膜蒸馏装置和膜蒸馏系统.pdf

本发明提供了一种膜蒸馏装置和膜蒸馏系统。其中，膜蒸馏装置包括：膜组件和至少三组输液组件；其中，各组所述输液组件沿所述膜组件的轴向依次连接于所述膜组件，用于向所述膜组件输入和/或输出液体。本发明通过对膜组件中增加料液进出口的个数，改变进出口的位置，工作室采用不同的进出口之间的切换，增强了进料液在膜组件内的湍流强度，降低和消除了膜丝外表面料液的浓差极化现象，降低和消除了膜丝两侧的温差极化现象，提高了膜丝内蒸气生产率，增加了膜组件抗污染性能和使用寿命。

权利要求书
1.  一种膜蒸馏装置，其特征在于，包括：
膜组件（1）；
至少三组输液组件，沿所述膜组件（1）的轴向依次连接于所述膜组件（1），用于向所述膜组件（1）输入和/或输出液体。

2.  根据权利要求1所述的膜蒸馏装置，其特征在于，每组所述输液组件至少包括两个输液管，且各所述输液管沿所述膜组件（1））的周向分布。

3.  根据权利要求1所述的膜蒸馏装置，其特征在于，每组所述输液组件中的各所述输液管沿所述膜组件（1）的周向均匀分布。

4.  根据权利要求2所述的膜蒸馏装置，其特征在于，所述输液管为柱状。

5.  根据权利要求2所述的膜蒸馏装置，其特征在于，所述输液管一端口径大于另一端口径。

6.  根据权利要求5所述的膜蒸馏装置，其特征在于，
所述输液管口径较大的一端置于所述膜组件（1）内；或
所述输液管口径较小的一端置于所述膜组件（1）内。

7.  根据权利要求5或6所述的膜蒸馏装置，其特征在于，所述输液管为弯管。

8.  根据权利要求1所述的膜蒸馏装置，其特征在于，各所述输液组件均包括一个输液管，每个所述输液管均包括用于进液的直管段和用于出液的环形段，所述环形段置于所述膜组件（1）内，所述环形段的侧壁开设有出液口。

9.  根据权利要求8所述的膜蒸馏装置，其特征在于，各所述出液口向着所述膜组件（1）的轴线方向设置。

10.  一种膜蒸馏系统，其特征在于，设置有如权利要求1至9中任一项所述的膜蒸馏装置。

说明书膜蒸馏装置和膜蒸馏系统
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体而言，涉及一种膜蒸馏装置和膜蒸馏系统。
背景技术
膜蒸馏(Membranedistillation，MD)过程是将膜技术与传统蒸馏技术相结合而出现的一种新型淡化除盐技术。与常规蒸馏(distillation)相比，MD的操作温度低，一般在70℃左右温度下操作，无需将溶液加热至沸腾，而且蒸发面积大、蒸汽空间小，因而其能够脱除更高浓度的盐分以及具有更高的脱盐率。一般而言，在膜组件内进行上述膜蒸馏过程，膜组件一般包括壳体、连接于壳体的盖板和底板以及中空的多根膜管；其中，壳体、盖板和底板围设成一空间，膜管置于该空间内，并且，膜管的两端分别于盖板和底板相连接，底板内会开设有储水腔，壳体内的含盐废水中的水会透过膜管的管壁渗透入膜管内，并聚集在底板内的出水腔内，通过出水腔内的出水口输出。目前，膜蒸馏所采用的为微孔疏水膜，基于膜蒸馏所用的微孔疏水膜的传质机理，膜蒸馏的抗污染能力较强，但也不可避免地形成膜污染，膜蒸馏所用微孔疏水膜的污染主要为膜面污染，膜孔内污染相对较少。与渗透汽化过程一样，膜蒸馏是热量和质量同时传递的过程，是有相变的膜过程，传质推动力为膜两侧透过组分的蒸汽压差，但由于现有膜蒸馏装置的工作条件与环境相对稳定（包括进料液流量、浓度及温度和组件运行压力等等），运行一段时间后膜组件内部会形成相对的稳态，进而会出现浓度极差，即膜的外表面流体浓度远远大于周围料液的浓度，导致膜通量急需下降，甚至导致膜堵塞。此外，还会产生温度极差现象，即在壳体内的液体之间的温度差较大。目前解决浓度极差和温度极差的常用方法是反冲洗，即将壳体内的液体全部排出后，通过进液口向壳体内输入清水，通过清水对壳体的内部进行反冲洗。可以看出，进行反冲洗时，需要使膜蒸馏装置停止工作，影响正常的生产或试验。此外，由于该种清洗用水的压力不高，对壳体内已经形成的结晶物或者水垢难以去除，尤其是死角部分的膜管表面更是难以清洗得到，但如果增加清水的压力，又可能对膜管本身造成损坏。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种膜蒸馏装置，旨在解决目前对消除膜蒸馏装置内的浓度极差和温度极差效果不够理想的问题。本发明还提出了一种具有该膜蒸馏装置的膜蒸馏系统。
一个方面，本发明提出了一种膜蒸馏装置，该装置包括：膜组件和至少三组输液组件；其中，各组所述输液组件沿所述膜组件的轴向依次连接于所述膜组件，用于向所述膜组件输入和/或输出液体。
进一步地，上述膜蒸馏装置中，每组所述输液组件至少包括两个输液管，且各所述输液管沿所述膜组件的周向分布。
进一步地，上述膜蒸馏装置中，每组所述输液组件中的各所述输液管沿所述膜组件的周向均匀分布。
进一步地，上述膜蒸馏装置中，所述输液管为柱状。
进一步地，上述膜蒸馏装置中，所述输液管一端口径大于另一端口径。
进一步地，上述膜蒸馏装置中，所述输液管口径较大的一端置于所述膜组件内；或，所述输液管口径较小的一端置于所述膜组件内。
进一步地，上述膜蒸馏装置中，所述输液管为弯管。
进一步地，上述膜蒸馏装置中，各所述输液组件均包括一个输液管，每个所述输液管均包括用于进液的直管段和用于出液的环形段，所述环形段置于所述膜组件内，所述环形段的侧壁开设有出液口。
进一步地，上述膜蒸馏装置中，各所述出液口向着所述膜组件的轴线方向开设。
可以看出，本发明通过对膜组件中增加料液进出口的个数来改变膜组件的进液口和出液口的位置，工作时对各进液口和出液口进行切换，进而改变膜组件内液体的流动方向，增强进料液在膜组件内的湍流强度，降低和消除了膜丝外表面料液的浓差极化现象，降低和消除了膜丝两侧的温差极化现象，提高了膜丝内蒸气生产率，增加了膜组件抗污染性能和使用寿命。
另一方面，本发明还提出了一种膜蒸馏系统，设置有上述任一种膜蒸馏装置。
由于膜蒸馏装置具有上述效果，所以具有该膜蒸馏装置的膜蒸馏系统也具有相应的技术效果。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提出的膜蒸馏装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提出的膜蒸馏装置中一组输液管组件的布置图；
图3为本发明实施例提出的膜蒸馏装置中，输液管的结构示意图；
图4为本发明实施例提出的膜蒸馏装置中，输液管的又一结构示意图；
图5为本发明实施例提出的膜蒸馏装置中，输液管的又一结构示意图；
图6为本发明实施例提出的膜蒸馏装置中，输液管的又一结构示意图；
图7为本发明实施例提出的膜蒸馏装置中，输液管的又一结构示意图；
图8为图7所示的输液管的工作状态示意图；
图9为本发明实施例提供的膜蒸馏系统的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的膜蒸馏系统，一组输液管向膜组件内输液的状态图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
膜蒸馏装置实施例：
参见图1和图2，图中示出了本实施例提供的膜蒸馏装置的优选结构。如图所示，该装置包括膜组件1和至少三组输液组件。其中，至少三组输液组件沿膜组件1的轴向依次连接于膜组件1，用于向膜组件1内输入和/或输出液体。
本领域技术人员应当理解，膜组件1内部应设置有膜丝2，膜组件1上应设置有与膜丝2的内部空腔相连通的储水腔（图中未标出），膜组件1内的待处理液体中的水通过膜丝2渗透入膜丝2的内部空腔内，并进入储水腔中，最后通过储水腔中的出水管排出。
下面以膜组件1上安装有三组输液组件为例对本实施例做进一步说明。
如图1、图2所示，膜组件1上分别安装有第一输液组件、第二输液组件和第三输液组件。其中，第一输液组件包括三个输液管，分别为第一输液管a-1、第二输液管a-2和第三输液管a-3；第二输液组件也包括三个输液管，分别为第四输液管b-1、第五输液管b-2和第六输液管（图中未示出）；第三输液组件也包括三个输液管，分别为第七输液管c-1、第八输液管c-2和第九输液管（图中未示出）。三组输液组件沿膜组件1的轴向分布，每组输液组件中的各输液管可以沿膜组件1的周向分布。
工作时，可以先关闭第四输液管b-1、第五输液管b-2和第六输液管，打开第一输液管a-1、第二输液管a-2和第三输液管a-3和第七输液管c-1、第八输液管c-2和第九输液管，进料液分别由第一输液管a-1、第二输液管a-2和第三输液管进入到膜组件1内，产生的蒸气透过膜丝2汇集到储水腔中，并通过过蒸气出口3输出，浓缩液通过第七输液管c-1、第八输液管c-2和第九输液管出口输出至膜组件外。工作一段时间后，根据相应的监控数据切换进出水输液管，进液口切换为第七输液管c-1、第八输液管c-2和第九输液管，出水口切换为第一输液管a-1、第二输液管a-2和第三输液管a-3，此时，进料液分别通过第七输液管c-1、第八输液管c-2和第九输液管进入到膜组件内，浓缩液通过第一输液管a-1、第二输液管a-2和第三输液管a-3排出到膜组件外。工作一段时间后，再根据相应的监控数据切换进出水输液管，打开第四输液管b-1、第五输液管b-2和第六输液管，进水口切换为第四输液管b-1、第五输液管b-2和第六输液管b-3，出水口切换为第一输液管a-1、第二输液管a-2和第三输液管a-3和输液管c-1、输液管c-2和输液管c-3。
需要说明的是，工作时，可以根据实际需要来切各输液组件，例如，可以选择一组输液组件作为进液组件，一组输液组件作为出液组件，也可以选择两组两组输液组件作为进液组件，或者两组输液组件作为出液组件，具体选择方式可以根据实际情况来确定。
需要说明的是，实际工作过程中，可以通过观测以下数据判定进出水口的切换时间：淡水的产出流量、淡水的电导率、进料液的电导率等，即当出现淡水产出流量开始减小，淡水电导率开始增加，进料液电导率接近料液结晶数值等一种或一种以上现象时立即切换进出水口，当然，具体实施时，也可以通过观测其他处理数据来确定切换时间，本实施例对其不做任何限定。
可以看出，本实施例通过对膜组件中增加料液进出口的个数来改变膜组件的进液口和出液口的位置，工作时对各进液口和出液口进行切换，进而改变膜组件内液体的流动方向，增强进料液在膜组件内的湍流强度，降低和消除了膜丝外表面料液的浓差极化现象，降低和消除了膜丝两侧的温差极化现象，提高了膜丝内蒸气生产率，增加了膜组件抗污染性能和使用寿命。
参见图2，上述实施例中，每组输液组件至少包括两个输液管，且各输液管沿膜组件1的周向分布。
具体实施时，上述各输液管可以为空心柱状，例如圆柱管等，如图3所示。
输液管也可以为一端口径大于另一端口径的输液管，如图4至图6所示，具体安装时，可以将输液管口径较大的一端置于膜组件1内，也可以将输液管口径较小的一端置于膜组件1内；当将口径较大的一端置于膜组件1内时，可以减小进入膜组件1内的液体的压力，当将口径较小的一端置于膜组件1内时，可以增大进入膜组件1内的液体的压力。具体实施时，上述输液管可以为直管，也可以为弯管。
参见图7和图8，上述各实施例中的输液组件均包括一个输液管，每个输液管均包括用于进液的直管段A和用于出液的环形段B，环形段B置于膜组件1的内部，环形段B的侧壁开设有出液口，直管段A延伸至膜组件1的壳体外。工作时，按照图7所示的箭头方向向输液管输送液体。本实施例中的环形段B可以使液体均匀地向膜组件1内输送。优选地，各出液口向着膜组件1的轴线方向设置。
综上，本实施例通过对膜组件中增加料液进出口的个数，改变进出口的位置，工作室采用不同的进出口之间的切换，增强了进料液在膜组件内的湍流强度，降低和消除了膜丝外表面料液的浓差极化现象。
膜蒸馏系统实施例：
本实施例提出了一种膜蒸馏系统，该系统设置有上述任一种膜蒸馏装置。其中，膜蒸馏装置的具体实施过程参见上述说明即可，本实施例在此不再赘述。
由于膜蒸馏装置具有上述效果，所以具有该膜蒸馏装置的系统也具有相应的技术效果。
下面结合图9、图10，对本实施例中的膜蒸馏系统进行更为详细的说明。
如图所示，除上述膜蒸馏装置外，本实施例中的膜蒸馏系统还可以包括料液箱5、恒温水浴箱6、循环泵7、温度计8、压力表9、电导率仪10、冷凝管12、真空泵13、淡水箱14等，上述各部件的连接方式均为本领域技术人员所公知，故不赘述。本实施例中包括三组输液组件，并且，各输液组件均包括三个输液管，第一组输液组件中的输液管分别为：第一输液管a-1、第二输液管a-2和第三输液管（图中未示出）；第二组输液组件中的输液管分别为：第四输液管b-1、第五输液管b-2和第六输液管（图中未示出）；第三组输液组件中的输液管分别为：第七输液管c-1、第八输液管c-2和第九输液管（图中未示出）。再参见图10，上述各输液管均为弯管，并且各输液管的出口方向可以为沿膜组件1内壁水平切线方向，三组输液管的出口朝向可以沿顺时针方向设置。
参见图9，本实施例的工作过程为：通过阀门关闭进出口第四输液管b-1、第五输液管b-2和第六输液管，打开第一输液管a-1、第二输液管a-2和第三输液管和第七输液管c-1、第八输液管c-2和第九输液管c-3；通过各仪表设备控制进料液的流量、温度、压力，进料液分别通过第一输液管a-1、第二输液管a-2和第三输液管进入膜组件1内，产生的蒸气透过膜丝3汇集到蒸气出口4，通过冷凝管12淡水冷凝后汇集至淡水箱14内，同时通过真空泵13对真个冷凝系统抽负压，使压力维持在0.08MPa左右，浓缩液通过第七输液管c-1、第八输液管c-2和第九输液管出口汇集并返回料液箱5内。工作一段时间后，可以根据设备显示数据和实验设计频率等，切换进水出口。通过阀门控制，进水口切换为第七输液管c-1、第八输液管c-2和第九输液管，出水口切换为第一输液管a-1、第二输液管a-2和第三输液管，重复上述操作，并继续监控有关数据。再工作一段时间后，可以根据设备显示数据和实现设计频率等，再次切换进水出口，打开第四输液管b-1、第五输液管b-2和第六输液管，进水口切换为第四输液管b-1、第五输液管b-2和第六输液管，出水口切换为第一输液管a-1、第二输液管a-2和第三输液管和第七输液管c-1、第八输液管c-2和第九输液管。工作过程中继续监控有关数据，并重复上次切换过程。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。