[发明专利]多效膜蒸馏-多级闪蒸海水淡化系统

说明书

技术领域

本发明属于膜分离和海水淡化技术领域，涉及一种多效膜蒸馏‐多级闪蒸海水淡化系统。

背景技术

水，是生命的源泉。淡水是人类社会赖以生存和发展的物质基础之一。随着社会的快速发展、人口增加以及水源污染，淡水资源越来越匮乏，全球正面临着日益严重的水资源危机。

海水淡化是解决淡水资源危机的重要方法之一。海水淡化，又称海水脱盐，是分离海水中盐和水的技术和过程，其实质是“以能源换水源”。目前，商业化的三大主流海水淡化技术分别是多效蒸馏（MED）、多级闪蒸（MSF）和反渗透（RO）。多效蒸馏和多级闪蒸都属于热法海水淡化技术，两者的技术优势是可实现能量的梯级利用或重复利用，但两者也存在初始投资大，单位体积的换热面积小，防腐耐蚀要求高等问题。反渗透属于膜分离技术，其具有常温操作、设备灵活、适应范围广等优点，但反渗透膜的通量和选择性对料液海水温度和盐度高度敏感，截留率低，且操作条件苛刻。

膜蒸馏（MD）是膜技术与蒸馏过程相结合的膜分离过程，它以疏水微孔膜为介质，在膜两侧蒸汽压差的作用下，料液中挥发性组分以蒸汽形式透过膜孔，从而实现分离的目的。膜蒸馏有机地结合了蒸馏的特点和膜分离的特点，在膜蒸馏过程中既有常规蒸馏中的蒸发、传质、冷凝过程，又有分离物质扩散透过膜的膜分离过程，因此被称为膜蒸馏。与其他常用分离过程相比，膜蒸馏具有分离效率高、操作条件温和、对膜与原料液间相互作用及膜的机械性能要求低等优点。

膜蒸馏过程是动量、热量和质量相互耦合同时传递的过程。在一定的条件下，当具有一定温度的热料液被输送至疏水膜的表面时，热料液与膜的一侧直接接触，该侧通常被称为“料液侧”或者“热侧”；而膜的另一侧直接或间接地与冷媒接触，该侧通常被称为“渗透侧”或者“冷侧”。由于膜的疏水性，热侧的料液不能透过膜孔，但料液中的易挥发组分可以在膜表面的汽‐液界面蒸发，并在膜两侧易挥发组分蒸汽分压差的驱动下透过膜孔，传递至冷侧，而非挥发组分则被疏水膜阻挡在热侧，从实现了混合物的分离或提纯。根据挥发性组分在膜渗透侧冷凝方式的不同，膜蒸馏一般可分为以下四种不同的结构和操作方式，即：直接接触式膜蒸馏（DCMD）、气隙式膜蒸馏（AGMD）、气扫式膜蒸馏（SGMD）和减压膜蒸馏（VMD）。

膜蒸馏是一个以蒸发为基础的膜分离过程，热量以相变传热的方式从料液侧传递到渗透则，因而能耗较高，这也是限制其工业化应用的关键问题之一。

申请公布号为CN102107119A的中国发明专利公开了一种“多效膜蒸馏装置与方法”，提出的多效膜蒸馏由升温蒸发区、主蒸发区和降温区三部分构成，将多效膜蒸馏过程中的水蒸气冷凝与原水加热过程耦合，回收蒸发潜热，有利于提高膜蒸馏热效率，但该装置的不足之处是：高温淡水的汽化潜热未得到利用，系统热效率不高；料液浓缩比相对较低。

申请公布号为CN103071388A的中国发明专利公开了一种“蒸汽热压缩减压膜蒸馏装置”，该装置是利用蒸汽热压缩器将膜蒸馏产生的低温蒸汽提升品质后用于料液的加热，循环利用蒸汽潜热，对于提高膜蒸馏热效率具有一定意义，但装置的不足之处是：蒸汽的汽化潜热未得到梯级利用，浓水和淡水的汽化潜热未得到回收，系统热效率和淡水回收率比较低。

发明内容

本发明目的是克服现有技术中的不足，提供一种热效率高、造水比大、浓缩比高的多效膜蒸馏-多级闪蒸海水淡化系统。

本发明的技术方案概述如下：

一种多效膜蒸馏-多级闪蒸海水淡化系统，包括蒸汽喷射泵9，浓水排放泵1，料液循环泵2，真空泵3，产品水泵4，N个膜组件，N个淡水闪蒸罐，N+1个换热组件，N‐1个浓水闪蒸罐；

蒸汽喷射泵9的出口通过管路与首个换热组件6.1的蒸汽进口连接，首个换热组件6.1的凝结水出口通过管路从首个淡水闪蒸罐5.1起依次与N个淡水闪蒸罐串联连接后再与产品水泵4的进口连接；

料液循环泵2的出口通过管路与末个换热组件6.5顶部的料液进口连接，末个换热组件6.5底部的料液出口通过管路与次末个换热组件6.4底部的料液进口连接，次末个换热组件6.4顶部的料液出口与末个膜组件7.4底部的料液进口连接，末个膜组件7.4顶部的料液出口通过管路依次与相邻的换热组件和膜组件的串联连接，直至首个换热组件6.1和首个膜组件7.1；首个膜组件7.1顶部的料液出口通过管路从首个浓水闪蒸罐8.1起依次与N‐1个浓水闪蒸罐串联连接后再与浓水排放泵1的进口连接，浓水排放泵1的出口与浓海水排放管10连接；料液循环泵2的进口与进料液海水管11连接；浓海水排放管10和进料液海水管11之间连接有浓水循环管12；