CN213253849U - 热泵与气扫式膜蒸馏集成装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种热泵与气扫式膜蒸馏集成装置。包括压缩机(1)、膨胀阀(2)、预热器(3)、加热器(4)、料液泵(5)、风机(6)、膜蒸馏组件(7)和冷却器(8)；压缩机(1)、加热器(4)的工质侧、膨胀阀(2)和冷却器(8)的工质侧通过管路依次连接构成热泵工质循环回路；料液泵(5)、预热器(3)的料液侧、加热器(4)的料液侧和膜蒸馏组件(7)的料液侧通过管路依次连接构成料液循环回路；风机(6)、膜蒸馏组件(7)的吹扫气侧、预热器(3)的吹扫气侧和冷却器(8)的吹扫气侧通过管路依次连接构成吹扫气循环回路。本实用新型的有益效果是降低料液膜蒸馏浓缩的能耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于食品、生物、制药和化工等领域的料液浓缩装置，特别涉及一种热泵与气扫式膜蒸馏集成装置。
背景技术
膜蒸馏是利用疏水微孔膜允许蒸气通过而不允许液体通过的特性，当料液流过膜表面时，料液中的水分在膜表面汽化为水蒸气并穿过膜孔到达膜的另一侧，料液中的溶质则不能通过膜孔；随着料液在膜表面流动，料液中的水分逐渐减少，溶质浓度逐渐升高，料液逐渐被浓缩。
气扫式膜蒸馏中，疏水微孔膜的一侧为料液，另一侧为吹扫气(空气、氮气等)；吹扫气持续吹过膜表面，把穿膜过来的水蒸气及时带走，保持吹扫气侧较低的水蒸气压力。
由于料液中的水分在膜表面汽化时需要消耗热能，因此在利用气扫式膜蒸馏对料液进行浓缩时，需要不断为料液提供热能；常规的气扫式膜蒸馏装置中，通常采用电加热或燃烧燃料加热方式为料液提供热能，料液浓缩消耗的能量较多，限制了气扫式膜蒸馏技术的应用和推广。
实用新型内容
鉴于上述问题，本实用新型的目的是提供一种降低料液膜蒸馏浓缩能耗的热泵与气扫式膜蒸馏集成装置。
本实用新型的结构原理示意如附图1所示。包括压缩机(1)、膨胀阀(2)、预热器(3)、加热器(4)、料液泵(5)、风机(6)、膜蒸馏组件(7)和冷却器(8)；压缩机(1)、加热器(4)的工质侧、膨胀阀(2)和冷却器(8)的工质侧通过管路依次连接构成热泵工质循环回路；料液泵(5)、预热器(3)的料液侧、加热器(4)的料液侧和膜蒸馏组件(7)的料液侧通过管路依次连接构成料液循环回路；风机(6)、膜蒸馏组件(7)的吹扫气侧、预热器(3)的吹扫气侧和冷却器(8)的吹扫气侧通过管路依次连接构成吹扫气循环回路。
所述的料液泵(5)为离心泵或轴流泵。
所述的风机(6)为离心式或轴流式。
所述的膜蒸馏组件(7)为板框型或管壳型。
本实用新型的有益效果是：降低料液膜蒸馏浓缩的能耗。
附图说明
附图1是本实用新型的结构原理示意图；
图中：
1为压缩机 2为膨胀阀 3为预热器 4为加热器
5为料液泵 6为风机 7为膜蒸馏组件 8为冷却器
具体实施方式
如附图1所示，本实用新型为热泵与气扫式膜蒸馏集成装置，包括压缩机(1)、膨胀阀(2)、预热器(3)、加热器(4)、料液泵(5)、风机(6)、膜蒸馏组件(7)和冷却器(8)；压缩机(1)、加热器(4)的工质侧、膨胀阀(2)和冷却器(8)的工质侧通过管路依次连接构成热泵工质循环回路；料液泵(5)、预热器(3)的料液侧、加热器(4)的料液侧和膜蒸馏组件(7)的料液侧通过管路依次连接构成料液循环回路；风机(6)、膜蒸馏组件(7)的吹扫气侧、预热器(3)的吹扫气侧和冷却器(8)的吹扫气侧通过管路依次连接构成吹扫气循环回路；料液泵(5)为离心泵或轴流泵；风机(6)为离心式或轴流式；膜蒸馏组件(7)为板框型或管壳型。
当料液需要浓缩时，压缩机(1)、料液泵(5)和风机(6)运行；热泵工质循环回路中，通过压缩机(1)和膨胀阀(2)的协调作用，热泵工质在加热器(4)中放热将热能传递给流过加热器(4)的料液，热泵工质在冷却器(8)中吸热，将流过冷却器(8)的吹扫气冷却；料液循环回路中，被加热器(4)加热到设定温度的热料液进入膜蒸馏组件(7)，在流过疏水微孔膜表面时，料液中的水分在膜表面汽化，汽化后的水蒸气穿过膜孔到达吹扫气侧；随着料液在膜表面的流动，料液中的水分含量减少，料液中的溶质浓度增加；同时由于料液中的水分在膜表面汽化时需要吸收热能，料液在膜表面流动过程中温度降低；出膜蒸馏组件(7)时，料液变为浓度较高、温度较低的状态经料液泵(5)送入预热器(3)；在预热器(3)中料液被来自膜蒸馏组件(7)的温度较高的吹扫气预热后进入加热器(4)，再被加热器(4)中的热泵工质进一步加热到设定温度后进入膜蒸馏组件(7)，开始下一个循环；进入膜蒸馏组件(7)的吹扫气为温度较低、含水蒸气较少的状态，在膜蒸馏组件(7)内流过膜表面的过程中，把穿膜过来的水蒸气带走，同时吹扫气也被加热，出膜蒸馏组件(7)时，吹扫气变为温度较高、含较多水蒸气的状态，进入预热器(3)；在预热器(3)中，吹扫气向料液传递热量，吹扫气被初步冷却后进入冷却器(8)；在冷却器(8)中吹扫气被热泵工质进一步冷却，所携带的水蒸气变为冷凝水，从冷却器(8)的底部排出；出冷却器(8)的温度较低、含水蒸气较少的吹扫气经风机(6)再返回膜蒸馏组件(7)，开始下一个循环；随着料液、热泵工质和吹扫气的循环运行，料液循环回路中的料液浓度逐渐升高，当料液浓度达到设定值时，压缩机(1)、料液泵(5)和风机(6)停止。
热泵工质在热泵工质循环回路中运行时，压缩机(1)只需消耗少量电能使热泵工质通过冷却器(8)吸收的大量低温热能变为高温热能，并通过加热器(4)提供给料液，从而使料液浓缩所消耗的能量显著低于电加热或燃烧燃料加热所消耗的能量。
以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。
Claims (4)
1.一种热泵与气扫式膜蒸馏集成装置，其特征在于，包括压缩机(1)、膨胀阀(2)、预热器(3)、加热器(4)、料液泵(5)、风机(6)、膜蒸馏组件(7)和冷却器(8)；压缩机(1)、加热器(4)的工质侧、膨胀阀(2)和冷却器(8)的工质侧通过管路依次连接构成热泵工质循环回路；料液泵(5)、预热器(3)的料液侧、加热器(4)的料液侧和膜蒸馏组件(7)的料液侧通过管路依次连接构成料液循环回路；风机(6)、膜蒸馏组件(7)的吹扫气侧、预热器(3)的吹扫气侧和冷却器(8)的吹扫气侧通过管路依次连接构成吹扫气循环回路。
2.如权利要求1所述的热泵与气扫式膜蒸馏集成装置，其特征在于，料液泵(5)为离心泵或轴流泵。
3.如权利要求1所述的热泵与气扫式膜蒸馏集成装置，其特征在于，风机(6)为离心式或轴流式。
4.如权利要求1所述的热泵与气扫式膜蒸馏集成装置，其特征在于，膜蒸馏组件(7)为板框型或管壳型。
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