一種管式氣隙膜蒸餾組件的製作方法

2023-05-29 18:14:31

本實用新型屬於膜蒸餾領域，尤其是涉及一種管式氣隙膜蒸餾組件和採用上述管式氣隙膜蒸餾組件的膜蒸餾裝置。

背景技術：

膜蒸餾(MD)一種熱法脫鹽技術，以膜兩側蒸氣壓差作為推動力，使水溶液中的揮發性組分以蒸氣(通常為水蒸汽)形式透過膜孔到達膜的一側冷凝，從而實現料液濃縮的目的，而膜的另一側則依靠膜的疏水性將水溶液阻隔。MD具有低能耗、常壓操作等優點，可用於高濃度鹽水的處理，是目前唯一能從溶液中直接分離出結晶產物的膜過程。其中，氣隙式膜蒸餾(AGMD)可以使水蒸氣在短距離內冷凝，同時冷凝釋放的熱量可用來加熱原料液，從而可以大幅降低濃縮過程的能耗。AGMD過程能夠達到極高的造水比，具備很好的工業化前景。然而，目前AGMD技術還停留在實驗階段，並且膜組件通常以中空纖維和塑料導管作為核心材料，在高溫下尺寸穩定性差，膜絲與冷卻管之間的間隙不穩定，膜與冷卻管之間會產生熱傳導，因此膜組件的效率不穩定、能耗高、與理論預測存在較大差距。另一方面，由於冷卻管通常使用的是塑料材質，導熱性較差，冷卻壁面傳熱阻力大，因此水蒸氣冷卻不充分、冷流體供熱不足，增大了外部設備的加熱、冷卻負荷，降低了效率。另外，膜蒸餾技術通常用於高鹽分溶液場合，中空纖維膜的膜汙染(通常為膜結晶導致疏水性下降)比較嚴重，會導致造水比下降，產水不達標，因此結合板式膜的尺寸穩定性以及易於清洗的優點，同時利用一些材料的高導熱性，研發高效率、過程穩定、易於工業化的AGMD技術將會具有廣泛的應用價值。

技術實現要素：

有鑑於此，本實用新型旨在提出一種管式氣隙膜蒸餾組件，所述膜蒸餾組件包括膜頭、膜殼和膜芯，所述膜芯設置於所述膜殼內部，所述膜頭包括分別封裝於所述膜殼兩端的上膜頭和下膜頭，所述膜芯為管式膜，所述管式膜內每個管內部設置有一內徑小於所述管徑的冷卻管，所述冷卻管外壁與所述管式膜內的管壁之間形成一水蒸氣通道，所述上下膜頭內均設有兩個獨立空腔，且所述上膜頭內的兩個獨立空腔分別通過所述冷卻管和水蒸氣通道與所述下膜頭內的兩獨立空腔相連通，且所述獨立空腔的一側設有進出口。

進一步的，所述冷卻管高度大於所述管式膜高度；所述管式膜的管內徑≥3mm。

進一步的，所述上膜頭由外側的端蓋和內側的積水板疊加組合而成，所述端蓋內設有與所述冷卻管連通的第一空腔，所述第一空腔的一端設有進出口；所述積水板內設有與所述水蒸氣通道相連通的第二空腔，所述第二空腔的一端也設有進出口；所述下膜頭與所述上膜頭結構相同，對稱設置，其中所述上膜頭的第一空腔通過冷卻管與所述下膜頭的第一空腔連通，所述上膜頭的第二空腔通過水蒸氣通道與所述下膜頭的第二空腔相連通。

進一步的，所述膜頭與所述冷卻管連接處設有密封圈，所述密封圈外設有密封圈蓋。

進一步的，所述膜頭、膜殼和膜芯通過殼程封灌膠安裝在一起形成管式氣隙膜蒸餾組件，且所述膜殼側壁上開設有料液進出口；所述冷卻管為高導熱性材質製成。

更進一步的，所述冷卻管的材質為石英、陶瓷、不鏽鋼或高導熱性的塑料，其中所述高導熱性的塑料優選含有石墨的聚四氟材料。

更進一步的，所述積水板材質為矽橡膠或氟橡膠，積水板上分別開設有 與所述管式膜孔徑相匹配用於連通第二空腔與水蒸氣通道的的通孔和與所述冷卻管外徑相匹配的密封孔，主要起連接密封端蓋與膜殼的作用，同時其板體上開設的通孔和密封孔還可以作為冷卻管/管式膜的定位板，確保管式膜與冷卻管之間具有合理的間隙。

本實用新型還提供一種管式氣隙膜蒸餾裝置，包括儲液罐、膜蒸餾組件、純水管道和純水收集罐，所述儲液罐通過進料管道和回流管道與所述膜蒸餾組件形成一循環系統，所述膜蒸餾組件的純水出口通過純水管道與所述純水收集罐連通，所述膜蒸餾組件為管式氣隙膜蒸餾組件。

進一步的，所述儲液罐通過所述進料管道與所述膜殼側壁上的進口連通，所述膜殼側壁上的出口通過回流管道與所述第一空腔的進口連通，所述第一空腔的出口通過進料管道與所述儲液槽連通；所述第二空腔的出口通過純水管道與所述純水收集罐連通。

進一步的，所述進料管道上設有加熱器，所述回流管道上設有冷卻風扇。

相對於現有技術，本實用新型所述的管式氣隙膜蒸餾組件具有以下優勢：利用管式膜的尺寸穩定性、高孔隙率和疏水性能，製成多孔管式膜，並在管式膜的管內設置冷卻管，使得進料溶液中的水蒸氣在飽和蒸氣壓差的作用下透過膜外壁進入膜內部空間，遇到冷卻管外表面時被冷卻成為液態水，放出熱量；同時放熱後的料液直接或冷卻後再進入冷卻管繼續冷卻水蒸氣，如此循環往復，不僅提高了蒸餾效率還節約了能耗；除此以外，該組件還具有尺寸穩定、蒸餾效率高、易於清洗、使用壽命長等優點。

所述管式氣隙膜蒸餾裝置與上述管式氣隙膜蒸餾組件相對於現有技術所具有的優勢相同，在此不再贅述。

附圖說明

構成本實用新型的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解， 本實用新型的示意性實施例及其說明用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中：

圖1為本實用新型實施例1所述的管式氣隙膜蒸餾組件的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例1所述的管式氣隙膜蒸餾組件中端蓋的結構示意圖；

圖3為本實用新型實施例1所述的管式氣隙膜蒸餾組件中的積水板的結構示意圖；

圖4為本實用新型實施例1所述的管式氣隙膜蒸餾組件中的膜殼與管式膜的組合結構示意圖；

圖5為本實用新型實施例2所述的管式氣隙膜蒸餾裝置的流程示意圖。

附圖標記說明：

1-端蓋；11-第一空腔進出口；12-第一空腔；2-積水板；21-第二空腔進出口；22-第二空腔；23-密封孔；3-膜殼；31-料液進出口；4-殼程封灌膠；5-管式膜；6-冷卻管；7-密封圈；8-密封圈蓋。

具體實施方式

需要說明的是，在不衝突的情況下，本實用新型中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語「第一」、「第二」等僅用於描述目的，而不能理解為指示 或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」等的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本實用新型的描述中，除非另有說明，「多個」的含義是兩個或兩個以上。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以通過具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本實用新型。

實施例1

一種管式氣隙膜蒸餾組件，如圖1～4所示，所述膜蒸餾組件包括膜頭、膜殼3和膜芯，所述膜芯設置於所述膜殼內部，所述膜頭包括分別封裝於所述膜殼兩端的上膜頭和下膜頭，所述膜芯為管式膜5，所述管式膜5內每個管內部設置有一內徑小於所述管徑的冷卻管6，所述冷卻管6外壁與所述管式膜內的管壁之間形成一水蒸氣通道，所述上下膜頭內均設有兩個獨立空腔，且所述上膜頭內的兩個獨立空腔分別通過所述冷卻管和水蒸氣通道與所述下膜頭內的兩獨立空腔相連通，且所述獨立空腔的一側設有進出口：

具體的，在本實施例中所述上膜頭由外側的端蓋1和內側的積水板2疊加組合而成，所述端蓋1內設有與所述冷卻管6連通的第一空腔12，所述第一空腔12的一端設有第一空腔進出口11；所述積水板2內設有與所述水蒸氣通道相連通的第二空腔22，所述第二空腔22的一端也設有第二空腔進出口21；所述下膜頭與所述上膜頭結構相同，對稱設置，其中所述上膜頭的第一空腔12通過冷卻管6與所述下膜頭的第一空腔12連通，所述上膜頭的第 二空腔22通過水蒸氣通道與所述下膜頭的第二空腔22相連通；

所述冷卻管6高度大於所述管式膜5高度，以保證所述冷卻管可以穿過位於端蓋內側的積水板到達端蓋1；且所述管式膜5的管內徑為6mm，冷卻管6內徑為4mm或5mm，所述冷卻管6通過積水板上2的密封孔23穿過所述積水板2，然後穿過所述端蓋的一側底板與所述端蓋內的第一空腔12連通，且所述膜頭的上端蓋與所述冷卻管6連接處設有密封圈7，所述密封圈7外設有密封圈蓋8，以保證密封效果，防止漏液。

所述膜頭、膜殼和膜芯通過殼程封灌膠4安裝在一起形成管式氣隙膜蒸餾組件，且所述膜殼側壁上開設有料液進出口31。

除此以外，實施例中所述管式膜材質可選用聚四氟乙烯(PTFE)，聚乙烯(PE)，聚偏氟乙烯(PVDF)，聚丙烯(PP)等疏水材質，可以使拉伸、熱致相分離、燒結生成的多孔管式膜，管式膜直徑在3mm以上；

膜殼3與斷面的材質為ABS、PE、PP、PVDF等耐高溫非金屬材料，或者金屬材料；

積水板為耐高溫彈性材料、如矽橡膠、氟橡膠，積水板上分別開設有與所述管式膜孔徑相匹配用於連通第二空腔與水蒸氣通道的的通孔和與所述冷卻管外徑相匹配的密封孔，主要起密封端蓋與膜殼的作用，同時還可以作為冷卻管/管式膜的定位板，確保管式膜與冷卻管之間具有合理的間隙。

冷卻管的材料可以使用不鏽鋼、石英、陶瓷、或者高導熱性塑料材料(優選含有石墨的聚四氟材料)製成。

實施例2

一種管式氣隙膜蒸餾裝置，包括儲液罐、膜蒸餾組件、純水管道和純水收集罐，所述儲液罐通過進料管道和回流管道與所述膜蒸餾組件形成一循環 系統，所述膜蒸餾組件的純水出口通過純水管道與所述純水收集罐連通，所述膜蒸餾組件為管式氣隙膜蒸餾組件。

具體的，所述儲液罐通過所述進料管道與所述膜殼側壁上的進口連通，所述膜殼側壁上的出口通過回流管道與所述第一空腔的進口連通，所述第一空腔的出口通過進料管道與所述儲液槽連通；所述第二空腔的出口通過純水管道與所述純水收集罐連通；同時為了保證蒸餾效果，所述進料管道上設有加熱器，所述回流管道上設有冷卻風扇。

上述管式氣隙膜蒸餾裝置的工作過程為：如圖5所示，儲液槽中的料液經加熱後由管式氣隙膜組件中膜殼上的料液進出口進入膜組件，進行膜分離，料液中的水通過加熱達到一定溫度後，在管式膜外壁流動，此時較高溫度的水蒸氣在飽和蒸氣壓差的作用下優先透過膜外壁進入膜內部空間，遇到冷卻管外表面時被冷卻成為液態水，放出熱量；由於水蒸氣的釋放，導致這股料液的溫度降低，這股料液經過膜分離後由膜組件進出口出來後經過回流管道再進入膜組件，即可以經過較小功率的冷卻風扇或其他冷卻設備冷卻後或無需冷卻直接經過上膜頭端蓋內的第一空腔進出口進入第一空腔進而進入冷卻管內部；這股料液在冷卻管管內部流動時，吸收冷卻管管外壁水蒸氣釋放的熱量而溫度升高，並通過下膜頭端蓋內第一空腔和第一空腔進出口流出至進料管道，通過一個較小的加熱量便可以達到較高的溫度，到達儲液槽後再次循環至管式膜組件內釋放出蒸汽，如此循環往復；所述冷卻管與管式膜形成的水蒸氣通道內產生的水蒸氣則經過進入到膜頭積水板內的第二空腔內並通過第二空腔進出口進入純水管道中，進而收集至純水收集罐中備用。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進 等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。