專利名稱：一種膜蒸餾水處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于新能源利用、水處理以及環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種自動(dòng)從 環(huán)境吸取能量進(jìn)行膜蒸餾過(guò)程的水處理裝置。
背景技術(shù)：
膜蒸餾技術(shù)兼具有一般蒸餾與薄膜分離的優(yōu)點(diǎn)，其過(guò)程原理是利用只允許水蒸汽分 子通過(guò)的多孔疏水性薄膜將兩種工作水體分隔開(kāi)來(lái)，此種疏水性細(xì)小孔洞借由兩側(cè)液體 表面張力的作用而防止兩側(cè)液相水體相互混合；若控制疏水性微孔薄膜兩側(cè)液體的具有 一定的溫度差，就將導(dǎo)致微孔道兩端具有不同的水蒸汽壓力，從而致使由高溫側(cè)的液體 蒸發(fā)而形成高的蒸汽壓力并流向低溫側(cè)進(jìn)行冷凝；維持這種溫度差，則高溫側(cè)的液體將 持續(xù)蒸發(fā)，微通道內(nèi)的蒸汽將在低溫側(cè)的液體表面持續(xù)冷凝，從而持續(xù)得到蒸餾液體。要維持疏水性膜兩側(cè)的溫度差，就需要對(duì)原料液進(jìn)行加熱，對(duì)蒸餾液進(jìn)行冷卻；是 否能夠有效獲取加熱原料液的熱源以及冷卻蒸餾液的冷源是膜蒸餾過(guò)程能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵 問(wèn)題。目前采用最為廣泛的膜蒸餾過(guò)程主要有地?zé)崮苣ふ麴s過(guò)程、太陽(yáng)能膜蒸餾過(guò)程和 余熱膜蒸餾過(guò)程等形式。但由于地?zé)崮苣ふ麴s過(guò)程要選擇特殊要求的地質(zhì)條件而使其應(yīng) 用范圍受到限制；余熱膜蒸餾過(guò)程也需要有規(guī)模巨大的余熱源而依賴于其它工業(yè)過(guò)程； 太陽(yáng)能膜蒸餾過(guò)程也因在夜間等太陽(yáng)能不充足等原因而致使太陽(yáng)能膜蒸餾裝備至少有一 半時(shí)間段基本上無(wú)法工作而閑置裝備。這些問(wèn)題是當(dāng)前膜蒸餾過(guò)程自身無(wú)法解決的問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種可以直接從當(dāng)?shù)丨h(huán)境獲取熱能來(lái)加熱原料液，直接從 當(dāng)?shù)丨h(huán)境獲得冷量來(lái)冷卻蒸餾液的膜蒸餾水處理裝置。該裝置以非揮發(fā)性物質(zhì)的水溶液 (如海水、苦咸水等)為膜蒸餾處理對(duì)象，直接從當(dāng)?shù)丨h(huán)境中獲取熱量來(lái)加熱原料液， 維持原料液處于相對(duì)較高的溫度并保持持續(xù)蒸發(fā)的能力；直接從環(huán)境中獲取冷量來(lái)冷卻 蒸餾液，維持蒸餾液相對(duì)較低的溫度并保持持續(xù)冷凝從疏水性微孔膜分隔的高溫側(cè)流過(guò) 來(lái)的原料液蒸汽的能力，實(shí)現(xiàn)膜蒸餾水處理過(guò)程。該裝置自動(dòng)從環(huán)境中獲取熱源和冷源 來(lái)實(shí)現(xiàn)膜蒸餾過(guò)程，不需要人為地為過(guò)程提供能源；該裝置可以連續(xù)地處理原料液，源 源不斷地得到蒸餾液；該裝置不僅可以在沒(méi)有太陽(yáng)的情況下運(yùn)行，也可以在夜間運(yùn)行； 既可以小規(guī)模分散實(shí)施，也可以集成化應(yīng)用。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的一種膜蒸餾水處理裝置，在結(jié)構(gòu)上包括原料液進(jìn)口管路、膜側(cè)原
料液室、濃縮原料出口管路、微孔膜組件、膜側(cè)蒸餾液室、蒸餾液出口管路等部件；在 這些部件中，膜側(cè)原料液室中與微孔膜組件相對(duì)應(yīng)的間壁的外側(cè)是與環(huán)境相接觸的干壁 面，其目的是從環(huán)境中獲得熱量來(lái)補(bǔ)償膜側(cè)原料液室內(nèi)因液體蒸發(fā)而帶走的蒸發(fā)潛熱及 其相應(yīng)的熱損失，維持原料液的溫度；而膜側(cè)蒸餾液室中與微孔膜組件相對(duì)應(yīng)的間壁的 外側(cè)則是與環(huán)境相接觸的濕壁面，其目的是使從原料液側(cè)蒸發(fā)出來(lái)的蒸汽在蒸餾液側(cè)進(jìn) 行冷凝。由于環(huán)境的干球溫度遠(yuǎn)大于環(huán)境的濕球溫度，從而使膜側(cè)原料液室內(nèi)液體的溫 度高于膜側(cè)蒸餾液室內(nèi)蒸餾液的溫度，或者說(shuō)使膜側(cè)原料液室內(nèi)液體的飽和蒸汽壓力大 于膜側(cè)蒸餾液室內(nèi)液體的飽和蒸汽壓，因而使原料液持續(xù)地進(jìn)行蒸發(fā)，其液體蒸汽通過(guò) 疏水性膜孔進(jìn)入蒸餾液側(cè)進(jìn)行冷凝，從而得到純化了的蒸餾液體。本實(shí)用新型的膜蒸餾水處理裝置中的膜組件板采用疏水性膜組件，可以是聚乙烯、 聚丙烯、聚四氟乙烯等疏水性膜制成。本實(shí)用新型的膜蒸餾水處理裝置的一種改進(jìn)是與環(huán)境相接觸的干壁面上設(shè)置有可控 制的強(qiáng)制通風(fēng)設(shè)施。其目的是通過(guò)強(qiáng)制通風(fēng)來(lái)強(qiáng)化大氣環(huán)境與干壁面的傳熱過(guò)程，減少 干壁面與大氣環(huán)境之間的溫差，從而盡可能地提高膜側(cè)原料液室內(nèi)液體的溫度，最大限 度地提高原料液的飽和蒸汽壓力。本實(shí)用新型的膜蒸餾水處理裝置的又一種改進(jìn)是與環(huán)境相接觸的濕壁面上設(shè)置有可 控制的強(qiáng)制通風(fēng)設(shè)施。其目的是通過(guò)強(qiáng)制通風(fēng)來(lái)促進(jìn)濕壁面上液體的蒸發(fā)，減少濕壁面 的溫度與大氣環(huán)境的濕球溫度之間的差值，從而盡可能地降低膜側(cè)蒸餾液室內(nèi)蒸餾液的 溫度，最大限度地降低膜側(cè)蒸餾液室內(nèi)蒸餾液體的飽和蒸汽壓力。本實(shí)用新型利用膜蒸餾原理，由于采用疏水性膜組件，液體不潤(rùn)濕膜；由于表面張 力的作用，膜兩側(cè)的水溶液都不能通過(guò)膜孔而進(jìn)入另一側(cè)；膜一側(cè)原料液的溫度(接近 于干壁溫度)高于另一側(cè)蒸餾液的溫度(接近于濕球溫度)，從而使膜孔與原料液相鄰一 側(cè)的液體表面的蒸汽壓力大于膜孔與蒸餾液相鄰一側(cè)的液體表面的蒸汽壓力，從而使蒸 汽分子通過(guò)膜孔，從高蒸汽壓力側(cè)向低蒸汽壓力側(cè)流動(dòng)，低蒸汽壓力側(cè)的蒸汽冷凝成蒸 餾液，如此完成膜蒸餾過(guò)程。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的膜蒸餾水處理裝置，可以用在海島、沙漠等地區(qū)處理海水、苦咸 水等以得到生活及飲用所需要的淡水；也可以利用該裝置解決分散家庭的飲用水；該裝 置也可以用于濃海水的處理，以得到海水的化學(xué)資源；其從自然環(huán)境自動(dòng)吸取膜蒸餾過(guò) 程所需要的熱量、不受太陽(yáng)能制約而又能在夜晚工作的特性，為新能源、水資源和海洋 化學(xué)資源的開(kāi)發(fā)開(kāi)辟了一條可持續(xù)發(fā)展的道路。


圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)、工作過(guò)程以及工作原理。 本實(shí)施例由蒸餾液出口管路l、與環(huán)境相接觸的濕壁面2、膜組件3、蒸餾液室5、 原料濃縮液出口6、與環(huán)境相接觸的干壁面7、原料液室8、原料液進(jìn)口管路9組成。其 中，原料液室由原料液進(jìn)口管路、膜組件、原料液濃縮液出口、 一面是與環(huán)境相接觸的 干壁面的間壁構(gòu)成；蒸餾液室由蒸餾液出口管路、膜組件、 一面是與環(huán)境相接觸的濕面 的間壁構(gòu)成。本實(shí)施例的工作過(guò)程為待蒸餾處理的原料液從原料進(jìn)口管路9進(jìn)入原料液室8; 干壁面7從環(huán)境中獲取熱量對(duì)原料液室8內(nèi)的原料液進(jìn)行加熱，使原料液室內(nèi)原料液的 溫度接近于環(huán)境的干壁溫度；與膜孔相接觸的原料液室內(nèi)的原料液體在膜孔4的一端蒸 發(fā)；蒸汽從膜孔的原料液側(cè)向蒸餾液側(cè)運(yùn)動(dòng)，然后在與膜孔相接觸的蒸餾液的表面進(jìn)行 冷凝；從而完成膜蒸餾水處理過(guò)程的質(zhì)量傳遞。為了維持該過(guò)程的進(jìn)行，環(huán)境的干壁面 不斷從環(huán)境中獲取能量來(lái)補(bǔ)償原料液在膜孔位置氣化而吸收的氣化潛熱，同時(shí)維持原料 液膜孔表面的蒸汽壓力大于蒸餾液在膜孔表面的蒸汽壓力，使蒸汽不斷從原料液的膜孔 表面流向蒸餾液的膜孔表面，從而獲得蒸餾液。在干壁面不斷吸收熱量的同時(shí)，濕壁面 不斷地將蒸汽在蒸餾液膜孔側(cè)冷凝而釋放出來(lái)的冷凝潛熱通過(guò)濕壁面?zhèn)鬟f到環(huán)境中去， 從而使蒸餾室內(nèi)蒸餾液的溫度低于原料液室內(nèi)原料液的溫度，進(jìn)而使蒸餾液在膜孔表面 的蒸汽分壓低于原料液在膜孔表面的蒸汽分壓，從而維持了膜蒸餾過(guò)程的進(jìn)行。本實(shí)施例的工作原理可以從環(huán)境空氣的狀態(tài)特性來(lái)看進(jìn)行說(shuō)明本過(guò)程之所以一方 面從環(huán)境中獲取能源，另一方面又向環(huán)境中釋放潛熱，其根本原因在于環(huán)境干濕球溫度 差成為了膜蒸餾水處理過(guò)程的推動(dòng)力；根據(jù)空氣的濕焓圖，在101.325kPa壓力條件下， 當(dāng)環(huán)境氣溫為32.5°C，相對(duì)濕度為50.4%時(shí)，其濕球溫度為24.rC，這時(shí)總的溫差推動(dòng) 力為8.4。C,在不考慮其他溫差消耗的條件下，則干球側(cè)水的飽和蒸汽壓力為4.889 kPa， 濕球側(cè)的飽和蒸汽壓力為3.00kPa，兩側(cè)的飽和蒸汽壓差(1.889kPa)形成的推動(dòng)力將克 服膜孔的流動(dòng)阻力而推動(dòng)蒸發(fā)過(guò)程的進(jìn)行。因此，只要環(huán)境的空氣濕度還沒(méi)有達(dá)到100 %，則干濕球就總存在溫度，因而膜蒸餾水過(guò)程就總是可以自動(dòng)進(jìn)行。為了更好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，可以通過(guò)多種手段對(duì)膜蒸餾過(guò)程進(jìn)行強(qiáng)化處理: 如可以通過(guò)強(qiáng)制通風(fēng)來(lái)強(qiáng)化大氣環(huán)境與干壁面的傳熱過(guò)程，盡可能地提高膜側(cè)原料液室 內(nèi)液體的溫度和原料液的飽和蒸汽壓力；也可以通過(guò)強(qiáng)制通風(fēng)來(lái)強(qiáng)化濕壁面上液體的蒸
發(fā)，盡可能地降低膜側(cè)蒸餾液室內(nèi)蒸餾液的溫度和餾液室內(nèi)蒸餾液體的飽和蒸汽壓力； 再者，當(dāng)周圍環(huán)境可以獲得低于環(huán)境濕球溫度的流體時(shí)，用該流體來(lái)保證濕壁面的潤(rùn)濕， 就可以使蒸餾液的溫度更低，蒸餾液的飽和蒸汽壓力也就更低，從而就增加了濃縮液側(cè) 蒸汽流向蒸餾液側(cè)的速度，進(jìn)一步強(qiáng)化了膜蒸餾過(guò)程。以上所述實(shí)施例是對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說(shuō)明，并非對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行限定。本實(shí)用新 型要求保護(hù)的構(gòu)思和范圍，都已在權(quán)利要求書(shū)中作了聲明。
權(quán)利要求1、一種膜蒸餾水處理裝置，其特征在于，包括原料液進(jìn)口管路、膜側(cè)原料液室、原料出口管路、疏水性微孔膜組件、膜側(cè)蒸餾液室、蒸餾液出口管路；所述的膜側(cè)原料液室中與微孔膜組件相對(duì)應(yīng)的間壁的外側(cè)是與環(huán)境相接觸的干壁面，膜側(cè)蒸餾液室中與微孔膜組件相對(duì)應(yīng)的間壁的外側(cè)是與環(huán)境相接觸的濕壁面。
2、 根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的膜蒸餾水處理裝置，其特征在于，所說(shuō)的與環(huán)境相接觸的 干壁面上設(shè)置有可控制的強(qiáng)制通風(fēng)設(shè)施。
3、 根據(jù)權(quán)利要求書(shū)l所述的膜蒸餾水處理裝置，其特征在于，所說(shuō)的與環(huán)境相接觸的 濕壁面上設(shè)置有可控制的強(qiáng)制通風(fēng)設(shè)施。
專利摘要一種膜蒸餾水處理裝置，其特征在于包括原料液進(jìn)口管路、膜側(cè)原料液室、原料出口管路、疏水性微孔膜組件、膜側(cè)蒸餾液室和蒸餾液出口管路；所述的膜側(cè)原料液室中與微孔膜組件相對(duì)應(yīng)的間壁的外側(cè)是與環(huán)境相接觸的干壁面，膜側(cè)蒸餾液室中與微孔膜組件相對(duì)應(yīng)的間壁的外側(cè)是與環(huán)境相接觸的濕壁面。該裝置自動(dòng)從環(huán)境中獲取熱量來(lái)加熱原料液，自動(dòng)從環(huán)境中獲取冷源來(lái)冷卻蒸餾液，不需要人為地為裝置的運(yùn)行提供能源；該裝置可以連續(xù)地處理原料液，源源不斷地得到蒸餾液；該裝置不僅可以在沒(méi)有太陽(yáng)的情況下運(yùn)行，也可以在夜間運(yùn)行；既可以小規(guī)模分散實(shí)施，也可以集成化應(yīng)用。
文檔編號(hào)C02F1/04GK201049894SQ20072006760
公開(kāi)日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2007年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月5日
發(fā)明者周先桃, 潘家禎, 巖 石, 陳理清 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)