一种具有热回收功能的膜组件制造技术

一种具有热回收功能的膜组件，属于热回收技术领域。所述热回收膜组件包括膜组件本体和热管；热管置于膜组件本体中待热回收部位；或热管一端深入到膜组件本体待热回收部位，另一端穿出膜组件本体；所述热管由金属管壳、吸液芯或芯网和工质组成，金属管壳的两端焊有端盖；吸液芯或芯网均匀分布在金属管壳的内表面；工质填充到金属管壳的吸液芯或芯网内，吸液芯或芯网具有毛细作用。所述的膜组件结构简单，制造成本低，具有良好的热回收效果。

A membrane module with heat recovery function

A membrane component with heat recovery function belongs to the field of heat recovery technology. The heat recovery membrane assembly includes a membrane component body and heat pipe; heat pipe for heat recovery part is placed in the membrane assembly; or one end of the heat pipe into the membrane to body heat recovery site, out of the other end membrane module body; the heat pipe consists of a metal shell, composed of wick or core network and industry quality, the end welding metal shell with end cap; wick or core network evenly distributed on the inner surface of the metal shell; working fluid filled into the metal shell or wick wick or core network, core network with capillary action. The membrane module has the advantages of simple structure, low manufacturing cost and good heat recovery effect.

【技术实现步骤摘要】
一种具有热回收功能的膜组件
本技术涉及一种具有热回收功能的膜组件，属于膜分离装置领域。制成的热回收膜组件可以用在膜蒸馏、渗透汽化、蒸发渗透等有相变的或有高温透过液的膜过程中，回收相变热或高温透过液的热量，属于热回收

技术介绍
有相变的膜过程，如膜蒸馏(MembraneDistillation，MD)过程中，膜两侧分别是冷、热两种流体，在热侧的低沸点物质汽化扩散通过膜孔的同时，热量也以汽化热的形式从热侧通过膜传递到冷侧，还有部分热量则由于冷热侧存在温差而以热传导的方式传递到冷侧，汽化热和跨膜导热两方面的原因导致膜蒸馏过程的热利用率低，造水比小于1。在膜组件外部增加换热器以回收汽化潜热是最通用的做法，如：【LEEHY,HEF,SONGLM,etal.Desalinationwithacascadeofcross-flowhollowfibermembranedistillationdevicesintegratedwithaheatexchanger[J].AICHEJournal,2011,54(7):1780-1795】，并采用多效操作的模式，如：【吕双江,高启君,武春瑞等.减压分级式多效膜蒸馏过程的研究,天津工业大学学报,2013,32(2):1-6】。但设置外部换热器增加了设备投资，使得系统复杂化，造水比提高得也不是很多。开发具有热回收功能的膜组件，在膜组件内部实现潜热回收能使系统简化，造水比也更高。如1971年Henderyckx申请了气隙式平板膜组件用于潜热回收的专利【USPatent3563860】，在板框式的膜组件中，冷凝板、空气隙和疏水多孔膜构成“三明治”的形式，海水在流过冷凝板上侧时被透过空气隙的蒸汽预热，预热的海水经进一步加热，返回组件进入膜侧从而实现料液的蒸馏浓缩。1985年Gore等技术了气隙式卷式组件回收潜热，造水比高达11.0【美国专利US4545862】。与平板和卷式膜组件相比，中空纤维膜组件由于膜的装填密度大而受到人们的重视。1999年，Guijt等给出了具有潜热回收功能的气隙式中空纤维膜组件的原理图(图1)，膜组件内装填了两种膜丝，即透气的中空纤维多孔疏水膜和具有冷凝作用的致密、不透气液的中空纤维膜，两种膜丝平行排列并被空气隙隔开【GUIJTCM,RACZIG,HEUVENJWV,etal.[J].Desalination,1999,126:119-125】。2004年，Hanemaaijer等对由多个错流的气隙式中空纤维膜组件串联起来的潜热回收系统进行了研究并申请了专利【美国专利US6716355B1】，两种中空纤维之间的夹角在10°-170°之间变动。2005年，Guijt等又对具有潜热内部回收的AGMD膜组件进行了研究，此次采用的是圆柱形的膜组件，一根疏水中空纤维膜被置于环形不能透过溶液和蒸气的管纤维中间，两种纤维的圆心重合，从而使膜组件具有固定厚度的空气隙，在实验过程发现其热量回收率能达到理想状态下的95％-98％【GUIJTCM,MEINDERSMAGW,ReithT,etal.Airgapmembranedistillation2.Modelvalidationandhollowfibermoduleperformanceanalysis[J].SeparationandPurificationTechnology,2005,43(3):245-255】。2006年，Meindersmaa等技术了具有热回收的多效平板膜组件，称为系统，其造水比在9-20之间【MEINDERSMAAGW,GUIJTCM,DEHAANAB.Desalinationandwaterrecyclingbyairgapmembranedistillation[J].Desalination,2006,187(1-3):291-301】。2013年，秦英杰等利用自制的具有高效内部热量回收功能的多效膜蒸馏组件，对不同浓度的氯化钠水溶液进行浓缩研究，实验结果表明其造水比为最大可达12.5【YAOK,QINY,YUANY.Acontinuous-effectmembranedistillationprocessbasedonhollowfiberAGMDmodulewithinternallatent-heatrecovery[J].AICHEJournal,2013,59:1278-1297】。同年，Geng等设计了一种用于浓缩高浓度盐水的膜蒸馏器，主要由中空纤维膜和中空纤维管相间排列平行组成，相邻的中空纤维膜与中空管之间设置有隔网，有效的提高了膜蒸馏过程中的热效率，可达90％以上【CN203155102U】，2014年，在用此技术进行实验时其造水比达6.44【GENGH,HEQ,WUH,etal.ExperimentalstudyofhollowfiberAGMDmoduleswithenergyrecoveryforhighsalinewaterdesalination[J].Desalination,2014,344:55-63】。2015年，李卜义等开发了一种添加隔热管状隔网并呈螺旋缠绕结构编排的中空纤维膜组件，将中空纤维膜与若干中空纤维冷凝管呈立体交错缠绕编排，增加了流体扰动度、跨膜传质、传热系数，从而削弱浓度和温度极化效应的影响，并对空气隙式膜蒸馏海水淡化过程进行性能研究，结果表明其热效率高达94.3％，造水比为5.73【李卜义,王建友,王济虎等.新型中空纤维空气隙式膜蒸馏用于海水淡化,化工学报,2015,66(1):149-156】。2016年，吕晓龙等将中空纤维膜插入相应的毛细铜管中，技术了一种新型双管气隙式膜组件，最大造水比为6.6【LIUZ,GAOQ,LUX,etal.Studyontheperformanceofdouble-pipeairgapmembranedistillationmodule[J].Desalination,2016,396:48-56】。热管是一种新型、高效的换热器，如下图所示。它是一根抽去不凝性气体的密闭金属管，管子的内表面覆盖一层由毛细结构材料做成的吸液芯，其中间是空的。管内还装有一定量的可凝液体作为截热介质(工质)。在毛细管力的作用，这些工质液体可渗透到吸液芯中去。当管子的热端(蒸发端)被加热时，吸液芯中的工质液体吸收热量而汽化，产生的工质蒸汽流向管子的冷端(冷凝端)，遇冷则冷凝成工质液体放出热量，而后工质液体在毛细管力的作用下回流至加热端再次沸腾。这个沸腾-冷凝过程反复循环，热量不断地由蒸发端传至冷凝端。在热管内部，热量的传递是通过沸腾-冷凝过程实现的。由于两种相变的传热系数都很大，且蒸汽流动的阻力损失很小，因此热端和冷端的管壁温度都很均匀，热管的表观热导率是最优良金属载热体的数百倍，有热超导体之称。热管把传统的间壁式换热器内、外表面间的传热巧妙地转化为两管外表面的传热，使冷、热两侧皆可采用加装翅片的方法进行强化传热。因此，用热管制成的换热器，使冷、热两侧对流传热系数都很小的气-气传热过程变得特别有效。此外，热管是封闭性的管子，没有活动的零件，耐磨损，基本不需要维护。热管的这些优点，几乎可使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有热回收功能的膜组件，其特征在于，所述热回收膜组件包括膜组件本体和热管；热管置于膜组件本体中待热回收部位；或热管一端深入到膜组件本体待热回收部位，另一端穿出膜组件本体；所述热管由金属管壳、吸液芯或芯网和工质组成，金属管壳的两端焊有端盖；吸液芯或芯网均匀分布在金属管壳的内表面；工质填充到金属管壳的吸液芯或芯网内，吸液芯或芯网具有毛细作用。

【技术特征摘要】
1.一种具有热回收功能的膜组件，其特征在于，所述热回收膜组件包括膜组件本体和热管；热管置于膜组件本体中待热回收部位；或热管一端深入到膜组件本体待热回收部位，另一端穿出膜组件本体；所述热管由金属管壳、吸液芯或芯网和工质组成，金属管壳的两端焊有端盖；吸液芯或芯网均匀分布在金属管壳的内表面；工质填充到金属管壳的吸液芯或芯网内，吸液芯或芯网具有毛细作用。2.按照权利要求1所述的一种具有热回收功能的膜组件，其特征在于，所述膜组件本体为中空纤维膜组件、平板膜组件或管式膜组件；所述膜分别对应中空纤维式膜、平板式膜以及管式膜。3.按照权利要求2所述的一种具有热回收功能的膜组件，其特征在于，对于中空纤维式膜组件本体，热管和中空纤维式膜组件的位置关系包括如下几种方式中的一种或几种：(1)或热管为直管，热管轴向平行位于中空纤维式组件的壳体内、中空纤维式膜外，热管一端在中空纤维式组件本体内，另一端穿过中空纤维式膜组件本体端面，伸向外部；伸向外部的另一端置于进行热交换装置中；(2)或者热管为直管，热管垂直于中空纤维式膜组件，热管一端位于壳体内、中空纤维式膜外，热管另一端穿过中空纤维式膜组件本体的壳体侧面，伸向外部；(3)或热管采用折形弯曲管，热管一端平行置于中空纤维式膜组件的壳体内、中空纤维式膜外，热管的另一端垂直穿过中空纤维式膜组件本体的壳体侧面，伸向外部；上述的垂直、平行均指轴向；对于平板式膜组件，热管和平板式膜组件的位置关系包括如下几种方式中的一种或几种：(1)或热管一端位于平行的两平板...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭跃莲，李悦，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：新型
国别省市：北京,11