高温膜蒸馏制造技术

本发明专利技术涉及高温膜蒸馏。一种膜组件包括具有内部区域的外壳，延伸通过至少一部分内部区域的多个中空纤维膜，并且所述多个中空纤维膜具有外表面和内部中空区域，该内部中空区域设置成为馏出物流体提供流动路径。膜组件还包括延伸通过外壳的开口以供应进料溶液到邻近所述多个中空纤维膜外表面的内部区域，其中供应到开口的进料溶液具有比进料溶液的大气压沸点温度更高的高温和高压，在该高压下进料溶液的实际沸点温度高于该高温。

【技术实现步骤摘要】
高 ，蒸馏 絲领域本专利技术涉及用于液体处理过程的蒸馏系统。特别地，本专利技术涉及包括在液体处理过程中从进料溶液中分离馏出物流体(distillate fluid)的中空纤维膜组件 的蒸馏系统。
技术介绍
近年来，膜蒸馏在各种流体处理应用中变得越来越常见。膜一般是疏水的 和多孔的，以便在运行中保持进料溶、m馏出物中分离。中空纤维膜一般用在 管/壳结构中，沿着组件的纵轴线设置多束中空纤维膜。为了进行膜蒸馏，在该 束中的每个中空纤维膜典型地都是疏水的、多孔的膜，所述膜具有外表面和内 部中空管状区域。中空纤维膜的外表面朝向组件的壳程，其是包括进料溶液的 组件的一部分。内部中空管状区域定义为组件的管程，其提供管道以收集从进 料溶液中分离出的馏出物流体。在膜蒸馏中，典型地预热进料溶液以形成沿中空纤维膜的温差。该温差在组件中纤维的壳程和管程之间产生蒸汽压差，使得部分进料溶液蒸发且蒸汽传 输通过中空纤维膜。传输的蒸汽然后在馏出物侧上膜的内表面/液体界面凝结， 从而提供预期的馏出物流体。因为预期的馏出物流体是从膜分离过程中获得的， 所以预期的馏出物流体的生产率依赖于通过中空纤维膜的分离率。因此，对系 统和装置而言需要提高ffiil中空纤维膜的分离率。专利技术简介本专利技术涉及--种中空纤维膜组件和一种包括中空纤维膜組.件的蒸馏系统。 该中空纤维膜组件包括具有内部区域的外壳，和延伸通过至少部分内部区域的 多个中空纤维膜。该多个中空纤维膜具有外表面和内部中空区域，该内部中空 区域设置成为馏出物流体提供流动路径。中空膜组件还包括延伸M3i外壳的幵 口以供应进料溶液到邻近多个中空纤维膜的外表面的内部区域。提供给开口的 进料溶液具有比进料溶液的大气压沸点温度更高的高温和高压，在该高压下进 料溶液的实际沸点温度高于该高温，并且该高压小于多个中空纤维膜的液体渗透压。本专利技术还涉及一种从进料溶液中分离馏出物流体的方法。附图说明图1是包括中空纤维膜组件的蒸馏系统的示意图。图2是中空纤维膜组件内部的示意图。图3是在中空纤维膜组件中典型的中空纤维膜的放大咅舰阁。图4是从进料溶液中分离馏出物流体的方法的流程图。图5是供应至U膜组件的进料溶液的饱和蒸汽压与温度的图示。
技术实现思路
图1是蒸馏系统10的示意图，其包括膜组件12、进料回路14和馏出物回路16，并且是适于从进料溶液中分离预期馏出物流体的系统。如下所述，进料回路14在比进料溶液的大气压沸点温度更高的高温下供应进料溶液到膜组件12。所述高温提高进料溶液中馏出物流体的分离率，相应地提高在运行过程中馏出物流体的生产率。如下进一步所述，也在高压下供应进料溶液到膜组件12，在该高压下进料溶液的实际沸点温度高于进料溶液的高温。这防.l卜进料溶液的污染物蒸发并fi与预期馏出物流1^昆合。在蒸馏系统10中使用的合适的进料溶液的例子包括含有通过沿疏水的、多孑L膜的蒸汽压差可分离的化合物的溶液，如水处理过程的水基盐7K溶液(aqueousbrine solution)。该处1OT的，术语溶液指的是包括一禾中或多种固体的载液，其中的固体在载液中完全溶解、部分溶解、分散、乳化、或者悬浮。例如，进料溶液可以是一种包括至少部分溶解在水载体中的盐的水基盐水溶液，例如半咸水或海水。在该例子中，禾,蒸馏系统10从水基盐水溶液中分离至少部分的水以便提供洁净水作为馏出物流体。蒸馏系统10也预期地包括标准流体处理设备(图中未标出)，例如过程控制单元，流体泵，过滤器和排出管线。膜组件12是一种通过蒸汽目皿料溶液中分離留出物流体(如从水基盐水溶液中分离水)的中空纤维膜组件。如下所述，将膜组件12分成壳程(在图1中未示出)和管程(在图l中未示出)，其中壳程与进料回路14流体连通，以及管程与馏出物回路16流体 。在运行中，加热加压的进料溶MM进料回路14流向膜组件12的壳程。当进料溶液流动穿过膜组件12的壳程时，进料溶液分成预期的馏出物流体和残留的浓缩进料溶液。将预期的馏出物流体输送到膜组件12的管程，并进入馏出物回路16。残留的浓缩进料溶液留在膜组件12的6壳程并且再次进Aia料回路i4。虽然蒸馏系统10显示为带有单个膜组件(如膜组件12)，但是蒸馏系统IO可能可选择地包括附加的膜组件12。在蒸馏系统10中使用的膜组件12的合适的数目范围的例子是从一到一百；在蒸馏系统10中使用的膜组件12的特别合适的数目范围是从一到二十五；并且在蒸馏系统10中i柳的膜组件12的更特别合适的数目范围是从一到十。可以以串联结构，平行结构以及它们的组合方式设置膜组件12。进料回路14是进料溶液的流体通路，并目.包括进料源管线IS，进米稱输管线20a-20c，进料入口管线22，进料出口管线24，进料储存罐26，流体梨28，热交换器30，和排出管线31。进料源管线18是用于将进料溶液从进料溶液源(图中未标出)运送到进料回路14的阀控制的流体管道。当蒸馏系统10达到稳态运行时， 组件12中分离出部，料溶液以在馏出物回路16中提供预期的馏出物流体。同样地，进料源管线18预期地在进料回路14中提供进料溶液以平衡稳态流动。将由进料源管线18提供的进料溶液在进料回路14中预期地加压，以大体上维,魏料溶液的高压。进糾专输管线20a-20c是进料回路14的流体髓，并R在图1中所示的实施例中提供了逆时針方向的流动路径。进料入n管线22是将进料回路14和脱组件12互连的流体管道，从—巾J允许进料溶液賴跑膜组件12的壳程。进料出t管线24是将进料回路管线20a和膜组件12互连的流体管道。这允许馏出的进料溶液离开膜组件12的壳程，并且再次进Ai4料回路14。进料出口管线24也与排出管线31相连，其是用于淸除部射留出的进料溶液的阀控制的流体魏。进料储存罐26是由进料传输管线20a供给的容器，，运行中提供进料溶液的储存器。进料储存罐26也与进料传输管线20b连接以将进料溶液供应给流体泵28。流体泵28是将进料传输管线20b和20c互连的泵，并且设置成在进料回路14中加压进料溶液达至l腐压，在该高压下进料溶液的实际沸点温度高于在热交换器30中加热进料溶液所达到的高温。由于高温，这基本上防止了进料溶液在进料回路管路中蒸发。如下所述，进料溶液预期地保持为液相以防止进料溶液的污染物与馏出物回路16中预期的馏出物流体混合。否则这会降低馏出物流体的纯度，和可能要求废弃馏出物流体产品。iltA膜组件12的进料溶液的高压预期也低于膜组件12的膜的、液体渗透压。如下所述，液体渗透压是这样一种压九在该压力下进料溶液的液体透过膜组件12的膜的孔(如从壳程到管程)，并且是几禾中因素的函数，例如膜的平均孔径和膜的平均液体接触角度(即，膜的疏水性)。进入膜组件12的管程的进料溶液的液体渗透也会导致馏出物流体的污染，从而降低馏出物流体的纯度。在用具有标准孔大小(如约0.2微米到约0.8微米的直径)的中空纤维膜时基于水的进料溶MM适合的高压范围的例子是约100千帕(约15磅/平方英寸(pS1))到约310千帕(约45psi)，特别适合的高压范围为从约140千帕(约20psi)到约280千帕(约45psi)，并且甚至更特别适合的高压范围为从约170千帕(约25psi)到约240千帕(约35psi)。虽然蒸馏系统10显示为带有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膜组件，包括：　具有内部区域的外壳；　延伸通过所述内部区域中的至少一部分的多个中空纤维膜，所述多个中空纤维膜具有外表面和内部中空区域，该内部中空区域设置成为馏出物流体提供流动路径；和　延伸通过外壳的开口，以供应进料溶液 到邻近所述多个中空纤维膜的所述外表面的内部区域，其中，提供给所述开口的进料溶液具有比该进料溶液的大气压沸点温度更高的高温和高压，在该高压下进料溶液的实际沸点温度高于该高温，并且该高压小于所述多个中空纤维膜的液体渗透压。

【技术特征摘要】
US 2007-12-18 12/0026901、一种膜组件，包括具有内部区域的外壳；延伸通过所述内部区域中的至少一部分的多个中空纤维膜，所述多个中空纤维膜具有外表面和内部中空区域，该内部中空区域设置成为馏出物流体提供流动路径；和延伸通过外壳的开口，以供应进料溶液到邻近所述多个中空纤维膜的所述外表面的内部区域，其中，提供给所述开口的进料溶液具有比该进料溶液的大气压沸点温度更高的高温和高压，在该高压下进料溶液的实际沸点温度高于该高温，并且该高压小于所述多个中空纤维膜的液体渗透压。2、 如权利要求1所述的膜组件，其中，所述高压低于所述多个中空纤维膜 的热,軒，。所述高温是在约IO(TC到约130°C 所述高温的范围是从约ll(TC到约 所述高压是在约100千帕到约310 所述高压的范围是从约140千帕到 所述多个中空纤维膜具有约O.l微至少一个流体泵，其设置成将进料溶液供给加l压到高压，在该高压3、如权利要求1所述的膜组件，其中，4、如权利要求3所述的膜组件，其中， 125 。C。5、 如权禾腰求1所述的膜组件，其中， 千帕的范围内。6、 如权利要求5所述的膜组件，其中， 约280千帕。7、 如权利要求5所述的膜组件，其屮， 米到约1.0 的平均微孔大小范围。8、 如权利要求1所述的膜组件，还包括设置在内部区域中的至少一个导流板。9、 一种腿料溶液中分离馏出物流体的系统，该系统包括 提供进料溶液供给的进料回路，该进料回路包括至少一个热交换器，其设置成将进料溶液供给加热到比进料溶液的 大气压沸点tM更高的高温；禾口下进料溶液的实际沸点溫j变高于所述高温； 提供馏出物流体供给的馏出物回路；禾口 至少一个膜组l牛，其包括具有内部区域的外壳；和延伸通过所述内部区域中的至少一部分的多个中空纤维膜，该多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z马，JR艾里什，X廖，H科尔达托斯，X于，
申请(专利权)人：米尔顿罗伊公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]