专利名称：一种鼓气减压膜蒸馏装置以及蒸馏方法
技术领域：
本发明涉及一种膜蒸馏装置以及方法，尤其涉及水净化处理和化工分离的膜分离 处理装置以及方法。
背景技术：
膜蒸馏在近年来吸引了世界范围内的关注和研究。与普通蒸发器比较，膜蒸馏的 一个最显著的特征是单位体积的蒸发面积大，因而可以使装置在常压、较低温度的蒸发过 程中高效地运行，且蒸馏操作所需的汽相空间很小。与反渗透相比，膜蒸馏是热驱动过程， 操作压力低，因此对膜机械性能的要求低，设备费用也低，过程安全性得到了提高，而且，膜 蒸馏的操作压力低，脱盐率高，膜污染少。膜蒸馏是一种采用疏水微孔膜，以膜两侧蒸汽压 力差为传质驱动力的膜分离过程。在微孔疏水膜两侧的蒸汽压差的驱动下，水蒸汽从被加 热的原水一侧穿过疏水膜后再被冷凝为液态的分离过程。由于膜的疏水性，只有水蒸汽能 透过膜孔，原水以及溶解在其中的非挥发性溶质无法穿过膜孔，所以膜蒸馏过程理论上可 以对离子、大分子、胶体、细胞和其它非挥发物实现100%的脱除。微孔疏水膜在膜蒸馏过程 中起两相之间的支撑屏蔽作用。在膜蒸馏的过程中，同时发生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。膜蒸馏过程的操作温度低于传统的蒸馏过程，而操作压力又低于传统的膜分离过 程；对膜的机械性能要求较低；与传统的蒸馏过程相比，蒸汽空间显著减少。膜蒸馏的组件 可以设计成潜热回收形式，并具有以高效的小型膜组件构成大规模生产体系的灵活性。该 过程可以处理浓度极高的水溶液，如果溶质是容易结晶的物质，可以把溶液浓缩到过饱和 状态而实现膜蒸馏结晶，是目前唯一能从溶液中直接分离出结晶产物的膜过程，且只要膜 两侧维持适当的温差，该过程就可以进行，可以利用太阳能、地热、温泉、工厂余热和温热的 工业废水等廉价能源。膜蒸馏技术具有操作压力低，可得到99. 99%的脱盐率和在良好操作条件下高于 反渗透的水通量，显示了它作为反渗透技术的替代(大规模纯水制备)或补充技术(如用 于船舶饮用水等)的应用潜力，在降低投资和运行费用，提高水的利用率，减少浓水排放方 面，可望取得显著的经济效益和社会效益。减压膜蒸馏是在疏水膜的透过侧施加一个负压，将透过多孔膜的水蒸汽抽出到膜 组件以外的冷凝器内进行冷凝液化。将减压膜蒸馏方法应用于从水体中去除挥发性溶质， 从含盐水脱盐制备超纯水，以及溶液的浓缩等的研究工作已经在世界范围内展开。在这些 研究中，各种操作条件和工艺参数如进水温度与浓度、热侧水体循环流速和蒸汽压差等对 膜蒸馏蒸汽通量的影响已经被一定程度的讨论，膜蒸馏过程的传热与传质机理也被进一步 的探讨。但是，膜蒸馏过程中一般都存在着疏水膜亲水化渗漏问题，如何对亲水化后的疏 水膜组件进行再次干燥处理，是膜蒸馏技术实现工业化应用必需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种在线干燥的鼓气减压膜蒸馏装 置与方法。为了实现上述目的，本发明提供了一种鼓气减压膜蒸馏装置，其特征在于，包括依 次连接的下述部件在原水侧设置的水槽；连接于水槽上的水泵，用于抽吸水槽中的原水； 设置于水泵下游的气液混合器，气液混合器上设置压缩空气进口，压缩空气进口用于向原 水鼓入低压压缩空气，上述气液混合器用于混合压缩空气和液体，形成气液混合流体；疏水 膜组件，处理气液混合流体；在疏水膜组件出水侧设置负压产生装置。本发明提供一种鼓气减压膜蒸馏方法，膜蒸馏过程与膜干燥过程间歇交替进行， 在膜干燥过程中，停止原水循环泵，在膜组件的原水侧鼓入压缩空气的同时，在膜的出水侧 施加负压。原水槽中的原水经过水泵提升压力，然后通过气液混合器混入压缩空气，进入膜 组件中进行膜蒸发；通过疏水膜组件的出水侧外接的负压系统，产生抽吸作用。一定时间 后，停止供原水，继续鼓入压缩空气，同时，在膜的出水侧保持负压，使压缩空气穿过膜孔， 将膜孔中的凝结水吹干，从而恢复和保持疏水膜的干燥性。通过本发明取得如下效果本发明设计了膜组件的在线干燥方法，膜蒸馏过程与膜干燥过程间歇交替进行。 膜蒸馏时，开启热侧循环泵，在原水进入疏水膜组件前的管路上鼓入低压压缩空气，混合形 成气液混合流体后，再进入疏水膜组件中，在疏水膜组件的产汽出口外接真空泵，构成鼓气 减压膜蒸馏系统。控制一定的运行时间后，当疏水膜尚未发生亲水化或只发生轻微的亲水 化时，进行在线干燥处理，具体步骤是关闭热侧循环泵，继续在膜的原水侧鼓入压缩空气， 同时，在膜的出水侧保持负压。在负压的抽吸作用下，压缩空气吹扫透过疏水膜，利用压缩 空气的夹带吹扫作用，将将膜孔中的凝结水除掉，从而实现疏水膜的在线干燥。与离线干燥方法相比，设备简单，操作方便，易于实现自动控制。
图1是本发明的鼓气减压膜蒸馏装置工艺装置示意图。
具体实施例方式本发明的系统如图1所示。本发明涉及的鼓气减压膜蒸馏装置从原水侧看，包括 依次连接的如下部件在原水侧设置的水槽1 ；连接于水槽上水泵2 ；连接于水泵出水口的阀门3 ；连接 在水泵2下游的气液混合器5，用于混合压缩空气和液体，形成气液混合流体；压缩空气进 口 4，设置在混合器5上，用于向原水鼓入低压压缩空气；连接于混合器5出口的疏水膜组 件6，处理气液混合流体。上述疏水膜组件6的出水口连接至水槽1，将未蒸发的流体返回 到水槽1。此外，原水可以是被预加热或未加热或直接被加热至所需温度。在疏水膜组件出水侧设置负压产生装置。在出水侧负压提供方式如图1，依次由冷凝器7、气液分离器9、集水罐8和真空泵
410连接构成。其中冷凝器7连接于疏水膜组件水蒸气出口，使得水蒸气与部分压缩空气通 过膜组件6后，进行冷凝；与冷凝器出口连接的气液分离器9，进行气体和液体的分离；集水 罐8，设置在气液分离器9的液体流出口，用于收集水；真空泵10，设置在气液分离器9的气 体排出口，用于产生负压抽吸。本发明的特征是膜蒸馏过程与膜干燥过程间歇交替进行。膜蒸馏时，开启热侧循 环泵，原水槽中的原水(可以是被预加热或未加热或直接被加热至所需温度)，经过水泵2 提升压力，通过阀门3、气液混合器5，进入膜组件6中进行蒸发，未蒸发的流体返回原水槽 1。压缩空气通过管4进入气液混合器5。在真空泵10的负压抽吸作用下，膜组件6中蒸发 的水蒸气与部分压缩空气夹带混合，透过疏水膜，在装置的出水侧被冷凝。膜组件在线干燥 方法是关闭热侧循环泵2，关闭阀门3，继续在膜的原水侧鼓入压缩空气4，同时，在膜的出 水侧保持负压。压缩空气将膜组件6管程中的液体吹出膜组件，同时在真空泵10的负压抽 吸作用下，部分压缩空气吹扫透过疏水膜，利用压缩空气的夹带吹扫作用，将膜孔中的凝结 水除掉，从而实现疏水膜的在线干燥。然后，返回膜蒸馏过程。与离线干燥方法相比，设备简单，操作方便，易于实现自动控制。
权利要求
一种鼓气减压膜蒸馏装置，其特征在于，包括依次连接的下述部件在原水侧设置的水槽(1)；设置于水槽下游的气液混合器(5)，气液混合器上设置压缩空气进口(4)，压缩空气进口(4)用于向原水鼓入低压压缩空气，上述气液混合器(5)用于混合压缩空气和液体，形成气液混合流体；疏水膜组件(6)，处理气液混合流体；在疏水膜组件(6)的出水侧设置负压产生装置。
2.根据权利要求1所述的所述的鼓气减压膜蒸馏装置，其特征在于，副压产生装置依 次包括冷凝器(7)、气液分离器(9)、集水罐(8)和真空泵(10)；其中冷凝器(7)连接于疏水膜组件(6)的水蒸气出口，使得水蒸气与部分压缩空气通 过膜组件(6)后，进行冷凝；与冷凝器(6)出口连接的气液分离器(9)，进行气体和液体的分离； 集水罐(8)，设置在气液分离器(9)的液体流出口，用于收集水； 真空泵(10)，设置在气液分离器(9)的气体排出口，用于产生负压抽吸。
3.根据权利要求1所述的所述的鼓气减压膜蒸馏装置，其特征在于 水槽(1)的出水侧设置水泵(2)，用于抽吸水槽中的原水。
4.根据权利要求3所述的所述的鼓气减压膜蒸馏装置，其特征在于 水泵(2)的下游设置阀门(3)。
5.一种鼓气减压膜蒸馏方法，其特征在于 包括膜蒸馏过程和膜干燥过程；在膜蒸馏过程中，原水槽(1)中的原水，通过气液混合器(5)，与压缩空气混合后，进入 膜组件(6)中进行蒸发，未蒸发的流体返回原水槽(1)；在负压侧的负压抽吸作用下，膜组 件(6)中蒸发的水蒸气与部分压缩空气夹带混合，透过疏水膜，在膜组件的出水侧被冷凝； 膜干燥过程中，关闭原水槽的出水侧，继续在膜的原水侧鼓入压缩空气，同时，在膜的 出水侧保持负压，压缩空气将膜组件(6)中的液体吹出膜组件，同时在负压侧的负压抽吸 作用下，部分压缩空气吹扫透过疏水膜，利用压缩空气的夹带吹扫作用，将将膜孔中的凝结 水除掉；膜蒸馏过程与膜干燥过程间歇交替进行。
全文摘要
本发明提供了一种鼓气减压膜蒸馏装置以及蒸馏方法。膜蒸馏时，在原水进入疏水膜组件前的管路上鼓入低压压缩空气，混合形成气液混合流体后，再进入疏水膜组件中，在疏水膜组件的产汽出口外接真空泵，构成鼓气减压膜蒸馏系统。控制一定的运行时间后，当疏水膜尚未发生亲水化或只发生轻微的亲水化时，进行在线干燥处理，具体步骤是关闭热侧循环泵，继续在膜的原水侧鼓入压缩空气，同时，在膜的出水侧保持负压。在负压的抽吸作用下，压缩空气吹扫透过疏水膜，利用压缩空气的夹带吹扫作用，将将膜孔中的凝结水除掉，从而实现疏水膜的在线干燥。与离线干燥方法相比，设备简单，操作方便，易于实现自动控制。
文档编号B01D61/36GK101874984SQ200910068639
公开日2010年11月3日 申请日期2009年4月28日 优先权日2009年4月28日
发明者吕晓龙 申请人:吕晓龙