本實(shí)用新型屬于膜蒸餾領(lǐng)域，尤其是涉及一種管式氣隙膜蒸餾組件和采用上述管式氣隙膜蒸餾組件的膜蒸餾裝置。

背景技術(shù)：

膜蒸餾(MD)一種熱法脫鹽技術(shù)，以膜兩側(cè)蒸氣壓差作為推動(dòng)力，使水溶液中的揮發(fā)性組分以蒸氣(通常為水蒸汽)形式透過(guò)膜孔到達(dá)膜的一側(cè)冷凝，從而實(shí)現(xiàn)料液濃縮的目的，而膜的另一側(cè)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(yōu)點(diǎn)，可用于高濃度鹽水的處理，是目前唯一能從溶液中直接分離出結(jié)晶產(chǎn)物的膜過(guò)程。其中，氣隙式膜蒸餾(AGMD)可以使水蒸氣在短距離內(nèi)冷凝，同時(shí)冷凝釋放的熱量可用來(lái)加熱原料液，從而可以大幅降低濃縮過(guò)程的能耗。AGMD過(guò)程能夠達(dá)到極高的造水比，具備很好的工業(yè)化前景。然而，目前AGMD技術(shù)還停留在實(shí)驗(yàn)階段，并且膜組件通常以中空纖維和塑料導(dǎo)管作為核心材料，在高溫下尺寸穩(wěn)定性差，膜絲與冷卻管之間的間隙不穩(wěn)定，膜與冷卻管之間會(huì)產(chǎn)生熱傳導(dǎo)，因此膜組件的效率不穩(wěn)定、能耗高、與理論預(yù)測(cè)存在較大差距。另一方面，由于冷卻管通常使用的是塑料材質(zhì)，導(dǎo)熱性較差，冷卻壁面?zhèn)鳠嶙枇Υ?，因此水蒸氣冷卻不充分、冷流體供熱不足，增大了外部設(shè)備的加熱、冷卻負(fù)荷，降低了效率。另外，膜蒸餾技術(shù)通常用于高鹽分溶液場(chǎng)合，中空纖維膜的膜污染(通常為膜結(jié)晶導(dǎo)致疏水性下降)比較嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致造水比下降，產(chǎn)水不達(dá)標(biāo)，因此結(jié)合板式膜的尺寸穩(wěn)定性以及易于清洗的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)利用一些材料的高導(dǎo)熱性，研發(fā)高效率、過(guò)程穩(wěn)定、易于工業(yè)化的AGMD技術(shù)將會(huì)具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)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(shè)置于所述膜殼內(nèi)部，所述膜頭包括分別封裝于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(nèi)每個(gè)管內(nèi)部設(shè)置有一內(nèi)徑小于所述管徑的冷卻管，所述冷卻管外壁與所述管式膜內(nèi)的管壁之間形成一水蒸氣通道，所述上下膜頭內(nèi)均設(shè)有兩個(gè)獨(dú)立空腔，且所述上膜頭內(nèi)的兩個(gè)獨(dú)立空腔分別通過(guò)所述冷卻管和水蒸氣通道與所述下膜頭內(nèi)的兩獨(dú)立空腔相連通，且所述獨(dú)立空腔的一側(cè)設(shè)有進(jìn)出口。

進(jìn)一步的，所述冷卻管高度大于所述管式膜高度；所述管式膜的管內(nèi)徑≥3mm。

進(jìn)一步的，所述上膜頭由外側(cè)的端蓋和內(nèi)側(cè)的積水板疊加組合而成，所述端蓋內(nèi)設(shè)有與所述冷卻管連通的第一空腔，所述第一空腔的一端設(shè)有進(jìn)出口；所述積水板內(nèi)設(shè)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(shè)有進(jìn)出口；所述下膜頭與所述上膜頭結(jié)構(gòu)相同，對(duì)稱設(shè)置，其中所述上膜頭的第一空腔通過(guò)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(guò)水蒸氣通道與所述下膜頭的第二空腔相連通。

進(jìn)一步的，所述膜頭與所述冷卻管連接處設(shè)有密封圈，所述密封圈外設(shè)有密封圈蓋。

進(jìn)一步的，所述膜頭、膜殼和膜芯通過(guò)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(cè)壁上開(kāi)設(shè)有料液進(jìn)出口；所述冷卻管為高導(dǎo)熱性材質(zhì)制成。

更進(jìn)一步的，所述冷卻管的材質(zhì)為石英、陶瓷、不銹鋼或高導(dǎo)熱性的塑料，其中所述高導(dǎo)熱性的塑料優(yōu)選含有石墨的聚四氟材料。

更進(jìn)一步的，所述積水板材質(zhì)為硅橡膠或氟橡膠，積水板上分別開(kāi)設(shè)有 與所述管式膜孔徑相匹配用于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(shí)其板體上開(kāi)設(shè)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(shí)用新型還提供一種管式氣隙膜蒸餾裝置，包括儲(chǔ)液罐、膜蒸餾組件、純水管道和純水收集罐，所述儲(chǔ)液罐通過(guò)進(jìn)料管道和回流管道與所述膜蒸餾組件形成一循環(huán)系統(tǒng)，所述膜蒸餾組件的純水出口通過(guò)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(jìn)一步的，所述儲(chǔ)液罐通過(guò)所述進(jìn)料管道與所述膜殼側(cè)壁上的進(jìn)口連通，所述膜殼側(cè)壁上的出口通過(guò)回流管道與所述第一空腔的進(jìn)口連通，所述第一空腔的出口通過(guò)進(jìn)料管道與所述儲(chǔ)液槽連通；所述第二空腔的出口通過(guò)純水管道與所述純水收集罐連通。

進(jìn)一步的，所述進(jìn)料管道上設(shè)有加熱器，所述回流管道上設(shè)有冷卻風(fēng)扇。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型所述的管式氣隙膜蒸餾組件具有以下優(yōu)勢(shì)：利用管式膜的尺寸穩(wěn)定性、高孔隙率和疏水性能，制成多孔管式膜，并在管式膜的管內(nèi)設(shè)置冷卻管，使得進(jìn)料溶液中的水蒸氣在飽和蒸氣壓差的作用下透過(guò)膜外壁進(jìn)入膜內(nèi)部空間，遇到冷卻管外表面時(shí)被冷卻成為液態(tài)水，放出熱量；同時(shí)放熱后的料液直接或冷卻后再進(jìn)入冷卻管繼續(xù)冷卻水蒸氣，如此循環(huán)往復(fù)，不僅提高了蒸餾效率還節(jié)約了能耗；除此以外，該組件還具有尺寸穩(wěn)定、蒸餾效率高、易于清洗、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

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(duì)于現(xiàn)有技術(shù)所具有的優(yōu)勢(shì)相同，在此不再贅述。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本實(shí)用新型的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解， 本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1所述的管式氣隙膜蒸餾組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例1所述的管式氣隙膜蒸餾組件中端蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例1所述的管式氣隙膜蒸餾組件中的積水板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)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(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例2所述的管式氣隙膜蒸餾裝置的流程示意圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

1-端蓋；11-第一空腔進(jìn)出口；12-第一空腔；2-積水板；21-第二空腔進(jìn)出口；22-第二空腔；23-密封孔；3-膜殼；31-料液進(jìn)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(shí)施方式

需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本實(shí)用新型中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡(jiǎn)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(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示 或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本實(shí)用新型的描述中，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。

在本實(shí)用新型的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)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(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以通過(guò)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本實(shí)用新型中的具體含義。

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型。

實(shí)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(shè)置于所述膜殼內(nèi)部，所述膜頭包括分別封裝于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(nèi)每個(gè)管內(nèi)部設(shè)置有一內(nèi)徑小于所述管徑的冷卻管6，所述冷卻管6外壁與所述管式膜內(nèi)的管壁之間形成一水蒸氣通道，所述上下膜頭內(nèi)均設(shè)有兩個(gè)獨(dú)立空腔，且所述上膜頭內(nèi)的兩個(gè)獨(dú)立空腔分別通過(guò)所述冷卻管和水蒸氣通道與所述下膜頭內(nèi)的兩獨(dú)立空腔相連通，且所述獨(dú)立空腔的一側(cè)設(shè)有進(jìn)出口：

具體的，在本實(shí)施例中所述上膜頭由外側(cè)的端蓋1和內(nèi)側(cè)的積水板2疊加組合而成，所述端蓋1內(nèi)設(shè)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(shè)有第一空腔進(jìn)出口11；所述積水板2內(nèi)設(shè)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(shè)有第二空腔進(jìn)出口21；所述下膜頭與所述上膜頭結(jié)構(gòu)相同，對(duì)稱設(shè)置，其中所述上膜頭的第一空腔12通過(guò)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(guò)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高度大于所述管式膜5高度，以保證所述冷卻管可以穿過(guò)位于端蓋內(nèi)側(cè)的積水板到達(dá)端蓋1；且所述管式膜5的管內(nèi)徑為6mm，冷卻管6內(nèi)徑為4mm或5mm，所述冷卻管6通過(guò)積水板上2的密封孔23穿過(guò)所述積水板2，然后穿過(guò)所述端蓋的一側(cè)底板與所述端蓋內(nèi)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(shè)有密封圈7，所述密封圈7外設(shè)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(guò)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(cè)壁上開(kāi)設(shè)有料液進(jìn)出口31。

除此以外，實(shí)施例中所述管式膜材質(zhì)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(zhì)，可以使拉伸、熱致相分離、燒結(jié)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(zhì)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、如硅橡膠、氟橡膠，積水板上分別開(kāi)設(shè)有與所述管式膜孔徑相匹配用于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(shí)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銹鋼、石英、陶瓷、或者高導(dǎo)熱性塑料材料(優(yōu)選含有石墨的聚四氟材料)制成。

實(shí)施例2

一種管式氣隙膜蒸餾裝置，包括儲(chǔ)液罐、膜蒸餾組件、純水管道和純水收集罐，所述儲(chǔ)液罐通過(guò)進(jìn)料管道和回流管道與所述膜蒸餾組件形成一循環(huán) 系統(tǒng)，所述膜蒸餾組件的純水出口通過(guò)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(chǔ)液罐通過(guò)所述進(jìn)料管道與所述膜殼側(cè)壁上的進(jìn)口連通，所述膜殼側(cè)壁上的出口通過(guò)回流管道與所述第一空腔的進(jìn)口連通，所述第一空腔的出口通過(guò)進(jìn)料管道與所述儲(chǔ)液槽連通；所述第二空腔的出口通過(guò)純水管道與所述純水收集罐連通；同時(shí)為了保證蒸餾效果，所述進(jìn)料管道上設(shè)有加熱器，所述回流管道上設(shè)有冷卻風(fēng)扇。

上述管式氣隙膜蒸餾裝置的工作過(guò)程為：如圖5所示，儲(chǔ)液槽中的料液經(jīng)加熱后由管式氣隙膜組件中膜殼上的料液進(jìn)出口進(jìn)入膜組件，進(jìn)行膜分離，料液中的水通過(guò)加熱達(dá)到一定溫度后，在管式膜外壁流動(dòng)，此時(shí)較高溫度的水蒸氣在飽和蒸氣壓差的作用下優(yōu)先透過(guò)膜外壁進(jìn)入膜內(nèi)部空間，遇到冷卻管外表面時(shí)被冷卻成為液態(tài)水，放出熱量；由于水蒸氣的釋放，導(dǎo)致這股料液的溫度降低，這股料液經(jīng)過(guò)膜分離后由膜組件進(jìn)出口出來(lái)后經(jīng)過(guò)回流管道再進(jìn)入膜組件，即可以經(jīng)過(guò)較小功率的冷卻風(fēng)扇或其他冷卻設(shè)備冷卻后或無(wú)需冷卻直接經(jīng)過(guò)上膜頭端蓋內(nèi)的第一空腔進(jìn)出口進(jìn)入第一空腔進(jìn)而進(jìn)入冷卻管內(nèi)部；這股料液在冷卻管管內(nèi)部流動(dòng)時(shí)，吸收冷卻管管外壁水蒸氣釋放的熱量而溫度升高，并通過(guò)下膜頭端蓋內(nèi)第一空腔和第一空腔進(jìn)出口流出至進(jìn)料管道，通過(guò)一個(gè)較小的加熱量便可以達(dá)到較高的溫度，到達(dá)儲(chǔ)液槽后再次循環(huán)至管式膜組件內(nèi)釋放出蒸汽，如此循環(huán)往復(fù)；所述冷卻管與管式膜形成的水蒸氣通道內(nèi)產(chǎn)生的水蒸氣則經(jīng)過(guò)進(jìn)入到膜頭積水板內(nèi)的第二空腔內(nèi)并通過(guò)第二空腔進(jìn)出口進(jìn)入純水管道中，進(jìn)而收集至純水收集罐中備用。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn) 等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。