用于除盐的真空气隙膜蒸馏体系的制作方法

用于除盐的真空气隙膜蒸馏体系的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于除盐目的的真空气隙膜蒸馏系统。更特别地，本发明涉及一种具有多个单元的膜蒸馏体系，其中由于所述体系内的温度差和压差，体系的通量得以增加。所述真空气隙膜蒸馏体系的构造允许有效再循环体系内的潜热，从而降低体系的能量消耗。
【专利说明】用于除盐的真空气隙膜蒸馏体系

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于除盐的真空气隙膜蒸馏体系。更特别地，本发明涉及一种要 求最小能量消耗的用于高度有效的除盐过程的具有多个单元（cell)的膜蒸馏体系。

【背景技术】
[0002] 膜蒸馏（MD)为热驱动过程，其中仅蒸气分子传输通过膜层。用于被蒸馏物的液 体进料位于膜的一侧，用于由蒸气分子冷凝的馏出物或收集液体的收集区域位于膜的另一 侦k被蒸馏物通常被加热，馏出物通常在比被蒸馏物更冷的温度下。蒸发在膜的经加热的被 蒸馏物侧上发生，冷凝在膜的更冷的馏出物侧上发生。由于被蒸馏物侧具有比馏出物侧高 得多的温度，因此被蒸馏物侧具有比馏出物侧更高的蒸气压。当膜分离被蒸馏物与馏出物 时，在膜的两侧之间存在蒸气压梯度。该蒸气压梯度为使来自被蒸馏物侧的蒸发液体传输 通过膜至馏出物区域的主要驱动力，在所述馏出物区域处，蒸气随后冷凝成所需液体。协助 蒸气分子传输通过膜层的另一驱动力为热扩散。由于被蒸馏物侧与馏出物侧之间的温差， 蒸发的水分子从具有更高温度的一侧扩散至具有更低温度的一侧。
[0003] 相比于反渗透体系和纯蒸馏体系，MD体系更有利，因为MD体系在低得多的压力和 更低的温度下操作。自从约20世纪60年代后期，MD体系出现，但部分由于可通过典型的 除盐过程而获得的低的通量率，MD体系并未作为水除盐过程而被广泛商业采用。近来，由 于对现有MD体系的各种改进所进行的大量研究，MD体系被认为是用于处理海水的潜在可 行的解决方法。另外，如今最新的MD体系可接入可再生热源（如太阳能或由电厂产生的过 剩热）以加热被蒸馏物，从而产生更能量有效且更成本有效的MD体系，使得这些体系对于 商业活动更可行。目前存在四种一般类型的膜蒸馏体系，这些包括气隙膜蒸馏（AGMD)、直接 接触膜蒸馏（DCMD)、吹扫气膜蒸馏（SGMD)和真空膜蒸馏（VMD)。
[0004] 在AGMD体系中，冷水进料与膜的馏出物侧之间存在气隙，而膜的被蒸馏物侧与热 水进料直接接触。经过滤的水蒸气在穿过气隙定位的冷却金属板上冷凝之前扩散通过气 隙。冷凝物随后通过重力而排出气隙腔体。AGMD体系的一个缺点在于，在气隙腔体内存在 停滞空气。该停滞空气降低体系的通量率，因为归因于停滞空气的阻力降低体系的质量传 递速率。
[0005] 在DCMD体系中，膜在一侧与冷水进料直接接触，并在另一侧与热水进料直接接 触。由膜过滤的蒸发的水蒸气冷凝，并在膜的冷水侧处与更冷的水组合。DCMD体系最适用 于除盐应用和降低水溶液的浓度。DCMD体系的一个缺点在于，尽管膜的差的传导性，热量从 被蒸馏物侧直接传导通过膜至馏出物侧。因此，提供至被蒸馏物的热量中的仅一部分被用 于蒸发过程。由于馏出物与膜直接接触，因此馏出物损失了提供至被蒸馏物的热量的其余 部分，从而产生具有极低热效率的体系。
[0006] SGMD体系通常在膜的馏出物侧使用气流作为水蒸气的载体。吹过膜表面的气流从 膜的表面和/或孔穴去除水蒸气粒子至冷凝室中。水蒸气在外部冷凝室内冷凝，并收集以 用于进一步使用。除了降低热传导损失之外，气流也降低质量传递阻力。SGMD体系最适用 于需要从水溶液中去除挥发物的应用。SGMD体系的缺点在于，需要大的吹扫气流以实现显 著的渗透产率，且需要外部冷凝器以用于冷凝过程。
[0007] VMD体系通常在膜的馏出物侧使用真空，以提取水蒸气。经提取的水蒸气在单独 的冷凝装置中冷凝。不同于利用扩散通量来影响水蒸气的传递的DCMD和AGMD体系，膜的 被蒸馏物侧与膜的馏出物侧之间的更大的压差产生通过膜的孔穴的对流质量流，这有助于 VMD体系的总质量传递。VMD体系的优点在于，由于馏出物侧的低的压力而使得体系的热传 导损失为可忽略的，且VMD体系的质量通量通常比其他MD体系更大。与SGMD体系类似， VMD体系最适用于需要从水溶液中去除挥发物的应用。VMD体系的一个缺点在于，必须提供 外部冷凝器以用于经收集的水蒸气分子的冷凝。
[0008] 增加DCMD体系的通量传递的一些提出的方法包括将真空施加至膜的渗透物 侦牝以使渗透物流在真空或减压下流动。这种方法公开于代表内华达大学雷诺分校 (UniversityofNevada,Reno)的以内华达高等教育体系董事会（BoardofRegentsof theNevadaSystemofHigherEducation)的名义公开于2011年10月4日的美国专利 No. 8, 029, 671B2。该公开公开了一种真空增强直接接触膜蒸馏体系。在所公开的体系中， 真空施加至渗透物侧，以产生通过蒸馈膜的更高的通量传递速率。以TzahiY.Cath等人名 义公开于2010年4月15日的美国公布No. 2010/0089830也公开了一种通过将真空施加至 渗透物流而增加DCMD体系的通量的方法。跨过膜的蒸汽压差则使得被蒸馏物中的水蒸发， 经过膜并在渗透物流中冷凝。在这些公布中公开的真空增强的DCMD体系的一个缺点在于， 水蒸气的冷凝在与膜直接接触的渗透物溶液内发生。因此，渗透物溶液必须在整个过程中 保持为未被污染的状态。通常，为了获得这种状态，需要外部过滤装置。另外，由于冷凝物 与渗透物溶液混合，将难以检测膜内的渗漏或检测润湿孔隙。
[0009] 在典型的VMD体系中，渗余物/被蒸馏物流的蒸气压和VMD体系的蒸气空间的 绝对压力基本上保持在相同压力下，以避免蒸馏膜的高机械载荷。当超过蒸馏膜的液体 进入压力时，发生孔隙润湿，使得蒸馏膜不起作用。避免VMD体系中的蒸馏膜的高机械载 荷的一个方法公开于以WolfgangHeinzl的名义公开于2011年10月4日的美国专利 No. 8, 029, 675中。该公布公开了一种方法和装置，其中将负压施加于渗余物流，从而降低渗 余物流的绝对压力。具体地，渗余物流的压力降低至VMD体系中的蒸气隙的负压水平。
[0010] 现有提出的VMD体系通过将渗余物/被蒸馏物流的压力降低至VMD体系的负压水 平而避免蒸馏膜的过载。在这种体系中，由于渗余物流与蒸气隙之间的压差保持为最小，因 此通过蒸馏膜的所得通量率更低。在这种体系中，蒸发的水分子通过扩散从具有更高温度 的一侧传递通过蒸馏膜至更低温度的一侧。因此，这种体系通常需要最少数量的用于这些 体系的膜模块以商业可行。
[0011] 由于现有的膜蒸馏体系通常不足够有效以商业可行，因此这些体系是不利的。因 此，本领域技术人员不断寻找设计膜蒸馏体系的方式，所述膜蒸馏体系具有足够高的通量 率、足够低的能量消耗和优良的过滤精度以使膜蒸馏体系在商业规模上是可行的。


【发明内容】

[0012] 根据本发明，本领域的如上问题和其他问题得以解决，且获得了本领域的进步。根 据本发明的真空气隙膜蒸馏（VAGMD)体系的第一优点在于，VAGMD体系具有独立于冷凝物 收集出口的提取出口，以从冷凝室中去除不可冷凝的气体。根据本发明的VAGMD体系的第 二优点在于，VAGMD体系利用跨VAGMD体系的温度梯度和跨蒸馏膜的蒸气压梯度来获得高 通量率和回收率。根据本发明的VAGMD体系的第三优点在于，将真空压力施加至冷凝室， 从而使冷凝室具有部分真空。冷凝室内的部分真空增加了跨蒸馏膜的蒸气压梯度，这转而 允许体系有效获得高通量和回收率。根据本发明的VAGMD体系的第四优点在于，可承受至 少350千帕的液体进入压力的具有液体-蒸气界面的三层复合材料纳米纤维膜可与所述体 系一起使用，从而产生急剧的跨膜的蒸气压梯度。这转而允许体系有效获得高通量和回收 率。根据本发明的VAGMD体系的第五优点在于，VAGMD体系的构造允许进料溶液回收并再 利用来自流动溶液的潜热。该构造允许回收来自流动溶液的热量的至少85%，因此有效降 低VAGMD体系的总能量消耗。
[0013] 根据本发明的另外的实施方案，可使用具有商接触角（CA>90 ° )、具有水的商液 体进入压力（LEPw)且高度多孔的商用膜。
[0014] 根据本发明的一个实施方案，脱盐体系包括具有被蒸馏物侧和馏出物侧的蒸馏 膜；和具有馏出物侧和进料侧的冷凝片。冷凝片的馏出物侧面向蒸馏膜的馏出物侧，从而形 成冷凝室。所述冷凝室具有用于收集冷凝物的收集出口和用于提取冷凝室内的不可冷凝的 气体的提取出口。将真空产生装置连接至收集出口和提取出口，以将真空提供至所述冷凝 室，并促进收集和提取过程。在操作中，流动溶液与蒸馏膜的被蒸馏物侧流体连通，进料溶 液与冷凝片的进料侧流体连通。所述流动溶液的温度也高于所述进料溶液的温度。
[0015] 根据本发明的一个实施方案，将负压提供至收集出口和提取出口，以使所述冷凝 室具有部分真空。
[0016] 根据本发明的一个实施方案，将第一负压提供至所述收集出口，将第二负压提供 至所述提取出口。
[0017] 根据本发明的另外的实施方案，将收集装置连接至所述收集出口，将提取装置连 接至所述提取出口。所述收集装置和提取装置可包括泵和热压机或注射器。收集装置用于 收集来自所述冷凝室的冷凝物，而提取装置用于从所述冷凝室提取不可冷凝的气体。此外， 当水蒸气在所述冷凝片的馏出物侧冷凝时，流动溶液的潜热传递至进料溶液。
[0018] 根据本发明的另外的实施方案，提供热交换器。所述热交换器与所述进料溶液和 流动溶液流体连通。所述热交换器在分配作为流动溶液的经加热的进料溶液之前，接收进 料溶液并增加进料溶液的温度。
[0019] 根据本发明的另外的实施方案，进料溶液可包含盐水，流动溶液可包含经加热的 盐水。
[0020] 根据本发明的另一实施方案，所述收集出口和所述提取出口位于所述冷凝室的相 对端。
[0021] 根据本发明的另外的实施方案，所述冷凝片与所述蒸馏膜之间的距离为2mm至 4mm之间。
[0022] 根据本发明的另外的实施方案，所述蒸馏膜可包含可承受至少350千帕的液体进 入压力的具有液体-蒸气界面的三层复合材料纳米纤维膜。
[0023] 根据本发明的另一实施方案，所述蒸馏体系可包括多个VAGMD单元，所述多个 VAGMD单元可级联在一起而形成模块。

【专利附图】

【附图说明】
[0024] 根据本发明的方法和装置的如上优点和特征在如下详细描述中进行描述，并示于 附图中：
[0025] 图1示出了根据本发明的一个实施方案的单单元膜蒸馏体系；
[0026] 图2示出了通过根据本发明的一个实施方案的膜蒸馏体系的单个单元的压力和 温度分布；
[0027] 图3示出了根据本发明的一个实施方案的三层复合材料纳米纤维膜的横截面图；
[0028] 图4示出了根据本发明的一个实施方案的双单元膜蒸馏体系；
[0029] 图5示出了根据本发明的一个实施方案的热压机；
[0030] 图6示出了根据本发明的一个实施方案的热压机的操作；
[0031] 图7示出了根据本发明的一个实施方案的具有热交换器的双单元膜蒸馏体系；
[0032] 图8示出了根据本发明的一个实施方案的膜蒸馏体系；
[0033] 图9示出了当被蒸馏物的温度增加时，DCMD、VMD、AGMD和根据本发明的一个实施 方案的膜蒸馏体系的通量密度；
[0034] 图10示出了当被蒸馏物的温度增加时，DCMD、VMD、AGMD和根据本发明的一个实施 方案的膜蒸馏体系的脱盐能力；
[0035] 图11示出了当进料速度增加时，根据本发明的一个实施方案的膜蒸馏体系的通 量密度和脱盐能力；
[0036] 图12示出了当冷凝室中的真空压力增加时，根据本发明的一个实施方案的膜蒸 馏体系的通量密度和脱盐能力；
[0037] 图13示出了当进料溶液的温度增加时，根据本发明的一个实施方案的膜蒸馏体 系的通量密度和脱盐能力；
[0038] 图14示出了根据本发明的一个实施方案的膜模块组件；
[0039] 图15不出了根据本发明的一个实施方案的膜模块组件的第一端板；
[0040] 图16示出了根据本发明的一个实施方案的膜模块组件的冷板；
[0041]图17示出了根据本发明的一个实施方案的膜模块组件的真空板；
[0042] 图18示出了根据本发明的一个实施方案的膜模块组件的热板；以及
[0043] 图19示出了根据本发明的一个实施方案的膜模块组件的第二端板；

【具体实施方式】
[0044] 本发明涉及一种用于除盐的真空气隙膜蒸馏系统。更特别地，本发明涉及一种要 求最小能量消耗的用于高度有效的除盐过程的具有多个单元的膜蒸馏系统。
[0045] 根据本发明的一个实施方案的单单元真空气隙膜蒸馏（VAGMD)体系包括用于进 料溶液的腔、用于流动溶液的腔、用于收集蒸发水蒸气的腔、蒸馏膜和冷凝片。图1示出了 根据本发明的一个实施方案的这种单单元VAGMD体系。VAGMD体系100包括蒸馏膜105、冷 凝片110、用于进料溶液的腔115、用于流动溶液的腔120,和在任一侧上通过蒸馏膜105和 冷凝片110界定的冷凝室140。
[0046] 蒸馏膜105的被蒸馏物侧与流动溶液120流体连通，蒸馏膜105的馏出物侧面向 冷凝片110的馏出物侧。蒸馏膜105的被蒸馏物侧由箭头106显示，蒸馏膜105的馏出物 侧由箭头107显示。蒸馏膜105可包括具有足够高的液体进入压力壁垒的任何可透蒸气不 透液体的膜。所述膜必须具有足够高的液体进入压力壁垒，以确保在增加跨膜压差时不润 湿膜的孔隙。这种膜的一个例子为如图3所公开的三层复合材料纳米纤维膜。复合材料纳 米纤维膜将在如下更详细地讨论。冷凝片110可为任何类型的不可渗透的导热非多孔片， 如聚酯片、聚丙烯片或聚四氟乙烯（PTFE)片。冷凝片110的功能在于提供用于包含于冷凝 室140内的水蒸气的冷凝的表面。冷凝片110的进料侧与进料溶液115流体连通，冷凝片 110的馏出物侧面向蒸馏膜120的馏出物侦彳。另外，必须仔细选择蒸馏膜105的馏出物侧与 冷凝片110的馏出物侧之间的距离Ad，因为距离Ad影响VAGMD体系100的性能。距离 Ad贡献VAGMD体系100的质量传递阻力。在操作中，当距离Ad增加时，体系的渗透物通 量增加，直至渗透物通量达到峰值。一旦体系的渗透物通量达到所述峰值，则体系的渗透物 通量随着距离Ad增加而降低。体系的渗透物通量的降低归因于随着距离Ad增加而增加 的质量传递阻力。Ad与体系的渗透物通量之间的关系示于下表2中。
[0047] 在操作中，进料溶液115保持在比流动溶液120更低的温度下。提供至收集出口 135和提取出口 130的真空压力将产生在冷凝室140内形成的部分真空。由于冷凝室140 与流动溶液120之间的温差和压差，蒸发的水蒸气分子将从流动溶液120漂移和扩散通过 蒸馏膜105至冷凝室140。冷凝室140内的水蒸气将在冷凝片110的馏出物侧上冷凝，从而 形成冷凝物125。冷凝物125在收集出口 135处收集。包含于冷凝室140内的任何不可冷 凝的气体通过提取出口 130提取出来。
[0048] 图2示出了跨单单元VAGMD体系100的温度分布。在该图中也示出了跨膜105的 蒸气压分布。如上所述，在操作中，进料溶液115保持在比流动溶液120更低的温度下。如 图2所示，由于进料溶液115与流动溶液120之间的温差，温度梯度分布存在于这两个溶液 之间。来自流动溶液120的蒸发水分子扩散通过蒸馏膜105至具有比流动溶液120更低温 度的冷凝室140。通过蒸馏膜105的温度梯度越急剧，则水分子越快蒸发和漂移通过直至冷 凝室140。冷凝片110的馏出物侧在比蒸馏膜105的馏出物侧更低的温度下。该温差使得 蒸发的水分子朝向冷凝片110扩散。水分子随后在冷凝片110的表面处冷凝，从而形成冷 凝物125(如图1所示）。由于冷凝片110的优良热导率，冷凝片110的表面保持在与进料 溶液115大约相同的温度下。
[0049] 另外，将真空压力施加至冷凝室140,从而在冷凝室140内产生部分真空环境。这 产生压力梯度，如图2所示。随着跨蒸馏膜105的压差增加，跨蒸馏膜105的通量也增加。 因此，在VAGMD体系100中，存在影响体系的通量和蒸馏速率的两个驱动力。所述驱动力为 通过VAGMD体系100的温度梯度和通过蒸馏膜105的蒸气压梯度。在典型的膜蒸馏体系中， 通常使通过蒸馏膜的压差达到最小，以避免蒸馏膜的高机械载荷和热载荷，所述高机械载 荷和热载荷将导致孔隙润湿。对于本发明，相比于由典型的膜蒸馏体系采用的实践，使通过 蒸馏膜105的压差保持尽可能大，以确保通过蒸馏膜105的通量在最大可允许速率下。此 夕卜，连续去除在冷凝室140中的冷凝水，因此降低了蒸馏膜105的孔隙润湿趋势。可通过使 用如图3所示的三层复合材料纳米纤维膜来避免蒸馏膜105的孔隙润湿。因此，本发明能 够完全利用所述两种驱动力，以获得有效的蒸馏体系回收率和通过蒸馏膜的通量率。
[0050] 图3示出了可用于本发明的一个实施方案中的三层复合材料纳米纤维膜300。这 种三层复合材料膜的完全描述提供于以NgeeAnnPolytechnic的名义在2011年11月17 日提交的PCT申请NO.PCT/SG2011/000407中。如图3所示，静电纺丝纳米纤维层305的外 表面与进料溶液120相邻，而背衬层310的外表面为面向冷凝片110的馏出物侧的馏出物 侦k微孔层315充当过滤器，从而自从进料溶液120蒸发的蒸气去除污染物。然后，经过滤 的蒸气扩散通过冷凝室140,并在温度更低的冷凝片110的表面处冷凝。在流动溶液侧添 加静电纺丝纳米纤维层305的情况下，复合材料膜300的疏水性大大增加。由于静电纺丝 纳米纤维层305所贡献的增加的疏水性，复合材料膜300可在膜蒸馏应用中有效实际地使 用，因为微孔层315中的孔隙现在被更疏水的纳米纤维层305有效保护。在复合材料膜300 中，液体-蒸气界面在流动溶液120邻接纳米纤维层305的边界处在膜孔隙的入口处形成， 蒸气-液体界面在微孔层315邻接背衬层310的边界处在膜孔隙的入口处形成。蒸发在流 动溶液120邻接纳米纤维层305的液体-蒸气界面处发生，水分子扩散通过冷凝室140至 冷凝片110。
[0051] 可使用静电纺丝技术在微孔层315的第一表面上形成静电纺丝纳米纤维层305。 当使用疏水性材料（如PVDF)制造微孔层315时，微孔层315的接触角为70°至130°之 间。由于微孔层315的接触角，液体液滴仍然在微孔层315的表面上部分铺展。液体液滴在 膜表面上的铺展对于膜蒸馏应用是有害的，因为微孔层315中的孔隙将容易地使水浸透， 从而使得膜无用。通过将静电纺丝纳米纤维层305沉积至微孔层315的第一表面上，膜的 疏水性大大增加，因为纳米纤维层305的接触角为140°至160°之间。由于在微孔层315 上形成的纳米纤维层305的极高疏水性，微孔层315的孔隙将不会容易地使水浸透。纳米 纤维层305具有0. 05 y m至5. 0 y m之间的孔隙尺寸。由于纳米纤维层305的孔隙率和孔 隙尺寸，空气被捕获于孔隙之间，从而在纳米纤维层305内形成空气气泡。这些空气气泡充 当防止流动溶液120与进料溶液115之间的热传递的热绝缘体，从而有效降低体系的热损 失。
[0052] 在VAGMD体系100中使用复合材料膜300的另一优点在于，这些膜能够承受比典 型的蒸馏膜更高的液体进入压力（LEP)。复合材料膜300的所述性质允许跨复合材料膜300 地存在急剧的压力梯度，这转而产生通过膜的通量率的增加。如下表1显示了各个层的各 种组合的LEP之间的比较。
[0053]表1
[0054]

【权利要求】
1. 一种除盐体系，其包括： 第一蒸馏膜，所述第一蒸馏膜具有被蒸馏物侧和馏出物侧，其中具有第一温度的流动 溶液与所述第一蒸馏膜的被蒸馏物侧流体连通； 第一冷凝片，所述第一冷凝片在离所述第一蒸馏膜的馏出物侧的指定距离处，并具有 进料侧和馏出物侧，其中所述第一冷凝片的馏出物侧面向所述第一蒸馏膜的馏出物侧，具 有第二温度的进料溶液与所述第一冷凝片的进料侧流体连通，其中所述流动溶液的第一温 度大于所述进料溶液的第二温度； 第一冷凝室，所述第一冷凝室在所述第一蒸馏膜的馏出物侧与所述第一冷凝片的馏出 物侧之间形成，并具有第一收集出口和位于所述第一收集出口的远侧的第一提取出口，和 真空产生装置，所述真空产生装置与所述第一收集出口和所述第一提取出口连通。
2. 根据权利要求1所述的除盐体系，其中所述第一收集出口和所述第一提取出口提供 有负压，从而使所述第一冷凝室具有部分真空。
3. 根据权利要求2所述的除盐体系，其中所述第一收集出口提供有第一负压。
4. 根据权利要求2所述的除盐体系，其中所述第一提取出口提供有第二负压。
5. 根据权利要求2所述的除盐体系，其还包括： 收集装置，所述收集装置与所述第一收集出口连通，其中当将负压提供至所述第一收 集出口时，在所述第一冷凝片的馏出物侧形成的冷凝流体由所述收集装置收集；且 其中当所述冷凝流体在所述第一冷凝片的馏出物侧形成时，来自所述流动溶液的潜热 被传递至所述进料溶液。
6. 根据权利要求5所述的除盐体系，其中所述收集装置包括： 栗；和 热压机。
7. 根据权利要求2所述的除盐体系，其还包括： 提取装置，所述提取装置与所述第一提取出口连通，其中当将负压提供至所述第一提 取出口时，在所述第一冷凝室内的不可冷凝的气体由所述提取装置提取。
8. 根据权利要求6所述的除盐体系，其中所述提取装置包括： 栗；和 热压机。
9. 根据权利要求1所述的除盐体系，其还包括： 泵，所述泵与所述进料溶液、所述流动溶液和所述真空产生装置流体连通。
10. 根据权利要求1所述的除盐体系，其还包括： 热交换器，所述热交换器与所述流动溶液和所述进料溶液流体连通。
11. 根据权利要求10所述的除盐体系，其中所述热交换器还包括： 进料路径，所述进料路径用于接收所述进料溶液并将所述进料溶液加热至预定温度， 以形成流动溶液；和 流动路径，所述流动路径用于排出所述流动溶液。
12. 根据权利要求1所述的除盐体系，其中所述真空产生装置包括： 栗；和 热压机。
13. 根据权利要求1所述的除盐体系，其中所述进料溶液包含盐水。
14. 根据权利要求1所述的除盐体系，其中所述流动溶液包含经加热的盐水。
15. 根据权利要求1所述的除盐体系，其中所述第一提取出口和所述第一收集出口位 于所述冷凝室的相对端。
16. 根据权利要求1所述的除盐体系，其中所述第一冷凝片与所述第一蒸馏膜的馏出 物侧之间的指定距离为2mm至4mm之间。
17. 根据权利要求1所述的除盐体系，其中所述第一蒸馏膜包括： 可承受至少350千帕的液体进入压力的具有液体-蒸气界面的膜。
18. 根据权利要求17所述的除盐体系，其中所述第一蒸馏膜的膜为三层复合材料膜。
19. 根据权利要求18所述的除盐体系，其中所述三层复合材料纳米纤维膜的被蒸馏物 侧包括疏水性静电纺丝纳米纤维层，且所述三层复合材料纳米纤维膜的馏出物侧包括亲水 性背衬层。
20. 根据权利要求2所述的除盐体系，其中所述第一冷凝室保持在低于所述流动溶液 的蒸气压的压力下。
21. 根据权利要求1所述的除盐体系，其还包括： 第二蒸馏膜，所述第二蒸馏膜还包括被蒸馏物侧和馏出物侧，其中所述第二蒸馏膜的 被蒸馏物侧与所述流动溶液流体连通； 第二冷凝片，所述第二冷凝片在离所述第二蒸馏膜的馏出物侧的指定距离处，并具有 进料侧和馏出物侧，其中所述第二冷凝片的馏出物侧面向所述第二蒸馏膜的馏出物侧，且 其中所述第二冷凝片的进料侧与所述进料溶液流体连通； 第二冷凝室，所述第二冷凝室在所述第二蒸馏膜的馏出物侧与所述第二冷凝片的馏出 物侧之间形成，并具有第二收集出口和位于所述第二收集出口的远侧的第二提取出口，和 真空产生装置，所述真空产生装置与所述第二收集出口和所述第二提取出口连通。
22. 根据权利要求21所述的除盐体系，其中所述第一和第二收集出口和所述第一和第 二提取出口提供有负压，从而使所述第一和第二冷凝室具有部分真空。
23. 根据权利要求22所述的除盐体系，其中所述第一收集出口提供有第一负压。
24. 根据权利要求22所述的除盐体系，其中所述第一提取出口提供有第二负压。
25. 根据权利要求22所述的除盐体系，其还包括： 收集装置，所述收集装置与所述第一和第二收集出口连通，其中当将负压提供至所述 第一和第二收集出口时，在所述第一和第二冷凝片的馏出物侧形成的冷凝流体由所述收集 装置收集；且 其中当所述冷凝流体在所述第一和第二冷凝片的馏出物侧形成时，来自所述流动溶液 的潜热被传递至所述进料溶液。
26. 根据权利要求25所述的除盐体系，其中所述收集装置包括： 栗；和 热压机。
27. 根据权利要求22所述的除盐体系，其还包括： 提取装置，所述提取装置与所述第一和第二提取出口连通，其中当将负压提供至所述 第一和第二提取出口时，在所述第一和第二冷凝室内的不可冷凝的气体由所述提取装置提 取。
28. 根据权利要求27所述的除盐体系，其中所述提取装置包括： 栗；和 热压机。
29. 根据权利要求21所述的除盐体系，其还包括： 泵，所述泵与所述进料溶液、所述流动溶液和所述真空产生装置流体连通。
30. 根据权利要求21所述的除盐体系，其还包括： 热交换器，所述热交换器与所述流动溶液和所述进料溶液流体连通。
31. 根据权利要求30所述的除盐体系，其中所述热交换器还包括： 进料路径，所述进料路径用于接收所述进料溶液并将所述进料溶液加热至预定温度， 以形成流动溶液；和 流动路径，所述流动路径用于排出所述流动溶液。
32. 根据权利要求21所述的除盐体系，其中所述进料溶液包含盐水。
33. 根据权利要求21所述的除盐体系，其中所述流动溶液包含经加热的盐水。
34. 根据权利要求21所述的除盐体系，其中所述第一提取出口和所述第一收集出口位 于所述冷凝室的相对端。
35. 根据权利要求21所述的除盐体系，其中所述真空产生装置包括： 栗；和 热压机。
36. 根据权利要求35所述的除盐体系，其中所述热压机还包括注射器。
37. 根据权利要求21所述的除盐体系，其中， 所述第一冷凝片与所述第一蒸馏膜的馏出物侧之间的指定距离；和 所述第二冷凝片与所述第二蒸馏膜的馏出物侧之间的指定距离为2_至4_之间。
38. 根据权利要求21所述的除盐体系，其中所述第一和第二蒸馏膜包括： 可承受至少350千帕的液体进入压力的具有液体-蒸气界面的膜。
39. 根据权利要求38所述的除盐体系，其中所述第一和第二蒸馏膜的膜包括三层复合 材料膜。
40. 根据权利要求39所述的除盐体系，其中所述三层复合材料纳米纤维膜的被蒸馏物 侧包括疏水性静电纺丝纳米纤维层，且所述三层复合材料纳米纤维膜的馏出物侧包括亲水 性背衬层。
41. 根据权利要求21所述的除盐体系，其中所述第一和第二冷凝室保持在低于所述流 动溶液的蒸气压的压力下。
42. -种使用蒸馏体系提纯液体的方法，所述蒸馏体系具有第一蒸馏膜和第一冷凝片， 所述第一蒸馏膜具有馏出物侧和被蒸馏物侧，所述第一冷凝片具有馏出物侧和进料侧，并 位于离所述第一蒸馏膜的指定距离处，其中所述第一蒸馏膜的馏出物侧面向所述冷凝片的 馏出物侧，从而形成第一冷凝室，所述第一冷凝室具有第一收集出口和第一提取出口，所述 方法包括如下步骤： 通过真空产生装置，通过所述第一收集出口和所述第一提取出口将负压施加至所述第 一冷凝室； 使流动溶液沿着所述第一蒸馏膜的被蒸馏物侧流动，并使进料溶液沿着所述第一冷凝 片的进料侧流动，其中所述流动溶液在比所述进料溶液更高的温度下； 当来自所述流动溶液的水蒸气在所述第一冷凝片的馏出物侧上冷凝时，将来自流动溶 液的潜热传递至所述进料溶液； 通过所述第一收集出口收集在所述第一冷凝片的馏出物侧上形成的冷凝物；以及 通过所述第一提取出口提取在所述第一冷凝室内形成的不可冷凝的气体。
43. 根据权利要求42所述的方法，其中施加负压的步骤包括： 通过使用泵来泵送液体而产生负压；以及 将经泵送的液体引导通过热压机。
44. 根据权利要求42所述的方法，其中收集冷凝物的步骤包括： 使用泵和热压机产生负压； 将所述负压施加至所述第一收集出口；以及 收集流动通过所述第一收集出口的冷凝物。
45. 根据权利要求42所述的方法，其中提取不可冷凝的气体的步骤包括： 使用泵和热压机产生负压； 将所述负压施加至所述第一提取出口； 从所述第一蒸馏膜内的孔隙提取不可冷凝的气体分子；以及 排出通过所述第一提取出口提取的不可冷凝的气体。
46. 根据权利要求42所述的方法，其还包括如下步骤： 将来自所述第一冷凝片的进料侧的进料溶液引导至热交换器； 使用所述热交换器将所述进料溶液加热至预定温度，以形成流动溶液；以及 将所述流动溶液引导至所述蒸馏膜的被蒸馏物侧。
47. 根据权利要求42所述的方法，其还包括如下步骤： 将来自所述蒸馏膜的被蒸馏物侧的流动溶液引导至进料罐； 混合所述流动溶液与包含于所述进料罐内的进料溶液；以及 从所述进料罐将所述进料溶液泵送至热压机。
48. 根据权利要求47所述的方法，其还包括如下步骤： 使来自所述热压机的进料溶液沿着所述第一冷凝片的进料侧流动。
【文档编号】B01D61/36GK104411384SQ201280073003
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2012年4月2日 优先权日:2012年4月2日
【发明者】J·A·普林斯, G·辛格, T·S·桑穆加孙达拉姆 申请人:义安理工学院