膜蒸馏单元以及膜蒸馏组件的制作方法

本实用新型涉及废水处理领域，更具体地，涉及一种膜蒸馏单元及其组件。

背景技术：

膜分离技术包微过滤、超滤、反渗透、透析、电渗析、气体分离、渗透汽化膜蒸馏、膜萃取等，其中膜蒸馏是最近几年蓬勃发展的一种新型膜分离技术，包含直接接触膜蒸馏(direct contact membrane distillation，DCMD)、气隙膜蒸馏(air gapmembrane distillation，AGMD)、吹扫气体膜蒸馏(sweeping gas membrane distillation，SGDM)和真空膜蒸馏(vacuum membrane distillation，VMD)。各种类型的膜蒸馏具有相同特征的同时更主要地具有各自不同的特征与优越性。

膜蒸馏的原理是利用一疏水性的多孔膜一侧热侧与待处理液直接接触待处理溶液中的水在膜热侧汽化后,气体受压强差的推动而通过膜孔传递到冷侧冷凝后收集或除去。膜蒸馏的突出优点是操作温度相对低热侧温度一般在40-60℃,甚至可以在40℃以下操作可以大大减轻或消除热敏物质在蒸发浓缩过程中的损失或破坏提高产品质量和收率。

DCMD的不足之处在于其能量利用率相对较低，AGMD的通量一般比其它MD结构的通量小，VMD常可得到比渗透汽化大几个数量级的膜通量，VMD相对于其它MD结构的优点之一是通过膜的热传导损失可以忽略不计。

现有技术中缺乏一种能够兼具AGMD和VMD的优点的膜蒸馏装置，来提高膜蒸馏效率和热量利用率。

技术实现要素：

针对相关技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种能够提高膜通量以提高膜蒸馏产水速率的膜蒸馏单元及其组件。

本实用新型的一方面提供了一种膜蒸馏单元，其特征在于，包括：由多孔膜构成的真空腔；供冷媒流过的冷腔；其中，冷腔位于真空腔中并与真空腔密封隔离。

根据本实用新型，真空腔具有用于抽真空和供蒸馏产物流出的真空口。

根据本实用新型，冷腔构造成从真空腔的一侧贯穿到相对的另一侧的直通道，直通道的两端具有冷媒入口和冷媒出口。

根据本实用新型，冷腔构造成螺旋状的冷却盘管，冷却盘管的两端具有冷媒入口和冷媒出口。

根据本实用新型，还包括支撑板，多孔膜覆盖在支撑板的外侧，支撑板的内侧构成真空腔。

根据本实用新型的另一方面，提供一种具有上述的膜蒸馏单元的膜蒸馏组件，其特征在于，膜蒸馏组件还包括外壳；

其中，若干个膜蒸馏单元设置在外壳中并部分或全部浸没于外壳中的热液中。

根据本实用新型，外壳包括热液入口和热液出口，热液入口和热液出口相互错开地设置在外壳的相对两侧。

根据本实用新型，还包括蒸馏产物汇集管，蒸馏产物汇集管与每个膜蒸馏单元的真空口连通。

根据本实用新型，膜蒸馏单元的冷媒入口和冷媒出口与外壳密封地穿过外壳。

根据本实用新型，若干个膜蒸馏单元相互间隔地排列。

本实用新型的有益技术效果在于：

本实用新型的膜蒸馏单元及其组件兼具AGMD和VMD的优点，即在由多孔膜构成的真空腔中减压以提高蒸汽透过多孔膜的速率，同时真空腔内的蒸汽与冷腔中冷媒进行热交换以提高蒸汽的冷却速率，从而进一步提高膜通量和膜蒸馏产水速率，最终提高了膜蒸馏效率和热量利用率。

附图说明

图1是本实用新型的第一实施例的膜蒸馏单元的示意图。

图2是本实用新型的第一实施例的膜蒸馏组件的示意图。

图3是本实用新型的第二实施例的膜蒸馏单元的示意图。

图4是沿图3中线A-A剖面示意图。

图5是本实用新型的第二实施例的膜蒸馏组件的示意图。

具体实施方式

现参照附图对本实用新型进行描述。

参照图1，本实用新型的一方面提供了一种膜蒸馏单元，包括：由多孔膜4构成的真空腔1；供冷媒流过的冷腔2；其中，冷腔2位于真空腔1中并与真空腔1密封隔离。真空腔1具有用于抽真空和供蒸馏产物流出的真空口c。多孔膜4由多个可以透过水蒸气的蒸汽口和膜组成，蒸汽口可以透过外部进入的水蒸气，真空腔1为真空结构，真空腔1内的内部压强小于多孔膜的外部压强，在压力的作用下，加快了水蒸气从蒸汽口进入真空腔1。可以理解的是，真空腔c内的抽真空方法，可以为物理法或者化学法，本实用新型在此不做限制。

此外，冷腔2构造成从真空腔1的一侧贯穿到相对的另一侧的直通道，直通道的两端具有冷媒入口a和冷媒出口b。该直通道为冷腔2。冷液分别经冷媒入口a流入，冷媒出口b流出，使冷腔内的温度低于真空腔1的温度，导致真空腔1内的蒸汽与冷壁3进行热交换，在真空腔冷凝成液体后的气液混合物或液体经真空口c流出。可以理解的是，冷凝液为各种可以使冷腔2温度降低并且不腐蚀冷腔内的冷壁3的液体，本实用新型在此不做限制。

图2是图1中示出实施例的膜蒸馏组件是通过若干个膜蒸馏单元相互间隔地排列形成。在图2示出的优选的实施例中，为5个膜蒸馏单元依次等间隔的排列成一排。在其它可选的实施例中，膜蒸馏单元的排列方式不一定是顺序的、等间隔的或排成一排的，只要完成本实用新型的目的，明显的修改和变化是可能的。在图2的实施例中，冷凝液从冷媒入口a进入 至膜蒸馏组件，并且从冷媒出口b流出。真空腔1、冷腔2、冷壁3、多孔膜4和真空口c与图1中示出的实施例具有相同的结构和功能。此外，图2实施例还包括热液流入的热液入口d和热液流出的热液出口e，在上述的膜蒸馏单元的膜蒸馏组件，膜蒸馏组件还包括外壳5，外壳5包括热液入口d和热液出口e，热液入口和热液出口相互错开地设置在外壳5的相对两侧。通过外壳5组成的膜蒸馏组件的外壳，可以人为的加快热液在膜蒸馏组件内的流动，加快蒸汽产生速率，提高系统效率。通过热液在热液入口d和热液出口e之间的循环流动，可以提高热液热量的利用率。

参考图3，冷腔构造成螺旋状的冷却盘管c，冷却盘管c的两端具有冷媒入口a和冷媒出口b。冷腔还包括支撑板1，多孔膜覆盖在支撑板1的外侧，支撑板1的内侧构成真空腔。图4是沿图3中沿线A-A剖面示意图。冷凝液体从真空口4流出。膜蒸馏单元的冷媒入口a和冷媒出口b与外壳密封地穿过外壳。在图3示出的实施例中，通过螺旋状的冷却盘管c，可以增加冷腔在规定空间的利用率，加快蒸汽冷凝速率，通过多孔膜3封闭后的扁平化结构的膜蒸馏单元，可以增加对外的接触面积，增加蒸汽产生速率，进而提高系统效率。

图5是图3中示出实施例的膜蒸馏组件是通过若干个膜蒸馏单元相互间隔地排列形成。在图3示出的优选的实施例中，为4个膜蒸馏单元按照一定顺序等间隔的排列，其中图3实施例中多孔膜表面相对排列，期间保持了一定的间隔。在其它可选的实施例中，膜蒸馏单元的排列方式不一定是顺序的、等间隔的，只要完成本实用新型说明和描述，明显的修改和变化是可能的。在图5的实施例中，冷凝液从冷媒入口a进入至膜蒸馏组件，并且从冷媒出口b流出。此外，图5实施例还包括热液流入热液腔f的热液入口d和热液从热液腔f流出的热液出口e，在上述的膜蒸馏单元的膜蒸馏组件，膜蒸馏组件还包括外壳5，外壳5包括热液入口d和热液出口e，热液入口和热液出口相互错开地设置在外壳5的相对两侧。若干个膜蒸馏单元设置在外壳5中并部分或全部浸没于外壳5中的热液中。通过外壳5组成的膜蒸馏组件的外壳，可以人为的加快热液在膜蒸馏组件内的流动，加快蒸汽产生速率，提高系统效率。通过热液在热液入口d和热液出口e 之间的循环流动，可以提高热液热量的利用率。此外，还包括蒸馏产物汇集管6，蒸馏产物汇集管6与每个膜蒸馏单元的真空口连通，用于汇集冷凝的液体统一从蒸馏产物汇集管6排出。

在以上所述实施例中，多孔膜还包括加强结构，由于多孔膜内部真空结构，导致多孔膜内外压强差大，使得外部对内部施加了很大的压力，该加强结构用于保护多孔膜在大的压力下不产生变形，使得蒸汽顺利通过多孔膜进入真空腔。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。