减压超滤膜蒸馏装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种减压超滤膜蒸馏装置及其方法，装置为原料液槽与超滤膜组件连接；超滤膜组件未蒸发清液出口与浓水收集槽连接、蒸馏蒸汽出口与外接冷凝器连接；外接冷凝器与膜蒸馏产水收集槽连接；膜蒸馏产水收集槽与真空泵连接；方法为启动真空泵；原料液在真空泵作用下进入超滤膜组件，经超滤膜过滤；蒸发水蒸汽从超滤膜组件膜蒸馏蒸汽出口进入冷凝器中，冷凝的膜蒸馏产水流入膜蒸馏产水收集槽中；未蒸发清液，流入浓水收集槽中；浓水达一定体积后排放；其利用膜组件壳程或者管程空间和自然重力作用，实现气液分离，得到低电导率的膜蒸馏产水，可以避免疏水膜亲水化渗漏问题，实现高效膜法蒸馏过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高盐度废水处理、化工与医药浓缩分离的膜分离技术,尤其涉及一种减压超滤膜蒸馏装置及其方法。
技术介绍
膜蒸馏技术是近年来膜
研究的热点之一，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，分离过程的安全性得到了提高，而且，膜蒸馏的脱盐率高，膜污染程度低。现有常规膜蒸馏是以疏水膜为分离介质，以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力，以传热过程为主要控制因素的膜分离过程。在疏水膜两侧的蒸汽压差的驱动下，水蒸汽从被加热的原料液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，液体水以及溶解在原料液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。现有膜蒸馏技术包括减压膜蒸馏、气隙膜蒸馏、气扫膜蒸馏、直接接触膜蒸馏和吸收膜蒸馏。其中减压膜蒸馏具有最大的膜蒸馏通量和最低的产水电导率。目前膜蒸馏技术存在着诸多关键问题，其一是由于不可避免的膜污染现象，在膜蒸馏过程中存在不可回避的疏水膜的亲水化渗漏；关键问题之二是由于疏水膜制备材料与方法的限制，膜蒸馏通量与膜机械强度均较低，因此，这是膜蒸馏技术实现工业化应用必需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有膜蒸馏技术存在的上述问题，而提供一种减压超滤膜蒸馏装置及其方法，采用超滤膜作为原料液分布机构，透过该超滤膜的原料液，在该超滤膜另一侧表面均匀分布，一部分在真空泵减压下作用下蒸发，蒸发的蒸汽从超滤膜组件上端口引出膜组件，未蒸发的原料液，则在自然重力作用下，沿超滤膜外表面向下流，从膜组件未蒸发清液出口流出膜组件，实现气液分离。本专利技术的目的是由以下技术方案实现的。本专利技术减压超滤膜蒸馏装置，其特征在于：原料液槽11的出口通过管线与超滤膜组件13的壳程或者管程连接，该超滤膜组件13的未蒸发清液出口15通过管线与浓水收集槽16连接，超滤膜组件13蒸馏蒸汽出口17通过管线与外接冷凝器18进口连接，该外接冷凝器18的出口通过管线与膜蒸馏产水收集槽19连接，该膜蒸馏产水收集槽19通过管线与真空泵20连接；该原料液槽11与超滤膜组件13壳程或者管程连接的管线上设有进料控制阀门12，该超滤膜组件13第二出口连接的管线上设有清洗排出阀14；该外接冷凝器18壳体上设有冷却水进口22和冷却水出口23；该超滤膜组件13蒸馏蒸汽出口17与外接冷凝器18连接管线的垂直管段高度h为15至30cm。前述的减压超滤膜蒸馏装置，其中超滤膜的分离孔径为0.01至2.0μm，超滤膜组件的结构形式为常规的中空纤维型、管式、板框式或者卷式。本专利技术减压超滤膜蒸馏装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：(一)关闭超滤膜组件12的清洗排出阀14，启动真空泵20；(二)原料液槽11中的热原料液，在真空泵20的负压抽吸下，经进料控制阀门12的原料液流量控制进入超滤膜组件13的管程或者壳程中，经超滤膜除杂过滤后，透过超滤膜的清液自然分布在超滤膜外表面；(三)在真空泵20的抽吸作用下，部分清液蒸发，水蒸汽从超滤膜组件13膜蒸馏蒸汽出口17，经一段垂直管完成气液分离后，进入外接冷凝器18中，冷凝后的膜蒸馏产水流入膜蒸馏产水收集槽19中；(四)超滤膜组件13内未蒸发的清液，在重力作用下，沿着超滤膜外表面向下流，然后从超滤膜组件13未蒸发清液出口15而流入浓水收集槽16中；(五)进入浓水收集槽(16)中的浓水达到一定体积后排放。本专利技术减压超滤膜蒸馏装置，其特征在于：原料液槽11的出口通过管线与循环水槽26第一进水口261连接，该循环水槽26的出口通过管线与超滤膜组件13壳程或者管程连接，该超滤膜组件13的未透过超滤膜的原料液出口140通过管线与循环水槽26第二进水口262连接，超滤膜组件13蒸馏蒸汽出口17通过管线与外接冷凝器18进口连接，超滤膜组件13的未蒸发清液出口15通过管线与循环水槽26第三进水口263连接，该外接冷凝器18的出口通过管线与膜蒸馏产水收集槽19连接，该膜蒸馏产水收集槽19通过管线与真空泵20连接；该原料液槽11与循环水槽26第一进水口连接的管线上设有进料控制阀门12，该循环水槽26出口与超滤膜组件13壳程或者管程连接的管线上依次设有循环流量控制阀25和循环水泵24；该外接冷凝器18壳体上设有冷却水进口22和冷却水出口23；该超滤膜组件蒸馏蒸汽出口17与外接冷凝器18连接管线的垂直管段高度h为15至30cm。前述的减压超滤膜蒸馏装置，其中超滤膜的分离孔径为0.01至2.0μm，超滤膜组件的结构形式为常规的中空纤维型、管式、板框式或者卷式。本专利技术减压超滤膜蒸馏装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：(一)启动真空泵20，原料液槽11中的热原料液，在真空泵20的负压抽吸下，经进料控制阀门12控制原料液流量，进入循环水槽26；(二)启动循环水泵24，进入循环水槽26的原料液在循环水泵24驱动下，通过循环流量控制阀25，进入超滤膜组件13的管程或者壳程中，经超滤膜除杂过滤后，透过超滤膜的清液自然分布在超滤膜的外表面；(三)在真空泵20的抽吸作用下，部分清液蒸发，水蒸汽从超滤膜组件13的膜蒸馏蒸汽出口17，经过一段高度h为15至30cm的垂直管段完成气液分离后，进入冷凝器18中；(四)在冷凝器18内冷凝后的膜蒸馏产水流入膜蒸馏产水收集槽19中；(五)未蒸发的清液，在重力作用下，沿超滤膜外表面向下流，然后从超滤膜组件13的未蒸发清液出口15，流回循环水槽26中；(六)未透过超滤膜的原料液从该超滤膜组件13的未透过超滤膜原料液出口140经管线回流至循环水槽26内。本专利技术减压超滤膜蒸馏装置及其方法的显著特征是：不采用疏水膜作为气液分离介质，改为使用透水性超滤膜作为原料液分布机构。该超滤膜具有透水性能，因为透水性超滤膜所提供的蒸发面积大于膜孔道的实际气液接触界面面积，与疏水膜相比，具有在单位体积内蒸发面积更大的特点；利用膜组件壳程空间和自然重力作用，实现气液分离，可以得到低电导率的膜蒸馏产水；蒸发过程是在分离膜的表面而不取决于膜孔通道，因而可以制备低孔隙率和小孔径的膜，相应可以得到更高机械强度的膜；由于可以提高膜的机械强度，因而可以制备更薄的膜，提高膜的导热性能，有利于蒸发温度的提高；无需蒸汽透过膜孔进行传质，因而降低了气相传质阻力；因不使用疏水膜，相应避免了疏水膜的亲水化渗漏问题。这样可以实现高效的膜法蒸馏过程。该方法同样是将膜技术与传统蒸馏技术结合的膜蒸馏技术，利用了分离膜气液接触面积大的优点，相比于现有减压膜蒸馏、气隙膜蒸馏、气扫膜蒸馏、直接接触膜蒸馏和吸收膜蒸馏，本专利技术提出的减压超滤膜蒸馏是更为高效的膜蒸馏技术。依据具体实施的方式不同，可以有减压超滤膜蒸馏，即在超滤膜的透过侧施加负压，将在超滤膜表面蒸发的水蒸汽抽出到膜组件外部的冷凝器内进行冷凝液化；可以有气扫式超滤膜蒸馏，即在超滤膜的透过侧施加吹扫气，将在超滤膜表面蒸发的水蒸汽吹出到膜组件外部的冷凝器内进行冷凝液化，等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种减压超滤膜蒸馏装置，其特征在于：原料液槽(11)的出口通过管线与超滤膜组件(13)的壳程或者管程连接，该超滤膜组件(13)的未蒸发清液出口(15)通过管线与浓水收集槽(16)连接，超滤膜组件(13)蒸馏蒸汽出口(17)通过管线与外接冷凝器(18)进口连接，该外接冷凝器(18)的出口通过管线与膜蒸馏产水收集槽(19)连接，该膜蒸馏产水收集槽(19)通过管线与真空泵(20)连接；该原料液槽(11)与超滤膜组件(13)壳程或者管程连接的管线上设有进料控制阀门(12)，该超滤膜组件(13)第二出口连接的管线上设有清洗排出阀(14)；该外接冷凝器(18)壳体上设有冷却水进口(22)和冷却水出口(23)；该超滤膜组件(13)蒸馏蒸汽出口(17)与外接冷凝器(18)连接管线的垂直管段高度(h)为15至30cm。

【技术特征摘要】
1.一种减压超滤膜蒸馏装置，其特征在于：原料液槽(11)的出口通过管线与超滤膜组件(13)的壳程或者管程连接，该超滤膜组件(13)的未蒸发清液出口(15)通过管线与浓水收集槽(16)连接，超滤膜组件(13)蒸馏蒸汽出口(17)通过管线与外接冷凝器(18)进口连接，该外接冷凝器(18)的出口通过管线与膜蒸馏产水收集槽(19)连接，该膜蒸馏产水收集槽(19)通过管线与真空泵(20)连接；该原料液槽(11)与超滤膜组件(13)壳程或者管程连接的管线上设有进料控制阀门(12)，该超滤膜组件(13)第二出口连接的管线上设有清洗排出阀(14)；该外接冷凝器(18)壳体上设有冷却水进口(22)和冷却水出口(23)；该超滤膜组件(13)蒸馏蒸汽出口(17)与外接冷凝器(18)连接管线的垂直管段高度(h)为15至30cm。2.根据权利要求1所述的减压超滤膜蒸馏装置，其特征在于：所述超滤膜的分离孔径为0.01至2.0μm，超滤膜组件的结构形式为常规的中空纤维型、管式、板框式或者卷式。3.一种如权利要求1所述的减压超滤膜蒸馏装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：(一)关闭超滤膜组件(12)的清洗排出阀(14)，启动真空泵(20)；(二)原料液槽(11)中的热原料液，在真空泵(20)的负压抽吸下，经进料控制阀门(12)的原料液流量控制进入超滤膜组件(13)的管程或者壳程中，经超滤膜除杂过滤后，透过超滤膜的清液自然分布在超滤膜外表面；(三)在真空泵(20)的抽吸作用下，部分清液蒸发，水蒸汽从超滤膜组件(13)膜蒸馏蒸汽出口(17)，经一段垂直管完成气液分离后，进入外接冷凝器(18)中，冷凝后的膜蒸馏产水流入膜蒸馏产水收集槽(19)中；(四)超滤膜组件(13)内未蒸发的清液，在重力作用下，沿着超滤膜外表面向下流，然后从超滤膜组件(13)未蒸发清液出口(15)而流入浓水收集槽(16)中；(五)进入浓水收集槽(16)中的浓水达到一定体积后排放。4.一种减压超滤膜蒸馏装置，其特征在于：原料液槽(11)的出口通过管线与循环水槽(26)第一进水口(261)连接，该循环水槽(26)的出口通
\t过管线与超滤膜组件(13)壳程或者管程连接，该超滤膜组件(13...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕晓龙，赵丽华，刘冲，刘治宇，高启君，武春瑞，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12