[发明专利]一种带余热回收耦合MVR的膜蒸馏系统及方法

说明书

一种带余热回收耦合MVR的膜蒸馏系统及其控制方法，包括料液罐、冷凝器、水箱、蒸发器、第一压缩机、节流装置；膜组件、循环泵、换热器；第二压缩机；水箱内设有蒸发器，料液罐内设有冷凝器，其中，蒸发器、压缩机、冷凝器、节流装置形成第一回路；料液罐、膜组件、换热器形成第二回路；还包括循环泵，所述循环泵用于向第二回路提供动力；膜组件的蒸汽出口连通第二压缩机的进口，第二压缩机的出口连通换热器的第一进口，换热器的第一出口与水箱的第一进口连通。本发明将余热回收引入到耦合MVR的膜蒸馏系统中，通过回收余热，实现了膜蒸馏系统中能量的梯级应用，提高能源利用率，降低生产成本。

技术领域

本发明涉及一种膜蒸馏系统及方法，具体而言，涉及一种带余热回收耦合MVR的膜蒸馏系统及方法。

背景技术

膜分离技术是以高分子疏水微孔膜的选择透过性为基础，在膜壁面和膜腔内形成压差驱动力，使溶液中的水以水分子的形式透过膜孔，实现了溶质溶剂的分离。因其处理效率高、适用范围广、易与其他技术耦合等特征，已经在浓缩领域得到广泛应用。相较于传统的多效蒸发、机械蒸汽再压缩以及多级闪蒸技术，膜蒸馏技术在分离水分的纯净度、耐强酸强碱以及操作简单等方面具有较大的优势。然而其在水蒸气处理方面大多为直接冷凝，水蒸气潜热未得到回收，导致能耗较高。因此现有的膜蒸馏技术多与其它技术耦合应用来降低系统能耗，其中以与机械蒸汽再压缩技术(MVR)的耦合已经得到了广泛的研究。

中国发明专利CN108744980A公开了一种不带存液膜组件耦合MVR浓缩强腐蚀性溶液系统及方法，该系统包括原料罐、电加热装置、减压膜组件、膜分离器等装置。系统在负压环境下通过减压膜组件分离出水蒸气，并通过压缩机增焓后加热浓缩液，进而回收二次蒸汽中潜热，提高能源利用率。然而，该系统中原料预热以及维持料液温度的恒定均采用电加热，导致能耗较高；二次蒸汽被冷凝成冷凝水直接流入凝水管自然冷却，余热未得到回收利用；所选用的压缩机未与料液温度实时关联，实际操作需要人为控制调频，系统运行较不稳定。

中国发明专利CN103080013B公开了一种蒸汽压缩膜蒸馏脱盐装置，其中，由跨膜蒸馏模块上的温度梯度所产生的冷凝的潜热被直接传递到在液态流体流的脱盐期间的气化潜热，装置包括MD模块、蒸汽压缩机等。该系统实现了二次蒸汽的回收利用，然而该系统仅论述了在盐溶液中的应用，无法应用到强腐蚀性溶液中，并且冷凝液中的显热也未得到回收利用。

中国实用新型专利CN206199023U公开了一种带蒸汽机械压缩的膜蒸馏装置，系统通过压缩机提高二次蒸汽的焓值用于加热浓缩液，回收了二次蒸汽的潜热，提高能源利用率。该系统同样采用电加热来预热料液，导致能耗较高；该系统料液温度的恒定靠电加热和压缩机共同作用，增大了系统操作的复杂性；该系统对蒸汽分离的纯净度不够，导致无法应用于强腐蚀性溶液的蒸发浓缩；所选用的压缩机未与料液温度实时关联，实际操作需要人为控制调频，系统运行较不稳定。

中国实用新型专利CN208678828U公开了一种膜蒸馏耦合MVR浓缩强腐蚀溶液系统，自膜管顶端出口进入膜分离器分离净化，再进入蒸汽压缩机升温加压，压缩之后的蒸汽进入换热器对来自膜组件上部出口的浓缩液释放潜热，最终冷凝成为饱和液态水进入凝水罐收集。系统回收二次蒸汽潜热，提高能源利用率，并将膜蒸馏系统应用到强腐蚀性溶液中。然而，系统仍未解决因采用电加热持料液温度恒定带来的能耗高以及冷凝水余热因未回收利用带来的能源浪费问题。

综上所述，现有的膜蒸馏系统与机械蒸汽压缩系统结合过程中，通过压缩机将膜分离出的水蒸气压缩并增焓后，加热被浓缩后的料液，回收了水蒸气的二次潜热。然而在料液预热过程中均采用电加热，并且为了维持料液温度恒定电加热需要持续运行；二次蒸汽被冷凝后直接在大气中冷凝，该部分显热未得到利用；所选用压缩机多为定频压缩机，未能通过料液内的温度传感器建立联系。这些都无形之中增加了膜蒸馏过程中能耗，增加了生产成本，降低了系统运行的稳定性。