螺旋卷绕式多效膜蒸馏组件制造技术

本申请公开了一种蒸馏装置和制造蒸馏装置的方法，该蒸馏装置包含至少一个螺旋卷绕式多效膜蒸馏（MD）组件；该螺旋卷绕式多效膜蒸馏（MD）组件包含与圆柱形外壳同心的穿孔中心管和围绕中心管螺旋卷绕的多个效应件；效应件中的每一个包含蒸气渗透隔膜、设置在该蒸气渗透隔膜上的进料间隔网、渗滤液间隔网和热交换膜；该渗滤液间隔网设置在该蒸气渗透隔膜与该热交换膜之间，通过该多个效应件蒸馏进料流体将冷凝流体沉积到该中心管中。将冷凝流体沉积到该中心管中。将冷凝流体沉积到该中心管中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】螺旋卷绕式多效膜蒸馏组件
[0001]本申请要求2020年7月15日提交的关于螺旋卷绕式多效膜蒸馏组件的美国临时申请第63/052,355号（代理人案卷号191170
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000100US）的优先权，该申请通过引用并入本文用于所有目的。
[0002]本专利技术是在美国国家科学基金会（NSF）根据NSF从NSF纳米尺度科学和工程计划授予的第EEC 1449500号政府资助下完成的。美国政府拥有本专利技术的某些权利。

技术介绍

[0003]现有的多效膜蒸馏（MD）技术可能需要高度复杂的膜组件配置，这些膜组件配置可能包含单独的膜和热交换表面；结构支撑件；单独的进料和/或渗透物入口；和输送进料的流体输送导管。此外，进料和渗透物（蒸气和冷凝物）流两者的复杂路径可能由于摩擦导致大的压头损失，且因此可能需要更高的泵送能量。

技术实现思路

[0004]在一个方面，本文公开的实施例涉及一种蒸馏装置，该蒸馏装置包含圆柱形外壳和螺旋卷绕式多效膜蒸馏（MD）组件。该螺旋卷绕式多效膜蒸馏组件包含与圆柱形外壳同心的穿孔中心管，和围绕中心管螺旋卷绕的多个效应件。每个效应件包含蒸气渗透隔膜、设置在蒸气渗透隔膜上的进料间隔网、渗滤液间隔网和热交换膜。渗滤液间隔网设置在蒸气渗透隔膜与热交换膜之间。通过多个效应件蒸馏进料流体将冷凝流体沉积到中心管中。蒸馏装置可以包含设置在螺旋卷绕式多效膜蒸馏组件的各端部上的两个流量分配装置。该蒸馏装置还包含位于圆柱形外壳的一个端部上的第一端盖和位于圆柱形外壳的另一端部上的第二端盖，该第一端盖包含进液口，该第二端盖包含附接到中心管的蒸馏液出口和浓缩液出口。
[0005]在另一方面，本文公开的实施例涉及一种蒸馏装置，该蒸馏装置包含圆柱形外壳和串联连接的多个螺旋卷绕式多效膜蒸馏（MD）组件。螺旋卷绕式多效膜蒸馏组件中的每一个包含与圆柱形外壳同心的穿孔中心管和围绕中心管螺旋卷绕的多个效应件。每个效应件包含进料间隔网、蒸气渗透隔膜、渗滤液间隔网和热交换膜。渗滤液间隔网设置在蒸气渗透隔膜与热交换膜之间。通过螺旋卷绕式多效膜蒸馏组件中每一个的该多个效应件蒸馏进料流体将冷凝流体沉积到中心管中。该蒸馏装置可以包含设置在该多个螺旋卷绕式多效膜蒸馏组件各端部上的两个流量分配装置。该蒸馏装置还包含位于圆柱形外壳的一个端部上的第一端盖和位于圆柱形外壳的另一端部上的第二端盖，该第一端盖包含进液口，该第二端盖包含附接到中心管的蒸馏液出口和浓缩液出口。
[0006]在另一方面，本文公开的实施例涉及一种制造蒸馏装置的方法，该方法包含将矩形蒸气膜薄膜在三个边缘上密封到矩形热交换膜，和在蒸气膜薄膜与热交换膜之间设置渗滤液间隔网。该方法还包含在蒸气膜薄膜上设置进料间隔网膜。未密封的边缘附接到穿孔中心管，其中渗滤液间隔网与中心管的穿孔重合。旋转中心管以形成螺旋卷绕式膜蒸馏（MD）组件。
附图说明
[0007]将参考附图描述本专利技术的某些实施例。然而，附图仅以示例的方式示出本专利技术的某些方面或实施方式，且不意在限制权利要求的范围。
[0008]图1A和图1B示出了根据本文公开的一个或多个实施例的单个单元装置。
[0009]图2示出了根据本文公开的一个或多个实施例的卷制之前的膜叶的示意图。
[0010]图3示出了根据本文公开的一个或多个实施例的制造螺旋卷绕式多效膜蒸馏组件的方法的流程图。
[0011]图4A示出了根据本文公开的一个或多个实施例的螺旋卷绕式蒸馏单元的第一横截面。
[0012]图4B示出了根据本文公开的一个或多个实施例的螺旋卷绕式蒸馏单元的第二横截面。
[0013]图5示出了根据本文公开的一个或多个实施例的多单元装置的示意性示例。
[0014]图6A和图6B示出了根据本文公开的一个或多个实施例的多单元装置的示意图。
[0015]图7A和图7B示出了根据本文公开的一个或多个实施例的多单元装置的示意图。
具体实施方式
[0016]现在将参考附图描述具体实施例。在下面的描述中，作为本专利技术的示例阐述了许多细节。本领域技术人员将理解，本专利技术的一个或多个实施例可以在没有这些具体细节的情况下实施，并且在不脱离本专利技术的范围的情况下，许多变化或修改是可能的。省略了本领域普通技术人员已知的某些细节，以避免使描述模糊不清。
[0017]在整个申请中，序数（例如，第一、第二、第三等）可用作元件（即，本申请中的任何名词）的形容词。序数的使用并不暗指或形成对元件的任何特定排序，也不将任何元件限制为仅是单个元件，除非明确公开，诸如通过使用术语“之前”、“之后”、“单个”和其他此种术语。相反，使用序数是为了区分元件。举例来说，第一元件不同于第二元件，并且第一元件可包含多于一个元件，并且在元件排序中在第二元件之后（或之前）。
[0018]在图1至图7的以下描述中，在本技术的各种实施例中，关于附图描述的任何组件可等同于关于任何其他附图描述的一个或多个类似命名的组件。为了简洁起见，将不会针对每个附图重复对这些组件的描述。因此，每个附图的组件的每一个实施例都通过引用并入，并且被假设为可选地存在于具有一个或多个类似命名的组件的每个其他附图中。此外，根据本技术的各种实施例，对附图组件的任何描述都应被解释为除了针对任何其他附图中对应的相似命名的组件所描述的实施例之外、结合这些实施例或替换这些实施例来实现的可选实施例。
[0019]总体来说，本专利技术的实施例涉及一种用于膜蒸馏的组件和制造组件的方法。更具体地，实施例描述了一种新颖的膜反应器设计，其能够在简单、紧凑、错流螺旋卷绕式组件中实现多效膜蒸馏。
[0020]本文公开的组件和制造组件的方法的实施例可包含分层结构的新型螺旋卷绕式配置，该分层结构具有包含进料间隔网、蒸气渗透隔膜、热交换膜和渗滤液间隔网的层。实施例可为每个效应件提供流体输送导管或单独的入口和出口，而无需额外的物理结构，因为螺旋卷绕式膜单元中的每个螺旋形成一个效应件。
[0021]在一个或多个实施例中，从第一效应件输入的热量或从前一效应件中的蒸气冷凝回收的热量使每个效应件中的进料液蒸发，并用作冷却剂来冷凝前一效应件中产生的蒸气。连续级中的高效热回收导致比单级多效膜蒸馏（MD）大许多倍的增益
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输出比（GOR），并且可以提供更高的热效率和水生产率。
[0022]本文公开的实施例可以利用不同的热源。例如，实施例可以包含在光照射时用于光热加热的膜表面。实施例还可以包含用于电热涂层的膜表面，该电热涂层通过施加电流来产生热量。在一些实施例中，可以通过使用加热器加热一些或全部进料液来提供热量。其他实施例可以包含本文描述的加热元件的组合。
[0023]图1A展示了根据本文公开的一个或多个实施例的单个单元装置。单个单元装置（100a）包含圆柱形组件外壳（102a），其具有用于接收进料液的进液口（f）、蒸馏液出口（c）和浓缩液出口（b）。蒸馏液出口（c）与用于渗透物收集的中心管（104a）对准并附接到该中心管。用于渗透物收集的中心管是穿孔管，其可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种蒸馏装置，包括：圆柱形外壳；螺旋卷绕式多效膜蒸馏组件，所述螺旋卷绕式多效膜蒸馏组件包括：与所述圆柱形外壳同心的穿孔中心管；围绕所述中心管螺旋卷绕的多个效应件，其中每个效应件包括：蒸气渗透隔膜；进料间隔网，设置在所述蒸气渗滤液隔膜上；渗滤液间隔网；和热交换膜，其中所述渗滤液间隔网设置在所述蒸气渗透隔膜与所述热交换膜之间；其中通过所述多个效应件蒸馏进料流体将冷凝流体沉积到所述中心管中。2.根据权利要求1所述的蒸馏装置，所述蒸馏装置还包括：两个流量分配装置，设置在所述螺旋卷绕式多效膜蒸馏组件的各端部上；位于所述圆柱形外壳的一个端部上的第一端盖，所述第一端盖包括进液口；和位于所述圆柱形外壳的另一端部上的第二端盖，所述第二端盖包括附接到所述中心管的蒸馏液出口和浓缩液出口。3.根据权利要求2所述的蒸馏装置，其中所述流量分配装置的半径等于所述外壳的内径。4.根据权利要求2所述的蒸馏装置，其中所述流量分配装置的半径等于所述螺旋卷绕式多效膜蒸馏组件的半径，所述蒸馏装置还包括：两个密封件，所述两个密封件布置在所述流量分配装置与所述外壳的内径之间。5.根据权利要求4所述的蒸馏装置，还包括：附加进液口，沿径向方向位于所述外壳的主体上，其中加热器加热被供应到所述附加进液口的进料液；和附加浓缩液出口，沿径向方向位于所述外壳的主体上，其中所述附加进液口和所述附加浓缩液出口布置在所述密封件之间。6.根据权利要求5所述的蒸馏装置，还包括：从所述附加浓缩液出口到所述加热器的流体路径，以将浓缩液从所述浓缩液出口进给到所述附加进液口。7.根据权利要求5所述的蒸馏装置，还包括：从所述浓缩液出口到所述加热器的流体路径，以将所述浓缩液从所述浓缩液出口进给到所述附加进液口。8.根据权利要求1所述的蒸馏装置，所述螺旋卷绕式多效膜蒸馏组件还包括：用于供热的热元件，所述热元件设置在所述蒸气渗透隔膜上。9.根据权利要求2所述的蒸馏装置，其中所述热元件是电热的。10.根据权利要求2所述的蒸馏装置，其中所述热元件是光热的。11.根据权利要求4所述的蒸馏装置，还包括：抛物面聚光器，所述抛物面聚光器将太阳辐射聚集到所述蒸馏装置上。12.一种蒸馏装置，包括：
圆柱形外壳；多个串联连接的螺旋卷绕式多效膜蒸馏组件，每个螺旋卷绕式多效膜蒸馏组件包括：与所述圆柱形外壳同心的穿孔中心管；围绕所述中心管螺旋卷绕的多个效应件，其中每个效应件包括：进料间隔网；蒸气渗透隔膜；渗滤液间隔网；和热交换膜，其中所述渗滤液间隔网设置在所述蒸气渗透隔膜与所述热交换膜之间，并且其中通过所述螺旋卷绕式多效膜蒸馏组件每一个的多个效应件蒸馏进料流体将冷凝流体沉积到所述中心管中。13.根据权利要求13所述的蒸馏装置，还包括：两个流量分配装置，设置在所述多个螺旋卷绕式多效膜蒸馏组件的各端部上；位于所述圆柱形外壳的一个端部上的第一端盖，所述第一端盖包括进液口；和位于所述圆柱形外壳的另一端部上的第二端盖，所述第二端盖包括附接到所述中心管的蒸馏液出口和浓缩液出口。14.根据权利要求14所述的蒸馏装置，其中所述流量分配装置中的至少一个流量分配装置的半径等于所述外壳的内径。15.根据权利要求13所述的蒸馏装置，其中所述流量分配装置中的至少一个流量分配装置的半径等于其上设置有所述流量分配装置的所述螺旋卷绕式多效膜蒸馏组件的半径，所述蒸馏装置还包括：设置在流量分配装置与圆柱形外壳内径之间的密封件，其内径与所述螺旋卷绕式多效膜蒸馏组件的半径相同。16.根据权利要求13至16中任一项所述的蒸馏装置，还包括：一个或多个附加浓缩液出口，位...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰，
申请(专利权)人：威廉马什赖斯大学，
类型：发明
国别省市：