CN115259287A - 高产水率管式膜蒸馏膜装置及废水浓缩方法 - Google Patents

Abstract

高产水率管式膜蒸馏膜装置及废水浓缩方法，涉及蒸馏膜技术领域。高产水率管式膜蒸馏膜装置，包括壳体组件、外隔板组件、内隔板组件和膜管组件；壳体组件包括从上至下依次连接的上端盖、上管体、中部管体、下管体和下端盖；膜管组件包括中心管、膜管、固定头A、固定头B、固定头C和固定头D。一种高产水率废水浓缩方法，方法如下：向环柱形夹层C中通入冷空气，向环柱形夹层C中抽真空，向中心管内孔中持续通入冷水，向料液腔中通入废水，向环柱形夹层B中通入热水。本发明的优点在于，膜管的内外两侧分别能实现有效控温，使膜管的内外两侧能保持一定的温差和蒸汽压差，使整个膜蒸馏过程中能保持较高的产水率。

Description

高产水率管式膜蒸馏膜装置及废水浓缩方法

技术领域

本发明涉及膜蒸馏技术领域，特别是一种高产水率管式膜蒸馏膜装置及废水浓缩方法。

背景技术

膜蒸馏技术是以疏水膜作为过滤介质(或称分离介质)，以膜两侧的蒸汽压力差作为驱动力，使废水中的水分以蒸汽形式透过膜孔，从而实现分离纯化水浓缩废水的目的。膜蒸馏技术常应用于海水脱盐、工业废水处理、食品或药品等废液中的物质提取，具有操作流程简单、应用成本低、可在常温常压下分离等优点。

根据膜组件冷侧冷凝方式的不同，膜蒸馏方式可分为直接接触式膜蒸馏(directcontact membrane distillation，DCMD)、气扫式膜蒸馏(sweeping gap membranedistillation，SGMD)、真空式膜蒸馏(vacuum membranedistillation，VMD)及气隙式膜蒸馏(air gapmembrane distillation，AGMD)。上述膜蒸馏方式都是由膜组件实现，现有的膜组件有平板膜(CN202111383442.5膜蒸馏换热装置)、毛细管膜(化工装备技术，2020，41(2)：13-16)和管式膜蒸馏膜装置(膜科学与技术，2021，41(2)：88-95)。其中，管式膜蒸馏膜装置具有结构简单，适应性强，压力损失小的特点，适用于处理高粘度和稠度的液体，具有较好的商业化应用前景。

传统的管式膜蒸馏膜装置包括PVC外壳和封装于PVC外壳内部的多根膜管或毛细管，PVC外壳内壁与膜管外壁之间的空间为废水腔，膜管的管内空间为净水腔。其工作原理是：在废水腔中通入加热的废水，在净水腔中抽真空或通冷气，从而形成膜两侧(膜管管壁两侧)的蒸汽压差和温差，废水蒸发产生的洁净水蒸气通过膜孔(膜管管壁)进入净水腔，被负压或冷气及时带走并排出到管式膜组件的外部。

传统的管式膜蒸馏膜装置在实际应用中存在以下不足之处：1、膜蒸馏过程中的吸热现象会导致料液(或称废水)温度逐渐下降，由于缺乏针对膜管两侧进行有效控温的机制，膜管两侧的温差和蒸汽压差会逐渐降低，进而使膜蒸馏过程的效率逐渐降低(体现在产水效率逐渐降低)；2、管式膜组件为一体式结构，即所有的膜管与PVC外壳封装为一体，若少量几根膜管损坏无法单独更换，只能整体更换新的管式膜蒸馏组件，导致使用成本偏高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种高产水率管式膜蒸馏膜装置及废水浓缩方法，它解决了现有的管式膜组件缺乏有效的控温机制，无法单独更换膜管导致使用成本偏高的问题。

本发明的技术方案是：高产水率管式膜蒸馏膜装置，包括壳体组件和膜管组件；壳体组件内部设有互不连通的料液腔和环柱形夹层B，环柱形夹层B环抱料液腔设置在料液腔外部；膜管组件设在料液腔内部，膜管组件包括中心管和套装在中心管外部的膜管，中心管的外壁与膜管的内壁之间形成环柱形夹层C，中心管的内孔均与料液腔不连通，环柱形夹层C的两端与料液腔不连通。

本发明进一步的技术方案是：其还包括外隔板组件和内隔板组件；

壳体组件包括从上至下依次连接的上端盖、上管体、中部管体、下管体和下端盖；中部管体从外至内分别设有外层管壁、中层管壁和内层管壁，外层管壁与中层管壁之间设有环柱形夹层A，内层管壁与中层管壁之间设有所述环柱形夹层B，内层管壁内侧设有所述料液腔；中部管体上设有连通至环柱形夹层B的热水入口和热水出口，中部管体上设有连通至料液腔的废液入口和废液出口；上管体上设有连通至上管体内孔的第一介质出口；下管体上设有连通至下管体内孔的第一介质入口；上端盖上设有连通至上端盖内腔的第二介质出口；下端盖上设有连通至至下端盖内腔的第二介质入口；

外隔板组件包括隔板A和隔板B；隔板A上设有多个安装孔C，隔板A密封安装在上端盖与上管体的连接处，使上端盖与上管体仅可通过安装孔C连通；隔板B上设有多个安装孔D，隔板B密封安装在下端盖与下管体的连接处，使下端盖与下管体仅可通过安装孔D连通；

内隔板组件包括隔板C和隔板D；隔板C上设有多个安装孔A，隔板C密封安装在上管体与中部管体的连接处，使上管体与中部管体仅可通过安装孔A连通；隔板D上设有多个安装孔B，隔板D密封安装在下管体与中部管体的连接处，使下管体与中部管体仅可通过安装孔B连通；

膜管组件包括中心管、膜管、固定头A、固定头B、固定头C和固定头D；中心管设置在膜管内孔中，中心管的两端从膜管两端口伸出，中心管与膜管之间形成环柱形夹层C；中心管上端通过固定头A固定安装在隔板A上，中心管下端通过固定头B固定安装在隔板B上，中心管的内孔上端通过固定头A连通至上端盖的内腔，中心管的内孔下端通过固定头B连通至下端盖的内腔；膜管上端通过固定头C固定安装在隔板C上，膜管下端通过固定头D固定安装在隔板D上，膜管的内孔上端通过固定头C连通至上管体的内孔，膜管的内孔下端通过固定头D连通至下管体的内孔。

本发明再进一步的技术方案是：中部管体的环柱形夹层A中填充有保温材料。

本发明再进一步的技术方案是：隔板A的安装孔A为螺纹孔；相应的，固定头A的外圆面上设有外螺纹，固定头A内部设有贯通其两端的内孔，固定头A的内孔由大孔径段A和小孔径段A组成，大孔径段A与小孔径段A之间设有环形台阶面A，固定头A朝向上端盖的端面上设有扳手插孔A；固定头A螺纹连接在隔板A的安装孔A中，一方面通过大孔径段A活动插接在中心管上端，另一方面通过环形台阶面A为中心管提供上端限位。

本发明再进一步的技术方案是：隔板B的安装孔B为螺纹孔；相应的，固定头B的外圆面上设有外螺纹，固定头B内部设有贯通其两端的内孔，固定头B的内孔由大孔径段B和小孔径段B组成，大孔径段B与小孔径段B之间设有环形台阶面B，固定头B朝向下端盖的端面上设有扳手插孔B；固定头B螺纹连接在隔板B的安装孔B中，一方面通过大孔径段B活动插接在中心管下端，另一方面通过环形台阶面B为中心管提供下端限位。

本发明更进一步的技术方案是：隔板C的安装孔C为锥孔；相应的，固定头C的外表面上设有锥形段C和圆柱段C，锥形段C与圆柱段C之间设有环形台阶面C；固定头C的锥形段C的锥度与隔板C的安装孔C的锥度一致；固定头C的锥形段C插装在膜管的上端口中，一方面使膜管上端口扩张呈外扩的喇叭口形，另一方面使膜管的上端外壁压紧在隔板C的安装孔C的孔壁上。

本发明更进一步的技术方案是：隔板D的安装孔D为锥孔；相应的，固定头D的外表面上设有锥形段D和圆柱段D，锥形段D与圆柱段D之间设有环形台阶面D；固定头D的锥形段D的锥度与隔板D的安装孔D的锥度一致；固定头D的锥形段D插装在膜管的下端口中，一方面使膜管下端口扩张呈外扩的喇叭口形，另一方面使膜管的下端外壁压紧在隔板D的安装孔D的孔壁上。

本发明更进一步的技术方案是：膜管组件还包括上压板和下压板；上压板上设有多个安装孔E，上压板设置在上管体内孔中，并与所有固定头C的圆柱段活动插接，上压板的下端面与固定头C的环形台阶面C相抵；下压板上设有多个安装孔E，下压板设置在下管体的内孔中，并与所有固定头D的圆柱段活动插接，下压板的端面与固定头D46的环形台阶面D相抵。

本发明更进一步的技术方案是：壳体组件为316不锈钢材质。

本发明更进一步的技术方案是：中心管为316不锈钢材质。

本发明更进一步的技术方案是：中部管体的热水入口和热水出口分别布置在靠近中部管体两端的外壁上。

本发明的技术方案是：一种高产水率废水浓缩方法，基于高产水率管式膜蒸馏膜装置；浓缩废水前，先通过废液入口向料液腔中通入废水；

所述方法同时执行以下几项操作：

a、向环柱形夹层C中持续通入10℃以下的干冷空气并持续抽真空；通过抽真空过程一方面避免冷空气中的水蒸气冷凝在中心管的外壁上，另一方面维持膜管内外两侧的压力差，再一方面提供环柱形夹层C中的水蒸汽流动的动力；干冷空气在抽真空过程产生的负压作用下，依次通过下管体的第一介质入口、下管体内孔和固定头D，进入环柱形夹层C中，裹挟位于环柱形夹层C中的热蒸汽而变为湿热空气，湿热空气依次通过固定头C、上管体内孔和第一介质出口排出，排出后通过蒸馏的方式收集蒸馏水，从而得到纯化净水并实现废水浓缩减容；

b、向中心管内孔中持续通入4℃的冷水；冷水依次通过第二介质入口、下端盖内腔和固定头B进入中心管内孔中，再依次通过固定头A、上端盖内腔、第二介质出口排出；冷水流经中心管内孔时，通过中心管的管壁与环柱形夹层C中的湿热空气换热，持续带走湿热空气中的热量，进而保持湿热空气不会因吸收废水热量而持续升温；

c、向环柱形夹层B中持续通入90℃的热水，热水通过热水入口进入环柱形夹层B中，充满整个环柱形夹层B后，从热水出口排出；热水通过内层管壁向废水持续提供热量，将废水加热并保温在可产出蒸汽的温度，并避免废水因膜蒸馏过程吸热现象导致温度下降。

本发明进一步的技术方案是：在高产水率废水浓缩方法的c操作中，热水在回路中循环流动，所述回路中设有用于向热水提供热量的热源，热水流经热源时被加热而吸收热量，热水流经环柱形夹层B时因膜蒸馏过程吸热现象而损失热量。

本发明的技术方案是：一种膜管快速更换方法，基于上述的高产水率管式膜蒸馏膜装置，步骤如下：

S01，拆除旧膜管：

a、拆除上端盖和下端盖后，将隔板A连同固定头A从中心管的上端头上拔出，将隔板B连同固定头B从中心管的下端头上拔出；

b、拆除上管体和下管体后，将上压板从所有的固定头C的圆柱段C上拔出，将下压板从所有的固定头D的圆柱段D上拔出；

c、夹持固定头C的圆柱段C，将固定头C依次从目标膜管的上端管口和中心管的上端管口拔出；夹持固定头D的圆柱段D，将固定头D依次从目标膜管的下端管口和中心管的上端管口拔出；从而使目标膜管的上端管壁在隔板C的安装孔C中松脱，使目标膜管的下端管壁在隔板D的安装孔D中松脱，再将目标膜管沿着中心管从中心管的任意一端取出；

S02，装入新膜管：

a、将新膜管从中心管的任意一端套装在中心管上，并使新膜管的上端管壁伸入隔板C的安装孔C中，使新膜管下端管壁伸入隔板D的安装孔D中；

b、夹持固定头C的圆柱段C，将固定头C安装在中心管的上端外圆面与新膜管的上端外圆面之间，并通过固定头C的锥形段C将新膜管的上端口扩口并压紧在隔板C的安装孔C中；夹持固定头D的圆柱段D，将固定头D安装在中心管的下端外圆面与新膜管的下端外圆面之间，并通过固定头D的锥形段D将新膜管的下端口扩口并压紧在隔板D的安装孔D中；

c、将上压板安装在所有的固定头C的圆柱段C上，将下压板安装在所有的固定头D的圆柱段D上，再安装上管体和下管体；

d、将隔板A连同固定头A安装在中心管的上端头上，将隔板B连同固定头B安装在中心管的下端头上，再安装上端盖和下端盖。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、高产水率：膜管的内外两侧分别能实现有效控温，使膜管的内外两侧能保持一定的温差和蒸汽压差，使整个膜蒸馏过程中能保持较高的产水率；

膜管内侧的控温机制如下：在膜管内侧设置了中心管，中心管内孔中可通冷水，中心管与膜管之间的环柱形夹层C中可通冷空气并抽真空。所述冷水与所述冷空气换热，持续地带走冷空气中的热量，保持冷空气不会因吸收废水热量而持续升温，使热侧(膜管外侧)蒸汽可持续往冷侧渗透过来，抽真空较大程度上避免了冷空气中的水蒸气冷凝在中心管的外壁上，并维持膜管内外两侧的压力差和提供环柱形夹层C中的水蒸汽流动动力；

膜管外侧的控温机制如下：中部管体的环柱形夹层A中填充有保温材料，可有效避免废水及热水的热量发散到管式膜蒸馏膜装置的外部，中部管体的环柱形夹层B中通入90℃的热水，热水向废水持续提供热量，避免因膜蒸馏过程中的吸热现象导致废水温度下降。

2、便于更换膜管：膜管采用可拆卸结构安装在壳体组件内部，当少量膜管损坏时可单独更换损坏的膜管，相比一体式结构的管式膜蒸馏膜装置极大降低了管式膜蒸馏膜装置的使用成本。

3、耐辐照：由于壳体组件和中心管均为316不锈钢材质，从而使管式膜蒸馏膜装置具有耐辐照性能，可使其适用于放射性废水浓缩提取纯化水。

以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图2的B-B剖视图；

图4为图2的C-C剖视图；

图5为图2的D-D剖视图；

图6为图2的E部放大图；

图7为图2的F部放大图。

图例说明：上端盖11；第二介质出口111；上管体12；第一介质出口121；中部管体13；外层管壁131；中层管壁132；内层管壁133；环柱形夹层A134；环柱形夹层B135；热水入口136；热水出口137；废液入口138；废液出口139；下管体14；第一介质入口141；下端盖15；第二介质入口151；隔板A21；隔板B22；隔板C31；隔板D32；中心管41；膜管42；固定头A43；固定头B44；固定头C45；固定头D46；上压板48；下压板49；环柱形夹层C100。

具体实施方式

实施例1：

如图1-7所示，高产水率管式膜蒸馏膜装置，包括壳体组件、外隔板组件、内隔板组件和膜管组件；

壳体组件包括从上至下依次连接的上端盖11、上管体12、中部管体13、下管体14和下端盖15。中部管体13从外至内分别设有外层管壁131、中层管壁132和内层管壁133，外层管壁131与中层管壁132之间设有环柱形夹层A134，内层管壁133与中层管壁132之间设有环柱形夹层B135，内层管壁133内侧设有料液腔，中部管体13的环柱形夹层A134中填充有保温材料。中部管体13上设有连通至环柱形夹层B135的热水入口136和热水出口137，中部管体13上设有连通至料液腔的废液入口138和废液出口139。上管体12上设有连通至上管体内孔的第一介质出口121。下管体14上设有连通至下管体内孔的第一介质入口141。上端盖11上设有连通至上端盖内腔的第二介质出口111。下端盖15上设有连通至至下端盖内腔的第二介质入口151。

外隔板组件包括隔板A21和隔板B22。隔板A21上设有多个安装孔C，隔板A21密封安装在上端盖11与上管体12的连接处，使上端盖11与上管体12仅可通过安装孔C连通。隔板B22上设有多个安装孔D，隔板B22密封安装在下端盖15与下管体14的连接处，使下端盖15与下管体14仅可通过安装孔D连通。

内隔板组件包括隔板C31和隔板D32。隔板C31上设有多个安装孔A，隔板C31密封安装在上管体12与中部管体13的连接处，使上管体12与中部管体13仅可通过安装孔A连通。隔板D32上设有多个安装孔B，隔板D32密封安装在下管体14与中部管体13的连接处，使下管体14与中部管体13仅可通过安装孔B连通。

膜管组件包括中心管41、膜管42、固定头A43、固定头B44、固定头C45和固定头D46。中心管41设置在膜管42内孔中，中心管41的两端从膜管42两端口伸出，中心管41与膜管42之间形成环柱形夹层C100。中心管41上端通过固定头A43固定安装在隔板A21上，中心管41下端通过固定头B44固定安装在隔板B22上，中心管41的内孔上端通过固定头A43连通至上端盖11的内腔，中心管41的内孔下端通过固定头B44连通至下端盖15的内腔。膜管42上端通过固定头C45固定安装在隔板C31上，膜管42下端通过固定头D46固定安装在隔板D32上，膜管42的内孔上端通过固定头C45连通至上管体12的内孔，膜管42的内孔下端通过固定头D46连通至下管体14的内孔。膜管组件的数量有多组(本实施例中有25组)，所有组的膜管组件间隔布置在壳体组件内部。

优选，隔板A21的安装孔A为螺纹孔。相应的，固定头A43的外圆面上设有外螺纹，固定头A43内部设有贯通其两端的内孔，固定头A43的内孔由大孔径段A和小孔径段A组成，大孔径段A与小孔径段A之间设有环形台阶面A，固定头A43朝向上端盖11的端面上设有扳手插孔A。固定头A43螺纹连接在隔板A21的安装孔A中，一方面通过大孔径段A活动插接在中心管41上端，另一方面通过环形台阶面A为中心管41提供上端限位。

优选，隔板B22的安装孔B为螺纹孔。相应的，固定头B44的外圆面上设有外螺纹，固定头B44内部设有贯通其两端的内孔，固定头B44的内孔由大孔径段B和小孔径段B组成，大孔径段B与小孔径段B之间设有环形台阶面B，固定头B朝向下端盖15的端面上设有扳手插孔B。固定头B44螺纹连接在隔板B22的安装孔B中，一方面通过大孔径段B活动插接在中心管41下端，另一方面通过环形台阶面B为中心管41提供下端限位。

优选，隔板C31的安装孔C为锥孔。相应的，固定头C45的外表面上设有锥形段C和圆柱段C，锥形段C与圆柱段C之间设有环形台阶面C，固定头C45的锥形段C的锥度与隔板C31的安装孔C的锥度一致。固定头C45的锥形段C插装在膜管42的上端口中，一方面使膜管42上端口扩张呈外扩的喇叭口形，另一方面使膜管42的上端外壁压紧在隔板C31的安装孔C的孔壁上。

优选，隔板D32的安装孔D为锥孔。相应的，固定头D46的外表面上设有锥形段D和圆柱段D，锥形段D与圆柱段D之间设有环形台阶面D，固定头D46的锥形段D的锥度与隔板D32的安装孔D的锥度一致。固定头D46的锥形段D插装在膜管42的下端口中，一方面使膜管42下端口扩张呈外扩的喇叭口形，另一方面使膜管42的下端外壁压紧在隔板D32的安装孔D的孔壁上。

优选，中部管体13的热水入口136和热水出口137分别布置在靠近中部管体13两端的外壁上，从而使热水在环柱形夹层B135中的流动路径相对更长，进而使热水(位于环柱形夹层B135中)能更好的向废水(位于中部管体13内孔中)传热。

优选，膜管组件还包括上压板48和下压板49。上压板48上设有多个安装孔E，上压板48设置在上管体12内孔中，并与所有固定头C45的圆柱段活动插接，上压板48的下端面与固定头C45的环形台阶面C相抵。下压板49上设有多个安装孔E，下压板49设置在下管体14的内孔中，并与所有固定头D46的圆柱段活动插接，下压板49的端面与固定头D46的环形台阶面D相抵。

优选，壳体组件和中心管41均为316不锈钢材质，从而使管式膜蒸馏膜装置具有耐辐照性能，可用于放射性废水浓缩提取纯化水。

简述本发明的工作原理：

一种高产水率废水浓缩方法，基于高产水率管式膜蒸馏膜装置，浓缩废水前，先通过废液入口138向料液腔中通入废水。

所述方法同时执行以下几项操作：

a、向环柱形夹层C100中持续通入10℃以下的干冷空气并持续抽真空。通过抽真空过程一方面避免冷空气中的水蒸气冷凝在中心管41的外壁上，另一方面维持膜管42内外两侧的压力差，再一方面提供环柱形夹层C100中的水蒸汽流动的动力。干冷空气在抽真空过程产生的负压作用下，依次通过下管体14的第一介质入口141、下管体14内孔和固定头D46，进入环柱形夹层C100中，裹挟位于环柱形夹层C100中的热蒸汽而变为湿热空气，湿热空气依次通过固定头C45、上管体12内孔和第一介质出口121排出，排出后通过蒸馏的方式收集蒸馏水，从而得到纯化净水并实现废水浓缩减容。

b、向中心管41内孔中持续通入4℃的冷水；冷水依次通过第二介质入口151、下端盖15内腔和固定头B44进入中心管41内孔中，再依次通过固定头A43、上端盖11内腔、第二介质出口111排出。冷水流经中心管41内孔时，通过中心管41的管壁与环柱形夹层C100中的湿热空气换热，持续带走湿热空气中的热量，进而保持湿热空气不会因吸收废水热量而持续升温。

c、向环柱形夹层B135中持续通入90℃的热水，热水通过热水入口136进入环柱形夹层B135中，充满整个环柱形夹层B135后，从热水出口137排出。热水通过内层管壁133向废水持续提供热量，将废水加热并保温在可产出蒸汽的温度，并避免废水因膜蒸馏过程吸热现象导致温度下降。

在c操作中，热水在回路中循环流动，所述回路中设有用于向热水提供热量的热源(图中未示出)，热水流经热源时被加热而吸收热量，热水流经环柱形夹层B135时因膜蒸馏过程吸热现象而损失热量。

优选，在壳体组件和中心管41均为316不锈钢材质的前提下，管式膜蒸馏膜装置具有耐辐照性能，可用于放射性废水浓缩提取纯化水。

简述本发明的膜管更换方法：

S01，拆除旧膜管：

a、拆除上端盖11和下端盖15后，将隔板A21连同固定头A43从中心管41的上端头上拔出，将隔板B22连同固定头B44从中心管41的下端头上拔出；

b、拆除上管体12和下管体14后，将上压板48从所有的固定头C45的圆柱段C上拔出，将下压板49从所有的固定头D46的圆柱段D上拔出；

c、夹持固定头C45的圆柱段C，将固定头C45依次从目标膜管42的上端管口和中心管41的上端管口拔出；夹持固定头D46的圆柱段D，将固定头D46依次从目标膜管42的下端管口和中心管41的上端管口拔出；从而使目标膜管42的上端管壁在隔板C31的安装孔C中松脱，使目标膜管42的下端管壁在隔板D32的安装孔D中松脱，再将目标膜管42沿着中心管41从中心管41的任意一端取出。

S02，装入新膜管：

a、将新膜管42从中心管41的任意一端套装在中心管41上，并使新膜管42的上端管壁伸入隔板C31的安装孔C中，使新膜管42下端管壁伸入隔板D32的安装孔D中；

b、夹持固定头C45的圆柱段C，将固定头C45安装在中心管41的上端外圆面与新膜管42的上端外圆面之间，并通过固定头C45的锥形段C将新膜管42的上端口扩口并压紧在隔板C31的安装孔C中；夹持固定头D46的圆柱段D，将固定头D46安装在中心管41的下端外圆面与新膜管42的下端外圆面之间，并通过固定头D46的锥形段D将新膜管42的下端口扩口并压紧在隔板D32的安装孔D中；

c、将上压板48安装在所有的固定头C45的圆柱段C上，将下压板49安装在所有的固定头D46的圆柱段D上，再安装上管体12和下管体14；

d、将隔板A21连同固定头A43安装在中心管41的上端头上，将隔板B22连同固定头B44安装在中心管41的下端头上，再安装上端盖11和下端盖15。

Claims (10)

1.高产水率管式膜蒸馏膜装置，其特征是：包括壳体组件和膜管组件；壳体组件内部设有互不连通的料液腔和环柱形夹层B，环柱形夹层B环绕在料液腔外部；膜管组件设在料液腔内部，膜管组件包括中心管和套装在中心管外部的膜管，中心管的外壁与膜管的内壁之间形成环柱形夹层C，中心管和环柱形夹层C均与料液腔不连通。

2.如权利要求1所述的高产水率管式膜蒸馏膜装置，其特征是：其还包括外隔板组件和内隔板组件；

壳体组件包括从上至下依次连接的上端盖、上管体、中部管体、下管体和下端盖；中部管体从外至内分别设有外层管壁、中层管壁和内层管壁，外层管壁与中层管壁之间设有环柱形夹层A，内层管壁与中层管壁之间设有所述环柱形夹层B，内层管壁内侧设有所述料液腔；中部管体上设有连通至环柱形夹层B的热水入口和热水出口，中部管体上设有连通至料液腔的废液入口和废液出口；上管体上设有连通至上管体内孔的第一介质出口；下管体上设有连通至下管体内孔的第一介质入口；上端盖上设有连通至上端盖内腔的第二介质出口；下端盖上设有连通至至下端盖内腔的第二介质入口；

外隔板组件包括隔板A和隔板B；隔板A上设有多个安装孔C，隔板A密封安装在上端盖与上管体的连接处，使上端盖与上管体仅可通过安装孔C连通；隔板B上设有多个安装孔D，隔板B密封安装在下端盖与下管体的连接处，使下端盖与下管体仅可通过安装孔D连通；

内隔板组件包括隔板C和隔板D；隔板C上设有多个安装孔A，隔板C密封安装在上管体与中部管体的连接处，使上管体与中部管体仅可通过安装孔A连通；隔板D上设有多个安装孔B，隔板D密封安装在下管体与中部管体的连接处，使下管体与中部管体仅可通过安装孔B连通；

膜管组件包括中心管、膜管、固定头A、固定头B、固定头C和固定头D；中心管设置在膜管内孔中，中心管的两端从膜管两端口伸出，中心管与膜管之间形成环柱形夹层C；中心管上端通过固定头A固定安装在隔板A上，中心管下端通过固定头B固定安装在隔板B上，中心管的内孔上端通过固定头A连通至上端盖的内腔，中心管的内孔下端通过固定头B连通至下端盖的内腔；膜管上端通过固定头C固定安装在隔板C上，膜管下端通过固定头D固定安装在隔板D上，膜管的内孔上端通过固定头C连通至上管体的内孔，膜管的内孔下端通过固定头D连通至下管体的内孔。

3.如权利要求2所述的高产水率管式膜蒸馏膜装置，其特征是：隔板A的安装孔A为螺纹孔；相应的，固定头A的外圆面上设有外螺纹，固定头A内部设有贯通其两端的内孔，固定头A的内孔由大孔径段A和小孔径段A组成，大孔径段A与小孔径段A之间设有环形台阶面A，固定头A朝向上端盖的端面上设有扳手插孔A；固定头A螺纹连接在隔板A的安装孔A中，一方面通过大孔径段A活动插接在中心管上端，另一方面通过环形台阶面A为中心管提供上端限位。

4.如权利要求3所述的高产水率管式膜蒸馏膜装置，其特征是：隔板B的安装孔B为螺纹孔；相应的，固定头B的外圆面上设有外螺纹，固定头B内部设有贯通其两端的内孔，固定头B的内孔由大孔径段B和小孔径段B组成，大孔径段B与小孔径段B之间设有环形台阶面B，固定头B朝向下端盖的端面上设有扳手插孔B；固定头B螺纹连接在隔板B的安装孔B中，一方面通过大孔径段B活动插接在中心管下端，另一方面通过环形台阶面B为中心管提供下端限位。

5.如权利要求4所述的高产水率管式膜蒸馏膜装置，其特征是：隔板C的安装孔C为锥孔；相应的，固定头C的外表面上设有锥形段C和圆柱段C，锥形段C与圆柱段C之间设有环形台阶面C；固定头C的锥形段C的锥度与隔板C的安装孔C的锥度一致；固定头C的锥形段C插装在膜管的上端口中，一方面使膜管上端口扩张呈外扩的喇叭口形，另一方面使膜管的上端外壁压紧在隔板C的安装孔C的孔壁上。

6.如权利要求5所述的高产水率管式膜蒸馏膜装置，其特征是：隔板D的安装孔D为锥孔；相应的，固定头D的外表面上设有锥形段D和圆柱段D，锥形段D与圆柱段D之间设有环形台阶面D；固定头D的锥形段D的锥度与隔板D的安装孔D的锥度一致；固定头D的锥形段D插装在膜管的下端口中，一方面使膜管下端口扩张呈外扩的喇叭口形，另一方面使膜管的下端外壁压紧在隔板D的安装孔D的孔壁上。

7.如权利要求6所述的高产水率管式膜蒸馏膜装置，其特征是：膜管组件还包括上压板和下压板；上压板上设有多个安装孔E，上压板设置在上管体内孔中，并与所有固定头C的圆柱段活动插接，上压板的下端面与固定头C的环形台阶面C相抵；下压板上设有多个安装孔E，下压板设置在下管体的内孔中，并与所有固定头D的圆柱段活动插接，下压板的端面与固定头D46的环形台阶面D相抵。

8.如权利要求7所述的高产水率管式膜蒸馏膜装置，其特征是：壳体组件为316不锈钢材质；中心管为316不锈钢材质；中部管体的热水入口和热水出口分别布置在靠近中部管体两端的外壁上。

9.一种高产水率废水浓缩方法，基于权利要求7或8所述的高产水率管式膜蒸馏膜装置，浓缩废水前，先通过废液入口向料液腔中通入废水；其特征是：

所述方法同时执行以下几项操作：

a、向环柱形夹层C中持续通入10℃以下的干冷空气并持续抽真空；通过抽真空过程一方面避免冷空气中的水蒸气冷凝在中心管的外壁上，另一方面维持膜管内外两侧的压力差，再一方面提供环柱形夹层C中的水蒸汽流动的动力；干冷空气在抽真空过程产生的负压作用下，依次通过下管体的第一介质入口、下管体内孔和固定头D，进入环柱形夹层C中，裹挟位于环柱形夹层C中的热蒸汽而变为湿热空气，湿热空气依次通过固定头C、上管体内孔和第一介质出口排出，排出后通过蒸馏的方式收集蒸馏水，从而得到纯化净水并实现废水浓缩减容；

b、向中心管内孔中持续通入4℃的冷水；冷水依次通过第二介质入口、下端盖内腔和固定头B进入中心管内孔中，再依次通过固定头A、上端盖内腔、第二介质出口排出；冷水流经中心管内孔时，通过中心管的管壁与环柱形夹层C中的湿热空气换热，持续带走湿热空气中的热量，进而保持湿热空气不会因吸收废水热量而持续升温；

c、向环柱形夹层B中持续通入90℃的热水，热水通过热水入口进入环柱形夹层B中，充满整个环柱形夹层B后，从热水出口排出；热水通过内层管壁向废水持续提供热量，将废水加热并保温在可产出蒸汽的温度，并避免废水因膜蒸馏过程吸热现象导致温度下降；

在c操作中，热水在回路中循环流动，所述回路中设有用于向热水提供热量的热源，热水流经热源时被加热而吸收热量，热水流经环柱形夹层B时因膜蒸馏过程吸热现象而损失热量。

10.一种膜管快速更换方法，基于权利要求7或8所述的高产水率管式膜蒸馏膜装置，其特征是，步骤如下：

S01，拆除旧膜管：

a、拆除上端盖和下端盖后，将隔板A连同固定头A从中心管的上端头上拔出，将隔板B连同固定头B从中心管的下端头上拔出；

b、拆除上管体和下管体后，将上压板从所有的固定头C的圆柱段C上拔出，将下压板从所有的固定头D的圆柱段D上拔出；

c、夹持固定头C的圆柱段C，将固定头C依次从目标膜管的上端管口和中心管的上端管口拔出；夹持固定头D的圆柱段D，将固定头D依次从目标膜管的下端管口和中心管的上端管口拔出；从而使目标膜管的上端管壁在隔板C的安装孔C中松脱，使目标膜管的下端管壁在隔板D的安装孔D中松脱，再将目标膜管沿着中心管从中心管的任意一端取出；

S02，装入新膜管：

a、将新膜管从中心管的任意一端套装在中心管上，并使新膜管的上端管壁伸入隔板C的安装孔C中，使新膜管下端管壁伸入隔板D的安装孔D中；

b、夹持固定头C的圆柱段C，将固定头C安装在中心管的上端外圆面与新膜管的上端外圆面之间，并通过固定头C的锥形段C将新膜管的上端口扩口并压紧在隔板C的安装孔C中；夹持固定头D的圆柱段D，将固定头D安装在中心管的下端外圆面与新膜管的下端外圆面之间，并通过固定头D的锥形段D将新膜管的下端口扩口并压紧在隔板D的安装孔D中；

c、将上压板安装在所有的固定头C的圆柱段C上，将下压板安装在所有的固定头D的圆柱段D上，再安装上管体和下管体；

d、将隔板A连同固定头A安装在中心管的上端头上，将隔板B连同固定头B安装在中心管的下端头上，再安装上端盖和下端盖。

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