CN107555540B - 一种膜蒸馏海水淡化装置 - Google Patents

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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、桨板、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、桨板、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,桨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,桨板位于海水进水管道正下方,在进水时,可以带动桨板转动,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为膜蒸馏膜模块结构图;
图7为膜蒸馏膜 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-桨板,307-集水管,308-膜蒸馏膜模块, 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、桨板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、桨板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,桨板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包括外框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中的桨板转动。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、桨板、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、桨板、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,桨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。
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