專利名稱：一種節能減壓膜蒸餾裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于水處理及環保化工技術領域，特別涉及一種能夠
有效進行熱量回收的減壓膜蒸餾(VMD)裝置。
背景技術：
淡水資源的短缺和水環境的污染是我們面臨的嚴重問題，從浩瀚 的海洋、豐富的苦咸水或工業廢水中脫鹽制取凈水，是解決淡水短缺 和開辟新的淡水來源力 一種有效途徑。
而目前的各種脫鹽設備絕大多數適宜于處理較低濃度的含鹽水 溶液，而對于不同規;漠具有較高濃度酸堿鹽的水處理或不適合或成本 過高。本實用新型提供一種新的節能減壓膜蒸餾(Vacuum Membrane Distillation以下簡稱VMD)水處理裝置，不僅能夠應用于低濃酸、 堿、鹽的水處理，而且能夠很好地應用于高濃度酸、堿、鹽的水處理， 具有能耗低、結構簡單、價格低、脫鹽率高等優點。 發明內容
本發明 的目的是提供一種能夠顯著提高熱利用率且適合于不同 濃度酸堿鹽水處理的高效減壓膜蒸餾(VMD)裝置。
膜蒸餾中所用的膜是多孔的和不被料液潤濕的疏水膜，膜的一側 是與膜直接接觸的待處理的熱水溶液，由于膜的疏水性，水溶液不會 從膜孔中通過；膜的另一側被施以真空減壓使膜兩側產生壓差，揮發 性組份在料液高溫側的膜表面汽化，蒸氣通過膜孔傳遞到膜的另一側 (低壓側)，然后冷凝為液體。蒸發潛熱的損失是膜蒸餾被認為是熱 耗較高的主要原因，進行潛熱回收提高熱利用率將能夠有效降低膜蒸 餾的操作成本。
本發明熱回收VMD系統的設計與制造著重考慮的幾個方面是 (1)膜蒸餾膜組件以串聯的方式進行組合，高溫料液依次通過膜組 件；(2)換熱器以串f'.形式組合，并分別與膜組件的真空低壓側相連， 而通過膜組件后的低溫料液以相反的方向從換熱器的另 一側流過； (3 )在真空的作用下從串聯膜組件內獲得的不同溫度水蒸氣分別通 過以串聯形式組合的換熱器進行冷凝，并回收其潛熱；(4)部分未冷凝蒸汽被加溫升壓后回收利用其潛熱；(5)低溫料液被較高溫度的冷 湊是水以及排》文液加熱
為實現上述目的，本發明提供的減壓膜蒸餾裝置(如圖l所示) 包括七個部分
1、 預處理系統根據所用料液的不同性質選用不同的預處理設 備和工藝，主要包括氣浮、絮凝、沉淀、沙濾、吸附、膜過濾等以移 除料液內的懸浮物、凝膠、固體顆粒以及其它對膜系統有害的成分。 預處理是在料液進入循環系統之前實施的。
2、 液體循環系統包括原料液泵、循環泵、管路系統、儲水槽 (罐)等以及流量、溫度、壓力、濃度監測儀表和控制閥等。如果循
環系統內存在由于料液濃度增加和高溫等因素而產生的凝聚、沉淀現 象，則需要在循環系統內增加相應設備以移除這些在膜蒸餾過程中所 形成的凝聚沉淀物，主要包括沉淀、過濾等措施。
3 、加熱裝置#4居不同熱源選用不同加熱器將物料液加熱至 50-〈10(TC,加熱裝置可以是各種鍋爐、液-液和汽/氣-液換熱器、太 陽能加熱裝置等，可利用能源包括(工業)廢熱/余熱、蒸汽、電能、 太陽能、地熱等以及可利用燃料，比如天然氣、煤制氣、生物氣等。
4、 膜蒸餾脫鹽系統由多個膜蒸餾膜組件7. 1、 7.2、 7.3、 7.4、 7.5、 7.6..…相互串聯組成的膜蒸餾脫鹽系統。該膜蒸餾系統也可由 多個膜組件組串并聯組成。膜蒸餾膜組件可以是由非極性多孔膜構成 的多種結構形式的膜組件。
5、 熱量回收系統由多個串并聯的換熱器組成。如圖l所示，換 熱器8. 1、 8.2、 8.3、 8.4、 8.5、 8. 6分別與膜組件7. 1、 7.2、 7.3、 7.4、 7.5、 7. 6相連，以直接回收來自膜組件的蒸汽的冷凝熱；換熱 器8. 7和8. 8分別用以回收高溫冷凝蒸餾水、部分未被冷凝蒸汽和排 放液體的熱量；換熱器8. 9為使冷凝蒸餾水溫最終降至接近常溫。換 熱器的大小需要根據膜組件的蒸汽排出量而確定，換熱器的形式可以 是管殼式、平板式等各種形式適合于汽-液、液-液換熱工況的換熱裝 置。
如果加熱系統使用蒸汽加熱，在上述基礎上經過8. 6和8. 7后仍 未冷凝的蒸汽可^C蒸氣噴射式熱泵加溫加壓后進入加熱裝置而利用。根據需要蒸汽噴射式熱泵也可以直接同膜組件7. 1、 7.2、 7.3、 7.4、 7.5、 7. 6相連接，把從膜組件內抽出的蒸汽直接經過加壓升溫后用 于加熱循環料液，蒸汽在加熱循環料液的過程中冷凝為蒸鎦水。
6、 減壓設備尸'于保持相應于循環料液膜的另一側的負壓，多
種形式的真空泵可用于本脫鹽系統。如果使用蒸汽加熱，部分或全部 負壓可由蒸汽噴射式熱泵的使用而產生。
7、 系統控制及檢測包括流速、溫度、壓力、濃度等的控制與 測試。
本發明的水處理裝置能夠有效回收和重復利用大部分蒸發潛熱， 能夠有效(分離)處理不同濃度的各種酸堿鹽水溶液。該減壓膜蒸餾 分離裝置不僅可用于以水蒸發為基礎的各種分離過程，而且可用于溶 液中的低濃揮發性有機物的分離和溶解氣體的脫除。本發明裝置能夠 根據實際需求，通過增加單個膜組件的膜面積、串聯組件的數量以及 進行多組膜組件的并f關設計來提高設備的處理量和規模。
圖l是熱量回收減壓膜蒸餾裝置示意圖1.1、原料水，1.2、排 放濃液，1.3、蒸餾水，1.4、冷卻水，1.5、蒸汽，2、預處理裝置，
3.1、 原料液泵，3.2、物料液循環泵，3.3、真空泵，4.1、流量計，
4.2、 溫度計，4.3、壓力表，4.4、電導率儀，4.5、閥門，5.1、儲 液槽，5.2、緩沖罐，6.1、蒸汽噴射式熱泵，6.2、加熱裝置，7.1、 7.2、 7.3、 7.4、 7.5、 7.6、膜蒸餾膜組件，8.1、 8.2、 8.3、 8.4、 8.5、 8.6、 8.7、 8.8、 8.9、換熱器，9、汽-水分離器。
具體實施方式
如圖1所示，經過預處理(2 )的原料水溶液(1.1)被原料液泵 (3. 1 )送入膜蒸餾系統，經換熱器(8. 6, 8. 8， 8. 7 )預熱后在儲 液槽(5. 1)內與高濃度循環液混合。混合液經循環泵(3. 2 )加壓后 進入加熱器(6.2)加熱至預定溫度，然后以一定的流速順序通過系 列串聯的膜組件(7. 1、 7.2、 7.3、 7.4、 7.5、 7.6)。在膜組件(7. 1、 7.2、 7.3、 7.4、 7.5、 7.6)內，高溫料液內的水發生汽化，在真空 (3.3)作用下不同溫度的水蒸氣(溫度由高到低)分別進入換熱器 (8.1、 8.2、 8.3、 8.4、 8.5、 8. 6)進行冷凝換熱。從最后一級膜組件(7. 6 )內流出的被進一步濃縮的低溫料液，再順序進入換熱器(8. 5、 8.4、 8.3、 8.2、 8. 1)的一側同另一側來自膜組件的水蒸氣進行熱交 換，其結果是物料液被加溫，而水蒸氣被冷凝。從最后一級膜組件 (7. 6 )抽出的水蒸氣由于其溫度較低而被用于(通過換熱器(8. 6 )) 加熱補充原料水溶液(1. 1 )。被換熱器(8. 5、 8.4、 8.3、 8.2、 8.1) 冷凝且具有較高溫yl的蒸餾水及部分未凝蒸汽通過換熱器(8. 7)對 補充原料水溶液(1. i)進一步加熱。纟皮預熱的補充原料水溶液(1.1) 和經過換熱器(8. 5、 8. 4、 8. 3、 8. 2、 8. 1 )加熱的循環物津+液共同 流入儲液槽(5. 1),混合后再次被加熱(6. 2 )進行膜蒸餾。
循環體系內的部分高濃物料液(1. 2 )通過調節閥門(4. 5 )排出 膜蒸餾系統，其部分熱量通過換熱器(8. 8 )同補充物料液(1. 1 )進 行交換回收，同時儲存于緩沖罐(5. 2 )的蒸餾水(1.3)也不斷從膜 蒸餾系統內釋出，原料水溶液(1. 1 )的補充是通過原料液泵(3. 1) 而輸入膜蒸餾系統的。
經過換熱器(8. 6和8. 7 )冷凝和降溫后的蒸餾水以及可能存在 的少量蒸汽通過換熱器(8.9)進一步降溫后使用。如果膜蒸餾系統 使用蒸汽(1.5)加熱，最后未被冷凝的蒸汽在經過汽-水分離器(9 ) 后4皮蒸汽噴射式熱泵(6. 1)加溫加壓后回到加熱器(6. 2 )加熱循環 物料液。另外，根據需要蒸汽噴射式熱泵(6. 1)也可以直接同膜組 件相連接，把從膜組件內抽出的蒸汽直接經過蒸汽噴射式熱泵(6. 1) 加壓升溫后用于加熱循環料液，蒸汽在加熱器(6.2)內加熱循環料 液的過程中冷凝為蒸餾水。
實施例1
物料水溶液海水 預處理沉淀、沙濾、微濾
膜及膜組件聚'丙烯中空纖維膜，板框式錯流膜組件結構 熱回收裝置管殼式4太質換熱器，蒸汽噴射式熱泵 加熱熱源為熱電廠乏汽，物料液的膜組件進口溫度90。C 結果產品為蒸餾水、12%含鹽濃海水，熱量回收利用率85%。 實施例2
物料水溶液含辟l酸(1M)和鹽酸(1M)的工業廢水預處理微濾
膜及膜組件聚四氟乙烯中空纖維膜，管殼式膜組件結構
熱回收裝置塑料材質換熱器，蒸汽噴射式熱泵
加熱低壓蒸汽，物料液的膜組件進口溫度85T
結果產品為蒸餾水、高濃含酸水溶液，熱量回收利用率80%。
實施例3
物料水溶液高鹽度有機合成工業廢水(其中氯化鈉8%、其它 金屬鹽含量1%， C0D 8000ppm) 預處理沉淀、徵濾、超濾
膜及膜組件聚4-曱基-l-戊烯中空纖維膜，管殼式錯流組件結
構
熱回收裝置銅鎳合金螺旋式換熱器
加熱可燃工業廢氣，物料液的膜組件進口溫度76。C
結果產品為蒸餾水、30%含鹽濃縮液，熱量回收利用率66%。
權利要求1、一種能夠有效進行熱量回收的減壓膜蒸餾裝置，其特征包括膜蒸餾系統和與膜一側相連接的減壓系統以及與其另一側相連接的液體循環系統、與液體循環系統相結合的循環液體加熱設備、與減壓系統和液體循環系統相聯系的熱量回收系統。
2、 根據權利要求l所述的減壓膜蒸餾裝置，其特征是膜蒸餾系統是由 單個或多個并列或串聯的膜組件組構成的，每一個膜組件組由單個或多個 串聯或并聯的膜組件組成；膜組件的核心組成部分是多孔非極性高分子膜， 高分子膜的形式可為中空纖維膜、管式膜和平板膜，膜組件的形式包括板 框式錯流膜組件結構、管殼式膜組件結構、巻式膜組件結構、纏繞式膜組 件結構。
3、 根據權利要求1所述的減壓膜蒸餾裝置，其特征是液體循環系統主 要包括泵、管路系統、控制閥、儲液裝置、沉淀過濾設備，以及與此相聯 系的流量、溫度、壓力、濃度參數的測試儀表和控制系統。
4、 根據權利要求l所述的減壓膜蒸餾裝置，其特征是減壓系統用于保 持系統的負壓，主要包括真空泵、緩沖裝置、管路、儲水槽，以及與之相 關的壓力、溫度、流量、濃度參數的測試儀表和控制系統；在加熱系統使 用高溫蒸汽加熱的條件下，該裝置還可包括一個或一組蒸汽噴射式熱泵和 汽-水分離器。
5、 根據權利要求l所述的減壓膜蒸餾裝置，其特征是熱量回收系統是 由多個換熱器組成的，其中與每一個膜組件或膜組件組相連的換熱器為汽-液換熱器，除與最后第一級或包括倒數第二級膜組件或膜組件組相連的換 熱器外，其它與膜組件或膜組件組相連的換熱器串聯組合；從最后一級膜 組件或膜組件組內流出的低溫物料液以相反的方向進入串聯換熱器序列同 從膜組件內抽出的水蒸汽進行熱交換；另外的換熱器分別同末級膜組件或膜組件組、排放液以及高溫冷凝7JC相連接。
6、 根據權利要求1所述的減壓膜蒸餾裝置，其特征是循環液體加熱設 備包括各種能夠將循環料液加熱到5Q。C至IO(TC的加熱裝置。
專利摘要本實用新型涉及一種能夠有效進行熱量回收的減壓膜蒸餾(VMD)裝置，包括膜蒸餾系統、熱量回收系統、加熱設備、減壓設備、液體循環系統、預處理系統、系統控制及檢測。本實用新型的減壓膜蒸餾裝置能夠利用低溫熱源、熱量利用率高、設備效率高、脫鹽率高、應用范圍廣。
文檔編號C02F1/04GK201139961SQ20072010002
公開日2008年10月29日 申請日期2007年10月22日 優先權日2007年10月22日
發明者侯愛平, 董為毅 申請人:天津海之凰科技有限公司