一种空气隙膜蒸馏装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种空气隙膜蒸馏装置，属于膜分离和化工分离技术领域。
【背景技术】
[0002]膜蒸馏(MD)技术是将膜技术与传统蒸馏技术相结合的新型液体分离技术。该技术以疏水微孔膜作为汽-液两相分离介质，在膜两侧蒸气压差推动下，水中挥发性组分以蒸汽形式透过膜孔，在组件内部的冷侧或外部的冷凝器中冷凝。在MD过程中，同时发生传质和传热，温度极化和浓度极化均会对过程产生不利影响。由于MD具有操作温度低、可利用低品位热源和离子截留率高等优势，逐渐受到人们的重视。在常见的直接接触膜蒸馏(DCMD)、真空膜蒸馏(VMD)、吹扫气膜蒸馏(SGMD)、空气隙膜蒸馏(AGMD)等四种膜蒸馏形式中，关于空气隙膜蒸馏的研究较多。空气隙膜蒸馏是在冷热料液之间引入一层空气隙，透过膜孔的蒸汽穿越空气隙，在气隙另一侧的冷凝板表面冷凝。由于冷料液和产水被冷凝板隔开，冷料液可以用待处理的料液来回收蒸汽潜热。空气隙的存在，大大降低了膜的直接热传导损失，从而使膜蒸过程馏具有最高的热能利用效率。
[0003]常见的空气隙膜蒸馏组件有中空纤维式和平板式。由于中空纤维式空气隙膜蒸馏组件中空气隙难以稳定存在，而可选择的性能优良的中空纤维疏水膜很少，同时中空纤维空气隙膜组件制作复杂，因此多数中空纤维空气隙膜蒸馏仍处于实验室水平。与此相比，板式空气隙膜蒸馏由于其空气隙便于控制、组装方便、所使用的平板膜价格低廉，因此在实际应用中越来越受到重视。然而，传统的板式空气隙膜蒸馏装置也具有占地面积大和膜面积小等缺点。专利CN201420519010.1和CN200420049655.X均报道了利用多个并联的料液隔板来增大膜面积和减小占地面积；为了提高热能的利用率，吸收蒸汽潜热的冷料液需要外部换热器加热后作为热料液返回膜组件，因而增加了辅助设备。料液隔板需要添加额外的湍急件来削弱温度极化，所用微孔疏水膜需要单独的支撑板来支撑，因此，由于湍急件和支撑板的存在，膜组件的组装难度增加。可见，针对现有板式空气隙膜蒸馏组件及装置的缺陷，继续开发新型、高效、便捷的板式空气隙MD装置具有重要意义。
【发明内容】
[0004]本实用新型即根据以上现存MD的不足，提供一种空气隙MD装置，主要包括膜蒸馏膜堆、换热装置和夹紧装置；膜蒸馏膜堆由一定数目的交错排列的热料液隔板、微孔疏水膜、冷凝板和冷料液隔板组成；换热装置由第一级热工质隔板、第二级热工质隔板、第一级冷工质隔板、第二级冷工质隔板和换热板组成，热工质隔板和冷工质隔板被换热板隔开，换热装置位于膜蒸馏膜堆的一侧；夹紧装置由左夹紧板、右夹紧板和若干个螺杆组成，位于膜蒸馏膜堆和换热装置的两端。其特征在于:所述热料液隔板、微孔疏水膜、冷凝板和冷料液隔板都设置有热料液进口、热料液出口、产水出口、冷料液进口和冷料液出口 ；所述热料液隔板的热料液进口处、热料液出口处和产水出口处设置有水流分布暗道，所述冷料液隔板的冷料液进口处、冷料液出口处和产水出口处设置有水流分布暗道；所述膜蒸馏膜堆和换热装置之间有换向板，所述换向板设置有冷料液出口、热料液进口和热料液流道，所述热料液流道位于冷料液出口和热料液进口之间，所述热料液流道靠近冷料液隔板的一侧设置有下底板；所述左夹紧板上设置有冷料液进口、热料液出口、产水出口和螺栓孔，所述右夹紧板上有热工质进口、热工质出口和螺栓孔。
[0005]所述冷凝板靠近微孔疏水膜一侧的表面上，设置有多个锯齿状的竖直沟槽，沟槽的槽顶与冷凝板表面相平，沟槽的深度即为空气隙的厚度，沟槽和产水出口之间设置有水流分布暗道。
[0006]所述换热板两侧的表面设置有多个锯齿状的水平沟槽，沟槽的槽底与换热板表面相平，沟槽的深度不超过工质隔板厚度的二分之一。
[0007]所述冷热料液隔板两侧的表面，设置多个锯齿状的水平沟槽，沟槽的槽顶略低于料液隔板的表面，水平沟槽靠近水流分布暗道的位置设置有缓冲坡。
[0008]所述膜蒸馏膜堆的冷料液出口与换热装置的冷工质进口通过换向板的冷料液出口连接，膜蒸馏膜堆的热料液进口与换热装置的冷工质出口通过换向板的热料液进口和热料液流道连接，冷料液作为冷工质进入换热装置，冷工质作为热料液返回膜蒸馏膜堆。
[0009]所述料液隔板、工质隔板和换向板均采用耐热、耐酸碱腐蚀的聚丙烯(PP)或聚四氟乙烯(PTFE)材质，冷凝板和换热板均采用导热性能优良的金属板材质。
[0010]实用新型的有益效果为:一种空气隙膜蒸馏装置，通过在膜蒸馏装置内部引入换热装置，有效解决传统膜蒸馏因外部换热导致的占地面积大和辅助设备多等问题；根据处理料液量的要求，可增加料液隔板和工质隔板的数量，在单个装置中实现多个料液隔板和工质隔板并联工作，具有结构紧凑、占地面积小和组装方便等优点；冷凝板设置有多个锯齿状的竖直沟槽，沟槽的深度即为空气隙的厚度，在缩短空气隙厚度的同时，有效增大了蒸汽的冷凝面积，另外冷凝板沟槽的槽顶，为疏水膜提供支撑，无需支撑板；料液隔板和换热板的表面设置有多个锯齿状的水平沟槽，料液或工质垂直流过沟槽，料液和工质可以在较低的流速下实现湍流，有效削弱了温差极化和浓差极化现象，有利于膜通量的提高和冷热工质的热交换；膜蒸馏膜堆的冷料液吸收热料液的蒸汽潜热，然后作为冷工质进入换热装置，通过加热后作为热料液返回到膜蒸馏膜堆，整个膜蒸馏装置仅需冷料液栗和热工质栗，无需热料液栗，减小了辅助设备和能耗。
【附图说明】
[0011]图1为利用空气隙膜蒸馏装置组装示意图；
[0012]图2为空气隙膜蒸馏装置的水流布置图；
[0013]图3为冷料液隔板结构图；
[0014]图4为冷料液隔板的1-1局部剖面放大图；
[0015]图5为冷料液隔板的2-2剖面图；
[0016]图6为冷凝板结构图；
[0017]图7为冷凝板的3-3剖面图；
[0018]图8为换热板结构图；
[0019]图9为换热板的4-4剖面图；
[0020]图10为第一级冷工质隔板结构图；[0021 ] 图11为第二级冷工质隔板结构图；
[0022]图12为换向板结构图。
[0023]如图，1-冷料液进口、2-热料液出口、3-产水出口、4-左夹紧板、5-热料液隔板、6-微孔疏水膜、7-冷凝板、8-冷料液隔板、9-换向板、10-第二级冷工质隔板、11-换热板、12-第一级热工质隔板、13-第一级冷工质隔板、14-第二级热工质隔板、15-右夹紧板、16-热工质进口、17-热工质出口、18-螺栓孔、19-热料液进口、20-冷料液出口、21-盖板、22-下底板、23-圆柱凸台、24-缓冲坡、25-水平沟槽、26-槽顶、27-槽底、28-盖板、29-竖直沟槽、30-冷工质进口、31-热工质收集口、32-冷工质收集口、33-冷工质出口、34-热料液流道。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合本实用新型的附图和实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0025]本实用新型所提供的空气隙膜蒸馏装置，主要包括膜蒸馏膜堆、换热装置和夹紧装置。膜蒸馏膜堆由交错排列的热料液隔板5、微孔疏水膜6、冷凝板7和冷料液隔板8组成；换热装置由第一级热工质隔板12、第二级热工质隔板14、第一级冷工质隔板13、第二级冷工质隔板10和换热板11组成，热工质隔板和冷工质隔板被换热板11隔开，换热装置位于膜蒸馏膜堆的一侧；夹紧装置由左夹紧板4、右夹紧板15和若干个螺杆组成，位于膜蒸馏膜堆和换热装置的两端。所述热料液隔板5的热料液进口 19处、热料液出口 2处和产水出口 3处设置有水流分布暗道，所述冷料液隔板8的冷料液进口 I处、冷料液出口 20处和产水出口 3处设置有水流分布暗道；所述膜蒸馏膜堆和换热装置之间有换向板9，所述换向板9设置有冷料液出口 20、热料液进口 19和热料液流道34，所述热料液流道34位于冷料液出口和热料液进口之间，热料液流道34靠近冷料液隔板的一侧设置有下底板；所述左夹紧板4上设置有冷料液进口 1、热料液出口 2、产水出口 3和螺栓孔18，所述右夹紧板上有热工质进口 16、热工质出口 17和螺栓孔18。
[0026]冷凝板7靠近微孔疏水膜5 —侧的表面上设置有多个锯齿状的竖直沟槽29。竖直沟槽29的深度即为空气隙的厚度，竖直沟槽29的存在提供了稳定的空气隙；竖直沟槽29的槽顶26与冷凝板7的表面相平；竖直沟槽29通过水流分布暗道与产水出口 3相连，从而便于产水沿着沟槽29流入产水出口 3。沟槽29的存在有效增大了蒸汽的冷凝面积，冷凝面积为传统冷凝板的2-3