[发明专利]一种多效膜蒸馏组件单元、船用海水淡化装置及淡化方法

说明书

技术领域

本发明属于海水淡化技术领域，涉及一种多效膜蒸馏组件单元、船用海水淡化装置及淡化方法，尤其涉及海上作业的船只和潜艇内解决饮用水问题的方法。

背景技术

如今淡水资源越来越受到各国的重视，淡水是人类社会生存和发展的基本物质之一，但是由于工业化进程的加快，人口的增长和水污染问题越来越严重，各国都面临淡水资源的危机。我国也是淡水资源严重匮乏国之一。

近几年，海水淡化技术的发展是解决淡水资源问题的有效途径。但是海水淡化成本一直制约着海水淡化的发展。目前海水淡化的主要方法反渗透，由于其所需的操作压力高，对机械设备要求高，设备费用也高。而相对于反渗透的另外一种海水淡化方式，膜蒸馏（Membrane Distillation，以下简称MD）是一种新型的膜分离技术，它是一种热驱动过程，是将蒸馏法和膜法相结合的技术。MD装置可以在常压、较低温度的蒸发过程中高效的运行，且膜蒸馏操作压力低，脱盐率高，膜污染少，在良好的条件下比反渗透水通量大。

MD是一种采用疏水微孔膜以膜两侧蒸汽压差为传质驱动力的膜分离过程。当疏水微孔膜两侧存在蒸汽压差时，水蒸气从热侧原水一侧穿过疏水微孔膜然后再被冷凝成液态水的分离过程。MD由于其可以在常压低温操作，可以利用太阳能、地热、工厂废热、余热等低品位热源、设备简单易操作等优点，在海水淡化工程中具有一定的竞争力。

由于MD过程中存在相变，原水需进行加热，所以存在能耗较高，效率低的问题，如果能够利用废热、预热对原水进行加热，可以研究出新的膜蒸馏技术，降低投资和运行成本，就可以取得显著的经济效益和社会效益。

通过检索发现如下公开专利文献，重点列举如下：

中国专利（CN102085454A、CN102371120A、CN102107119A和CN101632901A）都介绍了一种相似的热回收式的减压膜蒸馏装置或者是多级式串联的多效膜蒸馏装置和方法。这些装置有一组或者多组间隔排列的框式和框式换热组件组成的或由多级膜组件相互串联，两者都是每一级膜组件蒸发产生的水蒸气在真空泵的抽吸和吹扫气引导作用下，顺次通过疏水膜组件，与换热管内的冷料液进行热交换，料液温度升高，水蒸气被冷凝降温，作为产水排出，通过该方法热量的回收利用率大于70%，但是其组件形式比较复杂，结构较为繁琐。

美国专利（US6716355B1）介绍了一种方框式组件，在该组件中，其使用的是一层微孔疏水膜和一层冷凝中空管相互垂直间隔排列，热料液和冷料液分别通过微孔膜和中空管，热料液在微孔膜中通过微孔渗透出来的蒸气通过接触冷凝中空管管壁，蒸气的冷凝潜热被管内的冷料液吸收，从而提高热量回收。但是在该专利的实例中，尚未给出明确的实验数据。

发明内容

本发明的目的在于克服现有MD技术的不足之处，利用废热、余热等低品位热源，提供一种能耗低、产水成本低、设备简单、操作便捷的具有内部高效率回收热能的船用多效膜蒸馏海水淡化装置。

为解决上述技术问题，本发明首先提供了一种多效膜蒸馏组件单元，其特征在于：

包括内部制成腔体的膜壳，腔体内设有并排间隔放置的PTFE中空纤维膜组件和PTFE中空管组件；

将多排间隔的PTFE中空纤维膜组件相互串联，用于输送第一进料溶液，允许蒸汽传输过该中空纤维膜；将多排间隔的PTFE中空管组件也进行串联，用于输送第二进料溶液，允许热能传输过该中空管，同时阻止蒸汽传输过该PTFE中空管，膜壳上设有与PTFE中空纤维膜对应的热海水进口及浓海水出口、与PTFE中空管对应的冷海水进口和冷海水出口；

膜壳为蒸汽冷凝馏出物收集室，膜壳底部设有排水口用于连接用水点，传输通过PTFE中空纤维膜的蒸汽在馏出物收集室中冷凝为馏出物，并与PTFE中空管中的第二进料溶液进行热交换。

优选的，所述的PTFE中空纤维膜组件和PTFE中空管组件是片状帘式组件，每片PTFE中空纤维膜组件长度在0.8米-1.6米，每片根数在50根-500根，每片PTFE中空管组件长度大于或等于PTFE中空纤维膜组件长度。

优选的，所述的PTFE中空纤维膜组件所用的中空纤维膜是以聚四氟乙烯制得的中空纤维膜，该中空纤维膜内径0.6毫米-1.2毫米，外径1.8毫米-2.4毫米，壁厚为0.3毫米-0.9毫米，平均孔径0.05微米-0.5微米，孔隙率为40%-85%。

优选的，所述的PTFE中空管组件所用的中空管是以聚四氟乙烯制得的毛细无孔中空管，该中空管内径0.02毫米-1毫米，外径0.05毫米-2.0毫米。