反渗透设备及其方法技术

一种反渗透设备，包括具有壳体的反渗透单元；圆筒形滚筒可旋转地设置在所述壳体内，其中二者之间的侧向间隙限定中间腔室，并且所述圆筒形滚筒包括外部圆筒形壁和内部圆筒形壁，以在其中限定内部圆筒形进料室和外部环形分离室；以及至少一个通道结构，其限定从所述内部圆筒形壁径向延伸到所述外部圆筒形壁的渗透物通道，其中，第一通道端是封闭的，而第二通道端通入所述中间腔室中。所述至少一个通道结构包括纵向延伸的膜元件，所述膜元件在所述渗透物通道和与所述内部圆筒形进料室流体连通的进料流动区域之间形成半渗透界面。所述设备包括泵和马达，所述泵用于对所述内部圆筒形进料室加压，所述马达用于使所述圆筒形滚筒旋转以产生离心力。以产生离心力。以产生离心力。

Reverse osmosis equipment and its method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】反渗透设备及其方法


[0001]各种实施例总体上涉及从进料中分离溶剂的反渗透设备和反渗透方法。特别地，各种实施例总体上涉及从进料中分离溶剂的离心反渗透设备和离心反渗透方法。

技术介绍

[0002]20世纪期间对水的需求的增长率是人口增长率的两倍以上。因此，世界上40％的人现在生活在遭受用水压力的地区，预计到2025年将达到48％。此外，世界有限的淡水供应中的致病污染物现在影响近10亿人，并且预计到2025年将影响多达35亿人。尽管地球的70％被水覆盖，但估计只有0.008％的这种水可作为淡水获得，以维持目前世界上77亿人的人口。由于与增加的工业和农业使用相关联的污染和毒害，这种有限的水供应受到损害。因此，增加我们可获得的淡水供应现在是全球关注的问题。
[0003]通过反渗透(RO)的海水或微咸水脱盐已经成为用于增加世界淡水供应的技术。国际脱盐协会报告说，在2019年，世界上有超过20,000家脱盐工厂向150个国家的3亿人供应淡水。然而，反渗透脱盐仍然是昂贵的淡水来源。通过反渗透脱盐生产淡水的成本为0.66美元/m3至1.32美元/m3，相比之下，直接淡水来源的平均成本为0.53美元/m3。反渗透脱盐的高成本的主要原因是在克服盐水和淡水之间的渗透压差(OPD)的同时实现合理的水回收率所需的高压。例如，对于产生含有0.35g/L盐的淡水产物的含有35g/L盐的典型海水，使用常规单级反渗透(SSRO)实现50％总水回收率所需的最小跨膜压力(TMP)为55.5bar。
[0004]通常，可以通过使用多于一级的反渗透级增加施加的压力来降低反渗透脱盐的成本，由此将来自第一反渗透级的浓缩物或渗余物盐水(即，在第一反渗透级中不通过膜的盐水)作为进料送至第二反渗透级。来自两个反渗透级的组合渗透物是淡水产物。使用串联的两个反渗透级通过仅将一部分盐水进料泵送至高达期望的水产物回收率所需的最大压力来降低比能耗(SEC)，即每单位体积淡水产物所需的能量。使用串联的三个反渗透级将进一步降低比能耗。然而，使用串联的反渗透级需要在串联的各个反渗透级之间的高压增压泵，这增加了固定和维护成本以及工艺复杂性。用于盐水脱盐的最佳操作通常涉及使用一至三个串联的反渗透级。增加级数的变化是通过理论上具有无限级数的闭路反渗透工艺来完成的。这在闭路反渗透工艺中通过连续再循环盐水同时随着膜进料侧的浓度增加而逐渐增加进料压力并连续添加进料来实现。然而，闭路反渗透是分批或半分批工艺，而不是不容易适应或适用于大规模脱盐的连续脱盐工艺。此外，闭路反渗透由于熵混合效应(即，海水进料以与渗透物被抽出并与再循环盐水混合的速率相同的速率添加到系统中)以及由于再循环引起的累积摩擦损失而具有缺陷。
[0005]因此，需要一种用于进行反渗透的更经济和有效的解决方案。

技术实现思路

[0006]根据各种实施例，提供了一种反渗透设备。该设备可以包括具有壳体的反渗透单元。所述反渗透单元还可以包括圆筒形滚筒，所述圆筒形滚筒设置在所述壳体内并且以能
够相对于所述壳体围绕所述圆筒形滚筒的纵向轴线旋转的方式联接到所述壳体，其中，所述圆筒形滚筒的外圆筒形表面与所述壳体之间的侧向间隙限定了中间腔室。圆筒形滚筒可以包括外部圆筒形壁和内部圆筒形壁，外部圆筒形壁限定圆筒形滚筒的内部圆筒形空间，内部圆筒形壁将内部圆筒形空间分隔成由内部圆筒形壁环绕的内部圆筒形进料室和在内部圆筒形壁与外部圆筒形壁之间的外部环形分离室。反渗透单元还可以包括至少一个通道结构，所述至少一个通道结构从圆筒形滚筒的内部圆筒形壁径向延伸到圆筒形滚筒的外部圆筒形壁，并将外部环形分离室细分成至少渗透物通道和进料流动区域，所述至少一个通道结构在其中限定渗透物通道，其中所述至少一个通道结构的在所述内部圆筒形壁处的第一通道端是封闭的，以将所述渗透物通道与所述内部圆筒形进料室分离，并且所述至少一个通道结构的第二通道端穿过所述外部圆筒形壁敞开，以将所述渗透物通道通入所述中间腔室中，其中所述内部圆筒形壁具有开口，用于在所述内部圆筒形进料室与所述外部环形分离室的所述进料流动区域之间直接流体连通。所述至少一个通道结构可以包括膜元件，所述膜元件沿着所述至少一个通道结构从所述圆筒形滚筒的内部圆筒形壁纵向延伸到所述圆筒形滚筒的外部圆筒形壁，所述膜元件是所述渗透物通道与所述外部环形分离室的进料流动区域之间的半渗透界面。该设备还可以包括泵，泵与反渗透单元的圆筒形滚筒的内部圆筒形进料室流体连通，该泵可操作以将内部圆筒形进料室加压至等于或高于用于反渗透的进料的渗透压。该设备还可以包括马达，该马达联接到反渗透单元的圆筒形滚筒，该马达可操作以使圆筒形滚筒旋转，以便随着从圆筒形滚筒的内部圆筒形壁到圆筒形滚筒的外部圆筒形壁的距离的增加，借助产生的离心力，沿着膜元件持续地增加所述外部环形分离室的所述进料流动区域中的进料的压力。
[0007]根据各种实施例，提供了一种从进料中分离溶剂的反渗透方法。该方法可以包括用进料填充反渗透设备的反渗透单元的圆筒形滚筒，使得圆筒形滚筒的内部圆筒形进料室和圆筒形滚筒的外部环形分离室的进料流动区域被进料填充。反渗透单元可以包括壳体。反渗透单元还可以包括圆筒形滚筒，该圆筒形滚筒设置在壳体内并且以能够相对于壳体围绕圆筒形滚筒的纵向轴线旋转的方式联接到壳体，其中，圆筒形滚筒的外圆筒形表面与壳体之间的侧向间隙限定了中间腔室。圆筒形滚筒可以包括外部圆筒形壁和内部圆筒形壁，外部圆筒形壁限定圆筒形滚筒的内部圆筒形空间，内部圆筒形壁将内部圆筒形空间分隔成由内部圆筒形壁环绕的内部圆筒形进料室和在内部圆筒形壁与外部圆筒形壁之间的外部环形分离室。反渗透单元还可以包括至少一个通道结构，所述至少一个通道结构从圆筒形滚筒的内部圆筒形壁径向延伸到圆筒形滚筒的外部圆筒形壁，并且将外部环形分离室细分成至少渗透物通道和进料流动区域，所述至少一个通道结构在其中限定渗透物通道。其中所述至少一个通道结构的在所述内部圆筒形壁处的第一通道端是封闭的，以将所述渗透物通道与所述内部圆筒形进料室分离，并且所述至少一个通道结构的第二通道端穿过所述外部圆筒形壁敞开，以将所述渗透物通道通入所述中间腔室中，其中所述内部圆筒形壁具有开口，用于在所述内部圆筒形进料室与所述外部环形分离室的所述进料流动区域之间直接流体连通。所述至少一个通道结构可以包括膜元件，所述膜元件沿着所述至少一个通道结构从所述圆筒形滚筒的内部圆筒形壁纵向延伸到所述圆筒形滚筒的外部圆筒形壁，所述膜元件是所述渗透物通道与所述外部环形分离室的进料流动区域之间的半渗透界面。该方法还可以包括：借助与圆筒形滚筒的内部圆筒形进料室流体连通的反渗透设备的泵，将圆筒
形滚筒的内部圆筒形进料室和圆筒形滚筒的外部环形分离室的进料流动区域中的进料加压至等于或高于用于反渗透的进料的渗透压。该方法还可以包括：借助反渗透设备的联接到圆筒形滚筒的马达使圆筒形滚筒相对于壳体旋转，以借助所产生的离心力随着从圆筒形滚筒的内部圆筒形壁到圆筒形滚筒的外部圆筒形壁的距离的增加而沿着膜元件持续地增加外部环形分离室的进料流动区域中的进料的压力。
附图说明...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种反渗透设备，包括：反渗透单元，所述反渗透单元具有：壳体，圆筒形滚筒，所述圆筒形滚筒设置在所述壳体内并且以能够相对于所述壳体围绕所述圆筒形滚筒的纵向轴线旋转的方式联接到所述壳体，其中，所述圆筒形滚筒的外圆筒形表面与所述壳体之间的侧向间隙限定中间腔室，其中，所述圆筒形滚筒包括：外部圆筒形壁，所述外部圆筒形壁限定所述圆筒形滚筒的内部圆筒形空间，以及内部圆筒形壁，所述内部圆筒形壁将所述内部圆筒形空间分隔成由所述内部圆筒形壁环绕的内部圆筒形进料室和在所述内部圆筒形壁与所述外部圆筒形壁之间的外部环形分离室，以及至少一个通道结构，所述至少一个通道结构从所述圆筒形滚筒的所述内部圆筒形壁径向延伸到所述圆筒形滚筒的所述外部圆筒形壁，并且将所述外部环形分离室细分成至少渗透物通道和进料流动区域，所述至少一个通道结构在其中限定所述渗透物通道，其中所述至少一个通道结构的在所述内部圆筒形壁处的第一通道端闭合以将所述渗透物通道与所述内部圆筒形进料室分离，并且所述至少一个通道结构的第二通道端穿过所述外部圆筒形壁敞开以将所述渗透物通道通入所述中间腔室中，其中所述内部圆筒形壁具有开口，用于在所述内部圆筒形进料室与所述外部环形分离室的所述进料流动区域之间直接流体连通，其中所述至少一个通道结构包括：膜元件，所述膜元件沿着所述至少一个通道结构从所述圆筒形滚筒的所述内部圆筒形壁纵向延伸到所述圆筒形滚筒的所述外部圆筒形壁，所述膜元件是所述渗透物通道与所述外部环形分离室的所述进料流动区域之间的半渗透界面；泵，所述泵与所述反渗透单元的所述圆筒形滚筒的所述内部圆筒形进料室流体连通，所述泵可操作以将所述内部圆筒形进料室加压至等于或高于用于反渗透的进料的渗透压；以及马达，所述马达联接到所述反渗透单元的所述圆筒形滚筒，所述马达可操作以使所述圆筒形滚筒旋转，以便随着从所述圆筒形滚筒的所述内部圆筒形壁到所述圆筒形滚筒的所述外部圆筒形壁的距离的增加，借助产生的离心力，沿着所述膜元件持续地增加所述外部环形分离室的所述进料流动区域中的所述进料的压力。2.如权利要求1所述的设备，其中，所述圆筒形滚筒的所述外部圆筒形壁的直径等于或大于所述圆筒形滚筒的所述内部圆筒形壁的直径的两倍。3.如权利要求1或2所述的设备，其中，所述反渗透单元包括渗透物排出端口，所述渗透物排出端口以与所述中间腔室流体连通的方式设置在所述壳体处，用于在环境压力下排出渗透产物。4.如权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述反渗透单元包括一个或更多个渗余物排出喷嘴，所述一个或更多个渗余物排出喷嘴以与所述外部环形分离室的所述进料流动区域流体连通的方式设置在所述圆筒形滚筒的基部处，用于排出渗余物产物。5.如权利要求4所述的设备，其中，所述反渗透单元至少包括背压调节器，所述背压调节器联接在所述外部环形分离室的所述进料流动区域与所述一个或更多个渗余物排出喷嘴之间。
6.如权利要求4或5所述的设备，还包括能量回收单元，所述能量回收单元联接到所述反渗透单元，所述能量回收单元包括：多个固定叶片，所述多个固定叶片从固定毂径向延伸，其中所述固定毂相对于所述反渗透单元的所述壳体固定，其中，所述反渗透单元的所述圆筒形滚筒的所述基部能够相对于所述固定毂旋转，并且所述固定毂与所述圆筒形滚筒的所述纵向轴线对准，并且其中所述一个或更多个渗余物排出喷嘴以使得来自所述渗余物排出喷嘴的加压射流在所述圆筒形滚筒的所述基部处产生扭矩以增强所述圆筒形滚筒的旋转的方式朝向所述多个叶片引导。7.如权利要求1至6中任一项所述的设备，其中所述至少一个通道结构的所述膜元件包括环形扇区膜片，其中所述环形扇区膜片的内弧联接到所述圆筒形滚筒的所述内部圆筒形壁，而所述环形扇区膜片的外弧联接到所述圆筒形滚筒的所述外部圆筒形壁。8.如权利要求7所述的设备，其中，所述至少一个通道结构包括：两个环形扇区膜片，呈一个在另一个上方的堆叠布置，以及至少两条渗透物通道间隔件，所述至少两条渗透物通道间隔件在所述两个环形扇区膜片之间以将所述两个环形扇区膜片间隔开，其中所述至少两条渗透物通道间隔件以使得由所述两个环形扇区膜片和所述至少两条渗透物通道间隔件包围的空间限定所述渗透物通道的方式分别衬于所述两个环形扇区膜片的两对相对的直边之间。9.如权利要求8所述的设备，其中所述圆筒形滚筒的所述内部圆筒形壁的由所述两个环形扇区膜片的内弧和所述至少两条渗透物通道间隔件的内端毗邻的一部分是实心部分，以封闭所述至少一个通道结构的所述第一通道端，并且其中所述圆筒形滚筒的所述外部圆筒形壁的由所述两个环形扇区膜片的外弧和所述至少两条渗透物通道间隔件的外端毗邻的一部分包括开口，用以将所述至少一个通道结构的所述第二通道端通入所述中间腔室中。10.如权利要求9所述的设备，包括：至少两个通道结构，呈一个在另一个上方的堆叠布置，每个通道结构具有环形扇区形状，以及至少两条进料流动通道间隔件，所述至少两条进料流动通道间隔件在所述至少两个通道结构之间以将所述至少两个通道结构间隔开，其中，所述至少两条进料流动通道间隔件以使得由所述至少两个成形的通道结构和所述至少两条进料流动通道间隔件包围的空间限定所述进料流动区域的方式分别沿着所述至少两个通道结构的两对相对的直边缘衬设。11.如权利要求10所述的设备，其中，所述圆筒形滚筒的所述内部圆筒形壁的由所述至少两个通道结构的两个相对的内弧形边缘和所述至少两条进料流动通道间隔件的内端毗邻的部分包括所述开口，用于在所述内部圆筒形进料室和所述进料流动区域之间直接流体连通，并且其中，所述圆筒形滚筒的所述外部圆筒形壁的由所述至少两个通道结构的两个相对的外弧形边缘和所述至少两条进料流动通道间隔件的外端毗邻的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉，
申请(专利权)人：南洋理工大学，
类型：发明
国别省市：