一种空气隙膜蒸馏组件的制作方法

本实用新型涉及一种空气隙膜蒸馏组件，属于膜分离和化工分离技术领域。

背景技术：

膜蒸馏(MD)是一种新型的膜分离技术，以微孔疏水膜作为分离介质，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。MD主要有以下四种形式：直接接触膜蒸馏(DCMD)、减压膜蒸馏(VMD)、吹扫气膜蒸馏(SGMD)、空气隙式膜蒸馏(AGMD)，在这四种膜蒸馏形式中，热料液与微孔疏水膜均直接接触，但冷凝方式和渗透液收集的方式有所差异。

由于中空纤维微孔疏水膜具有比表面积大、无需支撑、填充密度高等优点，基于中空纤维微孔疏水膜的DCMD组件和VMD组件报道较多，而基于中空纤维微孔疏水膜的AGMD组件报道还较少。现有的中空纤维AGMD组件普遍采用中空纤维平行排列式填充结构，这种形式不仅不能保证空气隙的稳定存在，即中空纤维之间不可避免的存在直接接触，而且对水流的湍动效果差，不利于削弱温差极化和浓差极化现象；此外，平行排列使得换热管程较短，为了提高系统的换热管程和造水比，需要串联多个膜组件，增加了辅助设备和系统的复杂度。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种空气隙膜蒸馏组件。

本实用新型的技术方案概述如下：

一种空气隙膜蒸馏组件，包括壳体5，在壳体的上部设置有热料液进口6和冷料液出口7，在壳体的下部设置有热料液出口9和冷料液进口8，在壳体的底部设置有产水出口10，其特征是在壳体5的内部设置有圆柱状内芯1，中空纤维冷凝管3缠绕设置在内芯上形成中空纤维冷凝管层，在中空纤维冷凝管层外侧设置有隔网2，中空纤维微孔疏水膜4缠绕设置在隔网上形成中空纤维微孔疏水膜层，再在中空纤维微孔疏水膜层外侧设置有隔网，依次按中空纤维冷凝管层-隔网-中空纤维微孔疏水膜层-隔网继续设置，中空纤维微孔疏水膜的两端分别与热料液进口6和热料液出口9连接，中空纤维冷凝管的两端分别与冷料液出口7和冷料液进口8连接。

中空纤维微孔疏水膜在圆柱状内芯1上的缠绕角度为30-60°，所述中空纤维冷凝管在圆柱状内芯1上的缠绕角度为30-60°，中空纤维微孔疏水膜与中空纤维冷凝管的缠绕方向相反。

隔网的厚度为0.5～1mm，孔隙率大于80％。

中空纤维微孔疏水膜和中空纤维冷凝管的数量比为1:2～4。

本实用新型的优点：

1.本实用新型空气隙膜蒸馏组件的中空纤维微孔疏水膜和中空纤维冷凝管均呈螺旋缠绕，料液的流动路径呈螺旋状，一方面增加了径向剪切力，减小边界层厚度，削弱极化现象，另一方面螺旋错流提供了更大的流体流通直径，从而有助于降低轴向的沿程压降，降低中空纤维微孔疏水膜中蒸汽迁移推动力的衰减程度。

2.本实用新型的空气隙膜蒸馏组件，在内芯长度一定的条件下，中空纤维微孔疏水膜和中空纤维冷凝管的螺旋缠绕使得其长度远大于圆柱状内芯长度，增加了换热管程。

3.本实用新型的空气隙膜蒸馏组件的中空纤维微孔疏水膜和中空纤维冷凝管被隔网隔开，隔网保证了空气隙的稳定存在，空气隙的厚度即为隔网的厚度，通过隔网的厚度来调节空气隙的厚度，使得空气隙厚度便于精确控制。

4.本实用新型的空气隙膜蒸馏组件的可根据处理料液量的要求，可适当增加或减少中空纤维微孔疏水膜和中空纤维冷凝管的缠绕数量，在单个装置中可灵活调节膜面积和填充率，具有结构紧凑、占地面积小和组装方便等优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为一种空气隙膜蒸馏组件的工作工程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

一种空气隙膜蒸馏组件(见图1)，包括壳体5，在壳体的上部设置有热料液进口6和冷料液出口7，在壳体的下部设置有热料液出口9和冷料液进口8，在壳体的底部设置有产水出口10，其特征是在壳体5的内部设置有圆柱状内芯1，中空纤维冷凝管3缠绕设置在内芯上形成中空纤维冷凝管层，在中空纤维冷凝管层外侧设置有隔网2，中空纤维微孔疏水膜4缠绕设置在隔网上形成中空纤维微孔疏水膜层，再在中空纤维微孔疏水膜层外侧设置有隔网，依次按中空纤维冷凝管层-隔网-中空纤维微孔疏水膜层-隔网继续设置，根据要处理的物料及性质，确定缠绕的层数；中空纤维微孔疏水膜的两端分别与热料液进口6和热料液出口9连接，中空纤维冷凝管的两端分别与冷料液出口7和冷料液进口8连接。

还可以是先在圆柱状内芯1上缠绕设置中空纤维微孔疏水膜形成中空纤维微孔疏水膜层，在中空纤维微孔疏水膜层外侧设置有隔网，中空纤维冷凝管层缠绕设置在隔网上形成中空纤维冷凝管层，再在中空纤维冷凝管层外侧设置有隔网，依次按中空纤维微孔疏水膜层-隔网-中空纤维冷凝管层-隔网继续设置。

中空纤维微孔疏水膜在圆柱状内芯1上的缠绕角度为30-60°之间的任意度数，例如：30°，35°，40°，45°，50°，55°，60°，中空纤维冷凝管在圆柱状内芯1上的缠绕角度为30-60°之间的任意度数，例如：30°，35°，40°，45°，50°，55°，60°，中空纤维微孔疏水膜与中空纤维冷凝管的缠绕方向相反。

隔网的厚度为0.5-1mm之间的任意数，如0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1mm；孔隙率大于80％。

中空纤维微孔疏水膜和中空纤维冷凝管的数量比为1:2～4之间的任间数，如1:2、1:3或1:4。

圆柱状内芯1为耐热的金属管或塑料管，内芯的长度略小于壳体5的长度。

壳体和隔网的材质为导热系数较低且耐热的聚丙烯(PP)或聚四氟乙烯(PTFE)。

中空纤维微孔疏水膜4和中空纤维冷凝管3螺旋缠绕，二者的缠绕方向相反。料液的流动路径呈螺旋状，一方面增加了径向剪切力，减小边界层厚度，削弱极化现象，料液的螺旋流动可在较低的雷诺数下实现湍流，有利于膜通量的提高；另一方面螺旋错流设计理论上提供了更大的流体流通直径，从而有助于降低轴向的沿程压降，降低中空纤维中蒸汽迁移推动力的衰减程度。

在内芯1长度一定的条件下，螺旋缠绕使得膜丝长度远大于内芯1的长度。通过缠绕角度的调节可达到不同的膜丝长度，例如，当缠绕角度为30°时，膜丝长度为内芯1长度的两倍。随着缠绕角度的较小，膜丝的长度增加，对水流的湍动作用增强。膜丝的螺旋缠绕使得单个膜组件具有较长的换热管程，无需串联多个膜组件来延长换热管程和提高造水比，降低了辅助设备和系统的复杂度。

中空纤维微孔疏水膜4和中空纤维冷凝管3被隔网2隔开，隔网2保证了空气隙的稳定存在，避免了中空纤维微孔疏水膜4和中空纤维冷凝管3的直接接触，膜的直接热传导损失将大幅减小，使得更多的热量以蒸汽潜热的形式透过膜孔，因此，有利于渗透液产量的提高。隔网的厚度即为空气隙的厚度，可通过隔网的厚度来调节空气隙的厚度，使得空气隙厚度便于精确控制。

中空纤维微孔疏水膜4和中空纤维冷凝管3均有一定的间隙，有利于增大膜面积和冷凝面积；内芯1的外径需适中，外径过小则导致料液流动阻力大和每层缠绕根数少，外径过大则导致水流湍动效果差，极化现象的削弱效果差。

根据处理料液量的要求，可适当增加或减少中空纤维微孔疏水膜4和中空纤维冷凝管3的数量，在单个膜组件中可灵活调节膜面积和填充率，具有结构紧凑、占地面积小和组装方便等优点。

本实施例的空气隙膜蒸馏组件工作过程如下：见图2.

从料液补充管注入料液至加热箱11，开始加热；当加热箱的温度达到一种空气隙膜蒸馏组件14的设定温度后，启动循环泵12，将料液由热料液进口6输送至空气隙膜蒸馏组件14的中空纤维微孔疏水膜产生蒸汽，产生蒸汽后的料液由热料液出口9输送至冷却器13进行冷却；经冷却器13冷却后的料液由冷料液进口8返回空气隙膜蒸馏组件14的中空纤维冷凝管3来吸收蒸汽潜热，吸收蒸汽潜热后的料液由冷料液出口7回流至加热箱11进行二次加热，蒸汽冷凝产生的纯净水由产水出口10流出。

本实施例中，热料液由于失去蒸发热，自上而下温度逐渐降低，冷料液由于吸收蒸汽潜热，自下而上温度逐渐升高，整个过程实现了热能的最大利用，具有较高的热能利用效率。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。