[发明专利]卷绕式膜蒸馏组件及膜蒸馏方法

说明书

技术领域

本发明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。本发明还涉及相应的膜蒸馏方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明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发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1显示了本发明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1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显示了本发明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。