本发明专利技术提供一种鼓气减压膜蒸馏装置及方法。鼓气减压膜蒸馏装置包括依次连接的下述部件：在原水侧设置的水槽；连接于水槽上的水泵，抽吸水槽中的原水；设置于水泵下游的压缩空气进口，用于向原水鼓入低压压缩空气；气液混合器，用于混合压缩空气和液体，形成气液混合流体；疏水膜组件，处理气液混合流体；在疏水膜组件出水侧设置负压产生装置。本发明专利技术在膜的原水侧鼓入压缩空气的同时，在膜的出水侧施加负压。在负压的抽吸作用下，水蒸汽与部分压缩空气一起透过疏水膜。不仅利用压缩空气的夹带吹扫作用将水蒸汽输送至膜的另一侧，提高传质效率，同时，还降低了对出水侧的真空度要求，降低设备造价。同时，可以有效减缓膜污染。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种膜蒸馏装置与方法，尤其涉及水净化处理和化工分离的膜分离处理方法。
技术介绍
膜蒸馏在近年来吸引了世界范围内的关注和研究。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，过程安全性得到了提高，而且，膜蒸馏的操作压力低，脱盐率高，膜污染少。膜蒸馏是一种采用疏水微孔膜，以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离过程。在微孔疏水膜两侧的蒸汽压差的驱动下，水蒸汽从被加热的原水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，原水以及溶解在其中的非挥发性溶质无法穿过膜孔，所以膜蒸镏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。微孔疏水膜在膜蒸馏过程中起两相之间的支撑屏蔽作用。在膜蒸馏的过程中，同时发生传热与传质两种过程，温差极化与温差极化现象也会同时产生，从而对膜蒸馏的过程产生不利的影响。膜蒸馏过程的操作温度低于传统的蒸馏过程，而操作压力又低于传统的膜分离过程；对膜的机械性能要求较低；与传统的蒸馏过程相比，蒸汽空间显著减少。膜蒸馏的组件可以设计成潜热回收形式，并具有以高效的小型膜组件构成大规模生产体系的灵活性。该过程可以处理浓度极高的水溶液，如果溶质是容易结晶的物质，可以把溶液浓缩到过饱和状态而实现膜蒸馏结晶，是目前唯一能从溶液中直接分离出结晶产物的膜过程，且只要膜两侧维持适当的温差，该过程就可以进行，可以利用太阳能、地热、温泉、工厂余热和温热的工业废水等廉价能源。膜蒸馏技术具有操作压力低，可得到99. 99 %的脱盐率和在良好操作条件下高于反渗透的水通量，显示了它作为反渗透技术的替代(大规模纯水制备)或补充技术(如用于船舶饮用水等)的应用潜力，在降低投资和运行费用，提高水的利用率，减少浓水排放方面，可望取得显著的经济效益和社会效益。在大量的理论与实验研究基础上，目前已经发展出四种不同的膜蒸馏操作方式，包括直接接触式膜蒸馏，气隙式膜蒸馏，气流吹扫式膜蒸馏和真空式膜蒸馏。其中直接接触法是将透过多孔膜的水蒸气在冷侧直接进入纯水进行冷凝，因此冷凝过程集成于膜组件以内，操作相对简单，因此是被研究最多的一种膜蒸馏方式。然而与其它操作方式相比，直接接触膜蒸馏会导致更多的热量损失和较为严重的温差极化，是该方法不容忽视的影响因素。真空式膜蒸馏法则是在透过侧施加一个负压，将透过多孔膜的水蒸汽抽出到膜组件以外的冷凝器内进行冷凝液化。此过程的优点是热量损失比其它三种膜蒸馏操作方法都小，蒸馏通量较高，同时，保证施加的负压低于液体进入膜孔的压力以防止膜孔湿化是真空式膜蒸馏运行中十分重要的一个环节。目前为止，将真空式膜蒸馏方法应用于从水体中去除挥发性溶质，从含盐水脱盐制备超纯水，以及溶液的浓缩等的研究工作已经在世界范围内展开。在这些研究中，各种操作条件和工艺参数如进水温度与浓度、热侧水体循环流速和蒸汽压差等对真空式膜蒸馏蒸汽通量的影响已经被一定程度的讨论。此外，真空式膜蒸馏过程的传热与传质机理也被进一步的探讨。由于膜蒸馏过程是以蒸汽压差或温度差为驱动力，以目前的技术水平，在纯水制备领域与反渗透技术相比并无明显优势，但是，在高浓度水溶液浓缩方面膜蒸馏过程的发展潜力是反渗透过程无法比拟的。浓水溶液极高的渗透压使反渗透过程无法运行，而膜蒸馏可把水溶液浓缩至过饱和状态。但是，至今为止，以上四种膜蒸馏方式都存在能耗高、效率低、可靠性低等一些问题。如直接接触式膜蒸馏虽然工艺设备简单，但由于冷热源直接接触，使设备运行能耗较高，并且容易产生疏水膜亲水化渗漏问题；真空式膜蒸馏虽然膜通量较大，但对系统要求较高。气隙式膜蒸馏和气流吹扫式膜蒸馏则通量较低。因此，研究新的膜蒸馏技术，降低投资和运行费用，可以取得显著的经济效益和社会效益。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种新型的鼓气减压膜蒸馏装置和方法。本专利技术提供一种鼓气减压膜蒸馏装置，其特征在于，包括依次连接的下述部件在原水侧设置的水槽；连接于水槽上的水泵，抽吸水槽中的原水；设置于水泵下游的压缩空气进口，用于向原水鼓入低压压缩空气；气液混合器，用于混合压缩空气和液体，形成气液混合流体；疏水膜组件，处理气液混合流体；在疏水膜组件出水侧设置负压产生装置。另外，在水泵的出口设置加热器。另外，在疏水膜组件的出水侧设置的负压产生装置包括连接于疏水膜组件出水口的冷凝器，使得水蒸气与部分压缩空气通过膜组件后，进行冷凝；与冷凝器出口连接的气液分离器，进行气体和液体的分离；集水罐，设置在气液分离器的液体流出口，用于收集水；真空泵，设置在气液分离器的气体排出口，用于产生负压抽吸。另外，在疏水膜组件的出水侧设置的负压产生装置包括连接于疏水膜组件出水口的射流器，产生负压抽吸；水泵，设置在射流器的液体流入口，用于将液体通过管路排向循环水槽。本专利技术还提供一种鼓气減压膜蒸馏方法，原水槽中的原水经过水泵提升压力，然后通过气液混合器混入压缩空气，进入膜组件中进行蒸发；通过疏水膜组件的出水侧外接的负压系统，产生抽吸作用。本专利技术还提供一种使用如上所述的鼓气减压膜蒸馏装置，用于鼓气减压膜蒸馏方法，其特征在于在膜组件的原水侧鼓入压缩空气的同时，在膜的出水侧施加负压。通过本专利技术取得如下效果本专利技术设计了新的膜蒸馏过程在原水进入疏水膜组件前的管路上鼓入低压压缩空气，混合形成气液混合流体后，再进入疏水膜组件中，在疏水膜组件的产汽出口外接负压系统，构成鼓气减压膜蒸馏系统。即本专利技术的关键点在于，在膜的原水侧鼓入压缩空气的同时，在膜的出水侧施加负压。在负压的抽吸作用下，水蒸汽与部分压缩空气一起透过疏水膜，传质机理不仅是利用疏水膜两侧水蒸气分压差，而且还直接利用疏水膜两侧气体压差传质，因此传质效率高。不仅利用压缩空气的夹带吹扫作用将水蒸汽输送至膜的另一侧，提高传质效率，同时，还可以降低对出水侧的真空度要求，降低设备造价。通过压缩空气的夹带吹扫作用，改变膜组件中疏水膜两侧水蒸汽的传质机理，可以提高水蒸汽的透膜传输速度，从而提高膜蒸馏通量。同时，可以有效减緩膜污染。与气扫式膜蒸馏相比，压缩空气经过膜过滤，洁净，产水水质好；空气润湿充分，耗气量少。与直接接触式膜蒸馏相比，冷热流体不直接在膜两侧接触冷凝，可以显著降低能耗。与真空膜蒸馏相比，空气压缩机能耗低于真空泵，电能利用效率高；设备要求简单。在本专利技术的系统中，待处理的液体可以是自来水、海水、冷却系统排出的热水或化工产品溶液等。本专利技术可用于水的淡化或非挥发性液体的浓缩。附图说明图1、图2是本专利技术的鼓气减压膜蒸馏装置工艺装置示意图。具体实施例方式本专利技术的系统如图1、图2所示。本专利技术的鼓气减压膜蒸馏装置从原水侧看，包括依次连接的如下部件在原水侧设置的水槽l;连接于水槽上水泵2;连接于水泵出水口的加热器3;连接在水泵2下游的气液混合器5，用于混合压缩空气和液体，形成气液混合流体；压缩空气进口 4,设置在混合器5上，用于向原水鼓入低压压缩空气；连接于混合器5出口的疏水膜组件6，处理气液混合流体。对于加热器3，如果原水温度达到要求，也可取消加热器3。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种鼓气减压膜蒸馏装置，其特征在于，包括依次连接的下述部件：在原水侧设置的水槽（１）； 连接于水槽上的水泵（２），抽吸水槽中的原水； 设置于水泵（２）下游的压缩空气进口（４），用于向原水鼓入低压压缩空气； 气液混合器（５），用于混合压缩空气和液体，形成气液混合流体； 疏水膜组件（６），处理气液混合流体； 在疏水膜组件出水侧设置负压产生装置。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吕晓龙，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
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