專利名稱：中空纖維直接接觸膜蒸餾脫鹽裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水溶液的脫鹽裝置，具體講涉及一種中空纖維直接接觸膜蒸餾(DCMD)脫鹽裝置。
背景技術(shù)：
水資源是人類生存和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的生命線。水資源短缺已成為全球性的熱門話題。我國人均水資源量僅為世界人均擁有量的1/4，其中華北地區(qū)人均水資源量小于400m3，已屬于嚴(yán)重缺水地區(qū)，淡化海水是從水危機(jī)和水污染困境下實(shí)現(xiàn)新水源生產(chǎn)的唯一希望。向浩瀚的海洋汲取淡水，不僅能解決淡水總量的短缺，而且能夠開辟新的永久性淡水來源和實(shí)現(xiàn)海水資源的綜合利用。
近年來海水淡化技術(shù)發(fā)展迅速，已大規(guī)模應(yīng)用的脫鹽技術(shù)有蒸餾法和反滲透法(RO)。蒸餾法中，蒸餾裝置投資成本高，設(shè)備腐蝕難以避免；反滲透法中，反滲透膜的產(chǎn)水通量和選擇性對海水進(jìn)口溫度和鹽度高度敏感，反滲透過程的高壓操作使其耗電量大，操作成本高。簡而言之，蒸餾法和反滲透膜海水淡化的共同缺點(diǎn)是淡水生產(chǎn)成本高、海水回收率低(通常低于50％)。目前的研發(fā)重點(diǎn)主要集中于如何提升這些技術(shù)，降低產(chǎn)水成本以及與這些技術(shù)相關(guān)的前處理和后處理過程。除此之外，任何有關(guān)海水淡化，污水處理等新技術(shù)的出現(xiàn)都會引起人們的高度關(guān)注，特別是那些具有商業(yè)化潛力，生產(chǎn)成本低，工藝簡單，易操作，用途廣泛和無二次污染的脫鹽新技術(shù)倍受重視。
膜蒸餾是一種可揮發(fā)組份被疏水多孔膜兩側(cè)分壓差所驅(qū)動的蒸發(fā)過程。如果該壓差是在與膜直接接觸的高溫原料液和另一側(cè)與膜直接接觸的冷卻液之間所形成，該膜過程通常被稱為直接接觸膜蒸餾(DCMD)。
迄今DCMD還沒有被大規(guī)模應(yīng)用，其主要原因就在于下列問題還沒有得以完全解決1、膜-鹽水界面的水蒸發(fā)速度很大程度上受制于該界面層的傳熱系數(shù)，即溫度極化效應(yīng)降低了膜的產(chǎn)水通量；2、高的傳導(dǎo)熱損失；3、長期的運(yùn)行過程中，膜的污染會導(dǎo)致膜效率的降低和鹽水的滲漏；
4、高的產(chǎn)水成本；5、設(shè)備造價(jià)高，工藝復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種產(chǎn)水通量高、產(chǎn)水成本低、海水回收率高、操作簡單、應(yīng)用范圍廣和能夠大規(guī)模應(yīng)用的中空纖維直接接觸膜蒸餾(DCMD)脫鹽裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供一種直接接觸膜蒸餾脫鹽的方法。
本發(fā)明脫鹽DCMD膜組件的設(shè)計(jì)與制造著重考慮的幾個(gè)方面是(1)中空纖維膜應(yīng)是多孔和非極性的；(2)該中空纖維膜有高的空隙率、較大的內(nèi)徑和厚度；(3)通過膜組件設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)鹽溶液相對于中空纖維膜的垂直錯(cuò)流；(4)通過對膜組件的設(shè)計(jì)以保證冷卻水通過膜組件后最低的溫度升高。
圖1描述了中空纖維膜直接接觸膜蒸餾的脫鹽過程，熱鹽溶液4流過中空纖維膜壁2的外表面，冷卻水3流過中空纖維膜壁2的內(nèi)側(cè)。中空纖維膜壁2兩側(cè)液體的溫度差導(dǎo)致了被稱為驅(qū)動力的膜兩側(cè)的蒸氣壓差。水從熱鹽溶液4的表面蒸發(fā)，通過膜孔1到達(dá)冷卻水3表面并冷凝。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的中空纖維直接接觸膜蒸餾(DCMD)脫鹽裝置包括膜槽以及在膜槽中排列的多孔非極性中空纖維膜、多孔板和弧心蓋板，兩個(gè)多孔板分別設(shè)置在膜槽的兩側(cè)，兩個(gè)弧心蓋板分別設(shè)置在多孔板的外側(cè)，膜槽、多孔板和弧心蓋板平行排列，膜槽與多孔板之間、多孔板與弧心蓋板之間分別襯以橡膠密封圈。
所述的膜槽內(nèi)的多孔非極性中空纖維膜在相互平行的平面上平行排列，并且相鄰層與層之間的中空纖維膜的空間位置相互錯(cuò)開；多孔非極性中空纖維膜通過粘合劑將其端部粘接在一起。
所述的多孔非極性中空纖維膜內(nèi)徑為150-2000微米，中空纖維膜的壁厚為50-800微米，膜的孔隙率40-75％，孔徑0.05-0.8微米，有效長度為5-150cm，膜槽內(nèi)中空纖維膜層的總厚度為0.02-150cm。
所述的膜槽上設(shè)有冷卻水進(jìn)口/出口，膜槽的有效寬度為3-150cm，膜槽內(nèi)中空纖維膜的填裝密度在0.05-0.6。
所述的多孔板設(shè)有多個(gè)孔，多孔板中心部位孔的孔徑最小，并且隨著離多孔板中央處的距離的增加而增大，孔徑為0.05-2cm。
所述的弧心蓋板的內(nèi)側(cè)為弧狀，弧心蓋板設(shè)有熱鹽水的進(jìn)口/出口。
一種直接接觸膜蒸餾脫鹽裝置，包括柱形膜組件外殼以及固定在膜組件外殼內(nèi)的空心多孔管、多孔非極性中空纖維膜，空心多孔管固定在柱形膜組件的中央，空心多孔管的一端開放而另一端被封閉，空心多孔管上的孔在靠近開放端處最小，且隨著距熱鹽溶液進(jìn)口處的距離的增加而逐漸增大；多孔非極性中空纖維膜平行地排列在空心多孔管周圍，空心多孔管和多孔非極性中空纖維膜的兩端被粘合劑固定在膜組件外殼內(nèi)，膜組件外殼的兩端分別與兩個(gè)尾帽相聯(lián)接。
一種直接接觸膜蒸餾脫鹽的方法，其特征在于包括如下步驟A鹽溶液預(yù)處理鹽溶液預(yù)處理過程為絮凝、沉淀、沙濾其中一個(gè)或幾個(gè)過程與微濾/超濾的組合，或僅僅進(jìn)行微濾/超濾預(yù)處理，去除水中的固體顆粒和懸浮物，并加熱至50-＜100℃；B冷卻水預(yù)處理冷卻水經(jīng)過微濾，以去除冷卻水中的固體顆粒雜質(zhì)；C熱鹽溶液脫鹽熱鹽溶液進(jìn)入膜組件后沿垂直于中空纖維膜層的方向流過中空纖維膜的外側(cè)表面；冷卻水在膜組件內(nèi)沿中空纖維膜的內(nèi)側(cè)表面流過。
所述的冷卻水進(jìn)口溫度為0-50℃。
所述的熱鹽溶液的間隙流速為10-1000cm/min，冷卻水的線速度為100-8000cm/min。
所述的熱鹽溶液的濃度按重量百分比計(jì)為1-50％。
所述的多孔非極性中空纖維膜由聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚4-甲基-1-戊烯(PMP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯腈、全氟二甲基間二氧雜環(huán)戊烯-四氟乙烯(PDD-TFE)、聚丙烯(PP)和聚乙烯中的一種或其中幾種的混合物制備而成。
所述的多孔板、弧心蓋板和膜槽分別由聚乙烯、聚丙烯、聚4-甲基-1-戊烯、有機(jī)玻璃、聚丙烯酸、聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯中的一種或其中幾種的混合物制備而成，也可由無機(jī)材料和金屬材料制備。
所述的間隙流速＝鹽溶液通過膜組件的流量/單層膜纖維之間可以通過液體的面積；線速度＝冷卻水通過膜組件的流量/液體流入膜纖維的有效橫截面積。
為保證熱鹽溶液能夠以勻速通過膜層，液體的分流與收集系統(tǒng)分別包括一個(gè)弧心蓋板和一個(gè)等尺寸的多孔板，弧心蓋板的空心部分為弧線凹型以至于不會形成流體死角；多孔板設(shè)有多個(gè)小孔，多孔板中心部位的孔最小，每一層孔的尺寸以次逐漸增加。在熱鹽溶液的進(jìn)口側(cè)，熱鹽溶液進(jìn)入弧心蓋板后，由于多孔板的分流作用，液體以均勻的流速進(jìn)入膜槽。由于膜槽的另一側(cè)有一個(gè)相同的多孔板，使得熱鹽溶液能夠均勻垂直地通過中空纖維膜層，最后流經(jīng)另一個(gè)弧心蓋板流出膜組件。
該DCMD裝置主要包括多孔非極性中空纖維膜，多孔非極性中空纖維膜的非極性能夠保持鹽溶液和蒸餾水分別在膜的兩側(cè)、保證膜孔不被濕潤和具備一定的抗污染性，多孔非極性中空纖維膜的多孔性為水蒸氣由鹽溶液側(cè)到達(dá)冷水側(cè)提供了傳質(zhì)通道。該裝置的DCMD用中空纖維膜具有較大的內(nèi)徑、厚度、適宜的孔徑結(jié)構(gòu)和較高的空隙率。這些膜的物理特性能夠有效地降低顯熱的損失，即熱量由高溫側(cè)通過固體高分子膜和氣體填充的膜孔傳遞到冷水側(cè)的損失，為水蒸氣通過膜提供大的有效傳質(zhì)面積，能夠在操作過程中有效地控制膜組件內(nèi)冷卻水溫的升高。膜組件的錯(cuò)流設(shè)計(jì)能使中空纖維膜外側(cè)的熱鹽溶液相對于中空纖維膜的錯(cuò)流有效地強(qiáng)化熱鹽溶液側(cè)過渡層的傳熱系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)。實(shí)踐表明，利用該發(fā)明的DCMD裝置能夠得到很高的產(chǎn)水通量。圖7所示當(dāng)鹽溶液溫度為90℃時(shí)膜的產(chǎn)水通量可達(dá)90kg/m2-h(注所有膜的產(chǎn)水通量都使用膜的內(nèi)表面積進(jìn)行計(jì)算)。即使當(dāng)鹽溶液的濃度為20％時(shí)，該DCMD裝置也能夠提供較高的穩(wěn)定的產(chǎn)水通量。長期的運(yùn)行表明，該DCMD裝置具有良好的抗污染性。同傳統(tǒng)的反滲透脫鹽技術(shù)相比，該DCMD技術(shù)的淡水生產(chǎn)成本更低。
利用本發(fā)明在鹽溶液淡化方面具有下列優(yōu)點(diǎn)1、產(chǎn)水質(zhì)量高，可以達(dá)到幾乎100％的脫鹽率，生產(chǎn)成本低，淡水的回收率高，該技術(shù)可使海水的回收率達(dá)到80％或更高(高于任何現(xiàn)有淡化技術(shù))，產(chǎn)水通量高，穩(wěn)定的產(chǎn)水通量為60kg/m2-h或更高。當(dāng)鹽溶液濃度達(dá)20％時(shí)產(chǎn)水通量僅下降約20％。如果該膜蒸餾脫鹽過程同傳統(tǒng)的蒸餾過程和反滲透相結(jié)合能夠顯著提高凈水的回收率和整個(gè)系統(tǒng)的效率，同氯堿工業(yè)的海水循環(huán)冷卻工藝相結(jié)合，在得到凈水的同時(shí)，可得到高濃度的鹽溶液供應(yīng)電解工藝。從DCMD系統(tǒng)中排放出的鹽溶液濃度可達(dá)20％或更高，因此，與該淡化系統(tǒng)相聯(lián)系的制鹽過程由于鹽溶液濃度高使得產(chǎn)鹽效率大幅增加和成本大幅降低，同時(shí)也使其他海水化學(xué)資源的提取成本大幅降低。而通常的蒸餾法和反滲透膜法的海水排放濃度都低于7％。
操作過程在接近常壓下進(jìn)行，與RO(在很高的壓力下操作)相比所需膜和膜組件的機(jī)械強(qiáng)度大幅減小。
2、膜材料的非極性減弱了鹽溶液和膜之間的相互作用，與常規(guī)膜過程RO相比DCMD技術(shù)具有良好的抗污染性能。
3、DCMD的產(chǎn)水通量是由膜兩側(cè)的蒸氣壓差所決定的，而冬夏較大的海水溫度差對膜的產(chǎn)水通量和淡水質(zhì)量不會產(chǎn)生較大的影響，與之相比，低溫使RO的產(chǎn)水通量降低，而高溫使RO的選擇性較差。
4、環(huán)保型技術(shù)，由于整個(gè)裝置均是由高分子材料制備的，避免了傳統(tǒng)蒸餾設(shè)備因腐蝕而造成的環(huán)境污染。
5、節(jié)能型技術(shù)，DCMD的常壓操作使其具有耗電量低的特點(diǎn)，且同時(shí)可利用次級熱源，比如太陽能、地?zé)?、工業(yè)廢熱或傳統(tǒng)脫鹽的余熱。
6、與傳統(tǒng)的蒸發(fā)過程相比，蒸發(fā)空間非常小，設(shè)備體積大為減小。
7、組件式的膜系統(tǒng)具有設(shè)備體積小、重量輕、容易維護(hù)的特點(diǎn)，產(chǎn)水規(guī)?？筛鶕?jù)需要適時(shí)調(diào)整。
8、一項(xiàng)新技術(shù)平臺，該DCMD技術(shù)除應(yīng)用于海水淡化及其資源的綜合利用外，也可用于工業(yè)廢水的處理和可利用資源的回收，制藥工業(yè)的濃縮、結(jié)晶與提純以及化學(xué)工業(yè)、石油化工、食品工業(yè)和軍事航天工業(yè)等。
9、本發(fā)明的中空纖維直接接觸膜蒸餾(DCMD)脫鹽裝置制造成本低，工藝簡單，適合大規(guī)模應(yīng)用。


圖1是直接接觸膜蒸餾海水淡化原理示意圖1、膜孔，2、中空纖維膜壁，3、冷卻水，4、熱鹽溶液，5、憎水膜表面，6、蒸餾水-氣相界面，7、熱鹽溶液-氣相界面；圖2是膜組件結(jié)構(gòu)示意圖a.弧心蓋板，b.橡膠密封圈，c.多孔板，d.膜槽；圖3是圖2中d部分的A-A剖視圖8、冷卻水進(jìn)口，9、冷卻水出口，10、非極性中空纖維膜；圖4是多孔非極性中空纖維膜的交錯(cuò)式排列橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是多孔板結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是弧心蓋板結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是熱鹽溶液流速對膜組件產(chǎn)水通量的影響.
膜壁外側(cè)3％NaCl溶液，進(jìn)口溫度88-90℃；膜壁內(nèi)側(cè)冷卻水，進(jìn)口溫度20-25℃，線速度1810cm/min；圖8是冷卻水溫度和鹽溶液溫度對膜組件產(chǎn)水通量的影響熱鹽溶液溫度影響曲線膜壁外側(cè)3％NaCl溶液，間隙流速240cm/min；進(jìn)口溫度42-93℃；膜壁內(nèi)側(cè)冷卻蒸餾水，進(jìn)口溫度20-25℃，線速度2750cm/min；冷卻水溫度影響曲線膜壁外側(cè)3％NaCl溶液，進(jìn)口溫度為90-93℃，間隙流速240cm/min；膜壁內(nèi)側(cè)冷卻蒸餾水，進(jìn)口溫度20-62℃，線速度2750cm/min；圖9鹽溶液的濃度對膜組件產(chǎn)水通量的影響膜壁外側(cè)0-20％NaCl溶液，進(jìn)口溫度90-93℃，間隙流速241cm/min；膜壁內(nèi)側(cè)蒸餾水，進(jìn)口溫度20-30℃，線速度2770cm/min；圖10是膜組件另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖10、多孔非極性中空纖維膜，11、膜組件外殼，12、密封膠，13、空心多孔管，14、尾帽，15、熱鹽水入口，16、熱鹽水出口，17、冷卻水入口，18、冷卻水出口，19、熱鹽水相對于多孔非極性中空纖維膜的錯(cuò)流，20、孔。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，熱鹽溶液4流過中空纖維膜壁2的外表面，冷卻水3流過中空纖維膜壁2的內(nèi)側(cè)。中空纖維膜壁2兩側(cè)液體的溫度差導(dǎo)致了被稱為驅(qū)動力的膜兩側(cè)的蒸氣壓差。水從中空纖維膜壁2外側(cè)的熱鹽水-氣相界面7蒸發(fā)，通過膜孔1到達(dá)中空纖維膜壁2的蒸餾水-氣相界面6并冷凝，由于憎水表面5的憎水作用，非極性中空纖維膜不易被污染。
如圖2所示，膜組件包括a.弧心蓋板，b.橡膠密封圈，c.多孔板，d.膜槽；如圖3、圖4所示，膜槽d上設(shè)有液體進(jìn)口8和液體出口9，膜槽內(nèi)的多孔非極性中空纖維膜10在相互在相互平行的平面上平行排列，并且相鄰層與層之間的中空纖維膜的空間位置相互錯(cuò)開；多孔非極性中空纖維膜通過粘合劑將其端部粘接在一起；如圖5所示，多孔板c上設(shè)有多個(gè)孔，多孔板中心部位孔的孔徑最小，并且隨著離多孔板中央處的距離的增加而增大。
如圖6所示，弧型蓋板a的內(nèi)側(cè)為弧狀，弧心蓋板設(shè)有熱鹽水的進(jìn)口/出口。
如圖10所示，在此柱形膜組件中，一根周圍帶孔的空心多孔管(13)被固定在柱形膜組件的中央，空心多孔管(13)的一端開放而另一端被封閉，空心多孔管(13)上的孔(20)在靠近開放端處最小，且隨著距熱鹽溶液入口(15)處的距離的增加而逐漸增大；該空心多孔管(13)的內(nèi)徑隨著柱形膜組件內(nèi)徑的增加而增大；該空心多孔管(13)距熱鹽溶液入口(15)較遠(yuǎn)的一端被密閉；多孔非極性中空纖維膜(10)平行均勻地排列在空心多孔管(13)周圍，空心多孔管(13)和多孔非極性中空纖維膜(10)的兩端被密封膠(12)粘合固定在桶狀的外殼內(nèi)，膜組件的兩頭分別與兩個(gè)尾帽(14)相聯(lián)接。熱鹽溶液從熱鹽水入口(15)進(jìn)入膜組件，然后從空心管壁上的小孔(20)流出，形成相對于多孔非極性中空纖維膜(10)的錯(cuò)流(19)，穿過中空纖維層的鹽溶液在靠近膜組件外殼(11)處的通道會集，沿殼壁流出膜組件的熱鹽水出口(16)。冷卻水從膜組件的另一端冷卻水入口(17)進(jìn)入膜組件，在尾帽(14)內(nèi)流入多孔非極性中空纖維膜(10)的內(nèi)腔，通過多孔非極性中空纖維膜(10)后，從多孔非極性中空纖維膜(10)的另一端流出并匯聚于另一尾帽，最終流出膜組件的冷卻水出口(18)。
除另有說明除外，本發(fā)明的“鹽溶液預(yù)處理”為常規(guī)工藝的絮凝、沉淀、沙濾其中一個(gè)或幾個(gè)過程與微濾/超濾的組合，或僅僅進(jìn)行微濾/超濾預(yù)處理，去除水中的固體顆粒和懸浮物；
“冷卻水預(yù)處理”是常規(guī)工藝的微濾；“非極性中空纖維膜”從天津膜科力科技有限公司購買。
實(shí)施例1膜組件聚偏二氟乙烯多孔非極性中空纖維膜的內(nèi)徑1000微米，膜厚100微米，膜的孔隙率40％，孔徑0.1微米；有效長度80cm，膜層總厚度30cm，包裝密度0.2，中空纖維膜通過有機(jī)硅粘合劑將其端部粘接在一起；聚乙烯多孔板中心處孔徑為0.10cm，各孔呈環(huán)形排列，孔徑依次增大到2.0cm；空心板為聚丙烯酸材料制備而成；熱鹽溶液進(jìn)口溫度60℃，間隙流速300cm/min，重量百分比濃度3％；冷卻水進(jìn)口溫度15℃，線速度1500cm/min。
膜的產(chǎn)水通量33kg/m2-h。
對比例1膜組件、空心板及工藝條件同實(shí)施例1；聚乙烯多孔板中心處一列孔的孔徑為0.10cm，其他孔平行排列并以中心處一列對稱分布，孔徑依次增大至2.0cm；膜的產(chǎn)水通量30kg/m2-h。
實(shí)施例2膜組件聚四氟乙烯(PTFE)多孔非極性中空纖維膜的內(nèi)徑350微米，膜厚300微米，膜的孔隙率60％，孔徑0.8微米；有效長度50cm，膜層總厚度150cm，包裝密度0.4，中空纖維膜通過有機(jī)硅粘合劑將其端部粘接在一起；聚丙烯多孔板中心處孔徑為0.2cm，各孔呈環(huán)形排列，孔徑依次增大到2.0cm；空心板為有機(jī)玻璃材料制備而成；熱鹽溶液進(jìn)口溫度90℃，間隙流速50cm/min，重量百分比濃度15％；冷卻水進(jìn)口溫度30℃，線速度3000cm/min。
膜的產(chǎn)水通量109kg/m2-h。
對比例2膜組件、空心板及工藝條件同實(shí)施例2；
聚丙烯多孔板中心處一列孔的孔徑為0.2cm，其他孔平行排列并以中心處一列對稱分布，孔徑依次增大至2.0cm；膜的產(chǎn)水通量95kg/m2-h。
實(shí)施例3膜組件全氟二甲基間二氧雜環(huán)戊烯-四氟乙烯(PDD-TFE)多孔非極性中空纖維膜的內(nèi)徑1500微米，膜厚500微米，膜的孔隙率45％，孔徑0.5微米；有效長度10cm，膜層總厚度1cm，包裝密度0.08，中空纖維膜通過環(huán)氧樹脂粘合劑將其端部粘接在一起；聚丙烯酸多孔板中心處孔徑為0.08cm，各孔呈環(huán)形排列，孔徑依次增大到0.8cm；空心板為聚偏氟乙烯材料制備而成；熱鹽溶液進(jìn)口溫度80℃，間隙流速500cm/min，重量百分比濃度30％；冷卻水進(jìn)口溫度50℃，線速度5000cm/min。
膜的產(chǎn)水通量72kg/m2-h。
對比例3膜組件、空心板及工藝條件同實(shí)施例3；聚丙烯酸多孔板中心處一列孔的孔徑為0.08cm，其他孔平行排列并以中心處一列對稱分布，孔徑依次增大至0.8cm；膜的產(chǎn)水通量68kg/m2-h實(shí)施例4膜組件聚丙烯腈多孔非極性中空纖維膜的內(nèi)徑800微米，膜厚50微米，膜的孔隙率65％，孔徑0.6微米；有效長度30cm，膜層總厚度15cm，包裝密度0.5，中空纖維膜通過脲醛樹脂粘合劑將其端部粘接在一起；聚偏氟乙烯多孔板中心處孔徑為0.5cm，各孔呈環(huán)形排列，孔徑依次增大到1.5cm；空心板為聚乙烯材料制備而成；熱鹽溶液進(jìn)口溫度70℃，間隙流速100cm/min，重量百分比濃度10％；冷卻水進(jìn)口溫度15℃，線速度1000cm/min；膜的產(chǎn)水通量43kg/m2-h。
對比例4膜組件、空心板及工藝條件同實(shí)施例4；聚偏氟乙烯多孔板中心處一列孔的孔徑為0.5cm，其他孔平行排列并以中心處一列對稱分布，孔徑依次增大至1.5cm；膜的產(chǎn)水通量37kg/m2-h實(shí)施例5膜組件聚4-甲基-1-戊烯(PMP)多孔非極性中空纖維膜的內(nèi)徑500微米，膜厚400微米，膜的孔隙率70％，孔徑0.3微米；有效長度30cm，膜層總厚度10cm，包裝密度0.3，中空纖維膜通過有機(jī)硅粘合劑將其端部粘接在一起；聚4-甲基-1-戊烯多孔板中心處孔徑為0.1cm，各孔呈環(huán)形排列，孔徑依次增大到2.0cm；空心板為聚四氟乙烯材料制備而成；熱鹽溶液進(jìn)口溫度99℃，間隙流速200cm/min，重量百分比濃度28％；冷卻水進(jìn)口溫度25℃，線速度4000cm/min；膜的產(chǎn)水通量121kg/m2-h。
對比例5膜組件、空心板及工藝條件同實(shí)施例5；聚4-甲基-1-戊烯多孔板中心處一列孔的孔徑為0.1cm，其他孔平行排列并以中心處一列對稱分布，孔徑依次增大至2.0cm；膜的產(chǎn)水通量112kg/m2-h。
實(shí)施例6膜組件聚乙烯多孔非極性中空纖維膜的內(nèi)徑2000微米，膜厚250微米，膜的孔隙率75％，孔徑0.6微米；有效長度100cm，膜層總厚度100cm，包裝密度0.2，中空纖維膜通過脲醛樹脂粘合劑將其端部粘接在一起；有機(jī)玻璃多孔板中心處孔徑為0.05cm，各孔呈環(huán)形排列，孔徑依次增大到2.0cm；空心板為聚丙烯材料制備而成；熱鹽溶液進(jìn)口溫度85℃，間隙流速400cm/min，重量百分比濃度8％；
冷卻水進(jìn)口溫度45℃，線速度3500cm/min；膜的產(chǎn)水通量105kg/m2-h。
對比例6膜組件、空心板及工藝條件同實(shí)施例6；有機(jī)玻璃多孔板中心處一列孔的孔徑為0.05cm，其他孔平行排列并以中心處一列對稱分布，孔徑依次增大至2.0cm；膜的產(chǎn)水通量101kg/m2-h。
實(shí)施例7膜組件聚丙烯(PP)多孔非極性中空纖維膜的內(nèi)徑1200微米，膜厚800微米，膜的孔隙率60％，孔徑0.4微米；有效長度150cm，膜層總厚度40cm，包裝密度0.6，中空纖維膜通過環(huán)氧樹脂粘合劑將其端部粘接在一起；聚四氟乙烯多孔板中心處孔徑為0.1cm，各孔呈環(huán)形排列，孔徑依次增大到2.0cm；空心板為聚4-甲基-1-戊烯材料制備而成；熱鹽溶液進(jìn)口溫度50℃，間隙流速180cm/min，重量百分比濃度25％；冷卻水進(jìn)口溫度0℃，線速度4500cm/min；膜的產(chǎn)水通量31kg/m2-h。
對比例7膜組件、空心板及工藝條件同實(shí)施例7；聚四氟乙烯多孔板中心處一列孔的孔徑為0.1cm，其他孔平行排列并以中心處一列對稱分布，孔徑依次增大至2.0cm；膜的產(chǎn)水通量29kg/m2-h。
從上述實(shí)施例及對比例中可知，本發(fā)明的裝置采用中心部位孔的孔徑最小，并且隨著離多孔板中央處的距離的增加而增大的多孔板結(jié)構(gòu)，產(chǎn)水通量高于對比例中的產(chǎn)水通量。
實(shí)施例8膜組件聚偏二氟乙烯多孔非極性中空纖維膜的內(nèi)徑1000微米，膜厚100微米，膜的孔隙率40％，孔徑0.1微米；有效長度80cm，有效膜面積0.8cm2，包裝密度0.2，中空纖維膜通過有機(jī)硅粘合劑將其端部粘接在一起；
中心管的內(nèi)外徑為1cm/1.5cm，中心管管壁上孔的孔徑分布為由接近熱鹽水入口處的1mm逐次增加為另一端點(diǎn)的3mm；中心管和膜組件的外殼材料均為聚丙烯酸材料；熱鹽溶液進(jìn)口溫度60℃，間隙流速300cm/min，重量百分比濃度3％；冷卻水進(jìn)口溫度15℃，線速度1500cm/min；膜的產(chǎn)水通量31kg/m2-h。
實(shí)施例9膜組件聚4-甲基-1-戊烯(PMP)多孔非極性中空纖維膜的內(nèi)徑500微米，膜厚400微米，膜的孔隙率70％，孔徑0.3微米；有效長度30cm，有效膜面積0.3cm2，包裝密度0.3，中空纖維膜通過有機(jī)硅粘合劑將其端部粘接在一起；中心管的內(nèi)外徑為0.8cm/1.2cm，中心管管壁上孔的孔徑分布為由接近于熱鹽水入口處的1mm逐漸增大為另一端點(diǎn)的3mm；中心管和膜組件的外殼都分別由聚四氟乙烯材料制備而成；熱鹽溶液進(jìn)口溫度99℃，間隙流速200cm/min，重量百分比濃度28％；冷卻水進(jìn)口溫度25℃，線速度4000cm/min；膜的產(chǎn)水通量116kg/m2-h。
在實(shí)施過程中，多孔非極性中空纖維膜還可用聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚4-甲基-1-戊烯(PMP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯腈、全氟二甲基間二氧雜環(huán)戊烯-四氟乙烯(PDD-TFE)、聚丙烯(PP)和聚乙烯中的兩種或其中幾種的混合物制備而成；多孔板和弧心蓋板也可用由聚乙烯、聚丙烯、聚4-甲基-1-戊烯、有機(jī)玻璃、聚丙烯酸、聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯中的兩種或其中幾種的混合物制備而成。
權(quán)利要求
1.一種直接接觸膜蒸餾脫鹽裝置，包括膜槽以及在膜槽中排列的多孔非極性中空纖維膜、多孔板和弧心蓋板，兩個(gè)多孔板分別設(shè)置在膜槽的兩側(cè)，兩個(gè)弧心蓋板分別設(shè)置在多孔板的外側(cè)，膜槽、多孔板和弧心蓋板平行排列，膜槽與多孔板之間、多孔板與弧心蓋板之間分別襯以橡膠密封圈。
2.按照權(quán)利要求1的直接接觸膜蒸餾脫鹽裝置，其特征在于所述的膜槽內(nèi)的多孔非極性中空纖維膜在相互平行的平面上平行排列，并且相鄰層與層之間的中空纖維膜的空間位置相互錯(cuò)開；多孔非極性中空纖維膜通過粘合劑將其端部粘接在一起。
3.按照權(quán)利要求2的直接接觸膜蒸餾脫鹽裝置，其特征在于所述的多孔非極性中空纖維膜內(nèi)徑為150-2000微米，中空纖維膜的壁厚為50-800微米，膜的孔隙率40-75％，孔徑0.05-0.8微米，有效長度為5-150cm，膜槽內(nèi)中空纖維膜層的總厚度為0.02-150cm。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述的膜槽上設(shè)有冷卻水進(jìn)口/出口，膜槽的有效寬度為3-150cm，膜槽內(nèi)中空纖維膜的填裝密度在0.05-0.6。
5.按照權(quán)利要求1的直接接觸膜蒸餾脫鹽裝置，其特征在于所述的多孔板設(shè)有多個(gè)孔，多孔板中心部位孔的孔徑最小，并且隨著離多孔板中央處的距離的增加而增大，孔徑為0.05-2cm。
6.按照權(quán)利要求1的直接接觸膜蒸餾脫鹽裝置，其特征在于所述的弧心蓋板的內(nèi)側(cè)為弧狀，弧心蓋板設(shè)有熱鹽水的進(jìn)口/出口。
7.一種直接接觸膜蒸餾脫鹽裝置，包括柱形膜組件外殼以及固定在膜組件外殼內(nèi)的空心多孔管、多孔非極性中空纖維膜，空心多孔管固定在柱形膜組件的中央，空心多孔管的一端開放而另一端被封閉，空心多孔管上的孔在靠近開放端處最小，且隨著距熱鹽溶液進(jìn)口處的距離的增加而逐漸增大；多孔非極性中空纖維膜平行地排列在空心多孔管周圍，空心多孔管和多孔非極性中空纖維膜的兩端被粘合劑固定在膜組件外殼內(nèi)，膜組件外殼的兩端分別與兩個(gè)尾帽相聯(lián)接。
8.一種直接接觸膜蒸餾脫鹽的方法，其特征在于包括如下步驟A鹽溶液預(yù)處理鹽溶液預(yù)處理過程為絮凝、沉淀、沙濾其中一個(gè)或幾個(gè)過程與微濾/超濾的組合，或僅僅進(jìn)行微濾/超濾預(yù)處理，去除水中的固體顆粒和懸浮物，并加熱至50-＜100℃；B冷卻水預(yù)處理冷卻水經(jīng)過微濾，以去除冷卻水中的固體顆粒雜質(zhì)；C熱鹽溶液脫鹽熱鹽溶液進(jìn)入膜組件后沿垂直于中空纖維膜層的方向流過中空纖維膜的外側(cè)表面；冷卻水在膜組件內(nèi)沿中空纖維膜的內(nèi)側(cè)表面流過。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其特征在于所述的冷卻水進(jìn)口溫度為0-50℃。
10.按照權(quán)利要求8的方法，其特征在于所述的熱鹽溶液的間隙流速為10-1000cm/min，冷卻水的線速度為100-8000cm/min。
11.按照權(quán)利要求8的方法，其特征在于所述的熱鹽溶液的濃度按重量百分比計(jì)為大于0小于50％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種中空纖維直接接觸膜蒸餾(DCMD)脫鹽裝置，包括膜槽以及在膜槽中排列的多孔非極性中空纖維膜、多孔板和弧心蓋板，兩個(gè)多孔板分別設(shè)置在膜槽的兩側(cè)，兩個(gè)弧心蓋板分別設(shè)置在多孔板的外側(cè)，膜槽、多孔板和弧心蓋板平行排列，膜槽與多孔板之間、多孔板與弧心蓋板之間分別襯以橡膠密封圈。本發(fā)明的脫鹽裝置產(chǎn)水通量高、產(chǎn)水成本低、海水回收率高、操作簡單、應(yīng)用范圍廣并能夠大規(guī)模應(yīng)用。
文檔編號C02F103/08GK1772633SQ20051010835
公開日2006年5月17日 申請日期2005年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月13日
發(fā)明者李保安 申請人:李保安