一体型热泵膜蒸馏装置

一体型热泵膜蒸馏装置

    热泵膜蒸馏装置中的膜蒸馏组件、料液容器、加热器等通常为独立部件，优点是各部件制作方便，但也存在如下不足：一是需要专用料液泵；二是各部件之间需要较多的连接管路、阀门等；三是装置占用空间较大，向环境的散热损失较大。

    基于此，也可采用一体式结构，即将料液容器、热泵加热器、膜蒸馏组件集成为一体的结构。典型的结构布置可有如下几种。

    ●膜管中置立式结构

    膜管中置立式结构如下图所示。

       图中膜管中置立式结构是指热泵加热器、膜蒸馏元件均布置在料液容器（即料液筒）内，热泵加热器布置在靠近料液容器壁面处，膜管布置在料液容器中心处，料液容器的长径比通常大于2。

       膜管可为中空纤维式、毛细管式或内直径较大管式疏水微孔膜。

       膜管中置立式结构中，热泵加热器加热料液，热料液沿料液容器壁附近上升；料液中的易挥发组分（如水溶液中的水分，此处以水溶液为例讲述）穿过膜壁进入膜管内，被膜管内流过的空气（也可为氮气等气体）带走；贴近膜管的料液由于其中的水分汽化而降温，因而膜管区域的料液自上向下流动，从而料液容器中由于热泵加热器的加热作用和膜管的冷却作用而形成壁面区向上流动、中心区向下流动的自循环。

        此外，膜管中置立式结构中，空气被风机送入膜管内，穿过膜管的同时带走透膜蒸气，携带透膜蒸气的空气排出料液容器后可进一步穿过热泵吸热器，其中所携带蒸气蕴含的热能可被热泵吸热器吸收。

    ●膜管边置立式结构

    膜管边置立式结构是膜管布置在料液容器壁面区域，而热泵加热器布置在料液容器的中心区域，如下图所示：

       图中膜管边置立式结构的料液容器中，料液的自循环流向与膜管中置立式结构相反，即中心区域料液向上流动，而壁面区域料液向下流动。

    ●膜管间置立式结构

    膜管间置立式结构是膜管与热泵加热器间隔布置，如下图所示：

       图中由于膜管与热泵间隔布置，相距较近，热泵加热器放出的热能迅速被附近的膜管吸收，因此料液容器中可不形成大范围宏观流动。

       ●膜管上置卧式结构

       膜管上置卧式结构是指料液容器的水平方向尺寸明显大于高度方向尺寸，且热泵加热器布置在料液容器的底部，膜管布置热泵加热器的上方，如下图所示：

       图中热泵加热器使料液容器底部的料液升温并向上运动；运动到上部膜管处时料液中的易挥发组分汽化并穿过膜壁进入膜管内，同时料液被冷却而向下运动，再被热泵加热器加热。

       卧式结构的一体型热泵膜蒸馏装置中，膜管与热泵加热器也可间隔布置。

       上述几种结构中，立式结构内料液的流动较充分，占地面积较小，但由于料液液位较高而导致料液容器底部的静压较高，不利于料液中易挥发组分的汽化。卧式结构可避免上述不足，但卧式结构则占地面积较大。

       膜管中置与边置布置方案中，中置结构膜管排列相对方便，但可能需膜管定位结构以保证多个膜管之间的适宜间距、保证料液向下流动的流道尺寸；边置结构也需适宜的膜管定位机构，防止膜管沿料液容器圆周分布不均。

       膜管与热泵加热器间置结构可通过调整膜管与热泵加热器之间的距离，实现热泵加热器放出的热能就近被膜管附近的料液吸收，但结构和制作相对复杂。

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