卷绕式膜蒸馏组件及膜蒸馏方法技术

本发明专利技术涉及一种卷绕式膜蒸馏组件及膜蒸馏方法。该膜蒸馏组件包括中心元件和成螺旋形地卷绕于所述中心元件的周围的多层膜结构。所述中心元件设有内部通道。所述多层膜组件包括至少一个进料输送层，至少一个透气不透液的膜层、和至少一个蒸气层，其中所述蒸气层中施加有一个负压。所述组件的结构设置使得所述组件用于将一个进料溶液分成蒸气和浓缩液体时，可让所述进料溶液在所述进料输送层中沿所述组件的轴向流动，或让所述蒸气在所述蒸气层中沿所述组件的轴向流动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施例涉及膜蒸馏组件，具体涉及压降低且热量效率高的卷绕式膜蒸馏组件。本专利技术还涉及相应的膜蒸馏方法。
技术介绍
在蒸馏的过程一般包括液体蒸发和蒸气冷凝。蒸馏适合用来分离蒸气压不同的两种或多种液体，或者用来将液体从盐溶液中全部或部分地分离出来。传统的蒸馏过程需将被蒸馏物加热到被蒸馏物中一个或多个组分的沸点温度，然后将所获得的蒸气冷凝，得到液态蒸馏物。膜蒸馏可以通过膜来维持膜两侧的蒸气压力梯度，从而在更低的温度下实现蒸馏。在膜蒸馏的过程中，一般会将需蒸馏的进料溶液预热，在膜的两侧形成温差，从而在膜两侧产生蒸气压差，促使进料溶液中的一部分蒸发并透过膜层。在接触式膜蒸馏或空气隙膜蒸馏过程中，透过膜层后的蒸气在内部表面或蒸气一侧的液体界面上冷凝，形成所需的液态蒸馏物。近几年来，膜蒸馍在流体处理中的应用越来越多，但针对膜蒸馏组件的研究大多集中在平板型模组件和中空纤维膜组件上。其中，平板型模组件一般通过借助间隔物或垫圈将膜一层层叠压而成，其膜堆叠密度(即膜面积/组件体积比)相对较低，因而组件的每单位体积的有效膜面积相对较小。而中空纤维膜组件一般由聚丙烯、聚乙烯、聚偏二氟乙烯材料制成，很难在中空纤维膜组件中使用具有更高膜蒸馏性能的聚四氟乙烯材料。采用螺旋卷的方式构造膜蒸馏组件可以解决平板型或中空纤维型模组件所遇到的上述问题。在公开号为20090000939的美国专利申请中揭示了一种螺旋卷式膜蒸馏装置，该螺旋卷式膜蒸馏装置包括了一个整合有内部冷凝器的螺旋卷式膜结构，其内部冷凝器用来将凝结热循环到透膜蒸发之前的盐溶液中。所述螺旋卷式膜蒸馏装置的复杂结构可能会让蒸气通道中有液体存在，导致热效率降低。此外，由于在所述装置中蒸气和需蒸馏的液体都是沿螺旋线路流动，其较长的流道所产生的压降可能会过大，导致无法实现透膜蒸发，且该专利申请中也没有任何与流道的压降控制有关的描述。因此，有必要进一步改进卷绕式膜蒸馏组件的设计。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例提供了一种卷绕式膜蒸馏组件。该膜蒸馏组件包括中心元件和成螺旋形地卷绕于所述中心元件的周围的多层膜结构。所述中心元件设有内部通道。所述多层膜组件包括至少一个进料输送层，至少一个透气不透液的膜层、和至少一个蒸气层，其中所述蒸气层中施加有一个负压。所述组件的结构设置使得所述组件用于将一个进料溶液分成蒸气和浓缩液体时，可让所述进料溶液在所述进料输送层中沿所述组件的轴向流动,或让所述蒸气在所述蒸气层中沿所述组件的轴向流动。本专利技术的另一个实施例提供了一种一种膜蒸馏方法。该膜蒸馏方法包括提供一个卷绕式膜蒸馏组件，该组件由多层膜结构成螺旋形地卷绕于一个中心元件的周围形成，其中所述多层膜结构包括至少一个进料输送层、至少一个透气不透液的膜层和至少一个蒸气层；向所述蒸气层施加一个负压；以及向所述进料输送层中引入一种进料溶液，当所述进料溶液在进料输送层中流动的过程中，使得该进料溶液中的一部分蒸发并透过所述透气不透液的膜层进入所述蒸气层。其中所述进料输送层中的进料溶液和所述蒸气层中的蒸气中的至少一个是沿所述卷绕式膜蒸馏组件的轴向流动的。本专利技术的另一个实施例提供了一种卷绕式膜蒸馏组件。该膜蒸馏组件包括中心元件和成螺旋形地卷绕于所述中心元件的周围的多层膜结构。所述中心元件包括隔离开的第一和第二通道、位于第一通道的入口和位于第二通道的出口。所述多层膜结构包括至少一个进料输送层、至少一个透气不透液的膜层和至少一个蒸气层，其中所述蒸气层内施加有负压。所述多层膜结构的进料输送层可使从所述第一通道引入的进料溶液沿螺旋方向向外流向所述进料输送层的最外端部分，在该最外端部分转向后，再沿螺旋方向向内流向所述第二通道。附图说明 通过结合附图对于本专利技术的实施例进行描述，可以更好地理解本专利技术，在附图中图I显示了本专利技术一个实施例中一种卷绕式膜蒸馏组件的一个横截面示意图。图2显示了在组装如图I所示的卷绕式膜蒸馏组件的过程中的一个中间状态。图3显示了一个从图2显示的中间状态组装而成的卷绕式膜蒸馏组件。图4示意性地显示了图3所示的卷绕式膜蒸馏组件的进料输送层和蒸气层是如何密封的，以及进料溶液和蒸气在进料输送层和蒸气层中分别是如何流动的。图5显示了图3所示的卷绕式膜蒸馏组件安装于一个外壳内的状态。图6显示了本专利技术另一个实施例中一种卷绕式膜蒸馏组件的横截面的示意图。图7示意性地显示了另一个实施例中一种卷绕式膜蒸馏组件的进料输送层和蒸气层是如何密封的，以及进料溶液和蒸气在进料输送层和蒸气层中分别是如何流动的。图8显示了图7所示的卷绕式膜蒸馏组件安装于一个外壳内的状态。图9示意性地显示了又一个实施例中一种卷绕式膜蒸馏组件的进料输送层和蒸气层是如何密封的，以及进料溶液和蒸气在进料输送层和蒸气层中分别是如何流动的。图10显示了图9所示的卷绕式膜蒸馏组件安装于一个外壳内的状态。具体实施例方式以下将对本专利技术的具体实施方式进行详细描述。为了避免过多不必要的细节，在以下内容中将不对习知的结构或功能进行详细的描述。本文中所使用的近似性的语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。因此，用“大约”“左右”等语言所修正的数值不限于该准确数值本身。至少在某些情况下，近似性语言可能与测量仪器的精度有关。本文中所给出的数值范围可以合并或相互交换，除非文中有其它语言限定，这些范围应包括范围内所含的子范围。本专利技术的一个方面提供了一种卷绕式膜蒸馏组件，该卷绕式膜蒸馏组件包括中心元件以及成螺旋形地卷绕于所述中心元件的周围的多层膜结构。所述中心元件设有内部通道。所述多层膜组件包括至少一个进料输送层，至少一个透气不透液的膜层、和至少一个蒸气层。所述蒸气层中施加有一个负压。所述组件的结构设置使得所述组件用于将一个进料溶液分成蒸气和浓缩液体时，可让所述进料溶液在所述进料输送层中沿所述组件的轴向流动,或让所述蒸气在所述蒸气层中沿所述组件的轴向流动。在一个较佳的实施例中，进料溶液沿螺旋线路向内流向中心元件并从该中心元件流出所述组件，蒸气在所述蒸气层中沿组件的轴向流出所述组件。由于多层膜结构是成螺旋状设置在中心元件的周围的，中心元件基本相当于是所述卷绕式膜蒸馏组件的中心轴，本文所述的组件的“轴向”是指与中心元件平行的方向。进料输送层中的进料溶液或蒸气层中的蒸气可以沿组件的轴向流动，也可以沿进料输送层或蒸气层所界定的螺旋线路流动。所述卷绕式膜蒸馏组件设置成可让未冷凝的蒸气在离开组件之后再进行冷凝的形式，比如，所述卷绕式膜蒸馏组件不包括整合于组件内的冷凝结构，使得蒸气可以以未冷凝的形式流出所述组件。所述卷绕式膜蒸馏组件可进行适当密封以实现在100°C以上的温度下进行操作。·所述透气不透液的膜材料一般包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯材料以及其它适合用在膜蒸馏领域的膜材料。所述进料输送层可以是由透气不透液的膜的膜壁所形成的溶液通道，其内可包括用来支撑膜壁或增强流体均匀性的进料输送结构或间隔元件等。适合用作进料输送层的材料包括可让进料溶液从其中流过的柔性片状材料。进料输送层可包括用来在与进料输送层接触的膜表面促进形成湍流的结构，以防止溶液中的溶质在膜表面过量堆积。在一个实施例中，所述进料输送层包括多孔塑料片。在另一个实施例中，所述进料输送层包括多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卷绕式膜蒸馏组件，其包括：中心元件，设有内部通道；以及多层膜结构，成螺旋形地卷绕于所述中心元件的周围，所述多层膜组件包括至少一个进料输送层，至少一个透气不透液的膜层、和至少一个蒸气层，其中所述蒸气层中施加有一个负压，其中，所述组件的结构设置使得所述组件用于将一个进料溶液分成蒸气和浓缩液体时，可让所述进料溶液在所述进料输送层中沿所述组件的轴向流动，或让所述蒸气在所述蒸气层中沿所述组件的轴向流动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁夏皮罗，杨海，喻献国，泰德安德森，史蒂文克鲁斯，王晨，雷晖，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：