一种耦合热量回收系统的新型膜蒸馏装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种耦合热量回收系统的新型膜蒸馏装置，可实现对水蒸气相变热的回收利用，提高膜蒸馏过程的热效率。制冷剂的使用可高效回收水蒸气的相变热，并利用其加热原水及保持原水温度。在本发明专利技术中设计的膜蒸馏装置将热泵系统和膜蒸馏组件进行了有机整合，提高了系统的集成度，可满足回收净水，浓缩废水和节省能源等多种需求。该装置可实现对膜蒸馏组件的在线清洗及干燥，降低了操作难度。本发明专利技术中的新型膜蒸馏装置适用于处理不同工业体系产生的高盐废水，在处理过程中装置运行稳定，脱盐效果显著，产水水质良好。

A new membrane distillation unit for coupled heat recovery system

The invention discloses a novel membrane distillation device coupled with a heat recovery system, which can realize the recovery and utilization of phase change heat of water vapor and improve the thermal efficiency of the membrane distillation process. The use of refrigerant can efficiently recover the phase change heat of water vapor, and use it to heat the raw water and keep the temperature of the raw water. The membrane distillation device designed in the invention integrates the heat pump system and the membrane distillation module organically, improves the integration degree of the system, and can meet the needs of recycling clean water, concentrating waste water and saving energy. The device can realize on-line cleaning and drying of membrane distillation components and reduce operation difficulty. The novel membrane distillation device of the invention is suitable for treating high salt wastewater produced by different industrial systems. The device runs stably in the treatment process, has remarkable desalination effect and good water quality.

【技术实现步骤摘要】
一种耦合热量回收系统的新型膜蒸馏装置
本专利技术的实施涉及一种新型膜蒸馏装置，具体涉及一种耦合热量回收系统的膜蒸馏装置，可以充分利用水蒸气的相变热，有效减少膜蒸馏过程中因加热原水及保持原水温度所消耗的电能，具有良好的节能效果。
技术介绍
高含盐废水零排放技术目前已成为学术及工业界关注的热点。该技术主要是指将含盐量较高的工业废水进行浓缩处理后，回收再利用得到的净水，而整个过程中没有任何废水被排出工厂；与此同时，废水中的盐类和其他污染物经过浓缩结晶后，以固体形式送垃圾处理厂填埋或将其回收作为有用的化工原料。在高盐废水零排放工艺中，对废水的浓缩和净化处理是至关重要的一环，决定了该工艺的最终处理效果及处理成本。现有的对高盐废水进行浓缩的技术包括蒸发、反渗透、电渗析、膜蒸馏等。蒸发工艺的最大问题在于投资和能耗偏高，蒸发器结垢以及系统腐蚀，其单位废水投资预计在300-500万元/t。反渗透技术受限于渗透压，若想要得到较高的水回收率(即较高的水浓缩倍数)，需要提供更大的外压，导致对设备的要求及投资居高不下。电渗析技术的缺点在于电耗较大且无法分离电中性物质。对比上述技术，膜蒸馏具有脱盐率及水回收率更高、产水水质更好等特点。然而限制该技术工业化的主要问题在于其过程能耗大，热能利用效率低。经过技术改进，多效膜蒸馏系统已经能将水蒸气冷凝释放的相变热及水蒸气变为液态水后包含的显热进行利用，可以减少因使用外部加热器加热原水消耗的能量，从而达到节约能源，提高膜蒸馏过程热利用效率及降低产水成本的目的。多效膜蒸馏组件在组件内部加入热量回收系统，利用水蒸气对冷原料液进行加热，冷原料液温度提升的同时又能够将水蒸气冷凝为液态水。另外一种可以对热量进行有效利用的技术是热泵系统。热泵通过消耗机械功，能够使热量从低温热源向高温热源转移。将热泵与膜蒸馏系统进行有机结合可实现对膜蒸馏过程中产生的相变热及潜热的高效利用，有望克服该过程能耗较高，热能利用效率低的缺点。中国专利CN104190260A涉及一种减压组合气隙膜蒸馏的方法及装置，该方法利用热泵对进入气隙膜蒸馏组件的原料液补充加热，而热泵产生的冷水用于冷却气隙膜蒸馏和减压膜蒸馏组件的产水。该装置利用热泵进行冷热流体间的热量转移，并将两种膜蒸馏过程有效组合，可增大气隙膜蒸馏过程的膜通量。但该方法的系统集成度不高，且当系统运行一段时间后需要清洗时，无法对膜组件进行在线清洗。中国专利CN103663590A公布了一种能够回收热量的真空膜蒸馏污水处理装置，该装置将热泵和真空膜蒸馏组件进行了整合，其特征在于利用制冷剂回收水蒸气相变散发的热量，并用来加热蒸发器(膜组件)中的污水以达到热量回收利用的效果，具有回收用水，浓缩废液和节约能源的三大功能。但是该专利技术中使用的膜组件为柱型膜管，膜有效面积不大，因此膜通量不会太高。与上述专利相比，本申请涉及一种新型的膜蒸馏装置。通过融合热泵技术，对多效膜蒸馏过程进行改进，能够实现对水蒸气相变热的有效利用，提高膜蒸馏过程的热效率。中空纤维膜的使用保证了该装置拥有足够的有效膜面积，可以得到较高的膜通量。膜蒸馏组件的设计可方便对组件内的中空纤维膜进行更换和清洗。同时，该新型膜蒸馏装置具有较高的集成度，能够对系统进行在线清洗及干燥，可降低操作难度，减少维护费用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提高膜蒸馏过程的热能利用效率，降低该过程的能耗以及减少运行费用。本专利技术的另一个目的是克服现有多效膜蒸馏技术存在的问题，优化膜蒸馏系统，充分利用各自技术的特点，将热泵和膜蒸馏组件进行有机融合，提高系统的集成度和性能。本专利技术的第三个目的是克服现有多效膜蒸馏技术存在的问题，实现对膜蒸馏系统的在线清洗及干燥，可以简化装置及降低操作难度。本专利技术的目的及解决的技术问题是采用以下技术方案来实现的：一种耦合热量回收系统的新型膜蒸馏装置，包括：原水箱19、膜蒸馏组件6、产水收集装置、碱液清洗箱35、酸液清洗箱37和热泵系统；所述膜蒸馏组件6包括：热原料液进口7、热原料液出口8、制冷剂入口9、制冷剂出口10和产水/水蒸气出口11；所述热泵系统包括：蒸发器12、压缩机13、冷凝器14、储液罐15、过滤器16和膨胀阀17；所述蒸发器12位于膜蒸馏组件6中，蒸发器12的上端为制冷剂出口10，蒸发器12的下端为制冷剂入口9，所述冷凝器14位于原水箱19中，所述制冷剂出口10与压缩机13的进口相连，压缩机13的出口与冷凝器14的进口相连，冷凝器14的出口与储液罐15的进口相连，储液罐15的出口与过滤器16的一端相连，过滤器16的另一端通过膨胀阀17与制冷剂入口9相连；所述热原料液进口7分别与原水箱19的底部出水口、酸液清洗箱37的出口、碱液清洗箱35的出口、清洗水入口1和热风机42相连；所述热原料液出口8分别与原水箱19的顶部左进水口、酸液清洗箱37的进口和碱液清洗箱35的进口相连，所述热原料液出口8还与热空气/清洗水出口39连通；所述产水/水蒸气出口11与产水收集装置的进口相连。在上述方案的基础上，所述产水收集装置包括：循环水真空泵26、气水分离器25和产水收集罐28；所述气水分离器25的进口通过温度表Ⅱ24与产水/水蒸气出口11相连，所述气水分离器25的上端出口与循环水真空泵26相连，所述气水分离器25的下端出口通过阀门ⅩⅢ27与产水收集罐28相连。在上述方案的基础上，所述原水箱19的顶部右进水口处设有阀门Ⅶ32，所述原水箱19内设有电加热盘管18。在上述方案的基础上，所述原水箱19的侧部上出水口与大气连通，原水箱19的侧部下出水口通过阀门Ⅷ33与大气连通。在上述方案的基础上，所述原水箱19的底部出水口依次通过阀门Ⅺ20、隔膜泵Ⅱ21、保安过滤器22、温度表Ⅰ23和转子流量计5与热原料液进口7相连；所述热原料液进口7与清洗水入口1、碱液清洗箱35的出口和酸液清洗箱37的出口之间设有隔膜泵Ⅰ4和转子流量计5；所述热原料液进口7与热风机42之间设有阀门Ⅻ43和转子流量计5。在上述方案的基础上，所述清洗水入口1与隔膜泵Ⅰ4之间设有阀门Ⅰ2和阀门Ⅸ3，所述碱液清洗箱35的出口与隔膜泵Ⅰ4之间设有阀门Ⅲ40，所述酸液清洗箱37的出口与隔膜泵Ⅰ4之间设有阀门Ⅱ41。在上述方案的基础上，所述热原料液出口8依次通过温度表Ⅲ29和阀门Ⅹ30分别与原水箱19的顶部左进水口、酸液清洗箱37的进口、碱液清洗箱35的进口和热空气/清洗水出口39相连。在上述方案的基础上，所述阀门Ⅹ30与酸液清洗箱37的进口之间还设有阀门Ⅳ36，阀门Ⅹ30与碱液清洗箱35的进口之间还设有阀门Ⅴ34，所述热空气/清洗水出口39处设有阀门Ⅵ38。有益效果：本专利技术对比现有的膜蒸馏系统，具有以下优点：(1)可实现对水蒸气相变热的充分利用，提高膜蒸馏过程的热效率，从而降低该过程的能耗；(2)可实现对膜蒸馏系统的在线清洗和干燥，操作简便；(3)系统集成度较高，可节省装置的占地面积；(4)方便对膜蒸馏组件中的中空纤维膜进行清洗及更换。附图说明本专利技术有如下附图：图1是耦合热量回收系统的新型膜蒸馏装置示意图。图2是新型气隙多效膜蒸馏组件示意图。图3是热泵系统示意图。各图中的粗实线箭头代表液体及蒸汽的流动方向。图中，1.清洗水入口2.阀门Ⅰ3.阀门Ⅸ4.隔膜泵Ⅰ5.转子流量计6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耦合热量回收系统的新型膜蒸馏装置，其特征在于：包括：原水箱(19)、膜蒸馏组件(6)、产水收集装置、碱液清洗箱(35)、酸液清洗箱(37)和热泵系统；所述膜蒸馏组件(6)包括：热原料液进口(7)、热原料液出口(8)、制冷剂入口(9)、制冷剂出口(10)和产水/水蒸气出口(11)；所述热泵系统包括：蒸发器(12)、压缩机(13)、冷凝器(14)、储液罐(15)、过滤器(16)和膨胀阀(17)；所述蒸发器(12)位于膜蒸馏组件(6)中，蒸发器(12)的上端为制冷剂出口(10)，蒸发器(12)的下端为制冷剂入口(9)，所述冷凝器(14)位于原水箱(19)中，所述制冷剂出口(10)与压缩机(13)的进口相连，压缩机(13)的出口与冷凝器(14)的进口相连，冷凝器(14)的出口与储液罐(15)的进口相连，储液罐(15)的出口与过滤器(16)的一端相连，过滤器(16)的另一端通过膨胀阀(17)与制冷剂入口(9)相连；所述热原料液进口(7)分别与原水箱(19)的底部出水口、酸液清洗箱(37)的出口、碱液清洗箱(35)的出口、清洗水入口(1)和热风机(42)相连；所述热原料液出口(8)分别与原水箱(19)的顶部左进水口、酸液清洗箱(37)的进口和碱液清洗箱(35)的进口相连，所述热原料液出口(8)还与热空气/清洗水出口(39)连通；所述产水/水蒸气出口(11)与产水收集装置的进口相连。...

【技术特征摘要】
1.一种耦合热量回收系统的新型膜蒸馏装置，其特征在于：包括：原水箱(19)、膜蒸馏组件(6)、产水收集装置、碱液清洗箱(35)、酸液清洗箱(37)和热泵系统；所述膜蒸馏组件(6)包括：热原料液进口(7)、热原料液出口(8)、制冷剂入口(9)、制冷剂出口(10)和产水/水蒸气出口(11)；所述热泵系统包括：蒸发器(12)、压缩机(13)、冷凝器(14)、储液罐(15)、过滤器(16)和膨胀阀(17)；所述蒸发器(12)位于膜蒸馏组件(6)中，蒸发器(12)的上端为制冷剂出口(10)，蒸发器(12)的下端为制冷剂入口(9)，所述冷凝器(14)位于原水箱(19)中，所述制冷剂出口(10)与压缩机(13)的进口相连，压缩机(13)的出口与冷凝器(14)的进口相连，冷凝器(14)的出口与储液罐(15)的进口相连，储液罐(15)的出口与过滤器(16)的一端相连，过滤器(16)的另一端通过膨胀阀(17)与制冷剂入口(9)相连；所述热原料液进口(7)分别与原水箱(19)的底部出水口、酸液清洗箱(37)的出口、碱液清洗箱(35)的出口、清洗水入口(1)和热风机(42)相连；所述热原料液出口(8)分别与原水箱(19)的顶部左进水口、酸液清洗箱(37)的进口和碱液清洗箱(35)的进口相连，所述热原料液出口(8)还与热空气/清洗水出口(39)连通；所述产水/水蒸气出口(11)与产水收集装置的进口相连。2.如权利要求1所述的耦合热量回收系统的新型膜蒸馏装置，其特征在于：所述产水收集装置包括：循环水真空泵(26)、气水分离器(25)和产水收集罐(28)；所述气水分离器(25)的进口通过温度表Ⅱ(24)与产水/水蒸气出口(11)相连，所述气水分离器(25)的上端出口与循环水真空泵(26)相连，所述气水分离器(25)的下端出口通过阀门ⅩⅢ(27)与产水收集罐(28...

【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