CN103080013A

CN103080013A - 蒸气压缩膜蒸馏系统和方法

Info

Publication number: CN103080013A
Application number: CN2011800419310A
Authority: CN
Inventors: A·P·夏皮罗
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2011-07-18
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2031-07-18
Also published as: AU2011296535A1; US20120048803A1; EP2611734A1; WO2012030439A1; CN103080013B; CA2808428A1; CA2808428C; US8512567B2; AU2011296535B2

Abstract

一种脱盐系统，其中，由跨膜蒸馏(MD)模块上的温度梯度所产生的冷凝的潜热被直接传递到在液态流体流的脱盐期间的汽化的潜热。该脱盐系统包括MD模块，其设置在对象内且构造成接收用于脱盐的输入原料流并产生产品的输出流体流。该系统还包括蒸气压缩机，其与MD模块流体连通且构造成将热蒸汽引入到MD模块的高温侧并从MD模块的低温侧提取具有小于热蒸汽的温度的冷蒸汽，从而跨MD模块形成温度梯度。还提出了一种脱盐方法。

Description

蒸气压缩膜蒸馏系统和方法

技术领域

本公开大体上涉及脱盐系统和方法。更具体地，本公开涉及使用膜蒸馏和包括蒸气压缩、膜和热传递表面的新颖配置的脱盐系统和方法。

背景技术

地球表面上的水中不到百分之一适合作为用于在民用或工业应用中直接消耗的合格水源。考虑到合格水源有限，通常称为脱盐的、废水、海水或淡盐水的去离子化或除盐成为生产淡水的一种选择。

目前采用诸如蒸馏、汽化、反渗透和部分冷冻的不同的脱盐工艺来对水源去离子化或除盐。尤其受关注的是作为新兴技术的膜蒸馏。膜蒸馏(MD)具有与常规热脱盐方法竞争的潜力。迄今为止，膜蒸馏的的常见配置是直接接触MD、气隙MD和真空MD。为了使MD有效利用能量，蒸馏物(distillate)的冷凝的潜热必须被回收和再循环到工艺中。在这些MD配置的所有已知的实施方式中，冷凝潜热的回收一直是通过液体水流以显热形式吸收而进行。液体随后被暴露于MD膜以便进行汽化。由于需要相对于所产生的蒸馏物的较高的液体流率和高的能耗，这样的工艺可具有低效率和蒸馏物从给水中的低回收率的缺点，这会限制此类工艺的广泛实施。

因此，需要用于利用膜蒸馏进行脱盐的新的且改进的脱盐系统和方法。

发明内容

根据一个实施例提供了一种脱盐系统。该脱盐系统包括膜蒸馏模块和与膜蒸馏模块流体连通的蒸气压缩机。膜蒸馏模块设置在对象内且构造成接收用于脱盐的输入原料流并产生产品的输出流体流。蒸气压缩机与膜蒸馏模块流体连通且构造成将热蒸汽引入到膜蒸馏模块的高温侧并从膜蒸馏模块的低温侧提取具有小于该热蒸汽的温度的冷蒸汽，从而形成跨MD模块的温度梯度。在操作期间，由跨MD模块的温度梯度所产生的冷凝的潜热被直接传递到在输入原料流和输出流体流之间的液态流体流的脱盐期间的汽化的潜热。

根据另一个实施例提供了一种脱盐方法。该脱盐方法包括：在输入原料流中供应未净化的液体；提供膜蒸馏模块，该膜蒸馏模块设置在对象内且构造成接收用于脱盐的输入原料流并产生至少部分地净化的液体的输出流体流；提供与膜蒸馏模块流体连通的蒸气压缩机；使输入原料流作为流体流行进通过膜蒸馏模块，同时从膜蒸馏模块的低温侧抽出蒸汽；压缩所抽出的蒸汽以产生具有比所抽出的蒸汽更高的温度的热蒸汽；以及将热蒸汽引入到膜蒸馏模块的高温侧，从而形成跨MD模块的温度梯度，并且其中由跨MD模块的温度梯度产生的冷凝的潜热被直接传递到在脱盐工艺期间的汽化的潜热。

根据结合附图提供的本发明的优选实施例的以下详细描述，将更好地理解这些和其它优点及特征。

附图说明

图1是根据一个示例性实施例的脱盐系统的示意图；

图2是根据一个示例性实施例的包括热交换器的脱盐系统的示意图；

图3是根据一个示例性实施例的包括结晶器(crystallizer)的脱盐系统的示意图；以及

图4是根据一个示例性实施例的脱盐系统的能量效率vs压力比的图示。

具体实施方式

下面将结合附图描述本公开的优选实施例。在以下描述中，不详细描述熟知的功能或构造，以免以不必要的细节模糊了本公开。

图1是根据一个示例性实施例的利用蒸气压缩多效膜蒸馏的脱盐系统10的示意图。对于所示的示例来说，脱盐系统10包括膜蒸馏(MD)模块12，该模块包括布置成交替或交错配置的多个MD膜14和多个热传递薄膜16。脱盐系统10还包括与其流体连通的蒸气压缩机18。

在示例性实施例中，MD模块12设置在诸如板和框架组件等的对象20内，且构造成接收未净化的液体的输入原料流22，该液体具有不期望的物质，例如盐或其它溶质、溶解的气体、有机化合物或来自液体原料源(未示出)的其它杂质。当用于脱盐时，输入原料流22可以是海水或淡盐水。虽然本文中未示出液体原料源，但可以预料，该原料源可以是罐或任何其它合适的液体原料源，例如来自与诸如水体(诸如海洋或湖泊)的原料源连通的另一系统或入口的原料流。脱盐系统10且更具体地蒸气压缩多效膜蒸馏产生输出流体流(产品流)24，其可以是从MD模块12出来的稀释液体，可具有相比输入原料流22较低浓度的不期望物质。在一些示例中，输出流体流24可循环到附加的MD模块中以便进一步脱盐。

在一些实施例中，MD模块12可包括与第一热传递薄膜30和第二热传递薄膜32交错的第一MD膜26和第二MD膜28。MD膜26和28可由多孔疏水性聚合物薄膜形成，例如多孔疏水性聚丙烯或聚四氟乙烯膜，其具有至少0.01kg/m²h mbar的水蒸气渗透通量。MD膜26、28各自具有原料表面27和渗透表面29。MD膜26、28可具有任何合适尺寸的孔，但约0.01至约0.5微米的孔尺寸是合适的，并且在优选实施例中，约0.1至约0.45微米的孔尺寸是合适的。MD膜26、28可包括单个膜层或多个层，包括支承和活性层且具有任何合适的形状，包括可提供更稳健的MD膜的平坦或其它配置。在优选的实施例中，MD膜26、28形成为具有单个活性层。本文可使用任何常规的多孔疏水性膜，但一个示例为可从密苏里州堪萨斯市通用电气公司商购获得的Aspire微量过滤膜。

第一热传递薄膜30和第二热传递薄膜32可由金属箔或聚合物薄膜形成。根据与输入原料流22的相容性，由不锈钢、钛、镍、铝、铜和相关合金制成的金属箔是合适的。金属箔可具有任何合适尺寸的厚度，但约0.001至0.01英寸的厚度是合适的，并且在一个优选实施例中，约0.002至0.004英寸的厚度是优选的。由聚丙烯、聚四氟乙烯、尼龙、聚乙烯、聚氯乙烯、聚乙二烯构成的聚合物薄膜是合适的。聚合物薄膜可具有任何合适尺寸的厚度，但约0.001至0.005英寸的厚度是合适的，并且在一个优选实施例中约0.002至0.004英寸的厚度是优选的。带有诸如碳和金属的热传递增强添加剂的聚合物薄膜也是合适的。

MD模块12以有助于流体流23通过输入原料流22和输出流体流24而流入和流出的方式设置在罐20内。MD膜26、28和薄膜30、32定位在距彼此一定距离处，从而在MD模块12内限定多个通道。更具体而言，MD模块12构造成包括在其中的多个液体流动通道和蒸气流动通道。在一个实施例中，第一末端蒸气流动通道34形成于罐20的侧壁21和第一MD膜26之间且由侧壁21和第一MD膜26界定。第一液体流动通道36形成于第一MD膜26和第一热传递薄膜30之间且由第一MD膜26和第一热传递薄膜30界定。中间蒸气流动通道38形成于第一热传递薄膜30和第二MD膜28之间且由第一热传递薄膜30和第二MD膜28界定。第二液体流动通道40形成于第二MD膜28和第二热传递薄膜32之间且由第二MD膜28和第二热传递薄膜32界定。第二末端蒸气流动通道42形成于第二热传递薄膜32和罐20的侧壁21之间且由第二热传递薄膜32和侧壁21界定。交错的膜26、28和薄膜30、32形成MD模块12。

蒸气压缩机18的入口17联接到第一末端蒸气通道34，并且蒸气压缩机18的出口19联接到第二末端蒸气通道42。蒸气压缩机18与通道34和42的联接有助于将热蒸汽引入到MD模块12的一侧并从MD模块12的另一侧抽出较冷的蒸汽。在脱盐工艺期间，诸如输入原料流22的液体行进通过MD模块12，如由流体流23所指示地，并且脱盐后的产品作为输出(产品)流体流24离开MD模块12。更具体而言，要脱盐的液体经由输入原料流22引入到形成于MD膜26和热传递薄膜30之间的第一液体流动通道36。MD模块12可构造成使得流体流23与在通道34、36、38、40、42内的蒸气和热量传输方向逆流，如图1所示。备选地，流体流23可平行流过在每个重复MD模块12中的若干液体流动通道，如下面参照图2所述。备选地，流体流23可与通过在每个重复MD模块12中的若干液体流动通道的蒸气流的方向同向流动。

在图1所示的实施例中，各自由单个MD膜14和热传递薄膜16构成的两个重复的MD对44形成MD模块12并实现脱盐。应当理解，可以预料，可使用任何数量的MD对44来形成MD模块12，并且图1的实施例仅仅是说明性的，而并非意图进行限制。在每个重复的MD对44内，流体流23比存在于界定流体流23的热传递薄膜16的侧面上的蒸汽45更冷。这种温差导致蒸汽45在热传递薄膜16的表面15上的冷凝46，并导致相关联的潜热47通过热传递薄膜16传递到流体流23。此外，由于流体流23与MD膜14接触，流体流11的汽化发生(产生水蒸气48)，这消耗了从冷凝46吸收的潜热47的一部分，并且向蒸气流动通道34、38、42提供了略低温度和压力的蒸汽。

在脱盐期间，蒸气压缩机18压缩来自MD模块12的低温侧50的蒸汽60。蒸汽60的压缩继而造成温度的上升并形成具有比蒸汽60的温度更高的温度的热蒸汽62。热蒸汽62被引入到MD模块12的高温侧52。这样，跨MD模块12存在温度梯度。该温度梯度在蒸气流动通道34、38、42中造成从MD模块12的热侧50到冷侧52逐渐更低的蒸气压力。在MD膜26、28中的每一个的冷侧64上较低的蒸气压力驱使水蒸气48通量通过MD膜26、28。在每个重复对44中，行进通过MD膜26、28的水蒸气48凝结形成冷凝46并经由输出流体流24作为产品水被收集。根据蒸气压缩比和在MD模块12中的重复对44的数量，可跨MD模块12上保持不同的温度和蒸气压降。通常，重复对44越多，并且直接传递到蒸发的冷凝潜热的比例越高，热效率将越高。对于所压缩的一质量单位的蒸气来说，可合理预期将产生3-10单位的纯水形式的产品。

在常规的膜蒸馏配置中，冷凝水的潜热被传递到原料流的显热以实现高的热效率。这种常规方法的局限是，水的潜热与水的比热的比率使得冷凝流的质量流量远小于吸收潜热的液体流的质量流量。在所公开的实施例中，冷凝的潜热被直接传递到汽化的潜热。这样，输出流(冷凝)和输入原料流的质量流量可以是相同的数量级。这样简化了系统设计并使高效率MD模块的构造成为可能。

图2是根据另一个实施例的包括MD模块12和热交换器的脱盐系统100的示意图，该系统利用蒸气压缩多效膜蒸馏。在图1至图3中的相同数字可用来指示类似的元件。

在该实施例中，示出了包括膜蒸馏(MD)模块12的脱盐系统100，该模块包括以交替或交错配置布置且具有类似于图1所示的实施例的材料的多个MD膜14和热传递薄膜16。在该特定实施例中，脱盐系统100还包括蒸气压缩机18和热交换器101。

MD模块12设置在罐20等内，且构造成接收输入原料流22，输入原料流22具有不期望的物质，例如来自用于脱盐的液体源的盐或其它杂质。蒸气压缩多效膜蒸馏用来生成从MD模块出来的输出流(产品流)24，输出流24可以是具有相比输入原料流22较低浓度的盐或其它杂质的稀释液体。

在图示的实施例中，MD模块12可包括与第一热传递薄膜110、第二热传递薄膜112、第三热传递薄膜114和第四热传递薄膜116交错的第一MD膜102、第二MD膜104、第三MD膜106和第四MD膜108。MD模块12以有助于流体的流入和流出的方式设置在罐20内。可包括多个间隔件118以将膜102、104、106、108和薄膜110、112、114、116定位成距彼此一定距离以便在MD模块12内限定多个通道，并使膜102和薄膜116与对象20间隔一定距离。间隔件118可包括任何可渗透材料，包括膜和多孔材料以将膜102、104、106、108和薄膜110、112、114、116隔开。在非限制性示例中，间隔件可具有空间或其本身可以是空间，以形成行进通过用于处理的液体和蒸气的流动通道。典型形式的间隔件是织造的和非织造的筛网。

MD模块12构造成包括在其中的多个液体流动通道和蒸气流动通道。在一个实施例中，第一末端蒸气流动通道120形成于罐20的侧壁21和第一MD膜102之间。第一液体流动通道122形成于第一MD膜102和第一热传递薄膜110之间。第一中间蒸气流动通道124形成于第一热传递薄膜110和第二MD膜104之间。第二液体流动通道126形成于第二MD膜104和第二热传递薄膜112之间。第二中间蒸气流动通道128形成于第二热传递薄膜112和第三MD膜106之间。第三液体流动通道130形成于第三MD膜106和第三热传递薄膜114之间。第三中间蒸气流动通道132形成于第三热传递薄膜114和第四MD膜108之间。第四液体流动通道134形成于第四MD膜108和第四热传递薄膜116之间。第二末端蒸气流动通道136形成于第四热传递薄膜116和罐20的侧壁21之间。交错的MD膜102、104、106、108和薄膜110、112、114、116形成MD模块12。

蒸气压缩机18的入口17联接到第一末端蒸气通道120，并且蒸气压缩机18的出口19联接到第二末端蒸气通道136。蒸气压缩机与通道120和136的联接有助于将热蒸汽引入到MD模块12的一侧并从MD模块12的另一侧抽出较冷的蒸汽。在脱盐工艺期间，诸如输入原料流22的液体进入MD模块12并作为流体流23行进通过MD模块12，并且脱盐后的产品作为输出(产品)流体流24离开MD模块12。更具体而言，要脱盐的液态水作为流体流23经由输入原料流22引入到形成于MD膜102、104、106、108和热传递薄膜110、112、114、116之间的液体流动通道122、126、130、134。在图示的实施例中，MD模块12构造成使得流体流23并行通过在每个重复MD模块12中的若干液体流动通道122、126、130、134。

在图2所示的实施例中，各自由单个MD膜14和热传递薄膜16构成的四个重复MD对44形成MD模块12并实现脱盐。应当理解，可以预料，可使用任何数量的MD对来形成MD模块12，并且图2的实施例仅仅是说明性的，而并非意图进行限制。类似于此前描述的实施例，在每个重复的MD对44中，输入原料流23比存在于热传递薄膜16的相对侧上的蒸汽45更冷。由于这种温差，在热传递薄膜16中的每一个的表面上形成冷凝46，并且相关联的潜热47被传递到流体流23。此外，流体流23的汽化48发生，这消耗了从冷凝46吸收的潜热47的一部分，并且向在MD膜104、106、108的相对侧上的蒸气流动通道124、128、132和136提供了略低的温度和压力的蒸汽。

在脱盐期间，蒸气压缩机18压缩来自MD模块12的低温侧50的蒸汽60。热蒸汽62被引入到MD模块12的高温侧52。这样，跨MD模块12存在温度梯度。该温度梯度在蒸气流动通道120、124、128、132、136中造成从MD模块12的热侧50到冷侧52的逐渐更低的蒸气压力。在每个重复对44中，蒸气48穿过MD膜104、106、108并凝结形成冷凝46和经由输出流体流24作为产品水被收集。根据蒸气压缩比和在MD模块12中的重复对44的数量，可跨MD模块12保持不同的温度和蒸气压降。通常，具有更多重复对44的实施例，例如图2所示实施例，将比具有更少重复对44的实施例(例如图1所示实施例)具有更高比例的直接传递到蒸发的冷凝的潜热和更高的热效率。

如此前介绍的，热交换器101可包括在脱盐系统100中以提高热效率。热交换器101可形成为标准逆流热交换器，输入原料流22和输出流体流24行进通过其中。在脱盐工艺期间，从MD模块12输出的输出(产品)流体流24将具有高于环境条件且因此高于输入原料流22的温度。输出流体流24的热能可通过热交换器101传递到输入原料流22。将热交换器101并入系统100中有助于减少为产生蒸汽而必须供应至蒸气压缩机18的能量的量。

现在参看图3，示出了根据另一实施例的利用蒸气压缩多效膜蒸馏的脱盐系统200的示意图，该系统包括MD模块12、热交换器101和用于从液体流移除固体沉淀物(precipitate)的装置。脱盐系统200类似于此前描述的脱盐系统10和100。在图示的实施例中，脱盐系统200包括膜蒸馏(MD)模块12，模块12包括以交替或交错配置布置且具有类似于图1和图2中所示实施例的材料的多个MD膜14和热传递薄膜16。在该特定实施例中，脱盐系统200还包括蒸气压缩机18、热交换器101和结晶器202。

MD模块12构造成接收也称为盐水流的输入原料流22，输入原料流22具有不期望的物质，例如来自用于脱盐的液体源的盐或其它杂质。从MD模块出来的输出流体流(产品流)24可以是具有相比输入原料流22较低浓度的盐或其它杂质的稀释液体。

在图示实施例中，MD模块12可包括MD膜102、104、106、108，MD膜102、104、106、108与热传递薄膜110、112、114、116以参照图2一般地描述的方式交错，且因此不需要进一步的描述。此外，MD模块12构造成包括在其中的多个液体流动通道122、126、130和蒸气流动通道120、24、128、132、134。蒸气压缩机18的入口17联接到第一末端蒸气通道120，并且蒸气压缩机18的出口19联接到第二末端蒸气通道136。蒸气压缩机与通道120和136的联接有助于将热蒸汽引入到MD模块12的一侧并从MD模块12的另一侧抽出较冷的蒸汽。在脱盐工艺期间，诸如流体流23的液体行进通过MD模块12，并且脱盐后的产品作为输出(产品)流体流24离开MD模块。在图示实施例中，MD模块12构造成使得流体流23与在液体流动通道122、126、130和蒸气流动通道120、24、128、132、134内的蒸气和热量传输方向逆流。

在图3所示的实施例中，各自由单个MD膜14和热传递薄膜16构成的四个重复MD对44形成MD模块12并实现脱盐。应当理解，可以预料，可使用任何数量的MD对来形成MD模块12，并且图3的实施例仅仅是说明性的，而并非意图进行限制。

在脱盐期间，蒸气压缩机18压缩来自MD模块12的低温侧50的蒸汽60。热蒸汽62被引入到MD模块12的高温侧52并因此跨MD模块12实现温度梯度。在每个重复对44中，蒸气48行进通过MD膜104、106、108并凝结形成冷凝46和经由输出流体流24作为产品水被收集。

类似于图2的实施例，热交换器101可包括在脱盐系统200中以提高热效率。将热交换器101并入系统200中有助于减少为产生蒸汽而必须供应至蒸气压缩机18的能量的量。

在一些应用中，可期望使用蒸气压缩多效膜蒸馏来将输入原料流22浓缩至超出饱和极限，从而固体将沉淀在流体流23中。以这种模式操作有时被称为零液体排放(ZLD)，其中从流体流23回收的几乎所有产品或水都被循环至工厂，并且沉淀物固体的淤渣或浆液被移除以作为固体废料处置。如前所述，除了热交换器之外或代替热交换器101，脱盐系统200可包括用于从液态流体流23除去这些固体沉淀物的装置。更具体而言，且如图3所示，实施例可包括结晶器202。为了防止固体沉淀物在MD膜102、104、106、108和热传递箔110、112、114、116上，可使用呈结晶器202形式的结晶装置。结晶装置可在MD模块12的下游使用，但备选配置也包括在本文中。来自MD模块12的浓缩的液态流体流23将流入结晶装置，且更具体地结晶器202。该配置的结晶装置将允许足够的停留时间和流动条件，以允许颗粒从液态流体流23中沉淀。沉淀物将通过重力和构造为结晶器202的一部分的过滤装置分离并作为淤渣或浆液204而被除去。离开结晶器202过滤装置的剩余的液态流体流23将在溶解的固体中被还原并可作为输入原料流22返回到MD模块12的入口以用于进一步的水回收。

热交换器101和结晶器202可由本领域技术人员在所公开的脱盐系统中容易地实施。在一个非限制性示例中，结晶器202可以是热结晶器，例如干燥器。在某些应用中，可以不采用热交换器101和/或结晶器202。

如图3所示，结晶器202可包括构造成限定容纳区(未标示)以容纳液态流体流23的容器和限定结晶区(未标示)的结晶元件，该结晶元件设置成与容纳区流体连通。因此，在液态流体流23被循环到MD模块12的输入之前，盐或其它杂质的沉淀物颗粒的一部分可通过沉淀到容器的下部中而分离。

因此，如图3所示，液态流体流23被导向至结晶器202中以用于固液分离和循环。利用液态流体流23在MD模块12和结晶器202之间的循环，离子的沉淀(由离子形成)发生并且随时间推移而在结晶器202中增加。因此，直径大于规定直径的沉淀物颗粒可沉淀到结晶器容器206的下部中。同时，直径小于规定直径的其它沉淀物颗粒可分散在液态流体流23中并在输入原料流22中返回到MD模块12中以用于进一步脱盐处理。

在其它示例中，也可提供包括泵的装置208以有利于液体流23进入结晶器202中。

现在参看图4和图5，示出了多个公式300以用于确定最佳压力比(ε)302，该最佳压力比是最小化每单位产品水所需的驱动压缩机的能量所要求的。蒸气压缩机可在各种操作条件下使用。操作条件可由压缩机的出口流和入口流的压力比、压缩机的等熵效率以及入口或出口温度限定。所示公式300用来确定最佳压力比(ε)302，以最小化对每单位产品水驱动压缩机所需的能量。每单位压缩机蒸气提供给压缩机的功(w) 304通过假设理想气体行为来近似。增益输出比(GOR) 306是产品水与由压缩机供应的蒸汽的比率。公式300和图5中所示的图示表明，供应的能量(ε) 302对于小的压力比而言被最小化。在当压力比310接近1时的极限中，用来使流跨过膜312的驱动力在点314处接近零。因此，在对于压缩机最有效的操作点处，MD模块的尺寸将较大以实现所需的生产率。就资本费用和能源成本而言的最佳设计将是这些因素之间的折衷。

因此，公开了一种利用蒸气压缩多效膜蒸馏的水脱盐系统，该系统需要低的能量输入和低的资本成本。当使用水蒸气作为在逐渐更低的温度级中的热源时的回收潜热的概念被用于诸如多级闪蒸(flash)和多效蒸馏的常规热脱盐方法中。这些常规技术由昂贵的金属构成并且极其庞大，因为它们在真空条件下操作并且需要压力容器来包含低密度的水蒸气。在真空多效MD(VMEMD)中，这些尺寸和材料成本可减小，但VMEMD需要蒸汽源和大量的冷却源。由于蒸汽管道系统庞大并且冷凝物需要返回工厂，则整合工业蒸汽源可能是昂贵和不方便的。此外，冷却水要求可能比产品流量高5倍。这意味着，对于由给水(通常用于脱盐)冷却的系统来说，给水(海水)的进水系统(管道、泵、粗滤器、过滤器)需要相应地设计尺寸。这些要求大大地限制了VMEMD的应用。此外，为了实现高的热效率，VMEMD配置需要跨VMEMD组件的尽可能大的温差。该要求导致在模块的MD组的冷侧处的非常低的压力(<0.1巴)。低压将限制通过较冷的膜的蒸气的通量并因此增加系统的资本成本。

本文所公开的脱盐系统具有优于包括VMEMD的常规MD膜蒸馏技术的优点，因为蒸气压缩机提供模块的MD组或重复MD的低压侧所需的更高温度的蒸汽源和冷却。不需要外部热源和冷却源。因此，进水系统的尺寸可以比用于VMEMD的小得多，并且不需要蒸汽源。此外，通过在诸如1.2-1.5巴之间的适度的压力比，和诸如在80°C-120°C之间的压缩机输出温度下操作，整个MD组可以在高于约0.3巴的蒸气压力下操作且实现相对高的通量。此外，通过将MD模块的低成本构造所允许的多种效应与蒸气压缩相结合，可以实现比用于常规机械蒸气压缩系统显著更低的能量要求。由于构造的高成本，常规的机械蒸气压缩系统在实践中仅限于一个或两个效应。

虽然已在典型实施例中示出和描述了本公开，但其并非意图局限于所示细节，因为在不以任何方式脱离本公开的精神的情况下，可做出各种修改和替换。因此，在不利用超过常规实验的手段的情况下，本领域的技术人员可以想到本文所公开的公开内容的另外的修改和等同物，并且所有这样的修改和等同物都被认为是在由所附权利要求所限定的本公开的精神和范围内。

Claims

1. 一种脱盐系统，包括：

膜蒸馏模块，其设置在对象内且构造成接收用于脱盐的输入原料流并产生产品的输出流体流；以及

蒸气压缩机，其与所述膜蒸馏模块流体连通且构造成将热蒸汽引入到所述膜蒸馏模块的高温侧并从所述膜蒸馏模块的低温侧提取具有小于所述热蒸汽的温度的冷蒸汽，从而形成跨所述MD模块的温度梯度，

其中，由跨所述MD模块的温度梯度所产生的冷凝的潜热被直接传递到在所述输入原料流和所述输出流体流之间的液态流体流的脱盐期间的汽化的潜热。

2. 根据权利要求1所述的脱盐系统，其特征在于，还包括热交换器，所述热交换器与所述输入原料流和所述输出流体流流体连通，且构造成将热能从所述输出流体流传递到所述输入原料流。

3. 根据权利要求1所述的脱盐系统，其特征在于，还包括结晶器，所述结晶器与液态流体流流体连通，且构造成从所述液态流体流带走沉淀物。

4. 根据权利要求1所述的脱盐系统，其特征在于，还包括：热交换器，所述热交换器与所述输入原料流和所述输出流体流流体连通且构造成将热能从所述输出流体流传递到所述输入原料流；以及结晶器，所述结晶器与液态流体流流体连通且构造成从所述液态流体流带走沉淀物。

5. 根据权利要求1所述的脱盐系统，其特征在于，所述膜蒸馏模块还包括多个重复对，每个重复对由膜蒸馏膜和热传递薄膜构成。

6. 根据权利要求1所述的脱盐系统，其特征在于，所述膜蒸馏模块还包括与多个热传递薄膜交错的多个膜蒸馏膜，所述多个膜蒸馏膜和所述多个热传递薄膜构造成间隔开以限定在两者间的多个通道。

7. 根据权利要求6所述的脱盐系统，其特征在于，还包括各自由膜蒸馏膜和热传递薄膜界定的多个液体流动通道。

8. 根据权利要求7所述的脱盐系统，其特征在于，还包括第一末端蒸气流动通道和第二末端蒸气流动通道，所述第一末端蒸气流动通道形成于膜蒸馏膜和其中设置所述膜蒸馏模块的所述对象的表面之间且由所述膜蒸馏膜和所述表面界定，所述第二末端蒸气流动通道形成于热传递薄膜和其中设置所述膜蒸馏模块的所述对象的表面之间且由所述热传递薄膜和所述表面界定。

9. 根据权利要求6所述的脱盐系统，其特征在于，所述多个膜蒸馏膜由至少一种多孔疏水性聚合物薄膜形成。

10. 根据权利要求6所述的脱盐系统，其特征在于，所述多个热传递薄膜由金属箔或聚合物薄膜中的一种形成。

11. 根据权利要求1所述的脱盐系统，其特征在于，所述蒸气压缩机还包括入口和出口，所述入口联接到由膜蒸馏膜和其中设置所述膜蒸馏模块的所述对象的表面界定的蒸气通道，所述出口联接到由热传递薄膜和其中设置所述膜蒸馏模块的所述对象的表面界定的蒸气通道。

12. 一种脱盐方法，包括：

在输入原料流中供应未净化的液体；

提供膜蒸馏模块，所述膜蒸馏模块设置在对象内且构造成接收用于脱盐的所述输入原料流并产生至少部分地净化的液体的输出流体流；

提供与所述膜蒸馏模块流体连通的蒸气压缩机；

使所述输入原料流作为流体流行进通过所述膜蒸馏模块，同时从所述膜蒸馏模块的低温侧抽出蒸汽，压缩所述抽出的蒸汽以产生具有比所述抽出的蒸汽更高的温度的热蒸汽，以及将所述热蒸汽引入到所述膜蒸馏模块的高温侧，从而跨所述MD模块形成温度梯度，以及

其中，由跨所述MD模块的温度梯度所产生的冷凝的潜热被直接传递到在所述脱盐工艺期间的汽化的潜热。

13. 根据权利要求12所述的脱盐方法，其特征在于，所述膜蒸馏模块还包括多个膜蒸馏膜和多个热传递薄膜，所述多个膜蒸馏膜和热传递薄膜构造成交错的间隔开的关系，以形成行进通过所述膜蒸馏模块的多个液体流动通道和多个蒸气流动通道。

14. 根据权利要求13所述的脱盐方法，其特征在于，所述流体流与蒸气和热量在所述通道中传输的方向逆流流动。

15. 根据权利要求13所述的脱盐方法，其特征在于，所述流体流在所述通道内平行流动。

16. 根据权利要求13所述的脱盐方法，其特征在于，还包括各自由膜蒸馏膜和热传递薄膜界定的多个液体流动通道。

17. 根据权利要求16所述的脱盐系统，其特征在于，还包括第一末端蒸气流动通道和第二末端蒸气流动通道，所述第一末端蒸气流动通道形成于膜蒸馏膜和其中设置所述膜蒸馏模块的对象的表面之间且由所述膜蒸馏膜和所述表面界定，所述第二末端蒸气流动通道形成于热传递薄膜和其中设置所述膜蒸馏模块的对象的表面之间且由所述热传递薄膜和所述表面界定。

18. 根据权利要求17所述的脱盐系统，其特征在于，所述蒸气压缩机还包括联接到所述第一末端蒸气通道的入口和联接到所述第二末端蒸气通道的出口。

19. 根据权利要求13所述的脱盐系统，其特征在于，所述多个膜蒸馏膜由至少一个多孔疏水性聚合物薄膜形成。

20. 根据权利要求13所述的脱盐系统，其特征在于，所述多个热传递薄膜由金属箔或聚合物薄膜中的一种形成。