专利名称：一种热回收式减压膜蒸馏组件装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分离装置，具体讲涉及节能减压膜蒸馏(VMD) 组件装置。
背景技术：
膜蒸馏(Membrane Distillation以下简称MD)^支术，兼具了蒸 馏法和膜法的优点，是一种在脱盐、浓缩、结晶、分离、水处理等领 域具有广泛应用前景的技术。
由于相变的原因MD被认为是一种热耗较高的技术，只有在具备 废热或廉价热源的条件下具有成本优势。本发明研制出了能够同时进 行高效热量回收的VMD组件装置，能够低成本地显著提高VMD过程中 的热利用率显著降低运行成本。 发明内容
本发明的目的是提供一种能够显著提高热利用率的高效减压膜 蒸馏(VMD)组件装置。
本发明是通过下述技术方案加以实现的， 一种热回收式减压膜蒸 馏组件装置，该组件装置是由单组或多组膜蒸馏组件单元组成的，组 件装置中的多组膜蒸馏组件单元是以并联、串联或串并联的形式排列 的。
如图1所示，膜蒸馏组件单元是由框式中空纤维膜组件和框式换 热组件组成的，膜蒸馏组件单元内框式中空纤维膜组件和框式换热组 件间隔排列、相互串联。在膜蒸馏组件单元内框式中空纤维膜组件和 框式换热组件可以是单组串联，也可以是多组串联。
所述的膜蒸馏组件单元内串联排列的第 一级膜组件的 一个端盖 与其相邻第 一级换热组件同侧的端盖相连通，第 一级换热组件另 一端 的端盖同与其相邻第二级膜组件同侧的端盖相连通，第二级膜组件另 一端的端盖同与其相邻第二级换热组件同侧的端盖相连通，如此膜组 件与换热组件的端部相互连通形成串联连接。
所述的膜蒸馏组件单元还包括另外一个与间隔排列的末级换热 组件相连"^妄的换热组件。
所述的膜蒸馏组件单元的两端各有一个封盖，其中与最后一个换热组件相连的封盖上有一个流体进出口 。
所述的膜蒸馏组件单元的下侧设有一个或多个排液管。 所述的膜蒸馏组件单元在使用时可为卧式、立式或斜式。
所述的框式中空纤维膜组件(如图2所示)包括框式组件槽体(外 壳)以及在槽体内均匀排列的疏水性多孔中空纤维膜，中空纤维膜的 两端分別被固定密封在槽体的两端，组件槽体的两端分别与一个有流 体进出口的端盖相连接。
所述的框式换热组件(如图3所示)包括框式组件槽体(外壳)以 及在槽体内均勻排列的换热管，换热管的两端分别被固定密封在槽体 的两端，组件槽体的两端分别与一个有液体进出口的端盖相连"l妻；所 述的换热管包括金属换热管、塑料换热管和其它材质的换热管以及各 种材质具有薄壁小外径的中空纤维换热管；所述的框式换热组件还包 括经过改进的板式换热器；所述的框式换热组件具有与框式中空纤维 膜组件相同或相近的内部长宽尺寸。
所述的框式中空纤维膜组件和框式换热组件的内部宽度为 0. 02 ~ 4米，长度为0. 02 ~ 5米，深度为0. 01 ~ 4米。
所述的膜蒸馏组件单元的结构可为一体式结构，以疏水性多孔中 空纤维膜组成的膜蒸馏单元和以换热管组成的换热单元按照图1所 示的串联方式分别平行装填在同 一个槽体内，中空纤维膜和换热管的 两端分别被固定密封在槽体的两端，每一个膜蒸馏单元和换热单元的 两端都分别与一个有液体进出口的端盖相连接；第一级膜蒸馏单元的 一个端盖与其相邻第一级换热单元同側的端盖相连通，第一级换热单 元另一端的端盖同与其相邻第二级膜蒸馏单元同侧的端盖相连通，第 二级膜蒸馏单元另一端的端盖同与其相邻第二级换热单元同侧的端 盖相连通，如此膜蒸馏单元与换热单元的端部相互连通形成串联结 构；所述的一体式膜蒸馏组件单元，还包括一个与间隔排列的末级换 热单元相连接的换热单元或换热组件；所述的一体式膜蒸馏组件单元 的两端各有一个封盖，其中与最后一个换热单元相连的封盖上有一个 流体进出口；所述的一体式膜蒸馏组件单元的下侧设有一个或多个排 液管。
本发明的热回收式减压膜蒸馏组件装置具有热回收率高、设备集成化程度高、占地面积小、操作成本低等优点。
图1是膜蒸馏组件单元装置示意图1、组件画l、固2、 MM3、 MMe分别表示第一级、第二级、第三级至末级中空纤维膜组件，2、 换热组件HE1、 HE2、 HE3、 HEe分别表示第一级、第二级、第三级至 末级换热组件，换热组件HEf为与末级换热组件相连的换热组件，3、 膜组件侧封盖，4、换热组件侧封盖，5、有液体进出口的膜组件及换 热组件端盖，6、液体管路，7、物料液进口， 8、物料液出口， 9、冷 却液或气进口， 10、冷却液或气出口， 11、真空4妾口， 12、冷凝液排 放口。
图2是框式中空纤维膜组件13、膜组件槽体，14、中空纤维膜， 15、膜组件端盖(5)上的液体进出口。
图3是框式换热组件16、换热组件槽体，17、换热管，18、换 热组件端盖(5 )上的液体进出口 。
具体实施方式
在使用如图1所示结构的膜蒸馏组件单元进行减压膜蒸馏时，料 液通过中空纤维膜和换热管的内腔，而真空负压施于中空纤维膜和换 热管的外侧。
如图1所示，经过预处理和具有较高温度(40至IO(TC )的物料 液通过料液进口 (7)进入第一级膜組件(MM1)沿中空纤维膜(14) 内腔流向中空纤维膜的另一端；真空负压通过真空接口 (ll)施于中 空纤维膜(14 )和换热管(17 )的外侧，挥发組份在物料液一膜的界 面上蒸发，蒸气通过膜孔到达中空纤维膜(14)的外侧。
在真空负压的作用下第一级膜组件(固l)所产生的蒸气流入与 之相邻的第一级换热组件(HE1)内，在换热组件(HE1)内与从膜组 件(醒l)内流出的低温料液进行热交换，料液温度得以提升，部分 蒸气纟皮冷凝为液体。
经过第一级换热组件(HE1)加热的料液通过液体管^各(6 )进入 第二级膜组件(MM2)继续蒸发，产生的蒸气在真空负压的作用下进 入第二级换热组件(HE2)同从第二级膜组件(醒2)流出的低温料液 进行热交换，蒸气被冷凝，低温料液被进一步加热。基于相同原理，经过多级的蒸发和热回收工艺过程后，料液内的可挥发组分在相当程 度上被分离出去，同时料液被浓缩至一定程度。若料液需要被进一步
蒸馏，则从末级换热组件(HEe)料液出口 (8)流出的4氐温料液被补 充热量进一步加热至预设温度后重新进入膜蒸馏系统进行循环蒸发 直至达到预期效果。
同末级换热组件(HEe)相连的换热器(HEf )以4氐温补充料液或 其它冷却介质将末级换热组件(HEe)未被冷凝的蒸气完全或大部分 冷凝为液体。
冷凝液通过i殳置于膜组件或换热组件的下部的排液管(12 )排出 膜蒸馏组件系统。
根据规才 求，可通过增加膜蒸馏组件单元内串联排列的膜组件 或膜蒸馏单元和换热组件或换热单元的数量以及膜蒸馏组件单元的 数量提高设备的料液处理量和规模。
实施例1
物料液海水
预处理沉淀、沙滤、樣"虑
单位膜蒸馏组件单元内
膜组件及数量框式聚丙烯中空纤维膜组件3个 换热组件及数量框式中空纤维换热器4个
膜蒸馏组件单元数量1个
物料液的膜组件进口温度90°C
结果产品为蒸馏水、10%含盐浓海水，热量回收利用率86%。 实施例2
物料液含硫酸工业废水 预处理沉淀、过滤
单位膜蒸馏组件单元内 一 膜组件及数量框式聚四氟乙烯中空纤维膜组件3个 换热组件及数量框式塑料中空纤维换热器4个
膜蒸馏组件单元数量1个
物料液的膜组件进口温度80°C
结果产品为蒸馏水、高浓辟u酸水溶液，热量回收利用率82%。实施例3
物料液含辟u酸工业废水 预处理沉淀、过滤 一体式膜蒸馏组件单元4个 物料液的膜组件进口温度85°C
结果产品为蒸馏水、高浓辟u酸水溶液，热量回收利用率91%。 实施例4
物料液8°/。乙醇盐水溶液 预处理过滤
一体式膜蒸馏组件单元5个 物料液的膜组件进口温度65°C 结果产品为95%乙醇溶液，热量回收利用率68%。 实施例5
物料液高盐度有机合成废水(NaCl 6-8%, COD 20000mg/l以
预处理沉淀、过滤、树脂吸附 单位膜蒸馏组件单元内
膜组件及数量框式全氟二曱基间二氧杂环戊烯-四氟乙烯
中空纤维膜组件5个
换热组件及数量改进的金属板式换热器6个 膜蒸馏组件单元数量5个 物料液的膜组件进口温度90。C
结果产品为蒸馏水、25°/ 浓盐水溶液，热量回收利用率90%。 实施例6
物料液5°/。柠檬酸钠水溶液
预处理超滤
单位膜蒸馏组件单元内
膜组件及数量框式聚偏氟乙烯中空纤维膜组件3个 换热组件及数量框式中空纤维换热器4个
膜蒸馏组件单元数量6个
物料液的膜组件进口温度88°p结果产品为蒸馏水、柠檬酸钠饱和溶液和柠檬酸钠固体结晶，
热量回收利用率85%。
权利要求1、一种热回收式减压膜蒸馏组件装置，该组件装置是由单组或多组膜蒸馏组件单元组成的，其特征在于所述的膜蒸馏组件单元是由单组或多组间隔排列、相互串联的框式膜组件和框式换热组件组成的，热回收式减压膜蒸馏组件装置中的多组膜蒸馏组件单元是以并联、串联或串并联的形式排列的。
2、 按照权利要求1的热回收式减压膜蒸馏组件装置，其特征是膜蒸 馏组件单元内的框式膜组件包括框式组件槽体以及在槽体内均匀排列的疏 水性多孔中空纤维膜，中空纤维膜的两端分别被固定密封在槽体的两端， 组件槽体的两端分别与一个有流体进出口的端盖相连接。
3、 按照权利要求1的热回收式减压膜蒸馏组件装置，其特征是膜蒸 馏组件单元内的框式换热组件包括框式组件槽体以及在槽体内均匀排列的 换热管，换热管的两端分别被固定密封在槽体的两端，组件槽体的两端分 别与一个有液体进出口的端盖相连接；所述的换热管包括金属换热管、塑料换热管和其它材质的换热管以及各种材质具有薄壁小外径的中空纤维换 热管；所述的框式换热组件还包括经过改进的板式换热器；所述的框式换 热组件具有与框式膜组件相同或相近的内部长宽尺寸。
4、 按照权利要求1的热回收式减压膜蒸馏组件装置，其特征在于所述 的膜蒸馏组件单元内间隔排列相互串联的第一级膜组件的一个端盖与其相 邻第一级换热组件同侧的端盖相连通，第一级换热组件另一端的端盖同与 其相邻第二级膜组件同侧的端盖相连通，第二级膜组件另一端的端盖同与 其相邻第二级换热组件同侧的端盖相连通，如此间隔排列的膜组件与换热 组件的端部相互连通。
5、 按照权利要求l的热回收式减压膜蒸馏组件装置，其特征在于所述 的膜蒸馏组件单元内的框式膜组件和框式换热组件的内部宽度为0. 02 ~ 4 米，长度为0. 02 ~ 5米，深度为0. 01 ~ 4米。
6、 按照权利要求l的热回收式减压膜蒸馏组件装置，其特征在于所述 的膜蒸馏组件单元还包括另外一个与间隔排列的末级框式换热组件相连的 换热组件。
7、 按照权利要求1的热回收式减压膜蒸馏组件装置，其特征在于所述 的膜蒸馏组件单元的两端各有一个封盖，其中与最后一个换热组件相连的 封盖上有一个流体进出口。
8、 按照权利要求1的热回收式减压膜蒸馏组件装置，其特征在于所述 的膜蒸馏组件单元的下侧设有一个或多个排液管。
9、 按照权利要求1的热回收式减压膜蒸馏组件装置，其特征在于所述 的膜蒸馏组件单元的结构可为一体式结构，以疏水性多孔中空纤维膜组成 的膜蒸馏单元和以换热管组成的换热单元按照权利要求1所述的膜蒸馏组 件单元内框式膜组件和框式换热组件的排列方式分别平行装填在同 一个组 件槽体内，中空纤维膜和换热管的两端分别被固定密封在槽体的两端，每 一个膜蒸馏单元和换热单元的两端都分别与一个有液体进出口的端盖相连 接；第一级膜蒸馏单元的一个端盖与其相邻第一级换热单元同侧的端盖相 连通，第一级换热单元另一端的端盖同与其相邻第二级膜蒸馏单元同侧的 端盖相连通，第二级膜蒸馏单元另一端的端盖同与其相邻第二级换热单元 同側的端盖相连通，如此间隔排列的膜蒸馏单元与换热单元的端部相互连 通形成串联结构；所述的一体式膜蒸馏组件单元还包括另外一个与间隔排 列的末级换热单元相连的换热单元或换热组件；所述的一体式膜蒸馏组件 单元的两端各有一个封盖，其中与最后一个换热单元或换热组件相连的封 盖上有一个流体进出口；所述的一体式膜蒸馏组件单元的下侧设有一个或 多个排液管。
专利摘要一种热回收式减压膜蒸馏组件装置，该组件装置是由单组或多组膜蒸馏组件单元组成的，膜蒸馏组件单元是由单组或多组间隔排列、相互串联的框式膜组件和框式换热组件组成的。本实用新型的热回收式减压膜蒸馏组件装置具有热回收率高、设备集成化程度高、占地面积小、操作成本低等优点。
文档编号B01D61/36GK201249103SQ20082007540
公开日2009年6月3日 申请日期2008年7月21日 优先权日2008年7月21日
发明者侯爱平, 张鹏硕, 王宏涛 申请人:天津海之凰科技有限公司