專利名稱：一種壓汽膜蒸餾裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蒸發(fā)分離裝置，具體涉及壓汽膜蒸餾裝置及方法。
背景技術(shù)：
膜蒸餾(Membrane Distillation以下簡稱MD)技術(shù)，兼具了蒸餾法和膜法的優(yōu) 點(diǎn)，是一種高效的蒸發(fā)分離方法。壓汽蒸餾(Vapor Compression Distillation, VCD)技術(shù)是根據(jù)蒸汽被壓縮時(shí)溫 度升高這一特性將蒸發(fā)器中沸騰溶液蒸發(fā)出來的二次蒸汽通過壓縮機(jī)的絕熱壓縮或利用 其它方式(蒸汽噴射器等)將二次蒸汽加壓升溫作為加熱蒸汽再送回蒸發(fā)器的加熱室加熱 物料液，蒸汽的潛熱得到了反復(fù)利用，其顯著優(yōu)點(diǎn)是熱功效率高。本發(fā)明將MD和VCD技術(shù)進(jìn)行耦合集成，不僅能夠顯著提高M(jìn)D的熱利用效率、大幅 降低MD的熱耗和運(yùn)行成本，而且能夠顯著提高V⑶的蒸發(fā)效率、降低V⑶的設(shè)備成本，從而 形成一種集MD和VCD優(yōu)勢于一體的新型蒸發(fā)分離設(shè)備與技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高效、低熱耗、低成本的壓汽膜蒸餾裝置技術(shù)與方法。本發(fā)明提供一種壓汽膜蒸餾裝置，如圖1所示，壓汽膜蒸餾裝置主要包括膜蒸 餾組件、蒸汽增壓系統(tǒng)、換熱設(shè)備、循環(huán)系統(tǒng)、儲槽和控制測試等附屬設(shè)備，其特征在于，包 括膜蒸餾組件(1)內(nèi)疏水性微孔膜的一側(cè)直接與料液(7)接觸，而另一側(cè)與蒸汽增 壓系統(tǒng)(2)相連接。所述的蒸汽增壓系統(tǒng)(2)的另一端同換熱器(3-1)相連接；蒸汽增壓系統(tǒng)(2)把 從膜蒸餾組件(1)內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行增壓升溫后通過與之相連的換熱器(3-1)加熱循環(huán)料 液至較高的溫度，與此同時(shí)蒸汽冷凝為蒸餾水(6)。所述的膜蒸餾組件⑴內(nèi)膜的一側(cè)的料液(7)是利用循環(huán)泵⑷從料液槽(5)通 過換熱器(3-1)輸入膜組件的；通過換熱器(3-1)被蒸汽加熱的循環(huán)料液(7)進(jìn)入膜蒸餾 組件(1)后在膜表面蒸發(fā)，所產(chǎn)生的蒸汽通過膜孔到達(dá)膜的另一側(cè)被蒸汽增壓系統(tǒng)(2)進(jìn) 行增壓升溫，然后通過換熱器(3-1)繼續(xù)加熱循環(huán)料液至較高的溫度。在所述的壓汽膜蒸餾裝置內(nèi)，料液在膜表面蒸發(fā)、蒸汽擴(kuò)散通過膜孔以及被蒸汽 增壓系統(tǒng)增壓增溫、料液被蒸汽加熱和蒸汽冷凝的過程是連續(xù)重復(fù)進(jìn)行的，料液被不斷濃 縮，冷凝水不斷產(chǎn)生。從所述的壓汽膜蒸餾裝置的料液循 環(huán)系統(tǒng)內(nèi)排出的濃縮料液(8)和通過換熱器 (3-1)的冷凝作用而不斷產(chǎn)生的蒸餾水(6)都具有較高的溫度，利用換熱器(3-2)同補(bǔ)充料 液(7)進(jìn)行熱交換，料液(7)被加熱至較高的溫度后進(jìn)入壓汽膜蒸餾系統(tǒng)進(jìn)行蒸發(fā)。所述的壓汽膜蒸餾不僅能夠設(shè)計(jì)成不同的形式使用，而且能夠同其它技術(shù)與裝置 耦合聯(lián)用，包括各種分離技術(shù)與設(shè)備、反應(yīng)過程等，比如多效蒸發(fā)(餾)、多級閃蒸、精餾設(shè)備、結(jié)晶裝置、化學(xué)分離設(shè)備、物理沉降過程、樹脂分離裝置、萃取分離裝置、膜分離設(shè)備、化 學(xué)以及生物反應(yīng)工藝過程等。以上所述壓汽 膜蒸餾裝置內(nèi)的膜蒸餾組件(1)的形式可為管殼式膜組件、卷式膜 組件、板框式膜組件、纏繞式膜組件以及根據(jù)料液在膜組件內(nèi)膜表面的流動形式而區(qū)分的 平流式膜組件、錯(cuò)流式膜組件和紊流式膜組件等。以上所述膜蒸餾組件(1)內(nèi)的膜為疏水性的微孔膜，膜的形式可為中空纖維膜、 管式膜和平板膜等不同形式的膜。以上所述壓汽膜蒸餾裝置內(nèi)的蒸汽增壓系統(tǒng)(2)是指能夠?qū)⒌蛪赫羝M(jìn)行增壓 升溫的設(shè)備，比如蒸汽壓縮設(shè)備、蒸汽噴射器等。以上所述壓汽膜蒸餾裝置內(nèi)的換熱器(3-1和3-2)是指以金屬、炭質(zhì)、玻璃和塑料 等材料制備的各式換熱器。本發(fā)明一種壓汽膜蒸餾方法，其特征在于對于料液中含有的懸浮物、凝膠、固體顆粒等不溶物，在進(jìn)入壓汽膜蒸餾系統(tǒng)前需 要分離移除。被加熱至預(yù)設(shè)溫度的料液(7)在膜蒸餾組件(1)內(nèi)膜的表面蒸發(fā)，所產(chǎn)生的蒸汽 通過膜孔后被增壓設(shè)備(2)增壓增溫，然后進(jìn)入換熱器(3-1)內(nèi)加熱料液至較高溫度，同時(shí) 蒸汽冷凝為蒸餾水(6)；溫度提升后的料液在膜蒸餾組件(1)內(nèi)繼續(xù)蒸發(fā)，通過膜孔的蒸汽 繼續(xù)被增壓裝置(2)增壓升溫以加熱料液，繼續(xù)進(jìn)行料液的膜表面蒸發(fā)、蒸汽通過膜孔、蒸 汽被增壓增溫、料液加熱和蒸汽的冷凝過程，如此過程連續(xù)重復(fù)進(jìn)行，料液不斷被濃縮，冷 凝水不斷產(chǎn)生。因此，壓汽膜蒸餾系統(tǒng)便以最少的熱耗獲得了很高的淡水產(chǎn)量和較好的料 液濃縮效果。從壓汽膜蒸餾裝置的料液循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)排出的濃縮料液(8)和通過換熱器(3-1)的 冷凝作用而不斷產(chǎn)生的蒸餾水(6)都具有較高的溫度，利用換熱器(3-2)同補(bǔ)充料液(7) 進(jìn)行熱交換，料液(7)被加熱至較高的溫度后進(jìn)入壓汽膜蒸餾系統(tǒng)進(jìn)行蒸發(fā)。壓汽膜蒸餾系統(tǒng)所需的補(bǔ)充熱量可通過附設(shè)的加熱器或引入蒸汽和其它熱源而 得到補(bǔ)充。本發(fā)明的壓汽膜蒸餾裝置和方法能夠顯著提高單一 Ml)的熱利用效率、大幅降低 MD的熱耗和運(yùn)行成本，而且能夠顯著提高單一 V⑶的蒸發(fā)效率、降低V⑶的設(shè)備成本，從而 形成一種集MD和VCD優(yōu)勢于一體、新型高效、低成本的蒸發(fā)分離設(shè)備與技術(shù)。


圖1是本發(fā)明的壓汽膜蒸餾裝置的工藝示圖1、膜蒸餾組件；2、蒸汽增壓設(shè)備； 3-1和3-2、換熱器；4、料液循環(huán)泵；5、料液槽；6、蒸餾水；7、原料液；8、濃排液。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明的壓汽膜蒸餾裝置的膜蒸餾組件(1)內(nèi)疏水性微孔膜的一側(cè) 直接與料液(7)接觸，而另一側(cè)與蒸汽增壓系統(tǒng)(2)相連接。所述的膜蒸餾組件(1)內(nèi)膜的一側(cè)的料液(7)是利用循環(huán)泵⑷通過換熱器(3-1)輸入膜組件的；循環(huán)泵(4)的料液進(jìn)口與料液儲槽(5)相連接。 所述的蒸汽增壓系統(tǒng)(2)的另一端同換熱器(3-1)相連接。一種壓汽膜蒸餾方法經(jīng)過去除顆粒不溶物的料液(7)被加熱至預(yù)設(shè)溫度后被循 環(huán)泵(4)從料液槽(5)通過換熱器(3-1)泵入膜蒸餾組件(1)，料液(7)在膜蒸餾組件(1) 內(nèi)疏水性微孔膜的表面蒸發(fā)，所產(chǎn)生的蒸汽擴(kuò)散通過膜孔后被增壓設(shè)備(2)增壓升溫，然 后進(jìn)入換熱器(3-1)內(nèi)加熱料液至較高溫度，同時(shí)蒸汽冷凝為蒸餾水(6)。在料液循環(huán)側(cè)，在膜蒸餾組件(1)內(nèi)經(jīng)過蒸發(fā)后的料液(7)通過膜蒸餾組件(1) 的料液出口流回到料液儲槽(5)；在料液儲槽(5)內(nèi)的料液(7)被循環(huán)泵(4)通過換熱器 (3-1)泵入膜蒸餾組件(1)，料液(7)在經(jīng)過換熱器(3-1)的過程中被來自于增壓設(shè)備(2) 的高壓高溫蒸汽加熱至較高溫度，具有較高溫度的料液(7)在膜蒸餾組件(1)內(nèi)繼續(xù)蒸發(fā)。 經(jīng)過蒸發(fā)后的料液(7)再流回到料液儲槽(5)，在料液儲槽(5)內(nèi)的料液(7)然后再被循環(huán) 泵(4)通過換熱器(3-1)泵入膜蒸餾組件(1)內(nèi)進(jìn)行蒸發(fā)，如此過程循環(huán)進(jìn)行。在膜蒸餾組件⑴內(nèi)，料液(7)不斷在疏水性微孔膜的表面蒸發(fā)，所產(chǎn)生的蒸汽連 續(xù)被增壓裝置(2)增壓升溫，然后通過換熱器(3-1)連續(xù)加熱料液，同時(shí)不斷冷凝為蒸餾 水，如此過程連續(xù)進(jìn)行。 因此，在料液的壓汽膜蒸餾過程中，料液不斷被濃縮，冷凝水不斷產(chǎn)生。在壓汽膜蒸餾裝置的料液循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生和排出的濃縮料液(8)和通過換熱器 (3-1)的冷凝作用而產(chǎn)生的蒸餾水(6)都具有較高的溫度，利用換熱器(3-2)同補(bǔ)充料液 (7)進(jìn)行熱交換，料液(7)被加熱至較高的溫度后進(jìn)入壓汽膜蒸餾系統(tǒng)進(jìn)行蒸發(fā)。壓汽膜蒸餾系統(tǒng)所需的補(bǔ)充熱量可通過附設(shè)的加熱器或引入蒸汽和其它熱源而 得到補(bǔ)充。本發(fā)明的壓汽膜蒸餾不僅能夠設(shè)計(jì)成不同的形式使用，而且能夠同其它技術(shù)與裝 置耦合聯(lián)用，包括各種分離技術(shù)與設(shè)備、反應(yīng)過程等，比如多效蒸發(fā)(餾)、多級閃蒸、精餾 設(shè)備、結(jié)晶裝置、化學(xué)分離設(shè)備、物理沉降過程、樹脂分離裝置、萃取分離裝置、膜分離設(shè)備、 化學(xué)以及生物反應(yīng)工藝過程等。本發(fā)明的壓汽膜蒸餾裝置和方法集MD和VCD優(yōu)勢于一體形成了一種新型高效、低 成本的蒸發(fā)分離設(shè)備與技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種壓汽膜蒸餾裝置，主要包括膜蒸餾組件、蒸汽增壓系統(tǒng)、換熱設(shè)備、循環(huán)系統(tǒng)、 儲槽、控制測試系統(tǒng)及相關(guān)附屬設(shè)備，其特征在于膜蒸餾組件(1)內(nèi)疏水性微孔膜的一側(cè) 直接與料液(7)接觸，而另一側(cè)與蒸汽增壓系統(tǒng)( 相連接。
2.按照權(quán)利要求1的壓汽膜蒸餾裝置，其特征在于所述的蒸汽增壓系統(tǒng)O)的另一端 同換熱器(3-1)相連接；蒸汽增壓系統(tǒng)( 把從膜蒸餾組件(1)內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行增壓升溫后通過與之相連的 換熱器(3-1)加熱循環(huán)料液至較高的溫度，與此同時(shí)蒸汽冷凝為蒸餾水(6)。
3.按照權(quán)利要求1的壓汽膜蒸餾裝置，其特征在于所述的膜蒸餾組件(1)內(nèi)膜的一側(cè) 的料液(7)是利用循環(huán)泵(4)通過換熱器(3-1)輸入膜組件的；通過換熱器(3-1)被蒸汽加熱的循環(huán)料液(7)進(jìn)入膜蒸餾組件(1)后在膜表面蒸發(fā)， 所產(chǎn)生的蒸汽通過膜孔到達(dá)膜的另一側(cè)被蒸汽增壓系統(tǒng)( 進(jìn)行增壓升溫，然后通過換熱 器(3-1)繼續(xù)加熱循環(huán)料液至較高的溫度。
4.按照權(quán)利要求1的壓汽膜蒸餾裝置，其特征在于在所述的壓汽膜蒸餾裝置內(nèi)，料液 在膜表面蒸發(fā)、蒸汽擴(kuò)散通過膜孔以及被蒸汽增壓系統(tǒng)增壓增溫、料液被蒸汽加熱和蒸汽 冷凝的過程是連續(xù)進(jìn)行的，料液被不斷濃縮，冷凝水不斷產(chǎn)生。
5.按照權(quán)利要求1的壓汽膜蒸餾裝置，其特征在于從所述的壓汽膜蒸餾裝置的料液 循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)排出的濃縮料液(8)和通過換熱器(3-1)的冷凝作用而不斷產(chǎn)生的蒸餾水(6) 都具有較高的溫度，利用換熱器(3- 同補(bǔ)充料液(7)進(jìn)行熱交換，料液(7)被加熱至較高 的溫度后進(jìn)入壓汽膜蒸餾系統(tǒng)進(jìn)行蒸發(fā)。
6.按照權(quán)利要求1的壓汽膜蒸餾裝置，其特征在于所述的壓汽膜蒸餾裝置不僅能夠設(shè) 計(jì)成多種形式而單獨(dú)使用，而且能夠同其它技術(shù)與裝置耦合聯(lián)用。
7.一種利用如權(quán)利要求1所述壓汽膜蒸餾裝置的方法，其特征在于經(jīng)過去除顆粒不溶物的料液(7)被加熱至預(yù)設(shè)溫度后被循環(huán)泵(4)從料液槽( 通過 換熱器(3-1)泵入膜蒸餾組件(1)，料液(7)在膜蒸餾組件(1)內(nèi)疏水性微孔膜的表面蒸 發(fā)，所產(chǎn)生的蒸汽擴(kuò)散通過膜孔后被增壓設(shè)備⑵增壓升溫，然后進(jìn)入換熱器(3-1)內(nèi)加熱 料液至較高溫度，同時(shí)蒸汽冷凝為蒸餾水(6)；在料液循環(huán)側(cè)，在膜蒸餾組件(1)內(nèi)經(jīng)過蒸發(fā)后的料液(7)通過膜蒸餾組件(1)的料 液出口流回到料液儲槽(5)；在料液儲槽(5)內(nèi)的料液(7)被循環(huán)泵(4)通過換熱器(3-1) 泵入膜蒸餾組件(1)，料液(7)在經(jīng)過換熱器(3-1)的過程中被來自于增壓設(shè)備( 的高壓 高溫蒸汽加熱至較高溫度，具有較高溫度的料液(7)在膜蒸餾組件(1)內(nèi)繼續(xù)蒸發(fā)；經(jīng)過蒸 發(fā)后的料液(7)再流回到料液儲槽(5)，在料液儲槽(5)內(nèi)的料液(7)然后再被循環(huán)泵⑷ 通過換熱器(3-1)泵入膜蒸餾組件(1)內(nèi)進(jìn)行蒸發(fā)，如此過程循環(huán)進(jìn)行；在膜蒸餾組件(1)內(nèi)，料液(7)不斷在疏水性微孔膜的表面蒸發(fā)，所產(chǎn)生的蒸汽連續(xù)被 增壓裝置( 增壓升溫，然后通過換熱器(3-1)連續(xù)加熱料液，同時(shí)不斷冷凝為蒸餾水，如 此過程連續(xù)進(jìn)行；因此，在料液的壓汽膜蒸餾過程中，料液不斷被濃縮，冷凝水不斷產(chǎn)生；在壓汽膜蒸餾裝置的料液循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生和排出的濃縮料液(8)和通過換熱器(3-1) 的冷凝作用而產(chǎn)生的蒸餾水(6)都具有較高的溫度。利用換熱器(3-2)同補(bǔ)充料液(7)進(jìn) 行熱交換，料液(7)被加熱至較高的溫度后進(jìn)入壓汽膜蒸餾系統(tǒng)進(jìn)行蒸發(fā)；壓汽膜蒸餾系統(tǒng)所需的補(bǔ)充熱量可通過附設(shè)的加熱器以及引入蒸汽和其它熱源而得 到補(bǔ)充；本發(fā)明的壓汽膜蒸餾不僅能夠設(shè)計(jì)成不同的形式使用，而且能夠同其它技術(shù)與裝置耦 合聯(lián)用，包括各種分離技術(shù)與設(shè)備、反應(yīng)過程等，比如多效蒸發(fā)(餾)、多級閃蒸、精餾設(shè) 備、結(jié)晶裝置、化學(xué)分離設(shè)備、物理沉降過程、樹脂分離裝置、萃取分離裝置、膜分離設(shè)備、化 學(xué)以及生物反應(yīng)工藝過程等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓汽膜蒸餾裝置及方法，該裝置主要包括膜蒸餾組件、蒸汽增壓系統(tǒng)、換熱設(shè)備、循環(huán)系統(tǒng)以及儲槽和控制測試等附屬設(shè)備。本發(fā)明的壓汽膜蒸餾裝置和方法集MD和VCD優(yōu)勢于一體形成了一種新型高效、低成本的蒸發(fā)分離設(shè)備與技術(shù)。
文檔編號B01D61/36GK102125805SQ20101003134
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月12日
發(fā)明者張鵬碩, 王麗, 董為毅 申請人:天津海之凰科技有限公司