CN205199314U - 减压膜蒸馏系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种减压膜蒸馏系统，包括储存液体的热液存储装置、与所述热液存储装置相连的膜蒸馏装置、与所述膜蒸馏装置相连的冷凝装置，其中所述膜蒸馏装置产生的蒸汽进入所述冷凝装置，所述膜蒸馏装置产生的浓液循环回流至所述热液存储装置，所述冷凝装置通过自生式真空装置与产水存储装置相连。本实用新型所述的减压膜蒸馏系统，通过所述自生式真空装置保持整个系统产水侧的真空度，从而可以避免真空泵的长时间运行，降低整体系统的能耗。

Description

减压膜蒸馏系统

技术领域

本实用新型涉及膜蒸馏技术领域，尤其是指一种减压膜蒸馏系统。

背景技术

膜蒸馏(Membranedistillation，MD)过程是将膜技术与传统蒸馏技术结合而出现的一种新型淡化除盐技术。膜蒸馏所用的膜为不被待处理溶液润湿的疏水微孔膜，只有蒸汽能够进入并透过膜孔，液体不能透过膜孔，膜两侧组分的蒸汽压差作为传质的推动力，因此可以实现液体和气体的分离。与常规蒸馏(distillation)相比，膜蒸馏具有以下优点：(1)截留率高；(2)操作温度比常规蒸馏工艺低得多，可有效利用地热、工业废热等低品位热源，显著降低能耗；(3)操作压力低于其它膜分离过程；(4)可处理极高浓度盐溶液，是目前唯一能从溶液中分离出结晶产物的膜分离过程。鉴于上述突出优点，膜蒸馏技术的研究范围也逐渐拓展到海水和苦咸水的淡化、超纯水的制备、水溶液中挥发性溶质的脱除和回收、水溶液中非挥发性溶质的浓缩与结晶、共沸混合物的分离、废水处理等领域。

现有膜蒸馏的操作方式主要包括直接接触式、真空式、气隙式和吹扫式。由于真空式膜蒸馏以通量大而被采用的比较多，所谓真空式（也叫减压）膜蒸馏法是在透过侧施加一个负压，将透过多孔膜的水蒸汽抽出到膜组件以外的冷凝器内进行冷凝液化，虽然膜通量大，但对系统的密封性要求比较高，能耗也比较高。如现有公开号为104190259A的中国发明专利，提供了一种减压多效膜蒸馏方法及其装置，所述装置包括多级膜蒸馏组合元件、循环水泵、真空泵、循环加热水槽、换热器、产水泵、气液分离容器及连接管；膜蒸馏组合元件中设自上而下垂直流路的疏水膜和自下而上垂直流路的换热管；各个膜蒸馏组合元件间设料液连接管和产水连通管；方法包括料液流过膜蒸馏组合元件疏水膜流路时，在壳程负压作用下，发生膜蒸馏；蒸发的水蒸气进入壳程与换热管管壁接触，释放出相变热被冷凝，成为膜蒸馏产水；疏水膜流路中未蒸发料液，被蒸发降温后，流过换热管，吸热升温后进下级膜蒸馏组合元件疏水膜流路；由此逐级进行，使料液逐级浓缩后排放；同步实现料液浓缩与蒸发相变热充分利用，完成减压多效膜蒸馏。上述技术虽然考虑了如何降低热侧的能量损失，但是减压膜蒸馏中真空泵的持续运行，会导致整体膜蒸馏的能耗增大。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中膜蒸馏能耗高的问题从而提供一种可以有效降低能耗的减压膜蒸馏系统。

为解决上述技术问题，本实用新型所述的一种减压膜蒸馏系统，包括储存液体的热液存储装置、与所述热液存储装置相连的膜蒸馏装置、与所述膜蒸馏装置相连的冷凝装置，其中所述膜蒸馏装置产生的蒸汽进入所述冷凝装置，所述膜蒸馏装置产生的浓液循环回流至所述热液存储装置，所述冷凝装置通过自生式真空装置与产水存储装置相连。

在本实用新型的一个实施例中，所述自生式真空装置包括与所述产水存储装置相通的真空罐，所述真空罐位于所述产水存储装置的上方，且所述真空罐的液位高于所述产水存储装置的液位。

在本实用新型的一个实施例中，所述真空罐通过竖直管与所述产水存储装置相连。

在本实用新型的一个实施例中，所述冷凝装置通过产水管道上设置的第一阀门与所述真空罐相连，所述冷凝装置通过产水管道上设置的第二阀门与所述产水存储装置相连。

在本实用新型的一个实施例中，所述竖直管上靠近所述产水存储装置的一端设有第三阀门。

在本实用新型的一个实施例中，所述真空罐上连接有备用真空泵。

在本实用新型的一个实施例中，所述自生式真空装置包括真空发生器以及与所述真空发生器相连的真空罐。

在本实用新型的一个实施例中，所述真空发生器包括流体入口、与所述流体入口竖直连通的流体出口以及真空吸口，其中所述真空吸口与所述真空罐相连，所述真空罐分别与所述产水存储装置和所述冷凝装置的产水侧连通。

在本实用新型的一个实施例中，所述流体入口与设置在所述冷凝装置与所述真空发生器之间的储槽相连，所述流体出口与所述冷凝装置相连。

本实用新型型的一个实施例中，所述流体入口与所述热液存储装置相连，所述流体出口与所述膜蒸馏装置的热液入口相连。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型所述的减压膜蒸馏系统，通过所述自生式真空装置保持整个系统产水侧的真空度，从而可以避免真空泵的长时间运行，降低整体系统的能耗。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1是本实用新型所述减压膜蒸馏系统的流程图；

图2是本实用新型所述减压膜蒸馏系统的一个工艺流程图；

图3是本实用新型所述减压膜蒸馏系统的另一个工艺流程图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例提供了一种减压膜蒸馏系统，包括储存液体的热液存储装置10、与所述热液存储装置10相连的膜蒸馏装置20、与所述膜蒸馏装置20相连的冷凝装置30，其中所述膜蒸馏装置20产生的蒸汽进入所述冷凝装置30，所述膜蒸馏装置20产生的浓液循环回流至所述热液存储装置10，所述冷凝装置30通过自生式真空装置40与产水存储装置50相连。

本实用新型所述的减压膜蒸馏系统，包括液存储装置10、膜蒸馏装置20、冷凝装置30、自生式真空装置40以及产水存储装置50，其中所述液存储装置10用于存储液体，所述热液存储装置10与所述膜蒸馏装置20相连，所述膜蒸馏装置20与所述冷凝装置30相连，其中所述膜蒸馏装置20产生的蒸汽进入所述冷凝装置30，所述膜蒸馏装置20产生的浓液循环回流至所述热液存储装置10，所述冷凝装置30通过自生式真空装置40与产水存储装置50相连，所述自生式真空系统40是指通过系统本身的设计，而非利用真空泵或外来专用设备产生真空或负压环境，由于利用所述自生式真空系统40保持整个系统产水侧的真空度，从而可以避免真空泵的长时间运行，降低整体系统的能耗。

所述自生式真空装置40可以是能够产生负压环境的多种装置，如可以通过液位差产生负压环境，也可以是通过射流吸气产生负压环境。

下面详细论述液位差产生负压环境时所述自生式真空装置40的结构：

如图2所示，当所述自生式真空装置40通过虹吸原理产生负压时，所述自生式真空装置40包括与所述产水存储装置50相通的真空罐41，且所述真空罐41位于所述产水存储装置50的上方，所述真空罐41的液位高于所述产水存储装置50的液位，从而使所述真空罐41与所述产水存储装置50具有一定的垂直位差，通过维持所述真空罐41和所述产水存储装置50的液位差来实现所述真空罐41中的负压环境。具体地，所述真空罐41通过竖直管42与所述产水存储装置50相连，从而可以将液体由所述真空罐41流入所述竖直管42，最终输送至所述产水存储装置50内，从而有利于实现所述真空罐41中的负压环境。所述冷凝装置30通过产水管道上设置的第一阀门31与所述真空罐41相连，通过所述第一阀门31的启闭控制液体是否流入所述真空罐41内，所述冷凝装置30通过产水管道上设置的第二阀门32与所述产水存储装置50相连，通过所述第二阀门32的启闭控制液体是否流入所述产水存储装置50内，且所述竖直管42上靠近所述产水存储装置50的一端设有第三阀门43，通过所述第三阀门43的启闭控制液体是否流入所述产水存储装置50内，最终实现所述真空罐41中产生的负压环境。

所述自生式真空装置40的工作原理如下：液体由所述冷凝装置30排出后，关闭所述第一阀门31和第三阀门43，从所述真空罐41的顶部向所述真空罐41及所述竖直管42内灌入液体，同时打开所述第二阀门32，使液体流入所述产水存储装置50内，使所述第三阀门43以下的管道浸没在所述产水存储装置50的液体里；然后，密封所述真空罐41的顶部；最后，打开所述第三阀门43，所述真空罐41内的液体通过所述竖直管42向所述产水存储装置50内传输，随着所述真空罐41中液位的下降，所述真空罐41的上部空间即为负压环境，打开所述第一阀门31，同时关闭所述第二阀门32，即可对所述膜蒸馏装置20和所述冷凝装置30的产水侧进行抽真空。所述第一阀门31通过管道不断地向所述真空罐41输送的产水，使所述真空罐41中的液位不变，从而维持其中的负压环境。

本实施例中，所述真空罐41上可以连接有一个备用真空泵，当发现所述真空罐41的负压不够时，开启所述真空泵抽吸一段时间至负压达到预期值。为了监测所述真空罐41中的真空度，所述真空罐41的上方设有真空表44。设备运行中，保持所述真空表44的绝对压力在6KPa以下，优选4KPa-2KPa；另外，为了使所述真空罐41与所述产水存储装置50具有一定的垂直位差，在所述真空罐41和所述产水存储装置50中分别设置液位计，设备运行中，保持两者的液位差在6米-10米，优选8米-9.8米。

下面详细论述射流吸气产生负压环境时所述自生式真空装置40的结构：

如图3所示，当自生式真空装置40是通过射流吸气产生负压时，所述自生式真空装置40包括真空发生器45和以及与所述真空发生器45相连的真空罐41，所述真空发生器45具有三个接口：流体入口45a、流体出口45b以及真空吸口45c，其中所述流体入口45a与流体出口45b竖直连通，真空吸口45c与所述真空罐41相连，所述真空罐41分别与所述产水存储装置50和所述冷凝装置30的产水侧连通，对所述真空罐41进行连续吸气，维持所述真空罐41中的负压环境。当高速流体由流体入口45a流经所述流体出口45b时，卷吸所述真空罐41中的气体，从而维持所述真空罐41中的负压环境。具体地，所述流体入口45a与设置在所述冷凝装置30与所述真空发生器40之间的储槽33相连，所述流体出口45b与所述冷凝装置30相连，所述冷凝装置30的冷却水高速地由所述储槽33依次通过所述真空发生器40的流体入口45a和所述流体出口45b后，再进入所述冷凝装置30的冷却水入口，高速的流体通过所述真空吸口45c卷吸所述真空罐41中的多余气体，进而维持所述真空罐41中的负压甚至真空环境，实现高速流体卷吸产生负压。作为一种变形，所述流体入口45a与所述热液存储装置10相连，所述流体出口45b与所述膜蒸馏装置20的热液入口相连，由所述热液存储装置10排出的热液依次流经所述真空发生器45的流体入口45a和流体出口45b后，然后再进入所述膜蒸馏装置20的热液入口，高速的流体通过所述真空吸口45c卷吸所述真空罐41中的多余气体，进而维持所述真空罐41中的负压甚至真空环境，实现高速流体卷吸产生负压。

为了增大所述液体由所述流体入口45a流经所述流体出口45b时的速度，保证能够卷吸所述真空罐41中的气体，从而维持所述真空罐41中的负压环境，所述真空发生器40内设有喷管46，所述喷管46由所述流体入口45a向所述流体出口45b延伸。

为了监测所述真空罐41中的真空度，所述真空罐41的上方也设有真空表44。设备运行中，维持所述真空表44所示的绝对压力在在6KPa以下，优选4KPa-2KPa。

本实施例中，所述膜蒸馏装置20可以是中空纤维式、板式、管式膜组件，膜材质可以是聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏四氟乙烯、改性膜、复合膜等疏水性膜。所述自生式真空装置40能够产生-0.065MPa至-0.1MPa的真空度，优选为-0.085MPa至-0.098MPa的真空度。

综上，本实用新型所述的以上技术方案具有以下优点：

1.本实用新型所述减压膜蒸馏系统，包括液存储装置、膜蒸馏装置、冷凝装置、自生式真空装置以及产水存储装置，其中所述液存储装置用于存储液体，所述热液存储装置与所述膜蒸馏装置相连，所述膜蒸馏装置与所述冷凝装置相连，其中所述膜蒸馏装置产生的蒸汽进入所述冷凝装置，所述膜蒸馏装置产生的浓液循环回流至所述热液存储装置，所述冷凝装置通过自生式真空装置与产水存储装置相连，所述自生式真空系统是指通过系统本身的设计，而非利用真空泵或外来专用设备产生真空或负压环境，由于利用所述自生式真空系统保持整个系统产水侧的真空度，从而可以避免真空泵的长时间运行，降低整体系统的能耗。

2.本实用新型所述减压膜蒸馏系统，所述自生式真空装置包括真空罐，且所述真空罐位于所述产水存储装置的上方，从而使所述真空罐与所述产水存储装置具有一定的垂直位差，通过维持所述真空罐和所述产水存储装置的液位差来实现所述真空罐中的负压环境。

3.本实用新型所述减压膜蒸馏系统，所述自生式真空装置包括真空发生器和以及与所述真空发生器相连的真空罐，所述真空发生器具有三个接口：流体入口、流体出口以及真空吸口，其中所述流体入口与流体出口竖直连通，真空吸口与所述真空罐相连，高速流体由所述流体入口经过所述流体出口排出时，对所述真空罐进行连续吸气，维持所述真空罐中的负压环境。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围中。

Claims (10)

1.一种减压膜蒸馏系统，包括储存液体的热液存储装置、与所述热液存储装置相连的膜蒸馏装置、与所述膜蒸馏装置相连的冷凝装置，其中所述膜蒸馏装置产生的蒸汽进入所述冷凝装置，所述膜蒸馏装置产生的浓液循环回流至所述热液存储装置，其特征在于：所述冷凝装置通过自生式真空装置与产水存储装置相连。

2.根据权利要求1所述的减压膜蒸馏系统，其特征在于：所述自生式真空装置包括与所述产水存储装置相通的真空罐，所述真空罐位于所述产水存储装置的上方，且所述真空罐的液位高于所述产水存储装置的液位。

3.根据权利要求2所述的减压膜蒸馏系统，其特征在于：所述真空罐通过竖直管与所述产水存储装置相连。

4.根据权利要求3所述的减压膜蒸馏系统，其特征在于：所述冷凝装置通过产水管道上设置的第一阀门与所述真空罐相连，所述冷凝装置通过产水管道上设置的第二阀门与所述产水存储装置相连。

5.根据权利要求3所述的减压膜蒸馏系统，其特征在于：所述竖直管上靠近所述产水存储装置的一端设有第三阀门。

6.根据权利要求3所述的减压膜蒸馏系统，其特征在于：所述真空罐上连接有备用真空泵。

7.根据权利要求1所述的减压膜蒸馏系统，其特征在于：所述自生式真空装置包括真空发生器以及与所述真空发生器相连的真空罐。

8.根据权利要求7所述的减压膜蒸馏系统，其特征在于：所述真空发生器包括流体入口、与所述流体入口竖直连通的流体出口以及真空吸口，其中所述真空吸口与所述真空罐相连，所述真空罐分别与所述产水存储装置和所述冷凝装置的产水侧连通。

9.根据权利要求8所述的减压膜蒸馏系统，其特征在于：所述流体入口与设置在所述冷凝装置与所述真空发生器之间的储槽相连，所述流体出口与所述冷凝装置相连。

10.根据权利要求8所述的减压膜蒸馏系统，其特征在于：所述流体入口与所述热液存储装置相连，所述流体出口与所述膜蒸馏装置的热液入口相连。