CN208066150U - 一种真空式膜蒸馏系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及膜蒸馏技术领域，公开了一种真空式膜蒸馏系统，包括：第一换热器、第二换热器、膜蒸馏器和蒸汽压缩机；第一换热器包括第一进口、第一出口、第二进口和第二出口；第二换热器包括第三进口、第三出口、第四进口和第四出口，第四出口与第二进口连接，所述第三进口与所述第一出口连接；膜蒸馏器包括第七进口、第七出口和第八出口，第七进口与第三出口连接，第七出口分别与原料浓缩液出口和第六进口连接，第八出口通过蒸汽压缩机与第四进口连接。本实用新型工艺简单，并且充分考虑了能源的梯级利用，大大减少了浓缩工序的能源消耗，很好的起到了节能减排的效果。

Description

一种真空式膜蒸馏系统

技术领域

本实用新型涉及膜蒸馏技术领域，特别是涉及一种真空式膜蒸馏系统。

背景技术

膜蒸馏(membrane distillation，MD)技术的研究与应用始于20世纪60年代，直到80年代初，伴随高分子材料和膜制备工艺技术的迅速发展，膜蒸馏才显示出其实用潜力。现已逐渐从海水及苦咸水淡化等净水研究，扩展到化学物质及热敏性物质的浓缩和回收、水溶液中挥发性溶质的脱除和回收、废水处理等诸多领域，目前在茶叶提取液的浓缩、大豆分离蛋白、果汁浓缩、牛初乳、氨基酸的制备、部分原料液的浓缩等方面都有一定的应用，还包括不同体系的传质、传热等机理方面的研究。

膜蒸馏是一种采用疏水微孔膜以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离过程。其机理是当不同温度的水溶液被疏水微孔膜分隔开时，由于膜的疏水性，两侧的水溶液均不能透过膜孔进入另一侧，但由于热侧水溶液与膜界面的水蒸汽压高于冷侧，水蒸汽就会透过膜孔从热侧进入冷侧而冷凝从而实现浓缩。该过程与常规蒸馏中的蒸发、传质、冷凝过程十分相似，所以称其为膜蒸馏过程。它具有四个主要特点：一是膜为疏水微孔膜，不能被所处理的液体润湿，只有蒸汽能通过膜孔；二是膜至少有一面与所处理的液体接触，膜孔内没有毛细管冷凝现象发生；三是膜不能改变所处理液体中所有组分的气液平衡；四是膜过程的推动力是该组分在气相中的分压差。

而目前的真空式膜蒸馏工艺系统工序复杂，能耗较大，不符合当今节能减排的时代背景。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种真空式膜蒸馏系统，解决现有技术中真空式膜蒸馏工艺系统工艺复杂和能耗较大的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种真空式膜蒸馏系统，包括：第一换热器、第二换热器、膜蒸馏器和蒸汽压缩机；

所述第一换热器包括第一进口、第一出口、第二进口和第二出口，所述第一进口与原料液进口连通，所述第二出口与冷凝水出口连接；

所述第二换热器包括第三进口、第三出口、第四进口和第四出口，所述第四出口与所述第二进口连接，所述第三进口与所述第一出口连接；

所述膜蒸馏器包括第七进口、第七出口和第八出口，所述第七进口与所述第三出口连接，所述第七出口与原料浓缩液出口连接，所述第八出口通过所述蒸汽压缩机与所述第四进口连接。

其中，还包括溶液泵，所述溶液泵设于所述第三出口与所述第一进口之间，用于给原料液提供循环动力。

其中，还包括溶液混合器，所述溶液混合器包括第五进口、第六进口和第五出口，所述第五出口与所述第三进口连接，所述第五进口与所述第一出口连接，所述第七出口还与所述第六进口连接。

其中，还包括在线密度计，所述在线密度计设于所述第七出口端。

其中，还包括三通阀，所述三通阀的一个进口与所述第七出口连接，所述三通阀的一个出口与所述原料浓缩液出口连接，所述三通阀的另一个出口与所述第六进口连接。

其中，还包括第一调节阀，所述第一调节阀设于所述第六进口处。

其中，还包括第三调节阀，所述第三调节阀设于所述第一进口。

其中，还包括第四调节阀，所述第四调节阀设于所述第二出口。

其中，所述膜蒸馏器为多个串联连接组成，所述在线密度计与所述第七出口端通过第一管道连接，所述第七进口与所述第三出口通过第二管道连接，所述第八出口与所述蒸汽压缩机通过第三管道连接，所述第一管道、第二管道和第三管道均包括主管道和多个支路管道，每个所述支路管道与一个所述膜蒸馏器连接，所述多个支路管道并联连接，并与所述主管道连通。

其中，所述蒸汽压缩机为离心压缩机或螺杆压缩机。

(三)有益效果

本实用新型提供的一种真空式膜蒸馏系统，利用膜蒸馏器与蒸汽压缩机相结合的方式对原料液进行浓缩，并采用两级换热的方式将压缩后的蒸汽用于预热原料液。本实用新型工艺简单，并且充分考虑了能源的梯级利用，大大减少了浓缩工序的能源消耗，很好的起到了节能减排的效果。

附图说明

图1为本实用新型一种真空式膜蒸馏系统的结构示意图。

图中，1、第一换热器；2、溶液混合器；3、第二换热器；4、溶液泵；5、膜蒸馏器；6、在线密度计；7、蒸汽压缩机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实用新型公开一种真空式膜蒸馏系统，包括：第一换热器1、第二换热器3、膜蒸馏器5和蒸汽压缩机7；

所述第一换热器1包括第一进口、第一出口、第二进口和第二出口，所述第一进口与原料液进口连通，所述第二出口与冷凝水出口连接；

所述第二换热器3包括第三进口、第三出口、第四进口和第四出口，所述第四出口与所述第二进口连接，所述第三进口与所述第一出口连接；

所述膜蒸馏器5包括第七进口、第七出口和第八出口，所述第七进口与所述第三出口连接，所述第七出口与原料浓缩液出口连接，所述第八出口通过所述蒸汽压缩机7与所述第四进口连接。

具体的，第一进口和第一出口连通成为第一换热管路，第二进口和第二出口连通成为第二换热管路，第一换热管路与第二换热管路换热，利用高温气液两相流对原料液进行初次预热。第三进口和第三出口连通成为第三换热管路，第四进口和第四出口连通成为第四换热管路，第三换热管路与第四换热管路换热，利用高温高压蒸汽对原料液进行二次预热。膜蒸馏器5是一种采用疏水微孔膜以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离过程。其机理是当不同温度的水溶液被疏水微孔膜分隔开时，由于膜的疏水性，两侧的水溶液均不能透过膜孔进入另一侧，但由于热侧水溶液与膜界面的水蒸汽压高于冷侧，水蒸汽就会透过膜孔从热侧进入冷侧而冷凝从而实现浓缩。蒸汽压缩机7将低温低压蒸汽压缩成高温高压蒸汽，用来为原料液预热，其还可以为膜蒸馏器5蒸汽侧提供真空环境，调节真空侧蒸汽量。冷凝水出口侧若仍含有饱和蒸汽可以有两种处理方式：①将蒸汽分离出来通入蒸汽压缩机7入口前，对其进行加热；②引入冷水对其进行冷凝。由于此时液体为负压，其后的冷凝水需加水泵排除到外环境。

本实用新型公开的一种真空式膜蒸馏系统，其利用膜蒸馏器与蒸汽压缩机相结合的方式对原料液进行浓缩，这种相结合的方式可以使浓缩过程灵活，持续，稳定进行，并采用两级换热的方式将压缩后的蒸汽用于预热原料液。本实用新型克服传统的真空式膜蒸馏系统浓缩原料液工序复杂，能耗较大等问题，充分考虑了能源的梯级利用，工艺简单，大大减少了浓缩工序的能源消耗，很好的起到了节能减排的效果。

其中，还包括溶液混合器2，所述溶液混合器2包括第五进口、第六进口和第五出口，所述第五出口与所述第三进口连接，所述第五进口与所述第一出口连接，所述第七出口还与所述第六进口连接。溶液混合器2主要作用是将原料液浓缩液回液与原料液进行混合，使水提液浓缩到特定浓度提供混合容积。本实施例中第三进口与第一出口并非直接连接，而是通过溶液混合器2调节浓度后再进行换热。

本实施例的工作流程为：将原料液通入第一换热器1进行初次换热后，再经过溶液混合器2浓缩到特定浓度后，经过第二换热器3进行二次换热，通入膜蒸馏器5浓缩，经过浓缩的一部分浓缩液通入溶液混合器2供原料液浓缩到特定浓度使用，另一部分则从出口排出，膜蒸馏器5另一侧的水蒸气经过蒸汽压缩机7压缩成高温高压蒸汽，供给第一换热器1和第二换热器3，用于为原料液的初次换热和二次换热使用。

其中，还包括溶液泵4，溶液泵4设于第三出口与第一进口之间，用于给原料液提供循环动力。

其中，还包括在线密度计6，在线密度计6设于第七出口端。在线密度计6(也称在线密度变送器)是一种用于连续在线测量液体的浓度和密度的设备，可直接用于工业生产过程，根据在线密度计6所显示密度大小。

优选地，还包括三通阀，三通阀的一个进口与第七出口连接，三通阀的一个出口与原料浓缩液出口连接，三通阀的另一个出口与第六进口连接。具体的，此三通阀用于调节流量，根据在线密度计6的数值，调节三通阀的开度来保证整个系统的运行稳定。

优选地，还包括第一调节阀，第一调节阀设于第六进口处，用于调节原料液浓缩液回液的浓度，进而与原料液混合成特定浓度的混合液。还包括第二调节阀，第二调节阀设于原料浓缩液出口处，用于调节浓缩液输出流量。还包括第三调节阀，第三调节阀设于第一进口，用于调节原料液输入流量。还包括第四调节阀，第四调节阀设于第二出口，用于调节冷凝水输出流量。利用上述调节阀对本系统的各环节的流量进行控制，有利于实际生产。

其中，膜蒸馏器5为多个串联连接组成，在线密度计6与第七出口端通过第一管道连接，第七进口与第三出口通过第二管道连接，第八出口与蒸汽压缩机7通过第三管道连接，第一管道、第二管道和第三管道均包括主管道和多个支路管道，每个支路管道与一个膜蒸馏器5连接，多个支路管道并联连接，并与主管道连通，可用于大规模浓缩生产。

其中，蒸汽压缩机7为离心压缩机或螺杆压缩机，将低温低压蒸汽压缩成高温高压蒸汽，用来为原料液预热，其还可以为膜蒸馏器5蒸汽侧提供真空环境，调节真空侧蒸汽量。

本实用新型提供的一种真空式膜蒸馏系统，利用膜蒸馏器与蒸汽压缩机相结合的方式对原料液进行浓缩，并采用两级换热的方式将压缩后的蒸汽用于预热原料液。本实用新型工艺简单，并且充分考虑了能源的梯级利用，大大减少了浓缩工序的能源消耗，很好的起到了节能减排的效果。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种真空式膜蒸馏系统，其特征在于，包括：第一换热器(1)、第二换热器(3)、膜蒸馏器(5)和蒸汽压缩机(7)；

所述第一换热器(1)包括第一进口、第一出口、第二进口和第二出口，所述第一进口与原料液进口连通，所述第二出口与冷凝水出口连接；

所述第二换热器(3)包括第三进口、第三出口、第四进口和第四出口，所述第四出口与所述第二进口连接，所述第三进口与所述第一出口连接；

所述膜蒸馏器(5)包括第七进口、第七出口和第八出口，所述第七进口与所述第三出口连接，所述第七出口与原料浓缩液出口连接，所述第八出口通过所述蒸汽压缩机(7)与所述第四进口连接。

2.如权利要求1所述的真空式膜蒸馏系统，其特征在于，还包括溶液泵(4)，所述溶液泵(4)设于所述第三出口与所述第一进口之间，用于给原料液提供循环动力。

3.如权利要求1所述的真空式膜蒸馏系统，其特征在于，还包括溶液混合器(2)，所述溶液混合器(2)包括第五进口、第六进口和第五出口，所述第五出口与所述第三进口连接，所述第五进口与所述第一出口连接，所述第七出口还与所述第六进口连接。

4.如权利要求3所述的真空式膜蒸馏系统，其特征在于，还包括在线密度计(6)，所述在线密度计(6)设于所述第七出口端。

5.如权利要求4所述的真空式膜蒸馏系统，其特征在于，还包括三通阀，所述三通阀的一个进口与所述第七出口连接，所述三通阀的一个出口与所述原料浓缩液出口连接，所述三通阀的另一个出口与所述第六进口连接。

6.如权利要求5所述的真空式膜蒸馏系统，其特征在于，还包括第一调节阀，所述第一调节阀设于所述第六进口处。

7.如权利要求5所述的真空式膜蒸馏系统，其特征在于，还包括第三调节阀，所述第三调节阀设于所述第一进口。

8.如权利要求5所述的真空式膜蒸馏系统，其特征在于，还包括第四调节阀，所述第四调节阀设于所述第二出口。

9.如权利要求4所述的真空式膜蒸馏系统，其特征在于，所述膜蒸馏器(5)为多个串联连接组成，所述在线密度计(6)与所述第七出口端通过第一管道连接，所述第七进口与所述第三出口通过第二管道连接，所述第八出口与所述蒸汽压缩机(7)通过第三管道连接，所述第一管道、第二管道和第三管道均包括主管道和多个支路管道，每个所述支路管道与一个所述膜蒸馏器(5)连接，所述多个支路管道并联连接，并与所述主管道连通。

10.如权利要求1-9中任意一项所述的真空式膜蒸馏系统，其特征在于，所述蒸汽压缩机(7)为离心压缩机或螺杆压缩机。