海水淡化装置来淡化海水，装置包括低压室、超重力真空蒸发室、疏水膜组件和真空泵。预热海水达到设定温度后通入安装于超重力真空蒸发室内的疏水膜组件；启动真空泵和超重力真空蒸发室，获得真空环境；海水在通过疏水膜时所挥发的蒸汽透过膜孔，进入超重力真空区域，与超重力真空区域的淡水界面直接接触冷凝获得淡水，经由超重力真空蒸发室溢流口、低压室上的淡水流出口排出装置；未蒸发的浓水继续在疏水膜内流动，经由浓水收集盘、浓水排水管排出装置。本发明的方法简单，真空泵负荷低，无需添加化学试剂，节能环保，适用于风能、水能等清洁可再生机械能驱动。

Description

一种超重力真空蒸发膜蒸馏的海水淡化方法

技术领域

本发明涉及海水淡化和污水净化领域，具体地说，本发明涉及一种超重力真空蒸发膜蒸馏的海水淡化方法。

背景技术

目前世界上对海水淡化应用比较广泛的方法主要有蒸馏法和膜法。蒸馏法包括多级闪蒸、低温多效蒸馏、膜蒸馏等,优点是结构简单，容易操作等，但不同方法又存在诸多不同缺点，如传热系数低，所需的传热面积多、热利用效率低、设备结构复杂等。膜法具有占地面积小、出水水质好、人工成本低的优点，但缺点是在压力作用下，膜会被污染，会断丝，必须定期清洁检查，而且容易造成二次污染。

真空蒸馏技术采用真空泵辅助产生真空环境，实现常温海水淡化，但是真空泵电耗高，系统密封较为困难。自然重力蒸馏法利用了海水重力和大气压力的自然方法产生真空，不仅降低了维持真空所需的电能，而且节省了蒸发后浓海水排放所需的大量泵功，所耗能量远低于传统方式，并提高了能源的综合利用效率，但其缺点在于设备体积过于庞大，高度超过10m，设备安装维护和操作不方便。

近几年提出了利用旋转形成超重力真空的真空蒸馏海水淡化技术，利用机械能驱动超重力真空蒸发室旋转形成真空环境辅助海水常温淡化，虽然具有工艺简单，结构紧凑，体积小，设备腐蚀少，降低真空泵能耗等优点，但缺点是液滴停留时间短、淡水和浓水之间容易产生混合等问题。

超重力真空膜蒸馏海水淡化工艺在超重力真空蒸发室内利用膜蒸馏技术不仅可提高海水-淡水的转化和分离效率，还可保留超重力真空蒸发技术的优点、简化超重力真空蒸发室的内部结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种超重力真空蒸发膜蒸馏的海水淡化方法，其利用真空泵、超重力真空蒸发室、疏水膜组件三者结合实现低温热法海水淡化。超重力真空蒸发室可以降低真空泵的负荷及抽气时间、节约能耗；疏水膜组件具有分离效率高、海水-淡水隔离效果好等优点。

为了实现本发明的目的，本发明提供一种超重力真空蒸发膜蒸馏的海水淡化方法，该方法包括：提供超重力真空蒸发膜蒸馏海水淡化装置并使用该海水淡化装置来淡化海水，所述海水淡化装置包括：低压室、超重力真空蒸发室、疏水膜组件和真空泵，

所述低压室包括壳体，所述壳体侧面设有淡水出口，所述壳体的上端面中心处开孔并与设计成套管形式的静止外管Ι段和静止内管Ι段焊接固定；所述壳体的内壁面设有导流片，所述壳体的边缘处设有抽气口，所述抽气口通过真空泵抽气辅助实现超重力工况；

所述超重力真空蒸发室包括外筒和内筒，所述外筒和所述内筒相互配合以形成淡水溢流口，所述外筒与转轴固定连接并等角速度旋转，在所述超重力真空蒸发室内安装有疏水膜组件；

所述疏水膜组件包括通过支撑架Ι段连接的上集水盘和下集水盘，所述上集水盘和所述下集水盘之间设置有中空纤维疏水膜丝；所述上集水盘中心处设置挡板将其分为两个部分并分别与旋转外管Π段和旋转内管Π段连接，所述下集水盘与所述外筒的底部通过支撑架Π段固定。

优选地，在所述超重力真空蒸发室中，所述外筒与所述内筒均为圆柱型，且所述内筒的直径为所述外筒的直径的0.9倍。

优选地，在所述疏水膜组件中，所述上集水盘和所述下集水盘之间还设置中空纤维疏水膜和平板式疏水膜。

优选地，所述疏水膜组件的所述上集水盘的下底板和所述下集水盘的上底板对称设置半径为2-4mm的孔，在所述上集水盘的下底板和所述下集水盘的上底板对称的孔间安装中空纤维疏水膜丝。

优选地，所述疏水膜组件的上集水盘的上底板与所述下集水盘的下底板对称设置半径为4-8mm、孔心距为8-15mm的透气孔，在所述透气孔的内侧固定平板式疏水膜，并在所述上集水盘固定的平板式疏水膜设置两个孔分别与所述旋转外管Π段、所述旋转内管Π段连接，孔径与相应管道内径相同。

优选地，所述海水淡化装置还包括：设计成套管形式的外管与内管，所述外管作为海水的入口管道，所述内管作为浓海水的出口管道，

所述外管包括通过外管旋转接头连接的静止外管Ι段和旋转外管Π段，

所述内管包括通过内管旋转接头连接的静止内管Ι段和旋转内管Π段，

所述外管旋转接头和所述内管旋转接头的竖直间距为5-10cm，

在所述超重力真空蒸发室转动之前，将所述外管入口管道与所述内管出口管道均充满海水，形成液封，与旋转接头共同构成密封。

本发明的方法不仅可以提高海水淡化的效率和水质，而且可简化超重力真空海水淡化装置的内部结构。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明疏水膜组件的结构示意图；

图3是本发明疏水膜组件的上下集水盘的结构示意图；

图4是本发明疏水膜组件上圆盘的上底板和下底板结构示意图；

图5是本发明疏水膜组件下圆盘的上底板和下底板结构示意图；

图6是本发明海水进出口管道的结构示意图。

图中：1、转轴；2、低压室；3、外筒；4、导流片；5、淡水出口；6、淡水溢流口；7、内筒；8、静止内管Ι段；9、静止外管Ι段；10、内管旋转接头；11、外管旋转接头；12、旋转内管Π段；13、旋转外管Π段；14、上集水盘上底板；15、上集水盘下底板；16、上集水盘；17、疏水膜组件；18、支撑架Ι段；19、下集水盘上底板；20、下集水盘下底板；21、下集水盘；22、支撑架Π段；23、抽气口；24、真空泵；25、超重力真空蒸发室。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明采用的技术方案为：使用超重力真空蒸发膜蒸馏海水淡化装置来进行海水淡化，包括如下工艺步骤：预热海水达到设定温度后通入安装于超重力真空蒸发室内的疏水膜组件，在通过疏水膜时所挥发的蒸汽透过膜孔，进入超重力真空区域，与超重力真空区域的淡水界面直接接触冷凝获得淡水；真空泵抽气辅助超重力工况实现；超重力工况通过转轴的旋转获得；疏水膜组件不仅能延长海水在超重力蒸发室内停留的时间，而且能提高海水淡化的效率及出水的水质；工艺过程可由电能驱动，也可使用风能、水能等可再生机械能源。

因此，本发明提供超重力真空蒸发膜蒸馏海水淡化装置，包括：低压室2、超重力真空蒸发室25、疏水膜组件17和真空泵24，

所述低压室2包括壳体，所述壳体侧面设有淡水出口5，所述壳体的上端面中心处开孔并与设计成套管形式的静止外管Ι段9和静止内管Ι段8焊接固定；所述壳体的内壁面设有导流片4，所述壳体的边缘处设有抽气口23，所述抽气口23通过真空泵24抽气辅助实现超重力工况；

所述超重力真空蒸发室25包括外筒3和内筒7，所述外筒3和所述内筒7相互配合以形成淡水溢流口6，所述外筒3与转轴1固定连接并等角速度旋转，在所述超重力真空蒸发室25内安装有疏水膜组件17；

所述疏水膜组件17包括通过支撑架Ι段18连接的上集水盘16和下集水盘21，所述上集水盘16和所述下集水盘21之间设置有中空纤维疏水膜丝；所述上集水盘16中心处设置挡板将其分为两个部分并分别与旋转外管Π段13和旋转内管Π段12连接，所述下集水盘21与所述外筒3的底部通过支撑架Π段22固定。

在所述超重力真空蒸发室25中，所述外筒3与所述内筒7均为圆柱型，且所述内筒7的直径为所述外筒3的直径的0.9倍。

在所述疏水膜组件17中，所述上集水盘16和所述下集水盘21之间还设置中空纤维疏水膜和平板式疏水膜。

所述疏水膜组件17的所述上集水盘16的下底板15和所述下集水盘21的上底板19对称设置半径为3mm的孔，在所述上集水盘16的下底板15和所述下集水盘21的上底板19对称的孔间安装中空纤维疏水膜丝。

所述疏水膜组件17的上集水盘16的上底板14与所述下集水盘21的下底板20对称设置半径为6mm、孔心距为11mm的透气孔，在所述透气孔的内侧固定平板式疏水膜，并在所述上集水盘16固定的平板式疏水膜设置两个孔分别与所述旋转外管Π段13、所述旋转内管Π段12连接，孔径与相应管道内径相同。

还包括：设计成套管形式的外管与内管，所述外管作为海水的入口管道，所述内管作为浓海水的出口管道，所述外管包括通过外管旋转接头11连接的静止外管Ι段9和旋转外管Π段13，所述内管包括通过内管旋转接头10连接的静止内管Ι段8和旋转内管Π段12，所述外管旋转接头11和所述内管旋转接头10的竖直间距为7cm，在所述超重力真空蒸发室25转动之前，将所述外管入口管道与所述内管出口管道均充满海水，形成液封，与旋转接头共同构成密封。

海水淡化过程如下：首先将超重力真空蒸发室25充满淡水，将静止外管Ι段9、旋转外管Π段13，静止内管Ι段8、旋转内管Π段12充满海水形成液封，再利用真空泵24抽气使低压室2内气体压强下降到设定的值；然后启动转轴1，带动一体连接的内筒7、外筒3旋转，运行稳定后内外筒组成的超重力真空蒸发室25中心区域出现真空(低压)无水区域，即为海水真空蒸发区域，预加热的海水在达到设定温度后通过静止外管Ι段9、旋转外管Π段13进入安装在超重力真空蒸发室25内的疏水膜组件17，海水在通过上集水盘16内部的平板式疏水膜后经上集水盘16下底板15的小孔进入中空纤维疏水膜，之后，再进入下集水盘21内部的平板式疏水膜，然后再回流进入中空纤维疏水膜，再次经过上集水盘16内部的平板式疏水膜，产生的蒸汽在温度差的作用下向外筒3外缘淡水处流动，蒸发并冷凝成淡水，之后经溢流口6并在导流片4的作用下最终由淡水出口5流向外部，未蒸发的浓海水则通过静止内管Ι段8、旋转内管Π段12排出超重力真空蒸发室；海水蒸发所需真空环境及产生的不凝气体由所述真空泵24通过抽气口23辅助超重力工况实现；超重力工况通过转轴1的旋转获得。

通过采用相同的原理，可以采用本发明的方法来进行淡化操作。

Claims (6)

1.一种超重力真空蒸发膜蒸馏的海水淡化方法，该方法包括：提供超重力真空蒸发膜蒸馏海水淡化装置并使用该海水淡化装置来淡化海水，其特征在于，所述海水淡化装置包括：

低压室(2)、超重力真空蒸发室(25)、疏水膜组件(17)和真空泵(24)，

所述低压室(2)包括壳体，所述壳体侧面设有淡水出口(5)，所述壳体的上端面中心处开孔并与设计成套管形式的静止外管Ι段(9)和静止内管Ι段(8)焊接固定；所述壳体的内壁面设有导流片(4)，所述壳体的边缘处设有抽气口(23)，所述抽气口(23)通过真空泵(24)抽气辅助实现超重力工况；

所述超重力真空蒸发室(25)包括外筒(3)和内筒(7)，所述外筒(3)和所述内筒(7)相互配合以形成淡水溢流口(6)，所述外筒(3)与转轴(1)固定连接并等角速度旋转，在所述超重力真空蒸发室(25)内安装有疏水膜组件(17)；

所述疏水膜组件(17)包括通过支撑架Ι段(18)连接的上集水盘(16)和下集水盘(21)，所述上集水盘(16)和所述下集水盘(21)之间设置有中空纤维疏水膜丝；所述上集水盘(16)中心处设置挡板将其分为两个部分并分别与旋转外管Π段(13)和旋转内管Π段(12)连接，所述下集水盘(21)与所述外筒(3)的底部通过支撑架Π段(22)固定。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述超重力真空蒸发室(25)中，所述外筒(3)与所述内筒(7)均为圆柱型，且所述内筒(7)的直径为所述外筒(3)的直径的0.9倍。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述疏水膜组件(17)中，所述上集水盘(16)和所述下集水盘(21)之间还设置中空纤维疏水膜和平板式疏水膜。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述疏水膜组件(17)的所述上集水盘(16)的下底板(15)和所述下集水盘(21)的上底板(19)对称设置半径为2-4mm的孔，在所述上集水盘(16)的下底板(15)和所述下集水盘(21)的上底板(19)对称的孔间安装中空纤维疏水膜丝。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述疏水膜组件(17)的上集水盘(16)的上底板(14)与所述下集水盘(21)的下底板(20)对称设置半径为4-8mm、孔心距为8-15mm的透气孔，在所述透气孔的内侧固定平板式疏水膜，并在所述上集水盘(16)固定的平板式疏水膜设置两个孔分别与所述旋转外管Π段(13)、所述旋转内管Π段(12)连接，孔径与相应管道内径相同。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述海水淡化装置还包括：设计成套管形式的外管与内管，所述外管作为海水的入口管道，所述内管作为浓海水的出口管道，

所述外管包括通过外管旋转接头(11)连接的静止外管Ι段(9)和旋转外管Π段(13)，

所述内管包括通过内管旋转接头(10)连接的静止内管Ι段(8)和旋转内管Π段(12)，

所述外管旋转接头(11)和所述内管旋转接头(10)的竖直间距为5-10cm，

在所述超重力真空蒸发室(25)转动之前，将所述外管入口管道与所述内管出口管道均充满海水，形成液封，与旋转接头共同构成密封。