专利名称：中空纤维直接接触膜蒸馏脱盐装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种水溶液的脱盐装置，具体讲涉及一种中空纤维直接接触膜蒸馏(DCMD)脱盐装置。
背景技术：
水资源是人类生存和经济社会发展的生命线。水资源短缺已成为全球性的热门话题。我国人均水资源量仅为世界人均拥有量的1/4，其中华北地区人均水资源量小于400m3，已属于严重缺水地区，淡化海水是从水危机和水污染困境下实现新水源生产的唯一希望。向浩瀚的海洋汲取淡水，不仅能解决淡水总量的短缺，而且能够开辟新的永久性淡水来源和实现海水资源的综合利用。
近年来海水淡化技术发展迅速，已大规模应用的脱盐技术有蒸馏法和反渗透法(RO)。蒸馏法中，蒸馏装置投资成本高，设备腐蚀难以避免；反渗透法中，反渗透膜的产水通量和选择性对海水进口温度和盐度高度敏感，反渗透过程的高压操作使其耗电量大，操作成本高。简而言之，蒸馏法和反渗透膜海水淡化的共同缺点是淡水生产成本高、海水回收率低(通常低于50％)。目前的研发重点主要集中于如何提升这些技术，降低产水成本以及与这些技术相关的前处理和后处理过程。除此之外，任何有关海水淡化，污水处理等新技术的出现都会引起人们的高度关注，特别是那些具有商业化潜力，生产成本低，工艺简单，易操作，用途广泛和无二次污染的脱盐新技术倍受重视。
膜蒸馏是一种可挥发组份被疏水多孔膜两侧分压差所驱动的蒸发过程。如果该压差是在与膜直接接触的高温原料液和另一侧与膜直接接触的冷却液之间所形成，该膜过程通常被称为直接接触膜蒸馏(DCMD)。
迄今DCMD还没有被大规模应用，其主要原因就在于下列问题还没有得以完全解决1、膜-盐水界面的水蒸发速度很大程度上受制于该界面层的传热系数，即温度极化效应降低了膜的产水通量；2、高的传导热损失；3、长期的运行过程中，膜的污染会导致膜效率的降低和盐水的渗漏；
4、高的产水成本；5、设备造价高，工艺复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种产水通量高、产水成本低、海水回收率高、操作简单、应用范围广和能够大规模应用的中空纤维直接接触膜蒸馏(DCMD)脱盐装置。
本发明的另一目的是提供一种直接接触膜蒸馏脱盐的方法。
本发明脱盐DCMD膜组件的设计与制造着重考虑的几个方面是(1)中空纤维膜应是多孔和非极性的；(2)该中空纤维膜有高的空隙率、较大的内径和厚度；(3)通过膜组件设计以实现盐溶液相对于中空纤维膜的垂直错流；(4)通过对膜组件的设计以保证冷却水通过膜组件后最低的温度升高。
图1描述了中空纤维膜直接接触膜蒸馏的脱盐过程，热盐溶液4流过中空纤维膜壁2的外表面，冷却水3流过中空纤维膜壁2的内侧。中空纤维膜壁2两侧液体的温度差导致了被称为驱动力的膜两侧的蒸气压差。水从热盐溶液4的表面蒸发，通过膜孔1到达冷却水3表面并冷凝。
为实现上述发明目的，本发明提供的中空纤维直接接触膜蒸馏(DCMD)脱盐装置包括膜槽以及在膜槽中排列的多孔非极性中空纤维膜、多孔板和弧心盖板，两个多孔板分别设置在膜槽的两侧，两个弧心盖板分别设置在多孔板的外侧，膜槽、多孔板和弧心盖板平行排列，膜槽与多孔板之间、多孔板与弧心盖板之间分别衬以橡胶密封圈。
所述的膜槽内的多孔非极性中空纤维膜在相互平行的平面上平行排列，并且相邻层与层之间的中空纤维膜的空间位置相互错开；多孔非极性中空纤维膜通过粘合剂将其端部粘接在一起。
所述的多孔非极性中空纤维膜内径为150-2000微米，中空纤维膜的壁厚为50-800微米，膜的孔隙率40-75％，孔径0.05-0.8微米，有效长度为5-150cm，膜槽内中空纤维膜层的总厚度为0.02-150cm。
所述的膜槽上设有冷却水进口/出口，膜槽的有效宽度为3-150cm，膜槽内中空纤维膜的填装密度在0.05-0.6。
所述的多孔板设有多个孔，多孔板中心部位孔的孔径最小，并且随着离多孔板中央处的距离的增加而增大，孔径为0.05-2cm。
所述的弧心盖板的内侧为弧状，弧心盖板设有热盐水的进口/出口。
一种直接接触膜蒸馏脱盐装置，包括柱形膜组件外壳以及固定在膜组件外壳内的空心多孔管、多孔非极性中空纤维膜，空心多孔管固定在柱形膜组件的中央，空心多孔管的一端开放而另一端被封闭，空心多孔管上的孔在靠近开放端处最小，且随着距热盐溶液进口处的距离的增加而逐渐增大；多孔非极性中空纤维膜平行地排列在空心多孔管周围，空心多孔管和多孔非极性中空纤维膜的两端被粘合剂固定在膜组件外壳内，膜组件外壳的两端分别与两个尾帽相联接。
一种直接接触膜蒸馏脱盐的方法，其特征在于包括如下步骤A盐溶液预处理盐溶液预处理过程为絮凝、沉淀、沙滤其中一个或几个过程与微滤/超滤的组合，或仅仅进行微滤/超滤预处理，去除水中的固体颗粒和悬浮物，并加热至50-＜100℃；B冷却水预处理冷却水经过微滤，以去除冷却水中的固体颗粒杂质；C热盐溶液脱盐热盐溶液进入膜组件后沿垂直于中空纤维膜层的方向流过中空纤维膜的外侧表面；冷却水在膜组件内沿中空纤维膜的内侧表面流过。
所述的冷却水进口温度为0-50℃。
所述的热盐溶液的间隙流速为10-1000cm/min，冷却水的线速度为100-8000cm/min。
所述的热盐溶液的浓度按重量百分比计为1-50％。
所述的多孔非极性中空纤维膜由聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚4-甲基-1-戊烯(PMP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯腈、全氟二甲基间二氧杂环戊烯-四氟乙烯(PDD-TFE)、聚丙烯(PP)和聚乙烯中的一种或其中几种的混合物制备而成。
所述的多孔板、弧心盖板和膜槽分别由聚乙烯、聚丙烯、聚4-甲基-1-戊烯、有机玻璃、聚丙烯酸、聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯中的一种或其中几种的混合物制备而成，也可由无机材料和金属材料制备。
所述的间隙流速＝盐溶液通过膜组件的流量/单层膜纤维之间可以通过液体的面积；线速度＝冷却水通过膜组件的流量/液体流入膜纤维的有效横截面积。
为保证热盐溶液能够以匀速通过膜层，液体的分流与收集系统分别包括一个弧心盖板和一个等尺寸的多孔板，弧心盖板的空心部分为弧线凹型以至于不会形成流体死角；多孔板设有多个小孔，多孔板中心部位的孔最小，每一层孔的尺寸以次逐渐增加。在热盐溶液的进口侧，热盐溶液进入弧心盖板后，由于多孔板的分流作用，液体以均匀的流速进入膜槽。由于膜槽的另一侧有一个相同的多孔板，使得热盐溶液能够均匀垂直地通过中空纤维膜层，最后流经另一个弧心盖板流出膜组件。
该DCMD装置主要包括多孔非极性中空纤维膜，多孔非极性中空纤维膜的非极性能够保持盐溶液和蒸馏水分别在膜的两侧、保证膜孔不被湿润和具备一定的抗污染性，多孔非极性中空纤维膜的多孔性为水蒸气由盐溶液侧到达冷水侧提供了传质通道。该装置的DCMD用中空纤维膜具有较大的内径、厚度、适宜的孔径结构和较高的空隙率。这些膜的物理特性能够有效地降低显热的损失，即热量由高温侧通过固体高分子膜和气体填充的膜孔传递到冷水侧的损失，为水蒸气通过膜提供大的有效传质面积，能够在操作过程中有效地控制膜组件内冷却水温的升高。膜组件的错流设计能使中空纤维膜外侧的热盐溶液相对于中空纤维膜的错流有效地强化热盐溶液侧过渡层的传热系数和传质系数。实践表明，利用该发明的DCMD装置能够得到很高的产水通量。图7所示当盐溶液温度为90℃时膜的产水通量可达90kg/m2-h(注所有膜的产水通量都使用膜的内表面积进行计算)。即使当盐溶液的浓度为20％时，该DCMD装置也能够提供较高的稳定的产水通量。长期的运行表明，该DCMD装置具有良好的抗污染性。同传统的反渗透脱盐技术相比，该DCMD技术的淡水生产成本更低。
利用本发明在盐溶液淡化方面具有下列优点1、产水质量高，可以达到几乎100％的脱盐率，生产成本低，淡水的回收率高，该技术可使海水的回收率达到80％或更高(高于任何现有淡化技术)，产水通量高，稳定的产水通量为60kg/m2-h或更高。当盐溶液浓度达20％时产水通量仅下降约20％。如果该膜蒸馏脱盐过程同传统的蒸馏过程和反渗透相结合能够显著提高净水的回收率和整个系统的效率，同氯碱工业的海水循环冷却工艺相结合，在得到净水的同时，可得到高浓度的盐溶液供应电解工艺。从DCMD系统中排放出的盐溶液浓度可达20％或更高，因此，与该淡化系统相联系的制盐过程由于盐溶液浓度高使得产盐效率大幅增加和成本大幅降低，同时也使其他海水化学资源的提取成本大幅降低。而通常的蒸馏法和反渗透膜法的海水排放浓度都低于7％。
操作过程在接近常压下进行，与RO(在很高的压力下操作)相比所需膜和膜组件的机械强度大幅减小。
2、膜材料的非极性减弱了盐溶液和膜之间的相互作用，与常规膜过程RO相比DCMD技术具有良好的抗污染性能。
3、DCMD的产水通量是由膜两侧的蒸气压差所决定的，而冬夏较大的海水温度差对膜的产水通量和淡水质量不会产生较大的影响，与之相比，低温使RO的产水通量降低，而高温使RO的选择性较差。
4、环保型技术，由于整个装置均是由高分子材料制备的，避免了传统蒸馏设备因腐蚀而造成的环境污染。
5、节能型技术，DCMD的常压操作使其具有耗电量低的特点，且同时可利用次级热源，比如太阳能、地热、工业废热或传统脱盐的余热。
6、与传统的蒸发过程相比，蒸发空间非常小，设备体积大为减小。
7、组件式的膜系统具有设备体积小、重量轻、容易维护的特点，产水规模可根据需要适时调整。
8、一项新技术平台，该DCMD技术除应用于海水淡化及其资源的综合利用外，也可用于工业废水的处理和可利用资源的回收，制药工业的浓缩、结晶与提纯以及化学工业、石油化工、食品工业和军事航天工业等。
9、本发明的中空纤维直接接触膜蒸馏(DCMD)脱盐装置制造成本低，工艺简单，适合大规模应用。
图1是直接接触膜蒸馏海水淡化原理示意图1、膜孔，2、中空纤维膜壁，3、冷却水，4、热盐溶液，5、憎水膜表面，6、蒸馏水-气相界面，7、热盐溶液-气相界面；图2是膜组件结构示意图a.弧心盖板，b.橡胶密封圈，c.多孔板，d.膜槽；图3是图2中d部分的A-A剖视图8、冷却水进口，9、冷却水出口，10、非极性中空纤维膜；图4是多孔非极性中空纤维膜的交错式排列横截面结构示意图；图5是多孔板结构示意图；图6是弧心盖板结构示意图；图7是热盐溶液流速对膜组件产水通量的影响.
膜壁外侧3％NaCl溶液，进口温度88-90℃；膜壁内侧冷却水，进口温度20-25℃，线速度1810cm/min；图8是冷却水温度和盐溶液温度对膜组件产水通量的影响热盐溶液温度影响曲线膜壁外侧3％NaCl溶液，间隙流速240cm/min；进口温度42-93℃；膜壁内侧冷却蒸馏水，进口温度20-25℃，线速度2750cm/min；冷却水温度影响曲线膜壁外侧3％NaCl溶液，进口温度为90-93℃，间隙流速240cm/min；膜壁内侧冷却蒸馏水，进口温度20-62℃，线速度2750cm/min；图9盐溶液的浓度对膜组件产水通量的影响膜壁外侧0-20％NaCl溶液，进口温度90-93℃，间隙流速241cm/min；膜壁内侧蒸馏水，进口温度20-30℃，线速度2770cm/min；图10是膜组件另一实施例的结构示意图10、多孔非极性中空纤维膜，11、膜组件外壳，12、密封胶，13、空心多孔管，14、尾帽，15、热盐水入口，16、热盐水出口，17、冷却水入口，18、冷却水出口，19、热盐水相对于多孔非极性中空纤维膜的错流，20、孔。
具体实施例方式
如图1所示，热盐溶液4流过中空纤维膜壁2的外表面，冷却水3流过中空纤维膜壁2的内侧。中空纤维膜壁2两侧液体的温度差导致了被称为驱动力的膜两侧的蒸气压差。水从中空纤维膜壁2外侧的热盐水-气相界面7蒸发，通过膜孔1到达中空纤维膜壁2的蒸馏水-气相界面6并冷凝，由于憎水表面5的憎水作用，非极性中空纤维膜不易被污染。
如图2所示，膜组件包括a.弧心盖板，b.橡胶密封圈，c.多孔板，d.膜槽；如图3、图4所示，膜槽d上设有液体进口8和液体出口9，膜槽内的多孔非极性中空纤维膜10在相互在相互平行的平面上平行排列，并且相邻层与层之间的中空纤维膜的空间位置相互错开；多孔非极性中空纤维膜通过粘合剂将其端部粘接在一起；如图5所示，多孔板c上设有多个孔，多孔板中心部位孔的孔径最小，并且随着离多孔板中央处的距离的增加而增大。
如图6所示，弧型盖板a的内侧为弧状，弧心盖板设有热盐水的进口/出口。
如图10所示，在此柱形膜组件中，一根周围带孔的空心多孔管(13)被固定在柱形膜组件的中央，空心多孔管(13)的一端开放而另一端被封闭，空心多孔管(13)上的孔(20)在靠近开放端处最小，且随着距热盐溶液入口(15)处的距离的增加而逐渐增大；该空心多孔管(13)的内径随着柱形膜组件内径的增加而增大；该空心多孔管(13)距热盐溶液入口(15)较远的一端被密闭；多孔非极性中空纤维膜(10)平行均匀地排列在空心多孔管(13)周围，空心多孔管(13)和多孔非极性中空纤维膜(10)的两端被密封胶(12)粘合固定在桶状的外壳内，膜组件的两头分别与两个尾帽(14)相联接。热盐溶液从热盐水入口(15)进入膜组件，然后从空心管壁上的小孔(20)流出，形成相对于多孔非极性中空纤维膜(10)的错流(19)，穿过中空纤维层的盐溶液在靠近膜组件外壳(11)处的通道会集，沿壳壁流出膜组件的热盐水出口(16)。冷却水从膜组件的另一端冷却水入口(17)进入膜组件，在尾帽(14)内流入多孔非极性中空纤维膜(10)的内腔，通过多孔非极性中空纤维膜(10)后，从多孔非极性中空纤维膜(10)的另一端流出并汇聚于另一尾帽，最终流出膜组件的冷却水出口(18)。
除另有说明除外，本发明的“盐溶液预处理”为常规工艺的絮凝、沉淀、沙滤其中一个或几个过程与微滤/超滤的组合，或仅仅进行微滤/超滤预处理，去除水中的固体颗粒和悬浮物；
“冷却水预处理”是常规工艺的微滤；“非极性中空纤维膜”从天津膜科力科技有限公司购买。
实施例1膜组件聚偏二氟乙烯多孔非极性中空纤维膜的内径1000微米，膜厚100微米，膜的孔隙率40％，孔径0.1微米；有效长度80cm，膜层总厚度30cm，包装密度0.2，中空纤维膜通过有机硅粘合剂将其端部粘接在一起；聚乙烯多孔板中心处孔径为0.10cm，各孔呈环形排列，孔径依次增大到2.0cm；空心板为聚丙烯酸材料制备而成；热盐溶液进口温度60℃，间隙流速300cm/min，重量百分比浓度3％；冷却水进口温度15℃，线速度1500cm/min。
膜的产水通量33kg/m2-h。
对比例1膜组件、空心板及工艺条件同实施例1；聚乙烯多孔板中心处一列孔的孔径为0.10cm，其他孔平行排列并以中心处一列对称分布，孔径依次增大至2.0cm；膜的产水通量30kg/m2-h。
实施例2膜组件聚四氟乙烯(PTFE)多孔非极性中空纤维膜的内径350微米，膜厚300微米，膜的孔隙率60％，孔径0.8微米；有效长度50cm，膜层总厚度150cm，包装密度0.4，中空纤维膜通过有机硅粘合剂将其端部粘接在一起；聚丙烯多孔板中心处孔径为0.2cm，各孔呈环形排列，孔径依次增大到2.0cm；空心板为有机玻璃材料制备而成；热盐溶液进口温度90℃，间隙流速50cm/min，重量百分比浓度15％；冷却水进口温度30℃，线速度3000cm/min。
膜的产水通量109kg/m2-h。
对比例2膜组件、空心板及工艺条件同实施例2；
聚丙烯多孔板中心处一列孔的孔径为0.2cm，其他孔平行排列并以中心处一列对称分布，孔径依次增大至2.0cm；膜的产水通量95kg/m2-h。
实施例3膜组件全氟二甲基间二氧杂环戊烯-四氟乙烯(PDD-TFE)多孔非极性中空纤维膜的内径1500微米，膜厚500微米，膜的孔隙率45％，孔径0.5微米；有效长度10cm，膜层总厚度1cm，包装密度0.08，中空纤维膜通过环氧树脂粘合剂将其端部粘接在一起；聚丙烯酸多孔板中心处孔径为0.08cm，各孔呈环形排列，孔径依次增大到0.8cm；空心板为聚偏氟乙烯材料制备而成；热盐溶液进口温度80℃，间隙流速500cm/min，重量百分比浓度30％；冷却水进口温度50℃，线速度5000cm/min。
膜的产水通量72kg/m2-h。
对比例3膜组件、空心板及工艺条件同实施例3；聚丙烯酸多孔板中心处一列孔的孔径为0.08cm，其他孔平行排列并以中心处一列对称分布，孔径依次增大至0.8cm；膜的产水通量68kg/m2-h实施例4膜组件聚丙烯腈多孔非极性中空纤维膜的内径800微米，膜厚50微米，膜的孔隙率65％，孔径0.6微米；有效长度30cm，膜层总厚度15cm，包装密度0.5，中空纤维膜通过脲醛树脂粘合剂将其端部粘接在一起；聚偏氟乙烯多孔板中心处孔径为0.5cm，各孔呈环形排列，孔径依次增大到1.5cm；空心板为聚乙烯材料制备而成；热盐溶液进口温度70℃，间隙流速100cm/min，重量百分比浓度10％；冷却水进口温度15℃，线速度1000cm/min；膜的产水通量43kg/m2-h。
对比例4膜组件、空心板及工艺条件同实施例4；聚偏氟乙烯多孔板中心处一列孔的孔径为0.5cm，其他孔平行排列并以中心处一列对称分布，孔径依次增大至1.5cm；膜的产水通量37kg/m2-h实施例5膜组件聚4-甲基-1-戊烯(PMP)多孔非极性中空纤维膜的内径500微米，膜厚400微米，膜的孔隙率70％，孔径0.3微米；有效长度30cm，膜层总厚度10cm，包装密度0.3，中空纤维膜通过有机硅粘合剂将其端部粘接在一起；聚4-甲基-1-戊烯多孔板中心处孔径为0.1cm，各孔呈环形排列，孔径依次增大到2.0cm；空心板为聚四氟乙烯材料制备而成；热盐溶液进口温度99℃，间隙流速200cm/min，重量百分比浓度28％；冷却水进口温度25℃，线速度4000cm/min；膜的产水通量121kg/m2-h。
对比例5膜组件、空心板及工艺条件同实施例5；聚4-甲基-1-戊烯多孔板中心处一列孔的孔径为0.1cm，其他孔平行排列并以中心处一列对称分布，孔径依次增大至2.0cm；膜的产水通量112kg/m2-h。
实施例6膜组件聚乙烯多孔非极性中空纤维膜的内径2000微米，膜厚250微米，膜的孔隙率75％，孔径0.6微米；有效长度100cm，膜层总厚度100cm，包装密度0.2，中空纤维膜通过脲醛树脂粘合剂将其端部粘接在一起；有机玻璃多孔板中心处孔径为0.05cm，各孔呈环形排列，孔径依次增大到2.0cm；空心板为聚丙烯材料制备而成；热盐溶液进口温度85℃，间隙流速400cm/min，重量百分比浓度8％；
冷却水进口温度45℃，线速度3500cm/min；膜的产水通量105kg/m2-h。
对比例6膜组件、空心板及工艺条件同实施例6；有机玻璃多孔板中心处一列孔的孔径为0.05cm，其他孔平行排列并以中心处一列对称分布，孔径依次增大至2.0cm；膜的产水通量101kg/m2-h。
实施例7膜组件聚丙烯(PP)多孔非极性中空纤维膜的内径1200微米，膜厚800微米，膜的孔隙率60％，孔径0.4微米；有效长度150cm，膜层总厚度40cm，包装密度0.6，中空纤维膜通过环氧树脂粘合剂将其端部粘接在一起；聚四氟乙烯多孔板中心处孔径为0.1cm，各孔呈环形排列，孔径依次增大到2.0cm；空心板为聚4-甲基-1-戊烯材料制备而成；热盐溶液进口温度50℃，间隙流速180cm/min，重量百分比浓度25％；冷却水进口温度0℃，线速度4500cm/min；膜的产水通量31kg/m2-h。
对比例7膜组件、空心板及工艺条件同实施例7；聚四氟乙烯多孔板中心处一列孔的孔径为0.1cm，其他孔平行排列并以中心处一列对称分布，孔径依次增大至2.0cm；膜的产水通量29kg/m2-h。
从上述实施例及对比例中可知，本发明的装置采用中心部位孔的孔径最小，并且随着离多孔板中央处的距离的增加而增大的多孔板结构，产水通量高于对比例中的产水通量。
实施例8膜组件聚偏二氟乙烯多孔非极性中空纤维膜的内径1000微米，膜厚100微米，膜的孔隙率40％，孔径0.1微米；有效长度80cm，有效膜面积0.8cm2，包装密度0.2，中空纤维膜通过有机硅粘合剂将其端部粘接在一起；
中心管的内外径为1cm/1.5cm，中心管管壁上孔的孔径分布为由接近热盐水入口处的1mm逐次增加为另一端点的3mm；中心管和膜组件的外壳材料均为聚丙烯酸材料；热盐溶液进口温度60℃，间隙流速300cm/min，重量百分比浓度3％；冷却水进口温度15℃，线速度1500cm/min；膜的产水通量31kg/m2-h。
实施例9膜组件聚4-甲基-1-戊烯(PMP)多孔非极性中空纤维膜的内径500微米，膜厚400微米，膜的孔隙率70％，孔径0.3微米；有效长度30cm，有效膜面积0.3cm2，包装密度0.3，中空纤维膜通过有机硅粘合剂将其端部粘接在一起；中心管的内外径为0.8cm/1.2cm，中心管管壁上孔的孔径分布为由接近于热盐水入口处的1mm逐渐增大为另一端点的3mm；中心管和膜组件的外壳都分别由聚四氟乙烯材料制备而成；热盐溶液进口温度99℃，间隙流速200cm/min，重量百分比浓度28％；冷却水进口温度25℃，线速度4000cm/min；膜的产水通量116kg/m2-h。
在实施过程中，多孔非极性中空纤维膜还可用聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚4-甲基-1-戊烯(PMP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯腈、全氟二甲基间二氧杂环戊烯-四氟乙烯(PDD-TFE)、聚丙烯(PP)和聚乙烯中的两种或其中几种的混合物制备而成；多孔板和弧心盖板也可用由聚乙烯、聚丙烯、聚4-甲基-1-戊烯、有机玻璃、聚丙烯酸、聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯中的两种或其中几种的混合物制备而成。
权利要求
1.一种直接接触膜蒸馏脱盐装置，包括膜槽以及在膜槽中排列的多孔非极性中空纤维膜、多孔板和弧心盖板，两个多孔板分别设置在膜槽的两侧，两个弧心盖板分别设置在多孔板的外侧，膜槽、多孔板和弧心盖板平行排列，膜槽与多孔板之间、多孔板与弧心盖板之间分别衬以橡胶密封圈。
2.按照权利要求1的直接接触膜蒸馏脱盐装置，其特征在于所述的膜槽内的多孔非极性中空纤维膜在相互平行的平面上平行排列，并且相邻层与层之间的中空纤维膜的空间位置相互错开；多孔非极性中空纤维膜通过粘合剂将其端部粘接在一起。
3.按照权利要求2的直接接触膜蒸馏脱盐装置，其特征在于所述的多孔非极性中空纤维膜内径为150-2000微米，中空纤维膜的壁厚为50-800微米，膜的孔隙率40-75％，孔径0.05-0.8微米，有效长度为5-150cm，膜槽内中空纤维膜层的总厚度为0.02-150cm。
4.按照权利要求1的方法，其特征在于所述的膜槽上设有冷却水进口/出口，膜槽的有效宽度为3-150cm，膜槽内中空纤维膜的填装密度在0.05-0.6。
5.按照权利要求1的直接接触膜蒸馏脱盐装置，其特征在于所述的多孔板设有多个孔，多孔板中心部位孔的孔径最小，并且随着离多孔板中央处的距离的增加而增大，孔径为0.05-2cm。
6.按照权利要求1的直接接触膜蒸馏脱盐装置，其特征在于所述的弧心盖板的内侧为弧状，弧心盖板设有热盐水的进口/出口。
7.一种直接接触膜蒸馏脱盐装置，包括柱形膜组件外壳以及固定在膜组件外壳内的空心多孔管、多孔非极性中空纤维膜，空心多孔管固定在柱形膜组件的中央，空心多孔管的一端开放而另一端被封闭，空心多孔管上的孔在靠近开放端处最小，且随着距热盐溶液进口处的距离的增加而逐渐增大；多孔非极性中空纤维膜平行地排列在空心多孔管周围，空心多孔管和多孔非极性中空纤维膜的两端被粘合剂固定在膜组件外壳内，膜组件外壳的两端分别与两个尾帽相联接。
8.一种直接接触膜蒸馏脱盐的方法，其特征在于包括如下步骤A盐溶液预处理盐溶液预处理过程为絮凝、沉淀、沙滤其中一个或几个过程与微滤/超滤的组合，或仅仅进行微滤/超滤预处理，去除水中的固体颗粒和悬浮物，并加热至50-＜100℃；B冷却水预处理冷却水经过微滤，以去除冷却水中的固体颗粒杂质；C热盐溶液脱盐热盐溶液进入膜组件后沿垂直于中空纤维膜层的方向流过中空纤维膜的外侧表面；冷却水在膜组件内沿中空纤维膜的内侧表面流过。
9.按照权利要求8的方法，其特征在于所述的冷却水进口温度为0-50℃。
10.按照权利要求8的方法，其特征在于所述的热盐溶液的间隙流速为10-1000cm/min，冷却水的线速度为100-8000cm/min。
11.按照权利要求8的方法，其特征在于所述的热盐溶液的浓度按重量百分比计为大于0小于50％。
全文摘要
本发明涉及一种中空纤维直接接触膜蒸馏(DCMD)脱盐装置，包括膜槽以及在膜槽中排列的多孔非极性中空纤维膜、多孔板和弧心盖板，两个多孔板分别设置在膜槽的两侧，两个弧心盖板分别设置在多孔板的外侧，膜槽、多孔板和弧心盖板平行排列，膜槽与多孔板之间、多孔板与弧心盖板之间分别衬以橡胶密封圈。本发明的脱盐装置产水通量高、产水成本低、海水回收率高、操作简单、应用范围广并能够大规模应用。
文档编号C02F103/08GK1772633SQ20051010835
公开日2006年5月17日 申请日期2005年10月13日 优先权日2005年10月13日
发明者李保安 申请人:李保安