[发明专利]基于蒸汽压缩的多效板式膜蒸馏海水淡化系统

说明书

技术领域

本发明属于海水淡化和膜分离技术领域，特别是一种基于蒸汽压缩的多效板式膜蒸馏海水淡化系统。

背景技术

淡水是人类社会赖以生存和发展的基本物质之一，随着经济的发展和人口的增加以及水污染日益严重，很多国家和地区出现不同程度的缺水问题，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途径之一。目前常采用诸如多效蒸馏、多级闪蒸、反渗透和冷冻等技术进行海水脱盐。膜蒸馏(MD)作为新兴的膜分离技术，在海水淡化领域备受关注。与多效蒸馏、多级闪蒸等传统方法相比，MD具有潜在的竞争优势。

膜蒸馏是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，从而实现液质分离。因此，膜蒸馏技术是有机地结合了蒸馏与膜分离的特点，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，从而使该技术具有分离效率高、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，在海水淡化和工业废水处理领域有较好的应用前景。真空膜蒸馏(VMD)具有通量大、热损失小等优点，应用前景最为广阔。

膜蒸馏海水淡化过程中通过疏水性多孔膜的传热和传质是同时进行的。传质通过膜孔发生，而热量传递通过膜基体和膜孔产生。热传导既包括伴随通过膜孔的蒸汽或气体通量而传递的潜热，还包括通过膜材料传递的显热，给膜蒸馏过程造成大量的热损失。此外，膜蒸馏后的高温淡水和浓盐水的输出，进一步加剧了热损失。这致使膜蒸馏技术能耗高，造水比低，限制了它在海水淡化领域的规模化应用。因此，必须对膜蒸馏过程的潜热和显热损失进行回收并梯级利用。此外，膜蒸馏在海水淡化中的应用还存在膜组件不易扩展、不易清洗、产水规模小等问题。

发明专利CN101797479B公开了一种利用直接蒸汽压缩热泵进行真空膜蒸馏的方法及装置。其主要是通过蒸汽压缩机提升膜蒸馏产生的二次蒸汽，升温升压后的二次蒸汽作为膜蒸馏料液的加热蒸汽，以实现汽化潜热的回收利用。但是该发明采用单效膜蒸馏，汽化潜热未进行梯级利用，造水比低；并且该发明中料液只经过一次膜蒸馏就直接排放，造成淡水回收率低和泵功耗增大。

发明专利CN103080013B公开了一种蒸气压缩膜蒸馏系统和方法。其主要是通过设置膜蒸馏模块回收膜蒸馏产生蒸汽的汽化潜热，并通过蒸汽压缩机将膜蒸馏模块低温侧的冷蒸汽提升品质后输送到膜蒸馏模块的高温侧作为加热蒸汽。该发明专利中，由膜蒸馏膜和热传递薄膜构成的“重复对”中的压力是不可控制的，亦即“重复对”之间的压力差是不可控制的，随着不凝结气体在“重复对”中的积累，“重复对”中的压力会逐渐升高，而该专利并未考虑“重复对”中不凝气的排出和“重复对”间的压力梯度调控，这会致使蒸气压缩膜蒸馏系统无法稳定运行。此外，该发明专利实现了膜蒸馏汽化潜热的回收利用，但输出流体的显热并未进行梯级利用，紧紧通过换热器将部分显热一次性传递给出入原料流，从多级膜蒸馏热量平衡的角度而言，这会造成系统热效率降低。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种基于蒸汽压缩的多效板式膜蒸馏海水淡化系统。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于蒸汽压缩的多效板式膜蒸馏海水淡化系统，包括机械蒸汽压缩机、蒸汽喷射泵、真空泵、海水进料泵、产品水泵、浓盐水排放泵、冷凝器、四个结构相同的首效蒸发器、二效蒸发器、三效蒸发器、末效蒸发器、四个结构相同的第一淡水闪蒸罐、第二淡水闪蒸罐、第三淡水闪蒸罐、第四淡水闪蒸罐、三个结构相同的第一浓盐水闪蒸罐、第二浓盐水闪蒸罐、第三浓盐水闪蒸罐、蒸汽喷射泵引射阀、蒸汽喷射泵排汽阀、机械蒸汽压缩机进汽阀、机械蒸汽压缩机排汽阀、冷凝器进汽阀、冷凝器淡水排放阀、冷却水排放阀及海水进料阀，在蒸汽喷射泵的高压蒸汽入口连接有动力蒸汽管道，

其中，所述机械蒸汽压缩机的出口和蒸汽喷射泵的出口分别通过管道串接机械蒸汽压缩机排汽阀和蒸汽喷射泵排气阀后汇接，然后与首效蒸发器的加热蒸汽入口连接；首效蒸发器的二次蒸汽出口通过管道与二效蒸发器的加热蒸汽入口连接，二效，三效蒸发器的连接方式与首效蒸发器相同，末效蒸发器的二次蒸汽出口通过管道串接冷凝器进汽阀后与冷凝器的蒸汽入口连接,并且，末效蒸发器的二次蒸汽出口通过管道串接蒸汽喷射泵引射蒸汽阀后与蒸汽喷射泵的低压蒸汽入口连接，并且，末效蒸发器的二次蒸汽出口通过管道串接机械蒸汽压缩机进汽阀后与机械蒸汽压缩机的入口连接；