用于除盐的真空气隙膜蒸馏体系制造技术

本发明专利技术涉及一种用于除盐目的的真空气隙膜蒸馏系统。更特别地，本发明专利技术涉及一种具有多个单元的膜蒸馏体系，其中由于所述体系内的温度差和压差，体系的通量得以增加。所述真空气隙膜蒸馏体系的构造允许有效再循环体系内的潜热，从而降低体系的能量消耗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于除盐的真空气隙膜蒸馏体系
本专利技术涉及一种用于除盐的真空气隙膜蒸馏体系。更特别地，本专利技术涉及一种要 求最小能量消耗的用于高度有效的除盐过程的具有多个单元（cell)的膜蒸馏体系。
技术介绍
膜蒸馏（MD)为热驱动过程，其中仅蒸气分子传输通过膜层。用于被蒸馏物的液 体进料位于膜的一侧，用于由蒸气分子冷凝的馏出物或收集液体的收集区域位于膜的另一 侦k被蒸馏物通常被加热，馏出物通常在比被蒸馏物更冷的温度下。蒸发在膜的经加热的被 蒸馏物侧上发生，冷凝在膜的更冷的馏出物侧上发生。由于被蒸馏物侧具有比馏出物侧高 得多的温度，因此被蒸馏物侧具有比馏出物侧更高的蒸气压。当膜分离被蒸馏物与馏出物 时，在膜的两侧之间存在蒸气压梯度。该蒸气压梯度为使来自被蒸馏物侧的蒸发液体传输 通过膜至馏出物区域的主要驱动力，在所述馏出物区域处，蒸气随后冷凝成所需液体。协助 蒸气分子传输通过膜层的另一驱动力为热扩散。由于被蒸馏物侧与馏出物侧之间的温差， 蒸发的水分子从具有更高温度的一侧扩散至具有更低温度的一侧。 相比于反渗透体系和纯蒸馏体系，MD体系更有利，因为MD体系在低得多的压力和 更低的温度下操作。自从约20世纪60年代后期，MD体系出现，但部分由于可通过典型的 除盐过程而获得的低的通量率，MD体系并未作为水除盐过程而被广泛商业采用。近来，由 于对现有MD体系的各种改进所进行的大量研究，MD体系被认为是用于处理海水的潜在可 行的解决方法。另外，如今最新的MD体系可接入可再生热源（如太阳能或由电厂产生的过 剩热）以加热被蒸馏物，从而产生更能量有效且更成本有效的MD体系，使得这些体系对于 商业活动更可行。目前存在四种一般类型的膜蒸馏体系，这些包括气隙膜蒸馏（AGMD)、直接 接触膜蒸馏（DCMD)、吹扫气膜蒸馏（SGMD)和真空膜蒸馏（VMD)。 在AGMD体系中，冷水进料与膜的馏出物侧之间存在气隙，而膜的被蒸馏物侧与热 水进料直接接触。经过滤的水蒸气在穿过气隙定位的冷却金属板上冷凝之前扩散通过气 隙。冷凝物随后通过重力而排出气隙腔体。AGMD体系的一个缺点在于，在气隙腔体内存在 停滞空气。该停滞空气降低体系的通量率，因为归因于停滞空气的阻力降低体系的质量传 递速率。 在DCMD体系中，膜在一侧与冷水进料直接接触，并在另一侧与热水进料直接接 触。由膜过滤的蒸发的水蒸气冷凝，并在膜的冷水侧处与更冷的水组合。DCMD体系最适用 于除盐应用和降低水溶液的浓度。DCMD体系的一个缺点在于，尽管膜的差的传导性，热量从 被蒸馏物侧直接传导通过膜至馏出物侧。因此，提供至被蒸馏物的热量中的仅一部分被用 于蒸发过程。由于馏出物与膜直接接触，因此馏出物损失了提供至被蒸馏物的热量的其余 部分，从而产生具有极低热效率的体系。 SGMD体系通常在膜的馏出物侧使用气流作为水蒸气的载体。吹过膜表面的气流从 膜的表面和/或孔穴去除水蒸气粒子至冷凝室中。水蒸气在外部冷凝室内冷凝，并收集以 用于进一步使用。除了降低热传导损失之外，气流也降低质量传递阻力。SGMD体系最适用 于需要从水溶液中去除挥发物的应用。SGMD体系的缺点在于，需要大的吹扫气流以实现显 著的渗透产率，且需要外部冷凝器以用于冷凝过程。 VMD体系通常在膜的馏出物侧使用真空，以提取水蒸气。经提取的水蒸气在单独 的冷凝装置中冷凝。不同于利用扩散通量来影响水蒸气的传递的DCMD和AGMD体系，膜的 被蒸馏物侧与膜的馏出物侧之间的更大的压差产生通过膜的孔穴的对流质量流，这有助于 VMD体系的总质量传递。VMD体系的优点在于，由于馏出物侧的低的压力而使得体系的热传 导损失为可忽略的，且VMD体系的质量通量通常比其他MD体系更大。与SGMD体系类似， VMD体系最适用于需要从水溶液中去除挥发物的应用。VMD体系的一个缺点在于，必须提供 外部冷凝器以用于经收集的水蒸气分子的冷凝。 增加DCMD体系的通量传递的一些提出的方法包括将真空施加至膜的渗透物 侦牝以使渗透物流在真空或减压下流动。这种方法公开于代表内华达大学雷诺分校 (UniversityofNevada,Reno)的以内华达高等教育体系董事会（BoardofRegentsof theNevadaSystemofHigherEducation)的名义公开于2011年10月4日的美国专利 No. 8, 029, 671B2。该公开公开了一种真空增强直接接触膜蒸馏体系。在所公开的体系中， 真空施加至渗透物侧，以产生通过蒸馈膜的更高的通量传递速率。以TzahiY.Cath等人名 义公开于2010年4月15日的美国公布No. 2010/0089830也公开了一种通过将真空施加至 渗透物流而增加DCMD体系的通量的方法。跨过膜的蒸汽压差则使得被蒸馏物中的水蒸发， 经过膜并在渗透物流中冷凝。在这些公布中公开的真空增强的DCMD体系的一个缺点在于， 水蒸气的冷凝在与膜直接接触的渗透物溶液内发生。因此，渗透物溶液必须在整个过程中 保持为未被污染的状态。通常，为了获得这种状态，需要外部过滤装置。另外，由于冷凝物 与渗透物溶液混合，将难以检测膜内的渗漏或检测润湿孔隙。 在典型的VMD体系中，渗余物/被蒸馏物流的蒸气压和VMD体系的蒸气空间的 绝对压力基本上保持在相同压力下，以避免蒸馏膜的高机械载荷。当超过蒸馏膜的液体 进入压力时，发生孔隙润湿，使得蒸馏膜不起作用。避免VMD体系中的蒸馏膜的高机械载 荷的一个方法公开于以WolfgangHeinzl的名义公开于2011年10月4日的美国专利 No. 8, 029, 675中。该公布公开了一种方法和装置，其中将负压施加于渗余物流，从而降低渗 余物流的绝对压力。具体地，渗余物流的压力降低至VMD体系中的蒸气隙的负压水平。 现有提出的VMD体系通过将渗余物/被蒸馏物流的压力降低至VMD体系的负压水 平而避免蒸馏膜的过载。在这种体系中，由于渗余物流与蒸气隙之间的压差保持为最小，因 此通过蒸馏膜的所得通量率更低。在这种体系中，蒸发的水分子通过扩散从具有更高温度 的一侧传递通过蒸馏膜至更低温度的一侧。因此，这种体系通常需要最少数量的用于这些 体系的膜模块以商业可行。 由于现有的膜蒸馏体系通常不足够有效以商业可行，因此这些体系是不利的。因 此，本领域技术人员不断寻找设计膜蒸馏体系的方式，所述膜蒸馏体系具有足够高的通量 率、足够低的能量消耗和优良的过滤精度以使膜蒸馏体系在商业规模上是可行的。
技术实现思路
根据本专利技术，本领域的如上问题和其他问题得以解决，且获得了本领域的进步。根 据本专利技术的真空气隙膜蒸馏（VAGMD)体系的第一优点在于，VAGMD体系具有独立于冷凝物 收集出口的提取出口，以从冷凝室中去除不可冷凝的气体。根据本专利技术的VAGMD体系的第 二优点在于，VAGMD体系利用跨VAGMD体系的温度梯度和跨蒸馏膜的蒸气压梯度来获得高 通量率和回收率。根据本专利技术的VAGMD体系的第三优点在于，将真空压力施加至冷凝室， 从而使冷凝室具有部分真空。冷凝室内的部分真空增加了跨蒸馏膜的蒸气压梯度，这转而 允许体系有效获得高通量和回收率。根据本专利技术的VAGMD体系的第四优点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种除盐体系，其包括：第一蒸馏膜，所述第一蒸馏膜具有被蒸馏物侧和馏出物侧，其中具有第一温度的流动溶液与所述第一蒸馏膜的被蒸馏物侧流体连通；第一冷凝片，所述第一冷凝片在离所述第一蒸馏膜的馏出物侧的指定距离处，并具有进料侧和馏出物侧，其中所述第一冷凝片的馏出物侧面向所述第一蒸馏膜的馏出物侧，具有第二温度的进料溶液与所述第一冷凝片的进料侧流体连通，其中所述流动溶液的第一温度大于所述进料溶液的第二温度；第一冷凝室，所述第一冷凝室在所述第一蒸馏膜的馏出物侧与所述第一冷凝片的馏出物侧之间形成，并具有第一收集出口和位于所述第一收集出口的远侧的第一提取出口，和真空产生装置，所述真空产生装置与所述第一收集出口和所述第一提取出口连通。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1. 一种除盐体系，其包括： 第一蒸馏膜，所述第一蒸馏膜具有被蒸馏物侧和馏出物侧，其中具有第一温度的流动 溶液与所述第一蒸馏膜的被蒸馏物侧流体连通； 第一冷凝片，所述第一冷凝片在离所述第一蒸馏膜的馏出物侧的指定距离处，并具有 进料侧和馏出物侧，其中所述第一冷凝片的馏出物侧面向所述第一蒸馏膜的馏出物侧，具 有第二温度的进料溶液与所述第一冷凝片的进料侧流体连通，其中所述流动溶液的第一温 度大于所述进料溶液的第二温度； 第一冷凝室，所述第一冷凝室在所述第一蒸馏膜的馏出物侧与所述第一冷凝片的馏出 物侧之间形成，并具有第一收集出口和位于所述第一收集出口的远侧的第一提取出口，和 真空产生装置，所述真空产生装置与所述第一收集出口和所述第一提取出口连通。2. 根据权利要求1所述的除盐体系，其中所述第一收集出口和所述第一提取出口提供 有负压，从而使所述第一冷凝室具有部分真空。3. 根据权利要求2所述的除盐体系，其中所述第一收集出口提供有第一负压。4. 根据权利要求2所述的除盐体系，其中所述第一提取出口提供有第二负压。5. 根据权利要求2所述的除盐体系，其还包括： 收集装置，所述收集装置与所述第一收集出口连通，其中当将负压提供至所述第一收 集出口时，在所述第一冷凝片的馏出物侧形成的冷凝流体由所述收集装置收集；且 其中当所述冷凝流体在所述第一冷凝片的馏出物侧形成时，来自所述流动溶液的潜热 被传递至所述进料溶液。6. 根据权利要求5所述的除盐体系，其中所述收集装置包括： 栗；和 热压机。7. 根据权利要求2所述的除盐体系，其还包括： 提取装置，所述提取装置与所述第一提取出口连通，其中当将负压提供至所述第一提 取出口时，在所述第一冷凝室内的不可冷凝的气体由所述提取装置提取。8. 根据权利要求6所述的除盐体系，其中所述提取装置包括： 栗；和 热压机。9. 根据权利要求1所述的除盐体系，其还包括： 泵，所述泵与所述进料溶液、所述流动溶液和所述真空产生装置流体连通。10. 根据权利要求1所述的除盐体系，其还包括： 热交换器，所述热交换器与所述流动溶液和所述进料溶液流体连通。11. 根据权利要求10所述的除盐体系，其中所述热交换器还包括： 进料路径，所述进料路径用于接收所述进料溶液并将所述进料溶液加热至预定温度， 以形成流动溶液；和 流动路径，所述流动路径用于排出所述流动溶液。12. 根据权利要求1所述的除盐体系，其中所述真空产生装置包括： 栗；和 热压机。13. 根据权利要求1所述的除盐体系，其中所述进料溶液包含盐水。14. 根据权利要求1所述的除盐体系，其中所述流动溶液包含经加热的盐水。15. 根据权利要求1所述的除盐体系，其中所述第一提取出口和所述第一收集出口位 于所述冷凝室的相对端。16. 根据权利要求1所述的除盐体系，其中所述第一冷凝片与所述第一蒸馏膜的馏出 物侧之间的指定距离为2mm至4mm之间。17. 根据权利要求1所述的除盐体系，其中所述第一蒸馏膜包括： 可承受至少350千帕的液体进入压力的具有液体-蒸气界面的膜。18. 根据权利要求17所述的除盐体系，其中所述第一蒸馏膜的膜为三层复合材料膜。19. 根据权利要求18所述的除盐体系，其中所述三层复合材料纳米纤维膜的被蒸馏物 侧包括疏水性静电纺丝纳米纤维层，且所述三层复合材料纳米纤维膜的馏出物侧包括亲水 性背衬层。20. 根据权利要求2所述的除盐体系，其中所述第一冷凝室保持在低于所述流动溶液 的蒸气压的压力下。21. 根据权利要求1所述的除盐体系，其还包括： 第二蒸馏膜，所述第二蒸馏膜还包括被蒸馏物侧和馏出物侧，其中所述第二蒸馏膜的 被蒸馏物侧与所述流动溶液流体连通； 第二冷凝片，所述第二冷凝片在离所述第二蒸馏膜的馏出物侧的指定距离处，并具有 进料侧和馏出物侧，其中所述第二冷凝片的馏出物侧面向所述第二蒸馏膜的馏出物侧，且 其中所述第二冷凝片的进料侧与所述进料溶液流体连通； 第二冷凝室，所述第二冷凝室在所述第二蒸馏膜的馏出物侧与所述第二冷凝片的馏出 物侧之间形成，并具有第二收集出口和位于所述第二收集出口的远侧的第二提取出口，和 真空产生装置，所述真空产生装置与所述第二收集出口和所述第二提取出口连通。22. 根据权利要求21所述的除盐体系，其中所述第一和第二收集出口和所述第一和第 二提取出口提供有负压，从而使所述第一和第二冷凝室具有部分真空。23. 根据权利要求22所述的除盐体系，其中所述第一收集出口提供有第一负压。24. 根据权利要求22所述的除盐体系，其中所述第一提取出口提供有第二负压。25. 根据权利要求22所述的除盐体系，其还包括： 收集装置，所述收集装置与所述第一和第二收集出口连通，其中当将负压提供至所述 第一和第二收集出口时，在所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·普林斯，G·辛格，T·S·桑穆加孙达拉姆，
申请(专利权)人：义安理工学院，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG