工业化规模海水淡化工艺及装置制造方法及图纸

工业化规模海水淡化装置，其特征在于它利用海水的重力势能实现反渗透海水淡化工艺，该装置包括外壳、外壳两端封头和中空纤维膜；所述外壳上有海水入口、海水出口,顶部封头有淡水出口；所述中空纤维膜固定在外壳内；所述中空纤维膜至少一端为打开；所述中空纤维膜由多孔支撑层和半渗透膜层构成，所述半渗透膜层覆盖于多孔支撑层的表面；所述封头安装于外壳两端。本发明专利技术利用很小体积的装置提供较大的反渗透表面积，并且易于施工、安装和维修；中空纤维膜的两端都固定在金属丝网的开孔中，通过金属丝网和复合材料形成的法兰来固定；金属丝网的每个开孔安装一根或一束中空纤维膜，从而使大量的中空纤维膜能整齐有序地安装。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种海水制取淡水的工艺及装置，尤其是一种工业化规模海水淡化工艺及装置。
技术介绍
:世界大部分地区都缺乏人类消耗和农业灌溉所需的淡水。直布罗陀半岛，阿鲁巴岛和中东地区非常干旱的卡塔尔，阿联酋和沙特阿拉伯，以及仅由河流供应有限水资源的国家，例如南非，西班牙，纳米比亚，西西里岛和以色列，这些国家都存在淡水供应问题。中国被联合国认定为世界上13个最贫水的国家之一，人均淡水资源仅为世界人均量的1/4，并且水资源分布不均。目前，中国有400多个城市缺水，其中110个城市严重缺水，饮用苦咸水的农村人口达3855万人。饮用水供应不足的问题在未来十年将加剧，这些饮用水供应不足的国家和地区大多靠近大洋、海湾或内海。由于海水盐含量过高，无法得到大量可直接使用的淡水，不适合人类使用。海水的平均盐含量为35000 ppmwt NaCl (质量分数为3.5%)，通常应降低到500ppmwt NaCl或更低才能适于人类使用(氯含量小于250 ppmwt)。有许多成熟的工艺可以将盐类从水中分离，即所谓的脱盐工艺。可以在第四版Kirk Othmer百科全书的第25册的438-487页中查阅这些工艺的综述。如今在工业化海水淡化领域应用最为广泛的工艺为M.S.F.(多级闪蒸)，M.E.D.(多效蒸馏)和R.0.(反渗透)。应该明确的是，脱盐水即等同于淡水或饮用水。工业化规模的海水淡化生产工艺应该具备以下重要特点:公用工程消耗低、投资少、易于操作、维护费用低，尤其是公用工程(能源)消耗低，这是对工业化生产工艺的一个重要要求。多级闪蒸工艺的公用工程消耗通常是135-295 kj/kg H2O,而反渗透工艺的消耗量为18-33 kj/kg H2O0因此，反渗透工艺在公用工程消耗上具有很大的优势。多级闪蒸工艺的优点是使用的金属设备相对简单，而反渗透工艺需要价格昂贵的薄膜，这种膜易于受到堵塞(结垢的盐类如CaSO4和CaCO3)和在膜表面生长和附着的藻类的影响，这会大大增加海水预处理的成本。一些先进的反渗透膜，例如聚酰胺膜，不能承受使用Cl2的环境，而Cl2经常被用来消灭细菌和水藻等等。卷式膜不容易清洗，并且多层支撑材料和膜之间生长的细菌容易堵塞和损坏膜元件。海德能公司在2001年I月23日发表的文章《工业化反渗透技术》中提到工业用长1.20m X外径85μπιΧ内径42 μ m的中空纤维膜已经应用在了反渗透工艺中。日流通量为19 kg/m2时，这种42 μ m的小内径纤维会造成5 bar的压降。这种非常低的水流通量(正常情况下每天600 kg/m2)会显著影响淡水的产量。所以选择内径稍大些的中空纤维膜更合适。另一个较大的缺点是大量的纤维(数百万根)将会形成过滤器来过滤固体颗粒和生物质，而膜表面附着的固体颗粒和生物质会对膜造成污染，而且会降低纤维管周围的湍流程度，增加薄膜表面盐类的累积(浓差极化)， 使产生的淡水中的盐浓度增大。通常25°C海水的渗透压力大概为25bar，且海水的渗透压力会随盐浓度的增大而增大，因此海水脱盐工艺需要在60-80bar的压力下操作。用于海水脱盐的反渗透工艺操作压力都比较高，也不能通过简单的方法来减小。领域内的专业人士都熟知次表层海水淡化的生产方法。专利DE 19734981 Al描述了一项海水脱盐工艺，其中，R.0.组件围绕其轴做连续或间歇的旋转。这样一来，新鲜海水的连续供应问题就解决了，但是过程相当复杂，且机械效率也不高。而本专利技术则致力于深层次地克服旋转的R.0.组件的缺陷。专利US 5，229，005描述了一项从容器的浮动平台装置下降到海平面某深度来提取淡水的海水淡化工艺，这套容器装置配有R.0.元件。当容器中充满淡水后，通过机械升降系统将淡水从海平面某深度提升出去。这套提升系统比较粗糙，耗时耗能，不适用于淡水大量生产。专利GB I, 141，138提出该深度至少要在海平面3500英尺(1067 m)以下。R.0.膜置于容器内，且水平安装。海水进入容器，促进淡水流动，但是对于容器中的浓盐水如何自动从容器中出去并不清楚。因此，这套装置在技术上存在很大的限制。专利DE 196 47 358 Al描述了一种安装在海平面360m甚至更低的海水淡化装置。R.0.膜放置在容器的外壁，这导致膜的表面积比较有限，从而淡水的流通量也受到限制。此外，其中还假设海水要缓慢流过膜表面，这并不是确定的情况，除非海面上正在运行的容器发生正位移。因此，浓盐水的自动更换问题还是没有解决。专利WO 00/41971也存在同样的问题，不能保持新鲜海水持续自动地进料，浓盐水的排出也是个问题。专利EP O 968 755 A2利用一台低扬程循环泵将海水泵入膜组件入口，并将海水从膜组件出口泵出到一个合适的排放点。
技术实现思路
:本专利技术的目的是提供工业化规模海水淡化工艺及装置，它能够解决现有技术的不足，它以反渗透技术为基础，使用中空纤维膜来大规模生产淡水，它利用很小体积的装置提供较大的反渗透表面积，并且易于施工、安装和维修，而且能防止藻类和细菌群体的生长，以防止产生堵塞和流动阻碍，清洗十分简便。本专利技术的技术方案:工业化规模海水淡化装置，其特征在于它包括外壳，外壳两端封头和中空纤维膜；所述中空纤维膜固定安装在外壳内；所述外壳上有海水入口和海水出口 ；所述外壳顶端封头上有淡水出口 ；所述中空纤维膜连接淡水出口。所述中空纤维膜竖直或水平安装在外壳内；所述中空纤维膜至少一端为打开；打开端为常压，中空纤维膜外壁压力至少为25bar。所述中空纤维膜竖直安装在外壳内，中空纤维膜的顶端打开，底端打开或密封；中空纤维膜固定在顶部法兰和底部法兰之间；所述顶部法兰安装于外壳顶部；所述底部法兰通过刚性件固定于外壳底部。所述中空纤维膜的顶部通过混凝土或复合材料与金属丝网构成的顶部法兰固定；所述中空纤维膜的底部通过混凝土或复合材料与金属丝网构成的底部法兰固定，中空纤维膜的底部打开或密封；所述复合材料为二组分的胶或环氧树脂；所述顶部法兰和底部法兰之间连接有刚性件；所述底部法兰下端连接阻止中空纤维膜上行使其保持原位的重力补偿物。所述中空纤维膜通过金属丝网固定安装在外壳内；所述金属丝网上有安装中空纤维膜的开孔；金属丝网的开孔中可以安装至少一根中空纤维膜。所述中空纤维膜由多孔支撑层和半渗透膜层构成，呈管状；所述半渗透膜层覆盖于多孔支撑层的表面；所述多孔支撑层的壁厚为25-100μπι;半渗透膜层的厚度为0.1-0.5μm ;管状中空纤维膜的内径为100-800 μ m。所述外壳内壁上安装有折流板。 所述外壳顶部通过外壳顶法兰连接顶部封头，底部通过外壳底法兰连接底部封头；所述顶部封头上有淡水出口及手孔，在外壳顶部封头空间内填充玻璃球或瓷球，防止中空纤维膜向上移动，这些玻璃球或瓷球可以通过手孔来进行装填；所述外壳顶法兰和顶部封头法兰的连接处有多孔烧结金属板及密封垫片，金属板用来承载玻璃球或瓷球。所述外壳及中空纤维膜均为圆柱形；外壳顶部封头和底部封头采用椭圆封头。所述海水入口处安装有入口过滤器；所述淡水出口连接淡水收集罐。所述工业化规模海水淡化装置安装在海平面下350-500m处，相应的液体静压为35-50 bar。所述工业化规模海水淡化装置在岸上时可连接能量回收装置。所本文档来自技高网...

【技术保护点】
工业化规模海水淡化装置，其特征在于它利用海水的重力势能实现反渗透海水淡化工艺，该装置包括外壳、外壳两端封头和中空纤维膜；所述外壳上有海水入口、海水出口,顶部封头有淡水出口；所述中空纤维膜固定在外壳内；所述中空纤维膜至少一端为打开；所述中空纤维膜由多孔支撑层和半渗透膜层构成，所述半渗透膜层覆盖于多孔支撑层的表面；所述封头安装于外壳两端。

【技术特征摘要】
1.工业化规模海水淡化装置，其特征在于它利用海水的重力势能实现反渗透海水淡化工艺，该装置包括外壳、外壳两端封头和中空纤维膜；所述外壳上有海水入口、海水出口，顶部封头有淡水出口 ；所述中空纤维膜固定在外壳内；所述中空纤维膜至少一端为打开；所述中空纤维膜由多孔支撑层和半渗透膜层构成，所述半渗透膜层覆盖于多孔支撑层的表面；所述封头安装于外壳两端。2.根据权利要求1所述工业化规模海水淡化装置，其特征在于所述中空纤维膜竖直或水平安装在外壳内；所述中空纤维膜至少一端为打开；打开端为常压，中空纤维膜外壁压力至少为25bar ;所述中空纤维膜竖直安装在外壳内，中空纤维膜的顶端打开，底端打开或密封；中空纤维膜固定在顶部法兰和底部法兰之间；所述顶部法兰安装于外壳顶部；所述底部法兰通过刚性件固定于外壳底部。3.根据权利要求2所述工业化规模海水淡化装置，其特征在于所述中空纤维膜的顶部通过混凝土或复合材料与金属丝网构成的顶部法兰固定；所述中空纤维膜的底部通过混凝土或复合材料与金属丝网构成的底部法兰固定；所述复合材料为二组分的胶或环氧树脂；所述顶部法兰和底部法兰之间连接有刚性件；所述底部法兰下端连接阻止中空纤维膜上行使其保持原位的重力补偿物；所述金属丝网上有安装中空纤维膜的开孔；金属丝网的开孔中可以安装至少一根中空纤维膜。4.根据权利要求1所述工业化规模海水淡化装置，其特征在于所述中空纤维膜由多孔支撑层和半渗透膜层构成，呈管状；所述半渗透膜层覆盖于多孔支撑层的表面；所述多孔支撑层的壁厚为25-100 μ m;半渗透膜层的厚度为0.1-0.5 μ m ;管状中空纤维膜的内径为IOO-SOOym ;所述中空纤维膜的支撑层为能承受50bar压力的多孔材料，选用聚芳醚砜、多孔玻 璃、陶瓷材料或者烧结金属；半渗透膜层为选择性透过材料，选用醋酸纤维素C.A.、二醋酸纤维素C.D.A.、三醋酸纤维素C.Τ.A.、金属硅酸盐或聚酰胺。5.根据权利要求1所述工业化规模海水淡化装置，其特征在于所述外壳内壁上安装有折流板；所述外壳顶部通过外壳顶法兰连接顶部封头，底部通过外壳底法兰连接底部封头；所述顶部封头上有淡水出口及手孔，在外壳顶部封头空间内填充玻璃球或瓷球；所述外壳顶法兰和顶部封头法兰的连接处有承载玻璃球或瓷球的多孔烧结金属板及密封垫片；所述外壳及中空纤维膜均为圆柱形；外壳顶部封头和底部封头采用椭圆封头；所述海水入口处安装有入口过滤器；所述淡水出口连接淡水收集罐；所述装置外壳上海水出口侧设置对水流起引导作用的导流板。6.根据权利要求1所述工业化规模海水淡化装置，其特征在于所述工业化规模海水淡化装置安装在海平面下350-500m处，相应的液体静压为35-50 bar ;或者所述工业化规模海水淡化装置连接能量回收装置。7.根据权利要求4所述海水淡化装置，其特征在于所述中空纤维膜的半渗透膜层的制作方法为: 将半渗透膜材料溶解在溶剂中，该溶剂能通过多孔支撑层，在溶液中形成沉淀并覆盖在多孔支撑层外表面； 或者将半渗透膜材料溶解到一种挥发性溶剂中，将混合液喷涂在多孔支撑层上，当溶剂挥发完之后，薄膜材料就沉淀在多孔支撑层的表面； 或者聚芳醚砜多孔支撑层先用高粘度水溶液所浸溃；中空纤维膜开...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯·鲍斯波姆，王威，
申请(专利权)人：荷丰天津化工工程有限公司，
类型：发明
国别省市：