专利名称：一种膜蒸馏水处理装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于水处理及环保技术领域，特别涉及一种膜蒸馏的水处理装置。
背景技术：
膜蒸馏是一种膜分离技术和传统分离技术相结合的新型膜分离技术，它采用疏水微孔膜以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力，当不同温度的水溶液被疏水微孔膜分隔开时，由于膜的疏水性，两侧的水溶液均不能透过膜孔进人另一侧，但由于热侧水溶液在膜界面处的水蒸汽压高于冷侧，水蒸汽就会透过膜孔从热侧进入冷侧而冷凝，这与常规蒸馏中的蒸发、传质、冷凝过程十分相似，在膜蒸馏过程中，同时发生了传热与传质两种过程，温差极化与温差极化现象也会同时产生，从而对膜蒸馏的过程产生不利的影响。在传统的膜蒸馏装置结构设计中，是在操作过程中使热溶液的入流方向与膜面垂 直，角度成90度(称法向入流)。在此情况下，入流的热溶液对膜面的热扰动很小，膜两侧的温度和浓度极化现象严重，膜通量很低，影响分离效率。同样条件下，由于温度与浓度边界层的存在将削弱蒸汽通过膜面的传质和整个蒸馏系统的热效率，这是导致膜蒸馏通量降低的主要因素。因此如何消除温度与浓度边界层对传质传热的影响是膜蒸馏技术的重要研究方向之一。
实用新型内容本实用新型的目的在于提出一种节能、环保、能够消减膜分离过程中的温度极化，提高膜通量，且结构简单、便于操作的水处理装置。本实用新型的膜蒸馏水处理装置，包括膜组件，所述膜组件内装有疏水性微孔膜，用于将经进料口输入到所述膜组件内的原料水进行膜蒸馏，分别获得未透过所述疏水性微孔膜的浓缩的水和透过所述疏水性微孔膜的水，且所述进料口为斜开口，使得所述原料水的入流方向与所述疏水性微孔膜的膜面之间的角度小于90度。在另一优选例中，所述装置还包括水槽，所述水槽内装有原料水；第一废热集热器，与所述水槽相接，原料水在所述水槽中经所述第一废热集热器加热；水泵，所述膜组件的进料口通过水泵与所述水槽连接；第二废热集热器，设置在所述水槽和所述膜组件之间，用于将由所述膜组件输出的所述浓缩的水加热，加热后的浓缩的水输送至所述水槽。在另一优选例中，所述膜组件为板式、卷式、中空纤维式或管式。在另一优选例中，所述疏水性微孔膜选自聚丙烯聚四氟乙烯复合微孔膜、聚偏氟乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜、聚乙烯微孔膜、聚四氟乙烯微孔膜。在另一优选例中，所述膜组件具有3-6个进料口。在另一优选例中，所述膜组件内，所述疏水性微孔膜的两侧分别为进料侧和渗透侦牝所述膜组件在所述进料侧和所述渗透侧均设有出料口，所述浓缩的水经所述进料侧的出料口输出，经所述膜蒸馏透过所述疏水性微孔膜的水蒸汽在所述渗透侧的出料口输出。在另一优选例中，所述渗透侧的出料口连接有冷凝器，用于将所述水蒸汽冷凝为水。在另一优选例中，所述渗透侧的出料口连接有集水器，所述集水器外周设有冷凝水夹套，所述水蒸汽冷凝为水后由所述集水器进行收集。在另一优选例中，所述渗透侧还连接有真空泵，用于对渗透侧进行抽真空，促进水蒸汽的渗透。在另一优选例中，所述渗透侧通有吹扫气体，用于带走渗透的水蒸汽。本实用新型的装置利用废热加热，节能，环保，且进料口为斜开口，破坏了膜表面附近的温度和浓度极化边界层，从而有效提高膜通量。
应理解，在本实用新型范围内中，本实用新型的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
图I是本实用新型的装置的整体结构示意图。图2为本实用新型的膜组件的局部结构示意图。
具体实施方式
本申请的发明人经过广泛而深入地研究，设计出一种新型的膜蒸馏水处理装置，将膜组件的进料口设计为斜开口，使得所述原料水的入流方向与组件内疏水性微孔膜的膜面之间的角度小于90度。在膜蒸馏中，原水在膜组件热侧的入流方向会与膜面之间形成一定角度(而非成90度的法向入流)，以切向旋转方式冲洗膜面，破坏了膜表面附近的温度和浓度极化边界层，从而有效提高膜通量。在此基础上，完成了本实用新型。术语膜蒸馏膜蒸馏(MD)是膜技术与蒸馏过程相结合的膜分离过程，它以疏水微孔膜为介质，在膜两侧蒸气压差的作用下，料液中挥发性组分以蒸汽形式透过膜孔，从而实现分离的目的。具体地，膜的一侧与热的待处理的溶液直接接触(称为热侧)，另一侧直接或间接地与冷的水溶液接触(称为冷侧)，热侧溶液中易挥发的组分在膜面处汽化通过膜进入冷侧并被冷凝成液相，其他组分被膜阻挡在热侧，从而实现分离。膜两侧的温度差，提供了传质所需的推动力。疏水性微孔膜微孔膜从结构上将，内呈多孔状的结构。通常，孔径范围为O. I微米至10微米。分为亲水性和疏水性。对于膜蒸馏来说，采用疏水性微孔膜，选自聚丙烯聚四氟乙烯复合微孔膜、聚偏氟乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜、聚乙烯微孔膜、聚四氟乙烯微孔膜。下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本实用新型方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。如图I所示，本实用新型的膜蒸馏水处理装置，包括膜组件3。如图2所示，膜组件3内所述膜组件内装有疏水性微孔膜8，用于将经进料口 7输入到所述膜组件3内的原料水进行膜蒸馏，分别获得未透过所述疏水性微孔膜8的浓缩的水和透过所述疏水性微孔膜8的水，且所述进料口 7为斜开口，使得所述原料水的入流方向与所述疏水性微孔膜8的膜面之间的角度小于90度。在膜蒸馏过程中，原料水在膜组件3的热侧的入流方向会与膜面之间形成一定角度(而非成90度的法向入流)，以切向旋转方式冲洗膜面，破坏了膜表面附近的温度和浓度极化边界层，使边界层变薄，从而有效提高膜通量。如图I所示，本实用新型的水处理装置，还包括水槽I，所述水槽I内装有原料水；第一废热集热器4，与所述水槽I相接，原料水在所述水槽I中经所述第一废热集热器4加热；水泵2，所述膜组件3的进料口 7通过水泵2与所述水槽I连接；第二废热集热器5，设置在所述水槽I和所述膜组件3之间，用于将由所述膜组件3输出的所述浓缩的水加热，加热后的浓缩的水输送至所述水槽I。在一些工厂中，如钢铁、化工企业等，低品位的余热、废热等没有得到充分利用，造成很大的能源浪费。本实用新型将该类型的余热、废热作为热源对原料水和浓缩的水进行加热，节能、环保。本实用新型的水泵没有特别的限制，能够实现将水槽中的加热的原料水输入到膜组件的任何类型的水泵都适用于本实用新型。本实用新型的膜组件3，没有特别的限制，为采用疏水性微孔膜8的用于膜蒸馏的、进料口为斜开口的、使得所述原料水的入流方向与所述疏水性微孔膜8的膜面之间的角度小于90度的膜组件即可。所述疏水性微孔膜可以选自下组聚丙烯聚四氟乙烯复合微孔膜、聚偏氟乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜、聚四氟乙烯微孔膜、聚乙烯微孔膜。所述膜组件的形式为板式、卷式、中空纤维式或管式。由于膜两侧的温度差，提供了传质所需的推动力。本实用新型的膜组件，可以设置多个进料口，优选为3-6个，均匀分散分布。进料口可以是加热后的原料水在入流管(或称热原水入流管)与膜接近的一端(前端)的开口，设置为斜开口，可以为不同设计形式，只要能够达到使加热后的原料水经热原水入流管通过管口进入热容腔(热原水入流管容腔、或称热侧、或称进料侧)时，与膜面间呈一定的倾斜角度(非90度)，而切向旋转冲洗膜面的目的即可。如在斜开口处设喷嘴。在一优选实施方式中，膜组件3具有三个热原水入流管，呈120度角均匀分布在有效膜中。所述膜组件3内，所述疏水性微孔膜8的两侧分别为进料侧(热侧)和渗透侧(冷侧)，所述浓缩的水经所述进料侧的出料口输出，经所述膜蒸馏，水蒸汽透过膜在所述渗透侧的出料口输出。[0045]在另一优选例中，所述渗透侧的出料口连接有冷凝器9，用于将所述水蒸汽冷凝为水，冷凝器9与集水器6相接，冷凝水被集水器6收集。在另一优选实施方式中，所述装置还包括集水器6，通过管道与所述膜组件3的渗透侧的出料口相接，用于收集水。较佳地，所述集水器6外周设有冷凝水夹套，所述水蒸汽冷凝为水后由所述集水器6进行收集。另外，为加速水蒸汽的渗透，所述膜组件3的渗透侧还可以连接有真空泵(图未示)，用于对渗透侧抽真空，进行减压膜蒸馏。在另一优选实施方式中，在膜组件3 的渗透侧也可以通入吹扫气体，将通过的水
蒸汽带走。使用本实用新型的装置时，在水槽中加入原料水；利用第一废热集热器加热原料水。通过连接与水槽上的水泵，抽吸水槽中的加热后的原料水经膜组件进行膜蒸馏；水蒸汽经所述膜蒸馏过程透过微孔膜进入到渗透侧，通过渗透侧的出料口输出，冷凝得到水。未渗透的浓缩的水经所述进料侧的出料口输出，经第二废热集热器加热后，被送回水槽。本实用新型的装置，通过利用废热加热原水，改良热原水入流管管口的结构设计，能有效节能，消减膜分离过程中的破坏温度和浓度极化层，从而提高膜通量，而且本实用新型的装置具有尺寸小，结构简单，能耗小，成本低、环保等优点。在本实用新型提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本实用新型的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
权利要求1.一种膜蒸馏水处理装置，其特征在于，所述装置包括膜组件，所述膜组件内装有疏水性微孔膜，用于将经进料口输入到所述膜组件内的原料水进行膜蒸馏，分别获得未透过所述疏水性微孔膜的浓缩的水和透过所述疏水性微孔膜的水，且所述进料口为斜开口，使得所述原料水的入流方向与所述疏水性微孔膜的膜面之间的角度小于90度。
2.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述装置还包括 水槽，所述水槽内装有原料水； 第一废热集热器，与所述水槽相接，原料水在所述水槽中经所述第一废热集热器加执. 水泵，所述膜组件的进料口通过水泵与所述水槽连接； 第二废热集热器，设置在所述水槽和所述膜组件之间，用于将由所述膜组件输出的所述浓缩的水加热，加热后的浓缩的水输送至所述水槽。
3.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述膜组件为板式、卷式、中空纤维式或管式。
4.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述疏水性微孔膜选自聚丙烯聚四氟乙烯复合微孔膜、聚偏氟乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜、聚乙烯微孔膜、聚四氟乙烯微孔膜。
5.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述膜组件具有3-6个进料口。
6.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述膜组件内，所述疏水性微孔膜的两侧分别为进料侧和渗透侧，所述膜组件在所述进料侧和所述渗透侧均设有出料口，所述浓缩的水经所述进料侧的出料口输出，经所述膜蒸馏透过所述疏水性微孔膜的水蒸汽在所述渗透侧的出料口输出。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述渗透侧的出料口连接有冷凝器，用于将所述水蒸汽冷凝为水。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述渗透侧的出料口连接有集水器，所述集水器外周设有冷凝水夹套，所述水蒸汽冷凝为水后由所述集水器进行收集。
9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述渗透侧还连接有真空泵，用于对渗透侧进行抽真空，促进水蒸汽的渗透。
10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述渗透侧通有吹扫气体，用于带走渗透的水蒸汽。
专利摘要本实用新型提供了一种膜蒸馏水处理装置，包括膜组件，所述膜组件内装有疏水性微孔膜，用于将经进料口输入到所述膜组件内的原料水进行膜蒸馏，分别获得未透过所述疏水性微孔膜的浓缩的水和透过所述疏水性微孔膜的水，且所述进料口为斜开口，使得所述原料水的入流方向与所述疏水性微孔膜的膜面之间的角度小于90度。本实用新型的装置的膜组件的进料口为斜开口，破坏了膜表面附近的温度和浓度极化边界层，从而有效提高膜通量。
文档编号C02F1/44GK202754832SQ20122041344
公开日2013年2月27日 申请日期2012年8月20日 优先权日2012年8月20日
发明者薛立新, 赵秀兰, 纪晓声, 刘义平, 潘惠凯 申请人:宁波莲华环保科技股份有限公司