一种新型太阳能减压多效膜蒸馏装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种新型的太阳能减压多效膜蒸馏装置，旨在利用太阳能代替传统的电加热作为热源，加热原料液，达到节能降耗的目的。同时，使用一套简易的文丘里系统替代减压多效膜蒸馏中使用的真空泵，以进一步降低膜蒸馏运行过程中的能耗，并实现对产水的100％收集，提高膜通量。多效膜蒸馏组件的应用，实现对水蒸气相变热的有效利用，提高了热利用率。使用该新型的文丘里‑太阳能减压多效膜蒸馏系统，可极大降低膜蒸馏过程的整体能耗和运行成本。

【技术实现步骤摘要】
一种新型太阳能减压多效膜蒸馏装置
本专利技术涉及一种多效膜蒸馏装置，具体涉及一种新型太阳能减压多效膜蒸馏装置。
技术介绍
膜蒸馏技术是一种将传统蒸馏法和膜技术相结合的新型分离技术，可被应用于海水/苦咸水/工业废水的淡化、脱盐及浓缩等过程。膜蒸馏以微孔疏水膜将温度不同的两种溶液分隔开来，利用疏水膜两侧可透过组分的蒸汽分压差作为驱动力，使得温度较高侧的原料液中的可透过组分以气体分子形式穿过分离膜，从而实现传质；与此同时液体、不溶物及离子等则不能透过疏水膜。膜蒸馏技术具有脱盐率高、产水水质好、水回收率高等优势，但目前该技术总体处于中试研究阶段，尚未有工业应用。制约膜蒸馏工业应用的一个主要问题在于：使用传统方式(电加热)加热原料液导致其能耗和运行成本较高。太阳能是一种取之不尽且获取方便的可再生绿色能源。随着太阳能技术的发展，科研人员已经成功将太阳能利用与膜蒸馏过程相结合，使用低温太阳能集热装置(即太阳能集热管)将膜蒸馏过程的原料液加热至所需温度。与单一膜蒸馏相比，耦合太阳能的膜蒸馏过程能耗较低，不产生二次污染且运行费用大大减少，可以实现降耗、环保和节约成本三重效益。然而，现有的太阳能膜蒸馏技术在存在管路损失及不进行系统热量回用的情况下，整个系统的热量流失会达到50％以上。多效膜蒸馏可有效回收气/液体的相变热，改善热能利用效率，提高造水比。该过程利用膜蒸馏组件中由于可透过组分汽化，产生的蒸汽作为次级热源，加热原料液，使得其温度逐渐升高；而蒸汽因为放热降温，冷凝成液态被收集。由此，膜蒸馏过程能耗可有效降低。根据具体膜蒸馏过程的不同，多效膜蒸馏也发展出减压/真空多效膜蒸馏、气隙多效膜蒸馏、气扫多效膜蒸馏、卷式多效膜蒸馏等。减压膜蒸馏过程中需要使用真空泵，利用真空泵在膜组件壳程形成的低压/负压，使产出的蒸汽以较其他膜蒸馏方式更快的速度穿过分离膜，提高膜通量；蒸汽放热后生成的冷凝水在真空泵的抽吸作用下也更容易被收集。但是真空泵的使用会使得膜蒸馏过程的能耗提高；另一方面，部分未被冷凝的水蒸气会借真空泵的抽吸作用进入真空泵泵体，在长期运行过程中对真空泵造成损坏，从而增加该过程的运行成本。此外，在减压/真空多效膜蒸馏过程中，仅依靠膜组件内自身的冷凝作用不足以回收全部水蒸气。因此还需要提供额外的换热器，而换热器的使用会使膜蒸馏过程整体能耗上升。中国专利CN203155103U涉及一种结合太阳能的膜组件和膜蒸馏系统。膜组件包括了设有冷壁的冷工质容腔和设有膜的热工质容腔，膜的渗透侧与冷壁之间有间隙，相当于一种气隙膜蒸馏组件。这套膜蒸馏装置需使用太阳能发电系统，利用热电制冷技术让冷工质容腔保持低温状态，设备复杂且投入较高，也没有实现对产生蒸汽相变热的回用，热能利用效率较低。中国专利CN104261608A公布了一种太阳能膜蒸馏海水淡化方法，包括一种中空纤维膜和中空纤维冷凝管呈交错编制填充的膜蒸馏组件，以及相应的配套单元。该专利中膜组件的设计实现了冷凝潜热的回收，提高了热能利用率。但是膜组件的制备过程较为复杂；且在膜组件被污染导致性能下降后，交错式的中空纤维膜和中空纤维冷凝管不易清洗与更换。中国专利CN102107119A提出一种真空多效膜蒸馏装置与方法。该装置由升温蒸发区、主蒸发区和降温蒸发区构成，有较高的热量回收率，且不需要昂贵的热泵系统。但是由于该装置使用了真空泵，会产生上述真空膜蒸馏过程所面临的问题，削弱多效膜蒸馏的能量优化效应。美国专利US9023211B2涉及在真空膜蒸馏过程中采用抽吸器代替真空泵，产生真空压力。在该专利中，利用液体流经抽吸器所产生的吸力作用，收集产水和水蒸气，可以使得膜蒸馏产出的水蒸气全部被收集。另外，相比真空泵，该过程的能耗较低，实现了节能降耗的目的。但该技术目前尚未应用于太阳能减压多效膜蒸馏过程中。和上述专利相比，本申请涉及一种在太阳能减压多效膜蒸馏过程中利用文丘里效应的方法，有机结合了各自技术的优势。本申请设计了文丘里-太阳能减压多效膜蒸馏系统，可以实现利用太阳能集热管代替传统的电加热，将膜蒸馏中的原料液提升至所需温度，减少了对电能的消耗，是一种绿色环保的新型技术；该系统使用减压多效膜蒸馏组件，实现了对水蒸气相变热的回收利用，提高了过程的热能利用效率；基于文丘里效应产生的抽吸作用，真空泵可以被代替，进一步降低膜蒸馏过程的能耗和操作难度，减少设备支出/维护费用，实现对产水的完全回收。
技术实现思路
本专利技术的目的是结合太阳能与膜蒸馏过程，利用太阳能集热管代替传统膜蒸馏过程中的电加热方式对原料液进行加热，有效降低了膜蒸馏的能耗和运行费用。本专利技术的另一个目的是基于多效膜蒸馏过程，回收利用水蒸气的冷凝潜热，提高该过程的热能利用效率。本专利技术的第三个目的是克服现有减压膜蒸馏技术的缺陷，提出将文丘里效应应用于减压多效膜蒸馏的方法。利用文丘里管系统代替传统的真空泵，实现对产水的完全回收，提高产水量；杜绝膜蒸馏长期运行过程中水蒸气对真空泵的损耗；并降低减压多效膜蒸馏过程的能耗和运行费用。为达到以上目的，本专利技术采用以下的技术方案：一种新型太阳能减压多效膜蒸馏装置，包括：H式多效膜蒸馏组件7、文丘里管系统、换热系统、太阳能集热系统和原水槽1；所述H式多效膜蒸馏组件7包括冷水进口47、冷水出口45、热水进口44、热水出口46、H式多效膜蒸馏组件产水出口Ⅰ48和H式多效膜蒸馏组件产水出口Ⅱ49；所述文丘里管系统包括：阀门Ⅲ18、文丘里管21、产水槽25、隔膜泵Ⅲ24、转子流量计Ⅱ23和换热器Ⅲ22；所述H式多效膜蒸馏组件的冷水进口47与原水槽1的出水口连接，所述冷水出口45与换热系统的进水口连接，所述热水进口44与换热系统的出水口连接，所述热水出口46与换热器Ⅲ22的进水口连接；换热器Ⅲ22的出水口与原水槽1的进水口连接；所述H式多效膜蒸馏组件产水出口Ⅰ48和H式多效膜蒸馏组件产水出口Ⅱ49均与文丘里管系统的阀门Ⅲ18连接；所述太阳能集热系统的中部与换热系统的上部通过阀门Ⅵ(29)连接，所述太阳能集热系统的底部与换热系统的底部连接。在上述方案的基础上，所述太阳能集热系统包括：太阳能集热器和储水系统；所述太阳能集热器包括：集热管41和换热器Ⅱ38；所述储水系统包括：储水罐35、转子流量计Ⅲ34、隔膜泵Ⅴ33、三通阀32和隔膜泵Ⅵ31。所述储水罐35下端出水口处设有三通阀32，三通阀32左侧与换热系统的底部连接，中间设有隔膜泵Ⅵ31；三通阀32右侧与换热器Ⅱ38的进水口连接，中间设有转子流量计Ⅲ34和隔膜泵Ⅴ33，储水罐35的上端进水口与换热器Ⅱ38的出水口连接，中间设有温度表Ⅵ36。所述换热器Ⅱ38与集热管41的底部出口之间设有隔膜泵Ⅳ40和温度表Ⅷ39，换热器Ⅱ38与集热管41顶部进口之间设有温度表Ⅶ37。在上述方案的基础上，集热管41呈45度角摆放，并与换热器Ⅱ38连接。在上述方案的基础上，所述H式多效膜蒸馏组件的冷水进口47与冷水出口45之间为冷凝/增温区9，所述热水进口44与热水出口46之间为蒸发区8。在上述方案的基础上，所述H式多效膜蒸馏组件产水出口Ⅰ48位于蒸发区8的下部，所述H式多效膜蒸馏组件产水出口Ⅱ49位于冷凝/增温区9的下部。在上述方案的基础上，所述文丘里管21包括文丘里管进水口50、水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型太阳能减压多效膜蒸馏装置，其特征在于，包括：H式多效膜蒸馏组件(7)、文丘里管系统、换热系统、太阳能集热系统和原水槽(1)；所述H式多效膜蒸馏组件(7)包括冷水进口(47)、冷水出口(45)、热水进口(44)、热水出口(46)、H式多效膜蒸馏组件产水出口Ⅰ(48)和H式多效膜蒸馏组件产水出口Ⅱ(49)；所述文丘里管系统包括：阀门Ⅲ(18)、文丘里管(21)、产水槽(25)、隔膜泵Ⅲ(24)、转子流量计Ⅱ(23)和换热器Ⅲ(22)；所述H式多效膜蒸馏组件的冷水进口(47)与原水槽(1)的出水口连接，所述冷水出口(45)与换热系统的进水口连接，所述热水进口(44)与换热系统的出水口连接，所述热水出口(46)与换热器Ⅲ(22)的进水口连接；换热器Ⅲ(22)的出水口与原水槽(1)的进水口连接；所述H式多效膜蒸馏组件产水出口Ⅰ(48)和H式多效膜蒸馏组件产水出口Ⅱ(49)均与文丘里管系统的阀门Ⅲ(18)连接；所述太阳能集热系统的中部与换热系统的上部通过阀门Ⅵ(29)连接，所述太阳能集热系统的底部与换热系统的底部连接。

【技术特征摘要】
1.一种新型太阳能减压多效膜蒸馏装置，其特征在于，包括：H式多效膜蒸馏组件(7)、文丘里管系统、换热系统、太阳能集热系统和原水槽(1)；所述H式多效膜蒸馏组件(7)包括冷水进口(47)、冷水出口(45)、热水进口(44)、热水出口(46)、H式多效膜蒸馏组件产水出口Ⅰ(48)和H式多效膜蒸馏组件产水出口Ⅱ(49)；所述文丘里管系统包括：阀门Ⅲ(18)、文丘里管(21)、产水槽(25)、隔膜泵Ⅲ(24)、转子流量计Ⅱ(23)和换热器Ⅲ(22)；所述H式多效膜蒸馏组件的冷水进口(47)与原水槽(1)的出水口连接，所述冷水出口(45)与换热系统的进水口连接，所述热水进口(44)与换热系统的出水口连接，所述热水出口(46)与换热器Ⅲ(22)的进水口连接；换热器Ⅲ(22)的出水口与原水槽(1)的进水口连接；所述H式多效膜蒸馏组件产水出口Ⅰ(48)和H式多效膜蒸馏组件产水出口Ⅱ(49)均与文丘里管系统的阀门Ⅲ(18)连接；所述太阳能集热系统的中部与换热系统的上部通过阀门Ⅵ(29)连接，所述太阳能集热系统的底部与换热系统的底部连接。2.如权利要求1所述的新型太阳能减压多效膜蒸馏装置，其特征在于，所述太阳能集热系统包括：太阳能集热器和储水系统；所述太阳能集热器包括：集热管(41)和换热器Ⅱ(38)；所述储水系统包括：储水罐(35)、转子流量计Ⅲ(34)、隔膜泵Ⅴ(33)、三通阀(32)和隔膜泵Ⅵ(31)。3.如权利要求2所述的新型太阳能减压多效膜蒸馏装置，其特征在于，所述储水罐(35)下端出水口处设有三通阀(32)，三通阀(32)左侧与换热系统的底部连接，中间设有隔膜泵Ⅵ(31)；三通阀(32)右侧与换热器Ⅱ(38)的进水口连接，中间设有转子流量计Ⅲ(34)和隔膜泵Ⅴ(33)，储水罐(35)的上端进水口与换热器Ⅱ(38)的出水口连接，中间设有温度表Ⅵ(36)。4.如权利要求2所述的新型太阳能减压多效膜蒸馏装置，其特征在于，所述换热器Ⅱ(38)与集热管(41)的底部出口之间设有隔膜泵Ⅳ(40)和温度表Ⅷ(39)，换热器Ⅱ(38)与集热管(41)顶部进口之间设有温度表Ⅶ(37)。5.如权利要求2或4所述的新型太阳能减压多效膜蒸馏装置，其特征在于，所述集热管(41)呈45度角摆放，并与换热器Ⅱ(38)连接。6.如权利要求1所述的新型太阳能减压多效膜蒸馏装置，其特征在于，所述H式多效膜蒸馏组件的冷水进口(47)与冷水出口(45)之间为冷凝/增温区(9)，所述热水进口(44)与热水出口(46)之间为蒸发区(8)。7.如权利要求6所述的新型太阳能减压多效膜蒸馏装置，其特征在于，所述H式多效膜蒸馏组件产水出口Ⅰ(48)位于蒸发区(8)的下部，所述H式多效...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭智，张新妙，栾金义，彭海珠，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11