CN107555540A - 一种膜蒸馏海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膜蒸馏海水淡化装置，包括依次通过管道连接的热侧加热装置、热侧水箱、膜蒸馏反应器、冷侧水箱、冷侧冷却装置和淡水箱，淡水箱还通过管道连接膜蒸馏反应器，其中，膜蒸馏反应器包括透明桶形外壳、中心管道、轴承、浆板、集水管、膜蒸馏膜模块和布水管，透明桶形外壳的顶端通过海水进水管道连接热侧水箱，底端连接海水出水管道，中心管道、轴承、浆板、集水管、膜蒸馏膜模块和布水管均设于透明桶形外壳内。本发明装置内热量分布均匀，能源利用效率高，出水水质好，且可利用自然光进行光催化，有效减少膜污染现象。

Description

一种膜蒸馏海水淡化装置

技术领域

本发明涉及海水淡化装置，尤其涉及一种膜蒸馏海水淡化装置。

背景技术

在航海过程中，淡水是不可或缺的重要资源。常用的海水淡化途径为蒸馏法和反渗透法，然而蒸馏法的能源利用效率低、装置结构偏大，反渗透法的反渗透膜需经常更换，材料成本高，两者都有着一定的局限性。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提出一种膜蒸馏海水淡化装置，采用膜蒸馏技术进行海水淡化的方式，该装置有着装置内热量分布均匀，能源利用效率高，出水水质好的优点，且可利用自然光进行光催化，有效减少膜污染现象。

技术方案：本发明所述的膜蒸馏海水淡化装置，包括依次通过管道连接的热侧加热装置、热侧水箱、膜蒸馏反应器、冷侧水箱、冷侧冷却装置和淡水箱，淡水箱还通过管道连接膜蒸馏反应器，其中，膜蒸馏反应器包括透明桶形外壳、中心管道、轴承、浆板、集水管、膜蒸馏膜模块和布水管，透明桶形外壳的顶端通过海水进水管道连接热侧水箱，底端连接海水出水管道，中心管道、轴承、浆板、集水管、膜蒸馏膜模块和布水管均设于透明桶形外壳内，中心管道位于透明桶形外壳内中轴位置，浆板套在中心管道顶端，且位于海水进水管道正下方，中心管道的顶端和底端为空心，中端为实心，中心管道的底端空心处通过管道连接冷侧水箱的出水口，还和布水管相通，顶端空心处通过管道连接清水箱的进水口，还和集水管相通，布水管顶端设有多个出水孔，集水管底端设有多个进水孔，膜蒸馏膜模块的个数、出水孔的个数以及进水孔的个数一致，每个膜蒸馏膜模块的底端入口分别与布水管的一个出水孔连接，每个膜蒸馏膜模块的顶端出口分别与集水管的一个进水孔连接。其中，浆板位于海水进水管道正下方，在进水时，可以带动浆板转动，作为内部系统旋转的动力；热侧将加热的海水排入膜蒸馏反应器的透明桶形外壳中，冷侧将淡水箱的淡水冷却后，通过布水管排入膜蒸馏反应器的膜蒸馏膜模块内，热侧海水中的淡水以水蒸气的形式通过膜蒸馏膜，在膜蒸馏膜内遇冷凝结成液态清水，清水通过集水管从顶端排入清水箱，剩余的海水浓溶液从海水出水管道排出。

作为优选，在航海中进行海水处理时，可以将所述热侧加热装置浸泡在轮船的高温冷却液池中，热侧加热装置具体包括加热基板和散热片，散热片均匀垂直设于加热基板的两面，加热基板内设置有弯曲布置的水流通道，水流通道的进口通过管道伸入到海水，出口通过水泵连接热侧水箱，工作中的高温冷却液池温度可达80℃至90℃，可以将水流通道的海水加热。

作为优选，在航海中进行海水处理时，可以将所述冷侧冷却装置浸泡在海水中，冷侧冷却装置具体包括冷却基板和散热片，散热片均匀垂直设于冷却基板的两面，冷却基板内设置有弯曲布置的水流通道，水流通道的进口通过清水箱连接冷侧水箱，出口通过水泵连接冷侧水箱。海水温度低于淡水温度，足够降温使用。

作为优选，所述集水管为圆形，集水管内侧通过多根空心管道连通到中心管道的顶端空心处。所述集水管的外圈还设有第一实心圆形管道，中心管道、集水管、第一实心圆形管的中心点重合，半径依次增大，所述膜蒸馏膜模块的顶端分别固定在第一实心圆形管上。第一实心圆形管道主要是用于固定膜蒸馏膜模块的外侧，集水管用于固定膜蒸馏膜模块的内侧和集水。

作为优选，所述布水管为圆形，布水管内侧通过多根空心管道连通到中心管道的底端空心处。所述布水管的内圈还设有第二实心圆形管道，中心管道、第二实心圆形管和布水管的中心点重合，半径依次增大，所述膜蒸馏膜模块的底端分别固定在第二实心圆形管上。第二实心圆形管道主要是用于固定膜蒸馏膜模块的内侧，布水管用于固定膜蒸馏膜模块的外侧和布水。

作为优选，所述膜蒸馏膜模块包括外框、网格、膜蒸馏膜和盖板，网格两侧为膜蒸馏膜，通过外框与盖板夹住网格和膜蒸馏膜实现固定。所述膜蒸馏膜模块采用对角线布水结构，外框上有布水槽。所述膜蒸馏膜表面凃有光催化剂，通过透进透明桶形外壳的自然光进行光催化，实现膜污染物分解。光催化材料可选纳米氧化锌或石墨烯等。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明是用自然光进行光催化自清洁的船载膜蒸馏海水淡化装置。膜蒸馏反应器内部旋转结构能够使装置内热量分布均匀，得到较高的能源利用效率和良好的出水水质，同时，本装置利用船只的高温冷却水，对海水进行加温，利用大海中的低温冷水，对冷侧清水进行降温，可大大降低运行中的能耗；膜蒸馏膜表面涂有光催化材料，在光照条件下，有着清洁膜蒸馏膜，防止膜污染的作用；此外，热侧海水的流动会带动内部装置的转动，保证光照均匀，提高光催化自清洁效果，同时改善膜蒸馏反应器中水力条件，使膜蒸馏过程更高效。

附图说明

图1本发明提供的膜蒸馏海水淡化装置的一个实施例的系统结构图；

图2为换热装置结构图；

图3为换热装置剖面图；

图4为膜蒸馏反应器剖面图；

图5为膜蒸馏反应器细部结构；

图6为膜蒸馏模块结构图；

图7为膜蒸馏模块框架布水槽结构图。

其中，0-海平面，1-热侧加热装置，2-热侧水箱，3-膜蒸馏反应器，4-冷侧水箱，5-冷测冷却装置，6-清水箱，7热侧水泵，8冷侧水泵，9-高温冷却液池，101-加热基板，102-水流通道，103-散热片，301-透明桶形外壳，302-海水进水管道，303-连接清水箱的进水口的管道，304-轴承，305-中心管道，306-浆板，307-集水管，308-膜蒸馏模块，309-布水管，310-第一实心圆形管道，3081-外框，3082-网格，3083-膜蒸馏膜，3084-盖板，3085-水流孔，3086-固定孔，3087-螺丝孔，3088-布水槽。

具体实施方式

图1为本发明提供的膜蒸馏海水淡化装置的一个实施例的系统结构图，包括依次通过管道连接的热侧加热装置1、热侧水箱2、膜蒸馏反应器3、冷侧水箱4、冷侧冷却装置5和淡水箱，淡水箱还通过管道连接膜蒸馏反应器3。热侧水箱2和冷侧水箱4的高度高于膜蒸馏反应器3的顶端。

参照图1、图2、图3，热侧加热装置1浸泡在轮船的高温冷却液池9中，由铝制成，具体包括加热基板101和散热片103，散热片103均匀垂直设于加热基板101的两面，加热基板101内设置有弯曲布置的水流通道102，水流通道102的进口通过管道伸入到海水，出口通过热侧水泵7连接热侧水箱2。冷侧冷却装置5浸泡在海水中，结构与热侧加热装置1一致，其水流通道的进口通过清水箱6连接冷侧水箱4，出口通过冷侧水泵8连接冷侧水箱4。当轮船不工作时，或者装置不设置在船上时，热侧加热装置可以是电或油作为能量来源的加热装置，冷侧冷却装置5可以是电或油等作为冷却来源的冷却装置。

参照图1和图4、图5，膜蒸馏反应器3包括透明桶形外壳301、中心管道305、轴承304、浆板306、集水管307、膜蒸馏膜模块308和布水管309，透明桶形外壳301的顶端通过海水进水管道302连接热侧水箱2，底端连接海水出水管道，中心管道305、轴承304、浆板306、集水管307、膜蒸馏膜模块308和布水管309均设于透明桶形外壳301内，中心管道305位于透明桶形外壳301内中轴位置，浆板306套在中心管道305顶端，且位于海水进水管道302正下方，中心管道305的顶端和底端为空心，中端为实心，中心管道305的底端空心处通过管302连接冷侧水箱4的出水口，还和布水管309相通，顶端空心处通过管道连接清水箱6的进水口，还和集水管307相通，布水管309顶端设有多个出水孔，集水管307底端设有多个进水孔，膜蒸馏膜模块308的个数、出水孔的个数以及进水孔的个数一致，每个膜蒸馏膜模块308的底端入口分别与布水管309的一个出水孔连接，每个膜蒸馏膜模块308的顶端出口分别与集水管307的一个进水孔连接。集水管307为圆形，集水管307内侧通过多根空心管道连通到中心管道305的顶端空心处。集水管307的外圈还设有第一实心圆形管道310，中心管道305、集水管307、第一实心圆形管310的中心点重合，半径依次增大，膜蒸馏膜模块308的顶端分别固定在第一实心圆形管310上。布水管309为圆形，布水管309内侧通过多根空心管道连通到中心管道305的底端空心处。布水管309的内圈还设有第二实心圆形管道(图未示)，中心管道305、第二实心圆形管和布水管309的中心点重合，半径依次增大，膜蒸馏膜模块308的底端分别固定在第二实心圆形管上。布水管和第一实心圆形管310半径一致，第二实心圆形管道和集水管半径一致。

参照图6和图7，膜蒸馏膜模块308包括外,3081、网格3082、膜蒸馏膜3083和盖板3084、水流孔3085、固定孔3086、螺丝孔3087，水流孔3085、固定孔3086分别位于框架3081的两对角线上，都具有固框架的作用，但水流孔3085同时还兼具水流通道和布水的作用。装置中间为网格3082，网格两侧为膜蒸馏膜3083，通过框架3081与盖板3084夹住网格3082和膜蒸馏膜3083实现固定，框架3081与盖板3084靠螺丝穿过螺丝孔3087来实现固定。膜蒸馏膜模块308采用对角线布水结构，外框上有布水槽3088。膜蒸馏膜3083表面凃有光催化剂。

本实施例的运行方式如下：

S1.在热侧水泵7的作用下，从海平面0下抽取海水，海水进入热侧换热装置1中，热侧换热装置浸泡在轮船的高温冷却液中，海水被加热后进入热侧水箱2；

S2.热侧水箱2中的水通过重力自流，从上端进入膜蒸馏反应器3中，此过程中，水流带动膜蒸馏反应器3中的浆板转动。热侧海水流入膜蒸馏反应器3的流速，由膜蒸馏反应器3下端的阀门控制。

S3.冷侧水箱4中的水为清水，通过重力自流，从下端进入膜蒸馏反应器3中，冷侧清水流入膜蒸馏反应器3的流速，由冷侧水箱4中的液位控制。

S4.膜蒸馏反应器3中，热侧海水中的淡水以水蒸气的形式通过膜蒸馏膜，在膜蒸馏膜内侧遇冷凝结成液态清水，剩余的海水浓溶液从膜蒸馏反应器3下端排出。

S5.冷侧清水，从膜蒸馏反应器3上端流出，部分流入清水水箱6中，另一部分流入冷侧换热装置5中。

S6.冷侧换热装置5位于海平面0以下，浸泡在海水中与海水进行换热，在冷侧水泵8的作用下，被降温后的清水被从冷侧换热装置5提升到冷侧水箱4中。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于：包括依次通过管道连接的热侧加热装置、热侧水箱、膜蒸馏反应器、冷侧水箱、冷侧冷却装置和淡水箱，淡水箱还通过管道连接膜蒸馏反应器，其中，膜蒸馏反应器包括透明桶形外壳、中心管道、轴承、浆板、集水管、膜蒸馏膜模块和布水管，透明桶形外壳的顶端通过海水进水管道连接热侧水箱，底端连接海水出水管道，中心管道、轴承、浆板、集水管、膜蒸馏膜模块和布水管均设于透明桶形外壳内，中心管道位于透明桶形外壳内中轴位置，浆板套在中心管道顶端，且位于海水进水管道正下方，中心管道的顶端和底端为空心，中端为实心，中心管道的底端空心处通过管道连接冷侧水箱的出水口，还和布水管相通，顶端空心处通过管道连接清水箱的进水口，还和集水管相通，布水管顶端设有多个出水孔，集水管底端设有多个进水孔，膜蒸馏膜模块的个数、出水孔的个数以及进水孔的个数一致，每个膜蒸馏膜模块的底端入口分别与布水管的一个出水孔连接，每个膜蒸馏膜模块的顶端出口分别与集水管的一个进水孔连接。

2.根据权利要求1所述的膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述热侧加热装置浸泡在轮船的高温冷却液池中，具体包括加热基板和散热片，散热片均匀垂直设于加热基板的两面，加热基板内设置有弯曲布置的水流通道，水流通道的进口通过管道伸入到海水，出口通过水泵连接热侧水箱。

3.根据权利要求1所述的膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述冷侧冷却装置浸泡在海水中，具体包括冷却基板和散热片，散热片均匀垂直设于冷却基板的两面，冷却基板内设置有弯曲布置的水流通道，水流通道的进口通过清水箱连接冷侧水箱，出口通过水泵连接冷侧水箱。

4.根据权利要求1所述的膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述集水管为圆形，集水管内侧通过多根空心管道连通到中心管道的顶端空心处。

5.根据权利要求4所述的膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述集水管的外圈还设有第一实心圆形管道，中心管道、集水管、第一实心圆形管的中心点重合，半径依次增大，所述膜蒸馏膜模块的顶端分别固定在第一实心圆形管上。

6.根据权利要求1所述的膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述布水管为圆形，布水管内侧通过多根空心管道连通到中心管道的底端空心处。

7.根据权利要求6所述的膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述布水管的内圈还设有第二实心圆形管道，中心管道、第二实心圆形管和布水管的中心点重合，半径依次增大，所述膜蒸馏膜模块的底端分别固定在第二实心圆形管上。

8.根据权利要求1所述的膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述膜蒸馏膜模块包括外框、网格、膜蒸馏膜和盖板，网格两侧为膜蒸馏膜，通过外框与盖板夹住网格和膜蒸馏膜实现固定。

9.根据权利要求8所述的膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述膜蒸馏膜模块采用对角线布水结构，外框上有布水槽。

10.根据权利要求8所述的膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述膜蒸馏膜表面凃有光催化剂，通过透进透明桶形外壳的自然光进行光催化，实现膜污染物分解。