402 滤膜型料液净化浓缩再生装置

402 滤膜型料液净化浓缩再生装置

背景

很多料液（如热源塔热泵中的防冻液等）处理过程中即需要对其中的固形物进行分离或净化，也需要对料液进行浓缩（除去与空气或霜接触过程中吸收的水分）；同时由于腐蚀等考虑，料液处理温度不能太高（通常低于其常压沸点），还希望装置在常压下运行，以降低装置投资和简化运行操作。此处介绍的滤膜型净化浓缩再生装置可为此类料液的处理提供一种很好的解决方案。

原理

滤膜型净化浓缩再生装置的原理示意如下图。

图中装置包括料液单元、吹扫气单元、热泵单元等。图中吹扫气单元的吹扫气采用环境空气，必要时空气可封闭循环，或吹扫气也可采用氮气等。

料液单元包括原液罐、泵、加热器、膜组件、渣淮阀与渣液罐、浓液阀与浓液罐等。原液在泵驱动下经加热器加热升温后进入膜组件，膜组件被多孔膜和实壁分隔成渣液空间（图中左侧空间）和吹扫气空间（图中右侧空间）；多孔膜可为亲水膜或疏水膜（根据料液特性选定）；进入膜组件中原液空间中的料液，其中的固形物（灰尘、细菌等）被多孔膜和实壁阻挡在渣液侧，溶液（溶剂和溶解在溶剂中的溶质，如氯化钙水溶液中的水和氯化钙）则穿过多孔膜的膜孔到达膜的另一侧（吹扫气侧），并沿膜壁和实壁流下；在溶液流下过程中，其中的挥发性溶剂（如氯化钙水溶液中的水）汽化为蒸气被吹扫气带走；随着溶液沿壁面向下流动，其中的溶剂越来越少，溶质浓度越来越高，到膜组件底部时，变为浓度较高的浓溶液，经浓液阀进入浓液罐中；膜组件渣液侧的料液随着其中的溶液不断穿过膜孔到达另一侧，其中的固态物浓度越来越高，并汇集在膜组件底部，浓度达到设定值时，通过渣液阀排入渣液罐中进行后续处理。

吹扫气单元包括风机、膜组件、冷却器等，与料液单元通过膜组件耦合，与热泵单元通过冷却器耦合；吹扫气（空气）在风机驱动下进入膜组件，在膜组件中流过膜和实壁表面的溶液表面，吹扫气被热的溶液加热升温的同时，溶液中的水分汽化出的水蒸气也进入吹扫气中，出膜组件的吹扫气变为温度较高、水蒸气含量较高的热湿空气，进入冷却器中被冷却器内的低温热泵工质吸热冷却，吹扫气中携带的水蒸气凝结为冷凝水从冷却器底部排出，吹扫气被降温后从冷却器顶部排出。

热泵单元包括压缩机、加热器、膨胀阀和冷却器，其中的热泵工质在冷却器中吸热吹扫气热能后进入压缩机，被压缩为高温高压过热蒸气进入加热器冷凝放热使料液升温，出加热器的高压液态热泵工质经膨胀阀的节流作用产生低温低压热泵工质液体，进入冷却器吸收热湿吹扫气中的热能而蒸发汽化为低温低压热泵工质蒸气，再返回压缩机开始下一个循环。

特点与性能

通过料液单元、吹扫气单元、热泵单元的协调运行，原液中的固态物质被膜阻挡留在渣液中，使进入膜组件吹扫气侧的溶液被净化，溶液中的水分被吹扫气带走并在冷却器中变为冷凝水排出，溶液被浓缩，上述过程都在常压下进行，料液在膜组件中的处理温度可远低于其常压沸点，甚至可在接近室温下进行（此时吹扫气流程需适当调整）。

热泵消耗少量电能通过冷却器吸收吹扫气中蕴含的热能，转化为高温热能通过加热器使原液升温，提供其中水分汽化所需的热能，即溶液浓缩过程中水分汽化所需的热能主要来自回收吹扫气热能，压缩机消耗的少量电能主要用于驱动热泵工质在热泵单元中的循环运行。

因此，装置设计和调控适宜时，原液净化和浓缩所消耗的电能较少，从原液中除去1吨水的电耗可控制在30～70kWh范围内。