[发明专利]一种可用于微波真空膜蒸馏操作的平板式膜组件

说明书

一、技术领域

本发明属于膜蒸馏技术领域，尤其涉及一种可用于微波真空膜蒸馏操作的平板式膜组件。

二、背景技术

膜蒸馏是近年快速发展起来的一种以疏水性微孔膜两侧蒸汽压差为传质推动力的膜分离过程。同其它的分离过程相比，膜蒸馏具有以下优点：(1)截留率高；(2)操作温度比常规蒸馏工艺低得多，可有效利用地热、工业废热等低品位热源，显著降低能耗；(3)操作压力低于其它膜分离过程；(4)可处理极高浓度盐溶液，是目前唯一能从溶液中分离出结晶产物的膜分离过程。鉴于这些突出优点，膜蒸馏技术的研究范围也逐渐拓展到海水和苦咸水的淡化、超纯水的制备、水溶液中挥发性溶质的脱除和回收、水溶液中非挥发性溶质的浓缩与结晶、共沸混合物的分离、废水处理等领域。

根据膜透过侧冷凝方式的不同，膜蒸馏可分为：直接接触式膜蒸馏、气隙式膜蒸馏、气扫式膜蒸馏、真空(减压式)膜蒸馏。真空膜蒸馏是膜蒸馏的一种新型操作方式，它通过在膜的透过侧抽真空，将蒸汽抽离膜器外再进行冷凝。由于膜的透过侧没有冷流体，故其热传导损失一般可以忽略，因此热效率较高，而且由于透过侧传质阻力小，且膜孔内蒸汽的传质速度快，从而其渗透通量较一般其它方式大，受到研究者越来越多的关注。

膜蒸馏的常用组件有：平板式膜组件和中空纤维式膜组件。相对于中空纤维膜组件，平板膜组件构造简单、拆装方便、牢固可靠、价格低廉、易维护，且膜组件外壳可重复利用，因此，在某些领域有着独特的优势。

微波技术在环境保护领域具有广泛的应用前景，现已成功地用于废水、废气、固体废弃物的处理及环境监测等方面。一般将微波的工作原理归结为热效应和非热效应，热效应是指极性分子在微波场中高速旋转，平均动能提高，碰撞频率加快，从而实现均匀快速加热的现象；非热效应是指那些不能归结于微波加热温度升高导致的异常现象。国外有研究人员将微波技术用于膜分离过程，研究结果表明微波辐射下有机分离膜的气体渗透性有所增加。我们将微波技术应用于膜蒸馏过程，通过前期的初步研究发现微波辐射可以缓解膜蒸馏的温度极化现象，并强化传质速率，进而可提高膜通量；而且微波膜蒸馏亦可实现溶液中挥发性溶质的快速分离；此外还可以利用微波技术实现疏水膜的在线快速清洗与快速干燥。鉴于真空膜蒸馏、平板式膜组件、微波技术的优点，我们提出将平板式膜组件应用于微波真空膜蒸馏工艺过程中。

通常用于膜蒸馏的平板式膜组件是靠金属螺丝密封的，然而在微波作用下，金属内部会产生涡流，且金属在微波场中会放射出电弧，这些将影响微波膜蒸馏操作的安全性；用不吸收微波的材料(例如聚四氟乙烯)制成的螺丝，可以在微波场中使用，但其强度不足以保证真空膜蒸馏操作所要求的高度密封性，且材料本身极容易损坏。因此，开发出一种可在微波场中进行真空膜蒸馏操作的新型平板式膜组件，就是本发明的出发点。

三、发明内容

针对微波技术与膜蒸馏技术相耦合，从而提高膜通量、实现污染膜的快速清洗与快速干燥的研究和平板式膜组件的普及应用，本发明提出一种可用于微波真空膜蒸馏的平板式膜组件。

详细说明如下：

图1描述了可用于微波真空膜蒸馏操作的设置了两个过滤单元的平板式膜组件，包括料液侧盖板(1)和透过侧盖板(16)，其特征在于，所述两盖板之间设有外回形密封圈(5)和过滤单元(12)，所述过滤单元内设有内回形密封圈(8)、密封条(7)和平板膜片，所述料液侧盖板侧壁上设有连接过滤单元料液主流道(4)的料液进口接头(10)和滤余液出口接头(2)，所述透过侧盖板侧壁上设有连接过滤单元膜蒸馏汽主流道(14)的抽真空冷凝接头(13)，在垂直于料液主流道和透过汽主流道的方向上分别平行设置有料液支流道(9)和透过汽支流道(15)，所述料液侧盖板上部设有连接腔体(6)的抽真空密封接头(11)。

所述的平板式膜组件采用负压式密封，膜组件和密封圈(条)分别采用不吸收微波的聚四氟乙烯和硅橡胶材料制作，从而可以实现平板式膜组件的微波真空膜蒸馏操作。

所述的平板式膜组件使用前先用金属螺丝固定，然后将抽真空密封接头连接真空泵，并将腔体内抽成负压，再将螺丝去掉，此时组件仅靠负压即可实现密封。

所述的平板式膜组件的两个盖板和过滤单元上具有凹形结构，其表面先用表面处理剂处理后再用快干胶与回形密封圈及密封条粘接。

所述的平板式膜组件的内回形密封圈及密封条要比外回形密封圈高0.2～0.3mm。

所述的平板式膜组件内可设置一个或并联设置多个过滤单元，当设置多个过滤单元时，它们由腔体分隔开来，互不干扰。