CN217418437U - 一种方舱式太阳能零碳多效膜蒸馏海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种方舱式太阳能零碳多效膜蒸馏海水淡化装置。本实用新型装置包括一效淡水闪蒸罐、二效淡水闪蒸罐、三效淡水闪蒸罐、一效料液罐、二效料液罐、三效料液罐、一效膜组件、二效膜组件和三效膜组件；太阳能光热/光伏系统为膜蒸馏海水淡化过程提供所需的热能和电能。本装置有效地解决了膜蒸馏过程渗透汽化潜热的回收与重复利用，最大限度地提高了膜蒸馏过程的热利用效率和造水比。

Description

一种方舱式太阳能零碳多效膜蒸馏海水淡化装置

技术领域

本实用新型涉及一种方舱式太阳能零碳多效膜蒸馏海水淡化装置，属于膜分离和化工分离技术领域。

背景技术

海水淡化已经成为人类应对水资源危机的重要途径。海水淡化具有产水水质好、不受外界环境制约、供水保障度高等特点，近年来在偏远海岛等水资源供给困难的地区得到了广泛的应用。相对于热法，膜法海水淡化(主要是反渗透)因为不依赖热源、占地面积小、操作维护简单等特点是海岛海水淡化的主流技术。但是反渗透海水淡化有能耗较高、产水电导率偏高等限制。膜蒸馏(MD，Membrane Distillation)是将传统蒸馏工艺与膜分离技术相结合的一种工艺，在疏水性微孔膜两侧蒸汽压差驱动下从热侧开始(320-350K)发生水蒸气分子的传质，并在冷侧凝结成淡水。相较于膜法和热法淡化，膜蒸馏具有产水水质好、能耗低、不依赖于进水的盐度、能够利用低品位热源等优势。膜蒸馏有直接接触式膜蒸馏(DCMD)、气隙式膜蒸馏(AGMD)、气扫式膜蒸馏(SGMD)、真空膜蒸馏(VMD))等形式。虽然DCMD是最常用的一种膜蒸馏的方式，VMD真空膜蒸馏(VMD,vacuum membrane distillation)技术在溶液浓缩处理、海水淡化中的应用研究较为广泛。与其它膜蒸馏方式相比，VMD具有截留率高，膜通量大的优点，因此真空膜蒸馏技术具有广泛的应用前景，其中聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜强度大，疏水性好，耐腐蚀、耐氧化、耐高低温，被认为是理想的膜蒸馏材料。基于PTFE的真空膜蒸馏技术是目前工业化膜蒸馏的主要形式。

膜蒸馏运行压力非常低，其能耗和运行成本除了小部分电能之外，主要来源于维持其系统运行的热源，太阳能膜蒸馏是几年间引起很大关注的一种集成膜蒸馏方式，利用太阳能这一绿色能源驱动膜蒸馏在缺水同时又有充足阳光的地区具有明显的优势。同时，膜蒸馏过程中蒸发潜热的回收也是其需要解决的一个重要问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种方舱式太阳能零碳多效膜蒸馏海水淡化装置。

本实用新型方舱式太阳能零碳多效膜蒸馏海水淡化装置，一效淡水闪蒸罐4、二效淡水闪蒸罐5、三效淡水闪蒸罐6、一效料液罐7、二效料液罐8、三效料液罐9、一效膜组件16、二效膜组件17和三效膜组件18；

一效料液罐7、二效料液罐8、三效料液罐9依次放置，进入装置的海水分成两路，一路进入冷凝器15对二效膜组件产生的高温蒸汽进行冷凝后作为冷却水排放，一路依次经第一预热器10和第二预热器11与一效料液罐7进水口连接，一效料液罐7的出水口由设置一效料液泵1的管路依次连接一效预热器12和一效膜组件16，

二效料液罐8的出水口由设置二效料液泵2的管路依次连接二效加热器13和二效膜组件17，二效加热器13与一效膜组件16真空侧的蒸汽出口连接，一效膜组件16真空侧的蒸汽出口连接一效淡水闪蒸罐4，一效淡水闪蒸罐4依次连接第二预热器11和二效闪蒸罐5；

三效料液罐9的出水口由设置三效料液泵3的管路依次连接三效加热器14和二效膜组件17，三效加热器14依次与二效膜组件17真空侧的蒸汽出口和三效膜组件18连接，二效膜组件17真空侧的蒸汽出口连接二效闪蒸罐5，二效闪蒸罐5出水口连接第一预热器10，第一预热器10出水口连接三效闪蒸罐6，三效膜组件18的真空侧的蒸汽出口依次连接冷凝器15和三效闪蒸罐6，三效闪蒸罐6由设置淡水泵的输送管路连接淡水出口。

本实用新型的有益效果是：装置以光伏、光热作为主要电力和热源供应，在能源供应不便的岛礁环境下具有明显的优势；本装置有效地解决了膜蒸馏过程渗透汽化潜热的回收与重复利用，最大限度地提高了膜蒸馏过程的热利用效率和造水比，为探索膜蒸馏热效率的最优化工艺形式和技术参数提供了新思路；本装置采用膜蒸馏作为核心的脱盐技术，相对于岛礁常用的反渗透，能源消耗大幅降低，产水水质更好(不存在反渗透面临的脱硼问题)，同时配备便捷的矿化工艺，产水作为健康直接饮用水的口感更佳；采用多效膜蒸馏工艺设计，造水比更高，热源消耗更少，与单效膜蒸馏相比降低热源消耗接近60％；膜蒸馏采用集装箱结构设计，安装运输便捷，方便快速转移和维护。

附图说明

图1为本实用新型的结构图。

图中：1一效料液泵，2二效料液泵，3三效料液泵，4一效淡水闪蒸罐；5二效淡水闪蒸罐；6三效淡水闪蒸罐；7一效料液罐；8二效料液罐；9三效料液罐；10第一预热器；11第二预热器；12一效预热器；13二效加热器；14三效加热器；15冷凝器；16一效膜组件；17二效膜组件；18三效膜组件。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一效料液罐7、二效料液罐8、三效料液罐9依次放置，进入装置的海水分成两路，一路进入冷凝器15对二效膜组件产生的高温蒸汽进行冷凝后作为冷却水排放，一路依次经第一预热器10和第二预热器11与一效料液罐7进水口连接，一效料液罐7的出水口由设置一效料液泵1的管路依次连接一效预热器12和一效膜组件16，

二效料液罐8的出水口由设置二效料液泵2的管路依次连接二效加热器13和二效膜组件17，二效加热器13与一效膜组件16真空侧的蒸汽出口连接，一效膜组件16真空侧的蒸汽出口连接一效淡水闪蒸罐4，一效淡水闪蒸罐4依次连接第二预热器11和二效闪蒸罐5；

三效料液罐9的出水口由设置三效料液泵3的管路依次连接三效加热器14和二效膜组件17，三效加热器14依次与二效膜组件17真空侧的蒸汽出口和三效膜组件18连接，二效膜组件17真空侧的蒸汽出口连接二效闪蒸罐5，二效闪蒸罐5出水口连接第一预热器10，第一预热器10出水口连接三效闪蒸罐6，三效膜组件18的真空侧的蒸汽出口依次连接冷凝器15和三效闪蒸罐6，三效闪蒸罐6由设置淡水泵的输送管路连接淡水出口。

设备运行如下：设备运行之前，一效料液罐7、二效料液罐8、三效料液罐9先加入一定量的原海水，设备开始运行后，从海中取的原海水进入冷凝器15，冷凝器15出来的海水一部分直接排掉，一部分依次流经第一预热器10和第二预热器11作为补水进入一效料液罐7，一效料液罐7的海水由一效料液泵1抽取进入一效预热器12跟太阳能热水进行热交换，然后进入一效膜组件16进行膜蒸馏淡化，二效料液罐8的海水由二效料液泵2抽取进入二效加热器13与一效膜组件16真空侧出来的蒸汽进行热交换，然后进入二效膜组件17，蒸汽进入一效淡水闪蒸罐4进行闪蒸后产生的淡水进入第二预热器11与补充海水进行热交换后进入二效闪蒸罐5；三效料液罐9的海水由三效料液泵3抽取进入三效加热器14与二效膜组件17真空侧出来的蒸汽进行热交换，然后进入三效膜组件18，蒸汽进入二效闪蒸罐5进行闪蒸后产生的淡水进入第一预热器10与补充海水进行热交换后进入三效闪蒸罐6后由淡水泵输送出，三效膜组件18的蒸汽进入冷凝器15与原海水进行热交换后进入三效闪蒸罐6进行闪蒸成淡水后由淡水泵输送出。

本装置中膜组件、预热器、料液箱、循环泵通过管路依次连接，形成传统蒸馏意义上的一“效”膜蒸馏，3效膜蒸馏再依次串联，形成多效膜蒸馏工艺，最后再与多级闪蒸工艺耦合。各效膜蒸馏料液独立循环，系统逆流进料。1效膜蒸馏采用太阳能热水加热，产生的二次蒸汽用于2效膜蒸馏料液加热，2效膜蒸馏产生的二次蒸汽用3效膜蒸馏海水加热，从而实现膜蒸馏渗透汽化潜热的回收和梯级利用。3效膜蒸馏产生的二次蒸汽进入冷凝器预热补充海水，预热后的料液海水首先进入3效膜蒸馏蒸发浓缩，剩余浓盐水再逆流进入2效膜蒸馏浓缩，如此进行，最后从1效排出，在效间压差的作用下再依次流经1、2级的浓水闪蒸罐闪蒸，进一步浓缩，回收显热和淡水。各效产生的淡水在效间压差的作用下，依次流经其后各效的淡水闪蒸罐进行闪蒸，闪蒸出的饱和蒸汽也用于对应各效料液加热。这样，可最大限度的提高膜蒸馏系统热效率和造水比，海水回收率可达到50％，可达到2倍浓缩。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种方舱式太阳能零碳多效膜蒸馏海水淡化装置，其特征是：包括一效淡水闪蒸罐(4)、二效淡水闪蒸罐(5)、三效淡水闪蒸罐(6)、一效料液罐(7)、二效料液罐(8)、三效料液罐(9)、一效膜组件(16)、二效膜组件(17)和三效膜组件(18)；

一效料液罐、二效料液罐、三效料液罐依次放置，进入装置的海水分成两路，一路进入冷凝器(15)对二效膜组件产生的高温蒸汽进行冷凝后作为冷却水排放，一路通过管路依次经第一预热器(10)和第二预热器(11)与一效料液罐进水口连接，一效料液罐的出水口由设置一效料液泵(1)的管路依次连接一效预热器(12)和一效膜组件(16)，

二效料液罐的出水口由设置二效料液泵(2)的管路依次连接二效加热器(13)和二效膜组件(17)，二效加热器与一效膜组件真空侧的蒸汽出口连接，一效膜组件真空侧的蒸汽出口连接一效淡水闪蒸罐，一效淡水闪蒸罐依次连接第二预热器和二效淡水闪蒸罐；

三效料液罐的出水口由设置三效料液泵(3)的管路依次连接三效加热器(14)和二效膜组件(17)，三效加热器依次与二效膜组件真空侧的蒸汽出口和三效膜组件连接，二效膜组件真空侧的蒸汽出口连接二效淡水闪蒸罐，二效淡水闪蒸罐出水口连接第一预热器(10)，第一预热器(10)出水口连接三效淡水闪蒸罐(6)，三效膜组件(18)的真空侧的蒸汽出口依次连接冷凝器(15)和三效淡水闪蒸罐(6)，三效淡水闪蒸罐(6)由设置淡水泵的输送管路连接淡水出口。

2.根据权利要求1所述方舱式太阳能零碳多效膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于，所述装置的电能由光伏系统提供，热源由光热系统提供。

3.根据权利要求1所述方舱式太阳能零碳多效膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于，膜组件采用中空纤维膜膜组件，中空纤维膜采用PTFE材质疏水微孔膜，膜壳采用CPVC材质，中空纤维膜与膜壳采用耐高温环氧浇注。

4.根据权利要求1所述方舱式太阳能零碳多效膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于换热器采用管壳换热器，传热管采用耐海水腐蚀的铜合金材质。

5.根据权利要求1所述方舱式太阳能零碳多效膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于，循环泵采用卧式离心泵，过流部件采用耐浓海水腐蚀材质；真空泵采用水环真空泵。

6.根据权利要求1所述方舱式太阳能零碳多效膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于，所述装置设置阻垢剂、消泡剂添加装置，防止结垢和起泡。

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