一种膜蒸馏纯净水制备系统的制作方法

本发明涉及纯净水制备技术领域，特别是涉及一种膜蒸馏纯净水制备系统。

背景技术：

随着社会发展，淡水的需求在过去数十年间显著增加。截至2013年底，全球海水淡化产量约为4.773×109m³/d，至同年，我国已建成海水淡化装置的总产水量也已达到890.3kt/d。目前全球海水淡化工程总投资额已达数百亿美元，且正以每年20％左右的速度递增。当前已建成的海水淡化装机容量中，反渗透膜法(ro)占到70％。但ro技术存在淡化水回收率低、海水浓缩度不够高等问题。膜蒸馏技术在海水淡化、溶液浓缩方面具有诸多优势，近些年受到研究者的广泛关注。

膜蒸馏技术将膜技术与传统蒸发工艺相结合，使用疏水膜将热侧待处理液和冷侧隔开，只允许气体通过。利用膜两侧蒸汽压力差，使易气化组分通过并以一定方式导出，用以实现料液的分离或提纯。相比于反渗透膜等传统工艺，膜蒸馏技术具有溶质截留率高、操作温度压力低、可处理高浓度溶液等优势。膜蒸馏技术可用于海水淡化、分离热敏性物质与处理高浓度废水。

但同时膜蒸馏法功耗较大，且水蒸气中有较多的可供回收的冷凝潜热。当前用以回收膜蒸馏过程冷凝热的主要方式为将蒸汽与温度较低的换热器壁面接触冷凝，热量可被料液直接吸收，或被其他系统吸收。常利用热泵系统中冷剂于低温低压两相状态下吸收该冷凝热，经压缩机压缩后，状态变为高温高压，再进行放热对料液进行加热。

类似的热回收方式要求一定温差的存在，即用以回收冷凝热壁面或介质的温度应低于膜组件产生的蒸汽温度，因此料液无法加热到所需的操作温度，整个系统仍需要额外的设备对料液进行加热。如果利用封闭式热泵系统进行热量回收，则会进一步增加系统复杂度，且由于上述温差的存在，冷剂在压缩前后的压差更大，热泵系统的性能系数会进一步降低。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的不足，提供了一种能量利用率高的膜蒸馏纯净水制备系统。

一种膜蒸馏纯净水制备系统，包括：

膜组件，包括蒸馏膜，所述蒸馏膜将膜组件分隔成原料侧和馏分侧，所述膜组件用于将原料通过膜蒸馏制得纯净水馏分；

加热组件，用于将通入膜组件的原料加热汽化；

蒸汽压缩组件，用于将纯净水馏分压缩升温；

热交换组件，用于将压缩升温的纯净水馏分与通入膜组件的原料进行热交换。

所用的原料可以是海水，以便用于海水淡化；也可以是污水，以便用于污水净化。

优选的，所述热交换组件包括设于所述原料侧的热交换管。

更优选的，所述馏分侧设有出口端连接所述热交换管的馏分收集管，所述蒸汽压缩组件包括设于所述馏分收集管上、用于将膜蒸馏产生的纯净水馏分压缩升温后通入热交换管的第一蒸汽压缩机。

更优选的，所述热交换管的出口端通过收集管连接储水箱。

优选的，所述原料侧设有进原料管和出余料管，所述进原料管与出余料管之间设有用于将出余料管中余料的余热传递给进原料管中原料的第一换热器。

更优选的，所述进原料管上位于第一换热器的下游设有驱动水泵。

进一步优选的，所述进原料管上位于第一换热器与驱动水泵之间设有阀门。

优选的，所述加热组件包括用于对通入膜组件的原料加热的第二换热器、用于产生热蒸汽的蒸发器以及用于将热蒸汽输入所述第二换热器的第二蒸汽压缩机。

本发明膜蒸馏纯净水制备系统通过将膜蒸馏产生的蒸汽形态的纯净水馏分经过蒸汽压缩组件压缩升温后，再通过热交换组件对通入膜组件中的原料进行加热，从而将纯净水馏分中的低品位冷凝热转化为高品位能量进行能量的回收再利用，降低系统复杂度的同时，避免了传统热泵系统中由温差存在和传热损失引起的性能下降问题。加热组件用于在整个膜蒸馏纯净水制备系统启动时对通入膜组件中的原料进行加热，稳定运行过程中，可以仅通过蒸汽压缩组件向系统提供运行所需能量，而加热组件可以暂停运行，仅在需要时偶尔运行用于对系统补充热量。

附图说明

图1为本发明膜蒸馏纯净水制备系统的结构示意图。

图2为膜组件的结构示意图。

具体实施方式

如图1和2所示，一种膜蒸馏纯净水制备系统，包括膜组件1、加热组件7、蒸汽压缩组件和热交换组件。

膜组件1包括蒸馏膜11，蒸馏膜11将膜组件1分隔成原料侧12和馏分侧13，原料侧12设有进原料管2、出余料管3。蒸馏膜11本身的结构采用现有技术中用于海水淡化或污水处理制备纯净水的蒸馏膜，蒸馏膜11的原料侧12通入海水作为原料用于制备淡水，也可以通入污水作为原料用于制备纯净水，加热后温度升高，蒸汽压力较大，而馏分侧13温度较低，蒸汽压力较低，利用蒸馏膜11两侧蒸汽压力差，原料中的一部分水气化通过蒸馏膜11成为馏分进入到馏分侧13，从而实现蒸馏膜法的海水淡化或污水净化。

热交换组件，用于将压缩升温的纯净水馏分与通入膜组件1的原料进行热交换。热交换组件包括设于原料侧12的热交换管14。

馏分侧13设有出口端连接热交换管14的馏分收集管4。蒸汽压缩组件用于将纯净水馏分压缩升温，蒸汽压缩组件包括设于馏分收集管4上、用于将膜蒸馏产生的蒸汽压缩升温后通入热交换管14的第一蒸汽压缩机41。热交换管14的出口端通过收集管5连接储水箱6。膜蒸馏后产生的蒸汽虽然温度已经比原料侧的原料温度低，但还是具有较高的温度，如果直接收集，则这部分热量就损失掉了，所以通过使用第一蒸汽压缩机41将透膜后的蒸汽压缩到高温高压状态，仍为气态，然后进入到热交换管14中，用于对后续进入原料侧12的原料进行加热，从而使得部分余热得到重复利用，最终这些蒸汽经过热交换管14后温度降低，以气液混合状态进入到储水箱6中进行储存。

经过膜蒸馏后的原料中部分水被分离，剩余部分盐浓度或污染物浓度较高，通过出余料管3流出膜组件1。进原料管2与出余料管3之间设有用于将出余料管3中余料(浓度较高且含有一定余热的浓缩后原料)的余热传递给进原料管2中原料的第一换热器31。进原料管2上位于第一换热器31的下游设有驱动水泵21。进原料管2上位于第一换热器31与驱动水泵21之间设有阀门22。

加热组件7用于将通入膜组件1的原料加热汽化。加热组件7包括用于对进原料管2内原料加热的第二换热器71、用于产生热蒸汽的蒸发器72以及用于将热蒸汽输入第二换热器71的第二蒸汽压缩机73。加热组件7中，位于蒸发器72的上游还设有节流阀74。由于本申请膜蒸馏纯净水制备系统启动时还没有足够的蒸汽产生，所以无法通过热交换管14对原料进行加热，所以需要先对原料提供一些启动的热量，可以是在原料进入进原料管2之前，也可以是原料在进原料管2内时进行加热。加热组件7为其中一种用于对进原料管2中原料加热的方法。当然，除了启动阶段，在后续运行过程中，如果有必要，也还是可以通过加热组件7对原料进行一定的补充加热，以使本申请膜蒸馏纯净水制备系统能够保持连续运行。

本申请膜蒸馏纯净水制备系统在运行时，由进原料管2向膜组件1的原料侧12提供待处理的海水或污水，加热组件7对进原料管2中的原料加热，加热后的原料进入膜组件1的原料侧12，原料侧12的温度较馏分侧13温度高，且原料侧12的蒸气压力较馏分侧13高，由于蒸馏膜11两侧压差的存在，原料中部分的水分子透过蒸馏膜11进入到馏分侧13形成蒸汽，蒸汽从馏分侧13进入到馏分收集管4，经第一蒸汽压缩机41压缩到高温高压状态，然后蒸汽进入到热交换管14中，用于对原料侧12的原料进行加热，而这些蒸汽自身则在经过热交换管14后冷凝形成气液混合状态进入到储水箱6中进行储存；原料在经过膜组件1进行膜蒸馏后，剩余部分浓度变高，通过出余料管3排出膜组件1，这些剩余的高浓度原料还具有一定的余热可以利用，通过第一换热器31将余热传递给从进原料管2新补充进来的原料，使原料温度进行初步的加热。当整个循环过程平稳进行时，加热组件7可以暂停工作，仅依靠第一蒸汽压缩机41对馏分收集管4中蒸汽压缩来提供热量，加热组件7除了在整个系统启动时使用外，后续可以仅在需要时进行间歇性的运行。