膜蒸馏布置的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明一般来讲涉及膜蒸馏布置和设备。本发明特别适合在水处理应用中使用，并且这将方便在下文中公开涉及到该实例性应用的本发明。然而，应当理解本发明不限于该应用，并且可以用于包括流体处理工艺步骤的任何工艺系统、工艺联动装置或工厂。
【背景技术】
[0002]以下关于本发明的背景的讨论旨在帮助理解本发明。然而，应当理解本讨论不是确认或承认所参考的材料中的任一项在本申请的优先权日是公布的、已知的或公知常识。
[0003]膜蒸馏是一种可以用于生产经纯化的工艺用水的工艺。膜蒸馏是一种分离方法，此方法在该膜的一侧使用多孔膜把蒸汽相从热汽化液体进料(或渗余液)中分离出来，并且在另一侧将该蒸汽传递至冷冷凝器、渗透流体或在一些情况下传递至冷表面。用于扩散的驱动力是由穿过该膜的温度差或在该渗透侧降低的蒸气压力产生的蒸汽压力差。利用在汽化流体中的不同组分的相对挥发度实现分离，通过对流机制或扩散机制使得高挥发性汽化流体中的组分的蒸汽能够通过该膜孔。保留的组分通过膜材料的疏水性保持在该汽化流体中，该膜材料对液相是屏障但是允许蒸汽通过该膜。在任何情况下，蒸汽渗透穿过多孔膜，并且在较冷的流体中，或在该冷凝渗透侧的表面上，或在外部安装的冷凝器单元内冷凝。因此，冷凝的蒸汽从该渗余液中除去，并因此有利于将蒸汽从该渗余液中分离。此类有利效果的实例是盐水脱盐。
[0004]存在四种主要类型的膜蒸馏体系:
[0005]1.直接接触式膜蒸馏(DCMD)，其中暖的汽化流和冷冷凝流(馏分流)两个都与该膜直接接触。
[0006]2.空气隙膜蒸馏(AGMD)，其中接触该冷凝流的冷凝器表面通过空气隙与该膜分离。
[0007]3.扫气膜蒸馏(SGMD)，其中该汽化流的汽化的部分通过惰性气体以蒸汽形式除去。
[0008]4.真空膜蒸馏(VMD)，其中该汽化流的汽化的部分通过真空以蒸汽形式除去。
[0009]常常，膜蒸馏设备采用单个膜层布置。然而，当构造多层设备时，该膜通常支撑在支承板上和支承板之间，同时垫圈密封设置在每一个板之间以围绕每一个膜层产生流体密封。支承板中的每一个通常配置有入口通道和出口通道，所述通道包含一系列对齐的垂直(相对于该膜和支承板的纵向平面)延伸穿过设备的各支承板、密封和其他层的通道和缝隙。这种配置需要该入口和出口的流体传输通道穿过所述各种密封垫圈延伸。所得的在密封垫圈内的流体传输缝隙会损害支承板之间的密封完整性。
[0010]可以通过在该叠堆中的每一层之间使用多个密封和/或更严格且更紧的密封协议和紧固布置改进密封以改善密封。然而，那些多层模块设计会使得装配和拆卸困难，例如更换被弄湿或弄脏的膜。此类布置还会导致流动到该膜的流体较差的最佳分布。
[0011]在俄罗斯专利公布RU2040314C1中提供一个先前的膜蒸馏布置的实例。该专利申请描述了包含热交换室、膜蒸馏入口室以及膜蒸馏出口室的叠堆布置的多层膜蒸馏装置。热交换室、膜蒸馏入口室以及膜蒸馏出口室中的每一个使用其中包括空间的支撑框架的堆叠布置形成。热交换室的该支撑框架通过热交换板在两侧上支撑并靠近，并且膜蒸馏室的该支撑框架用疏水多微孔膜在两侧上支撑并靠近。
[0012]尽管所述支撑框架的使用可有助于密封，但是布置的入口和出口管仍由对齐的通道和缝隙形成在布置的各个层中的垂直(相对于该膜和支撑框架的纵向长度)流动形成。每一个支撑框架和密封包括对齐的用于流体流动的缝隙。每一层密封还包括补充的流体流动缝隙以调节在该框架中的流体管。这些流体流动缝隙是密封最弱的区域，因为密封的这些段不是固体并且在压力下可能变形。
[0013]还应注意，热交换室和膜蒸馏入口室包含分型面流体循环，其中该热进料流体在该室里流过由隔离板形成的台阶结构。本申请人认为，在该布置内的热进料容易通过该隔离与其自身交换热量，这由于该进料在该隔离的一侧的流入以更高的温度至在该隔离的另一侧流出而导致热量损失。
[0014]因此，期望提供代替的和/或改进的膜蒸馏布置，其具有改进的密封、尤其在膜叠堆中的层之间便于组装。
【发明内容】
[0015]本发明的第一个方面提供膜蒸馏布置，其包含:
[0016]至少两个分配器，每一个分配器具有顶部与基部以及在至少一个在该顶部与基部之间延伸的侧；
[0017]至少一个选自膜、热交换部件或它们的组合的传递元件，每一个传递元件具有顶部与基部，每一个传递元件在两个分配器之间支撑；
[0018]多个周边密封，每一个传递元件的顶部或基部的周边围绕延伸至少一个周边密封，每一个周边密封在每一个传递元件相应的顶部或基部与分配器相应的邻近表面之间形成基本流体紧密封和流体流动空间；
[0019]其中每一个分配器包括至少一个侧入口和至少一个侧出口，每一个侧入口和侧出口延伸到每一个分配器的至少一侧内，并且在邻近的传递元件与分配器的各邻近面之间形成的各自的流体流动空间流体连通。
[0020]因此，本发明提供多层膜蒸馏布置，其与现有的多层膜蒸馏布置相比具有代替的和/或改进的密封。新布置的关键是分配器的配置。不同于现有布置，该入口和出口配置不包括延伸穿过在层之间的流体密封的流体通道。与之相反，每一个分配器包括引导水流入该传递元件紧邻的流体流动通道的侧入口和侧出口，该侧入口和侧出口引导流体从传递元件之间的布置流入和流出。所有的入口和出口流体流动在每一个分割器板之间或在每一个分割器板内内在化。这种布置能够方便沿每一个膜层的每一侧的独立流量分布，同时提高物理完整性以确保有效的密封和结构支撑。
[0021]为了调节间隔(优选形成至少部分所述流体通道)和密封的目的，该布置还包括周边密封。该密封不包括任何用于层之间的入口或出口流体流动的液体连通通道。这种布置考虑到如完整垫圈的更容易的密封可以在该布置的堆叠的临近部件之间密封。因此，这种布置增加了易组装性、能够简单液体密封并且包括直接流入该流体流动通道。
[0022]侧入口和侧出口能够在任何适合的方向进入分配器的侧。在优选的实施例中，每一个侧入口和侧出口横向延伸进入每一个分配器的至少一个侧。
[0023]每一个侧入口和侧出口之间的流体连接与传递元件和分配器之间的流体流动空间可以采取任何适合的形式。在一些实施例中，该流体连接包含通道、管、槽、口或类似的中的一个。这种流体连接优选用通道的形式。该通道优选经配置将每一个侧入口和侧出口连接，优选独立地连接到在每一个分配器的顶部和基部上的两个独立流体流动空间中的一个。因此，每一个侧入口和侧出口优选包含在该分配器内形成的通道，其中每一个通道包括延伸到每一个分配器侧面内的进入段，和通道分离成两个分开的通道的流动分流段，分开两个通道延伸至在每一个分配器的顶部或基部上形成的流体流动空间中的一个。该流体分流段可以采取任何适合的形式，例如，Y、T或其他三接头形连接。在优选的实施例中，该流动分流段的两个分开的通道优选基本上与第一段垂直地延伸至在每一个分配器顶部或基部上形成的各自流体流动空间。
[0024]该侧入口和侧出口的位置有利地允许外部配件如管配件紧固到在该分配器的各出口和入口的开口内。因此，在一些实施例中，该侧入口和侧出口包括经配置连接到至少一个外部管配件连接的紧固结构。该紧固结构可以包含任何适合的元件，诸如卡扣连接、扣连接器、管连接器等。在一优选的实施例中，该紧固结构包括螺纹开口，例如螺纹孔。
[0025]在其他实施例中，每一个分配器的各侧入口和侧出口分别以流体方式连接至在每一个分配器内形成的入口流体管和出口流体管。每一个分配器的入口流体管和出口流体管可以包含在每一个分配器内的伸长的通道，该通道可以流体方式连接至流体分布布置，例如连接到容器和泵的管道网络。在一些实施例中，每一个分配器的入口流体管和出口流体管可以通过外部管配件或类似物连接至独立的流体分布布置。在其他实施例中，每一个分配器的入口流体管和出口流体管分别连接至公用流体分布布置，例如公用分布管。优选地，每一个分配器的入口流体管和出口流体管经配置分隔分布管以便分隔流过该膜分布布置的不同的流体流动路径。在这点上，入口流体管优选连接至入口流体分布布置，并且出口流体管优选连接至出口流体分布布置。
[0026]每一个分配器可以包括任何数目的侧入口和侧出口。其中提供多个侧入口和侧出口，入口和出口的数目由在该流动空间内充分混合和横跨该传递元件的流体阻力的平衡确定。优选的是各侧入口和侧出口沿分配器的边以一定距离间隔。此外，优选的是提供相同数目的侧入口和侧出口以便提供均匀流过在该传递元件和分配器顶部或基部之间的各流体流动空间。此外，每一个分配器各侧入口和侧出口优选位于每一个分配器的大致相对侧上。
[0027]该分配器可以具有任何合适的配置，例如板、块、楔等。在一些实施例中，每一个分配器包含一块板。该板可以具有任何期望的形状，包括(但不限于)矩形、圆形或正多边形，诸如正六边形、正八边形或正方形。每一个分配器优选由刚性材料构造，诸如金属、陶瓷、塑胶等。在一些实施例中，该分配器由有机玻璃材料构成。
[0028]该周边密封在该传递元件和该分配器的各邻近面之间提供流体密封，且适用于顶盖和底盖。该周边密封优选包含围绕该传递元件的周边延伸的密封体，更优选流体流动空间。该周边密封的密封体优选不包括任何流体流动缝隙或开口。该周边密封优选包含柔性元件，例如柔性垫圈。该周边密封优选由一种或多种聚合物，例如橡胶，诸如硅橡胶形成。该周边密封优选包括连续的完整的密封边缘，其围绕该流体流动空间的周边延伸以便使该传递