CN205199315U - 膜组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种膜组件，包括蒸馏腔体和与所述蒸馏腔体相邻的产水腔体，其中所述蒸馏腔体内设有多个膜管，所述膜管的开口端位于所述产水腔体内，所述蒸馏腔体上设有通入待净化溶液的液体进口管，所述液体进口管的出口端延长线与所述蒸馏腔体的内壁法线形成的角度为锐角。本实用新型所述膜组件，热液进入膜组件后尽量先冲击膜筒内壁，使热液流速增大，有助于后续旋流和加剧湍流，提高膜通量。

Description

膜组件

技术领域

本实用新型涉及膜蒸馏技术领域，尤其是指一种提高膜通量的膜组件。

背景技术

膜蒸馏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。与常规蒸馏(distillation)相比，所述膜蒸馏的操作温度低，一般在70℃左右温度下操作，无需将溶液加热至沸腾，而且蒸发面积大、蒸汽空间小，因而其能够脱除更高浓度的盐分使其具有更高的脱盐率。膜蒸馏所用的膜为不被待处理溶液润湿的疏水微孔膜，即只有蒸汽能够进入膜孔，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，其中膜蒸馏操作的重要目标是追求尽可能高的膜通量。

膜蒸馏过程中的液体被蒸发时，膜表面附近的溶质因被膜截留而浓度不断升高，随着溶质被不断地截留，导致膜面的溶质浓度比原溶液的浓度要大得多，这种在膜表面附近浓度高于主体溶液浓度的现象称为浓差极化。所述浓差极化会增大挥发性组分从溶液主体到膜表面的传质阻力，使有效蒸气压差减小，透过通量降低，导致降低膜通量。另外，蒸馏液体在膜面的热侧发生汽化时需要吸收大量的汽化潜热，同时膜面与冷侧发生热交换，使膜面被带走大量的热量，导致膜面的温度低于溶液主体的温度，从而在膜面处产生温度边界层，即温差极化。驱动膜蒸馏传质的温度差由于温度边界层的存在而减小，膜两侧的饱和蒸气压差也随之减小，使得膜通量降低。

现有为了消除浓差极化和温度边界层对传质传热的影响，可以通过膜组件的结构消除上述缺点，通常膜组件设有大量中空纤维膜管，通过所述中空纤维膜管可以实现对高盐水的淡化。其中热溶液进入所述膜组件内，且热溶液的流入方向通常与膜面垂直。为了避免对膜面造成破坏性冲击，热液进入膜组件时流速低，溶液湍流程度减弱，对膜面处产生扰动变小，从而容易造成温度边界层和浓度边界层的形成，导致膜通量降低；另外，为了增大有效膜管面积，必须设置足够多的中空纤维膜管，但是会使内膜的壳程空间变小，盐水的输入量降低，导致膜通量降低。

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通量低的问题从而提供一种可以提高膜通量的膜组件。

为解决上述技术问题，本实用新型所述的一种膜组件，包括蒸馏腔体和与所述蒸馏腔体相邻的产水腔体，其中所述蒸馏腔体内设有多个膜管，所述膜管的开口端位于所述产水腔体内，所述蒸馏腔体上设有通入待净化溶液的液体进口管，所述液体进口管的出口端延长线与所述蒸馏腔体的内壁法线形成的角度为锐角。

在本实用新型的一个实施例中，所述液体进口管的出口端延长线与所述蒸馏腔体的内壁法线形成的角度为大于等于30度且小于90度。

在本实用新型的一个实施例中，所述液体进口管的出口端延长线与所述蒸馏腔体的内壁法线形成的角度为45度。

在本实用新型的一个实施例中，所述蒸馏腔体的内壁上设有凸体。

在本实用新型的一个实施例中，所述蒸馏腔体的内壁设有呈螺旋状的凸体。

在本实用新型的一个实施例中，所述呈螺旋状的凸体的横截面是三角形、半圆形、矩形或者梯形。

在本实用新型的一个实施例中，所述蒸馏腔体的内壁上设有多个凸体小模块。

在本实用新型的一个实施例中，所述凸体小模块呈菱角形、柱形或者半椭圆形。

在本实用新型的一个实施例中，所述产水腔体有两个，分别位于所述蒸馏腔体的上方和下方。

本实用新型型的一个实施例中，所述蒸馏腔体与所述产水腔体之间设有密封材料。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型所述的膜组件，将膜组件的液体进口管与膜筒壁法线设计成一定夹角，或者将液体进口管的末端设计成斜开口，从而热液进入膜组件后尽量先冲击膜筒内壁，使热液流速增大，有助于后续旋流和加剧湍流，提高膜通量。

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是本实用新型实施例一所述膜组件的外形示意图；

图2是本实用新型实施例一所述膜组件的内部示意图；

图3是本实用新型实施例一所述液体进口管的示意图；

图4是本实用新型实施例二所述液体进口管的示意图；

图5是本实用新型实施例三所述蒸馏腔体内壁的展开示意图；

图6a是本实用新型所述凸体横截面的一个示意图；

图6b是本实用新型所述凸体横截面的另一个示意图；

图7是本实用新型所述实施例四所述蒸馏腔体内壁的展开示意图。

具体实施方式

实施例一：

如图1、图2和图3所示，本实施例提供了一种膜组件，包括蒸馏腔体10和与所述蒸馏腔体10相邻的产水腔体20，其中所述蒸馏腔体10内设有多个膜管11，所述膜管11的开口端位于所述产水腔体20内，所述蒸馏腔体10上设有通入待净化溶液的液体进口管12，且所述液体进口管12入口端的中轴线与所述蒸馏腔体10的内壁法线垂直，所述液体进口管12的出口端延长线与所述蒸馏腔体10的内壁法线形成的角度为锐角。

本实用新型所述的膜组件，包括蒸馏腔体10和与所述蒸馏腔体10相邻的产水腔体20，其中所述蒸馏腔体10内设有多个膜管11，通过所述膜管11可以净化高盐水等净化溶液，所述膜管11的开口端位于所述产水腔体20内，由于高盐水进入所述蒸馏腔体10内后蒸馏产生蒸汽，而蒸汽可以进入所述膜管11内，再通过所述膜管11进入所述产水腔体20内，由所述产生腔体20排出，所述蒸馏腔体10上设有通入高盐水的液体进口管12，且所述液体进口管12入口端的中轴线与所述蒸馏腔体10的内壁法线垂直，所述液体进口管12的出口端延长线与所述蒸馏腔体10的内壁法线形成的角度为锐角，即将所述液体进口管12的出口端设计成斜开口式，从而液体通过所述液体进口管12流入所述蒸馏腔体10时，在所述斜开口的约束下，液体会沿所述蒸馏腔体10的内壁流下，避免对膜面造成的破坏性冲击，因此，即使液体流速增大，也不会损坏膜面，而且有助于后续旋流和加剧湍流，避免温度边界层和浓度边界层的形成，有效提高膜通量。

为了使液体尽量沿所述蒸馏腔体10的内壁流下，所述液体进口管的出口端延长线与所述蒸馏腔体的内壁法线形成的角度为大于等于30°且小于90°。为了使液体最大程度上沿所述蒸馏腔体10的内壁流下，所述液体进口管的出口端延长线与所述蒸馏腔体的内壁法线形成的角度为45°。

本实用新型中，所述蒸馏腔体10与所述产水腔体20之间设有密封材料30，从而避免高盐水混入所述产生腔体20内，其中所述密封材料30是指环氧树脂。所述膜管11内部构成冷侧室，所述冷侧室与所述产水腔体20相连，所述膜管11之间以及所述膜管11与所述蒸馏腔体10内壁之间的空间共同构成热侧室，高盐水进入所述蒸馏腔体10内的热侧室后，由于温度的升高，高盐水产生的蒸汽进入所述膜管11，再通过所述膜管11进入所述产水腔体20中，其中分离后的高盐水从所述蒸馏腔体10的液体出口13排出，可以继续进一步分离。为了更好的将高盐水分离后产生的蒸汽和冷凝水分别排出，所述蒸馏腔体10的上方和下方分别设有产水腔体20，其中每个产水腔体20都设有出口21，其中位于所述蒸馏腔体10上方的产水腔体20上的出口21用于排出蒸汽，位于所述蒸馏腔体10下方的产水腔体20上的出口21用于排出冷凝水。

实施例二：

本实施例提供一种膜组件，对液体进口管12作出了改进，提供了一种与实施例一不同的液体进口管的结构，同样可以提高膜通量，下面详细说明：

请参考图4所示，所述液体进口管12呈直管状，所述液体进口管12中轴线的延长线与所述蒸馏腔体10的内壁法线形成的角度为锐角，液体通过所述液体进口管12流入所述蒸馏腔体10时，液体会沿所述蒸馏腔体10的内壁流下，避免对膜面造成的破坏性冲击，因此，即使液体流速增大，也不会损坏膜面，而且有助于后续旋流和加剧湍流，避免温度边界层和浓度边界层的形成，有效提高膜通量。

为了使液体尽量沿所述蒸馏腔体10的内壁流下，所述液体进口管12中轴线的延长线与所述蒸馏腔体10的内壁法线形成的角度为大于等于30°且小于90°。为了使液体最大程度上沿所述蒸馏腔体10的内壁流下，所述液体进口管12中轴线的延长线与所述蒸馏腔体10的内壁法线形成的角度为45°。

实施例三：

本实施例提供一种膜组件，为了延长待净化溶液在所述蒸馏腔体10内的停留时间，有助于热液的蒸馏，提高膜通量，在实施例一或者实施例二所述膜组件的结构上对所述蒸馏腔体10的内壁作了改进，在所述蒸馏腔体10的内壁上设有凸体。下面详细说明：

请参考图5所示，所述蒸馏腔体10的内壁设有呈螺旋状的凸体14。所述呈螺旋状的凸体14使所述蒸馏腔体10的内壁为粗糙表面，从而可以引导热液在所述蒸馏腔体10内做旋转流动，加剧热液的湍流程度，破坏膜面的温差极化和浓差极化；同时，延长热液在所述蒸馏腔体10内的停留时间，有助于热液的蒸馏，提高膜通量。如图6a所示，所述呈螺旋状的凸体14的横截面可以是梯形，可以增加对热液的摩擦、扰动，导致加剧其湍流程度，从而有利于热液的蒸馏。此时呈螺旋状的凸体14形成的螺旋线高10mm，螺旋线的间距为60mm，在竖直高度为1米的距离内，螺旋线旋转5圈。作为一种变形，所述凸呈螺旋状的凸体14的横截面还可以是也是半圆形，如图6b所示，或者三角形或者矩形等，总之任何有规律的粗糙内壁能够引导热液持续旋流下去，在相同的直线距离内，热液以旋流前进比直流前进需要的时间长，实现增加热液在所述蒸馏腔体10内的停留时间。

值得注意的是：所述呈螺旋状的凸体14的横截面高不超过20mm，优选5-10mm；形成的螺旋线间的距离在20-500mm，优选50-100m；所述螺旋线在1米竖直高度内旋转0.5-20圈，优选1-7圈。

实施例四：

本实施例提供一种膜组件，为了提高膜通量，所述蒸馏腔体10的内壁设计也为粗糙面，但是与实施例三所述所述蒸馏腔体10的内壁设计不同，下面详细说明：

请参考图7所示，所述蒸馏腔体10的内壁设有多个凸体小模块15，所述多个凸体小模块15使所述蒸馏腔体10的内壁为粗糙表面，从而可以引导热液在所述蒸馏腔体10内做旋转流动，加剧热液的湍流程度，破坏膜面的温差极化和浓差极化；同时，延长热液在所述蒸馏腔体10内的停留时间，有助于热液的蒸馏，提高膜通量。所述凸体小模块15呈菱角形，也可以呈柱形或者半椭圆形，可以增加对热液的摩擦、扰动，导致加剧其湍流程度，从而有利于热液的蒸馏。所述凸体小模块15的高在2mm-20mm，优选5mm-10mm；长、宽以及相互间距可以不做限制，优选所述凸体小模块15高10mm、长50mm、宽10mm，相邻两个菱角凸起间距为50mm。

综上，本实用新型所述的以上技术方案具有以下优点：

1.本实用新型所述膜组件，包括蒸馏腔体和与所述蒸馏腔体相邻的产水腔体，其中所述蒸馏腔体内设有多个膜管，通过所述膜管可以净化高盐水等净化溶液，所述膜管的开口端位于所述产水腔体内，由于高盐水进入所述蒸馏腔体内后蒸馏产生蒸汽，而蒸汽可以进入所述膜管内，再通过所述膜管进入所述产水腔体内，由所述产生腔体排出，所述蒸馏腔体上设有通入高盐水的液体进口管，且所述液体进口管入口端的中轴线与所述蒸馏腔体的内壁法线垂直，所述液体进口管的出口端延长线与所述蒸馏腔体的内壁法线形成的角度为锐角，从而液体通过所述液体进口管流入所述蒸馏腔体时，液体会沿所述蒸馏腔体的内壁流下，避免对膜面造成的破坏性冲击，因此，即使液体流速增大，也不会损坏膜面，而且有助于后续旋流和加剧湍流，避免温度边界层和浓度边界层的形成，有效提高膜通量。

2.本实用新型所述膜组件，所述液体进口管呈直管状，所述液体进口管中轴线的延长线与所述蒸馏腔体的内壁法线形成的角度为锐角，液体通过所述液体进口管流入所述蒸馏腔体时，液体会沿所述蒸馏腔体的内壁流下，避免对膜面造成的破坏性冲击，因此，即使液体流速增大，也不会损坏膜面，而且有助于后续旋流和加剧湍流，避免温度边界层和浓度边界层的形成，有效提高膜通量。

3.本实用新型所述膜组件，所述蒸馏腔体的内壁设有呈螺旋线的凸体，或者设有多个凸体小模块。所述凸体可以引导热液在所述蒸馏腔体内做旋转流动，加剧热液的湍流程度，破坏膜面的温差极化和浓差极化；同时，延长热液在所述蒸馏腔体内的停留时间，有助于热液的蒸馏，提高膜通量。

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)

1.一种膜组件，包括蒸馏腔体和与所述蒸馏腔体相邻的产水腔体，其中所述蒸馏腔体内设有多个膜管，所述膜管的开口端位于所述产水腔体内，所述蒸馏腔体上设有通入待净化溶液的液体进口管，其特征在于：所述液体进口管的出口端延长线与所述蒸馏腔体的内壁法线形成的角度为锐角。

2.根据权利要求1所述的膜组件，其特征在于：所述液体进口管的出口端延长线与所述蒸馏腔体的内壁法线形成的角度为大于等于30度且小于90度。

3.根据权利要求2所述的膜组件，其特征在于：所述液体进口管的出口端延长线与所述蒸馏腔体的内壁法线形成的角度为45度。

4.根据权利要求1所述的膜组件，其特征在于：所述蒸馏腔体的内壁上设有凸体。

5.根据权利要求4所述的膜组件，其特征在于：所述蒸馏腔体的内壁设有呈螺旋状的凸体。

6.根据权利要求5所述的膜组件，其特征在于：所述呈螺旋状的凸体的横截面是三角形、半圆形、矩形或者梯形。

7.根据权利要求4所述的膜组件，其特征在于：所述蒸馏腔体的内壁上设有多个凸体小模块。

8.根据权利要求7所述的膜组件，其特征在于：所述凸体小模块呈菱角形、柱形或者半椭圆形。

9.根据权利要求1所述的膜组件，其特征在于：所述产水腔体有两个，分别位于所述蒸馏腔体的上方和下方。

10.根据权利要求1或9所述的膜组件，其特征在于：所述蒸馏腔体与所述产水腔体之间设有密封材料。