CN100463871C

CN100463871C - 制备纯水的设备及方法

Info

Publication number: CN100463871C
Application number: CNB2004100405381A
Authority: CN
Inventors: 李武学
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2024-08-20
Also published as: CN1736884A

Abstract

本发明公开一种制备纯水的设备及方法，所述设备包括冷凝水采集装置，它与生产和采暖用蒸汽冷凝水管网相连，其特征是：还包括两个或两个以上降温水槽和至少一个虹吸管，所述降温水槽中至少有一个与所述冷凝水采集装置相连；至少两个降温水槽之间通过虹吸管相连。本发明利用虹吸管和虹吸原理，可以在不消耗动力的情况下将收集到的冷凝水输送到下一级降温水槽，通过普通的水槽进行降温。因采用的设备非常简单，成本极低。并且能使水温降到合适的温度的同时，保证了水的纯度。本发明可以回收冬季工厂生产和采暖使用过的蒸汽生成的冷凝水，大量制备用于工业生产的纯水，可以满足大工业生产的需要。

Description

制备纯水的设备及方法

技术领域：

本发明涉及一种制备纯水的设备及方法。

背景技术：

目前常用的制备纯水的方法有如下几种：(1)化学实验室利用蒸汽冷凝水制备少量纯水；(2)利用反渗透工艺等制备大量纯水；(3)利用树脂离子交换技术制备大量纯水。但它们都有明显的缺点：

(1)化学实验室制备蒸馏水(即纯水)的设备产量低，不能适应需要大量纯水的工业生产，而且也存在水温过高，降温所需过程长、所需设备复杂、成本高的问题。

(2)反渗透工艺就目前国内的使用状况看，其对水的利用效率只有30％～50％，浪费较为严重。而且反渗透膜容易穿透损坏，更换成本昂贵，工艺复杂，要求专业人员管理使用，设备昂贵。

(3)树脂离子交换技术制备纯水系统需要在工作一段时间以后，及时对阳柱和阴柱加入酸、碱进行再生处理，否则水的纯度难以保证。

另一方面，冬季工厂生产和采暖使用大量的蒸汽。如果蒸汽产生的冷凝水未被回收利用，造成水资源浪费。其实，冷凝水自身就已经是符合要求的纯水了，只是现有技术还不能够善加利用。现有技术中，对此采暖冷凝水的处理途径有两种：回收和排放。电厂一般是希望工厂回水的，但这种回水，需要在电厂和工厂之间铺设回水管路；而且电厂利用的主要是回水中所含的热量，即回水温度越高越好。如果工厂和电厂之间的距离太大，回水温度低，回水的干净程度得不到保证，回水的价值就降低了；但是此时冷凝水的温度对于普通用途而言还是偏高，如果采用封闭式热交换散热片等其它方式回收，成本高，所以经常可以看到把冷凝水排掉的现象。

发明内容：

本发明的目的就是为了解决上述现有技术中，生产纯水成本高，而生产和取暖用的蒸汽产生的冷凝水回收后温度不适宜或水纯度不够，而进一步加工成本过高、排放掉会造成浪费的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种制备纯水的设备，包括冷凝水采集装置，它与生产和采暖用蒸汽冷凝水管网相连，其特征是：还包括两个或两个以上降温水槽和至少一个虹吸管，所述降温水槽中至少有一个与所述冷凝水采集装置相连；至少两个降温水槽之间通过虹吸管相连。

为实现上述目的，本发明还提出一种制备纯水的方法，包括如下步骤：A、从生产和采暖用蒸汽冷凝水管网中采集冷凝水；(B)将采集到的冷凝水引入到第一级降温水槽；(C)通过虹吸管将第一级降温水槽中的水引入到下一级降温水槽；(D)重复步骤(C)，通过虹吸管将前一级降温水槽中的水引入到下一级降温水槽，直到两级或多级降温水槽中最后一级降温水槽内的水温降到预定的温度。

由于采用了以上的方案，利用虹吸管和虹吸原理，可以在不消耗动力的情况下将收集到的冷凝水输送到下一级降温水槽，通过普通的水槽进行降温。因采用的设备非常简单，成本极低。并且能使水温降到合适的温度的同时，保证了水的纯度。本发明可以回收冬季工厂生产和采暖使用过的蒸汽生成的冷凝水，大量制备用于工业生产的纯水，可以满足大工业生产的需要。采用本发明所描述的系统，从社会整体上看，不仅充分利用水资源、节约动力，还可以免除敷设回水管路的费用。

本发明的其他目的和效果将通过下述具体实施方式进行说明。

附图说明：

图1是本发明实施例一原理示意图。

图2是本发明实施例一虹吸管设置位置示意图。

图3是本发明实施例二虹吸管形状示意图。

具体实施方式：

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

见图1，该制备纯水的设备包括冷凝水采集装置11、和虹吸管20，冷凝水采集装置11与生产和采暖用蒸汽冷凝水管网相连，降温水槽12、13、14、15中的第一级降温水槽12与冷凝水采集装置11相连(图中是通过阀门，但也不排除用虹吸管)。这样，就可以从生产和采暖用蒸汽冷凝水管网中采集冷凝水，通过虹吸管将采集到的冷凝水引入到降温水槽。

为进一步提高降温效果，所述降温水槽12、13、14、15有两个或两个以上(本例为四个)，它们之间依次通过虹吸管20相连，这样，通过虹吸管将前一级降温水槽中的水引入到下一级降温水槽，重复此步骤，直到两级或多级降温水槽中最后一级降温水槽内的水温降到预定的温度。如图1所示，12、13、14为开放式水槽，15为封闭式水槽，顶部开有一个观察、透气孔151，透气孔上有盖子152。

为了控制水流，所述虹吸管20上有阀门21，用于控制虹吸管20与外界空气连通或隔绝。通过控制虹吸管中的阀门控制虹吸现象的作用与停止。比如，当需要清洗水槽时，可以打开阀门21，使其内部与外界空气连通，则虹吸现象消失，水槽与水槽之间的水流中断，此时即可对其中一个水槽进行清洗。清洗后封闭阀门，则虹吸管又可以正常工作。

如图2所示，为了使前一级水槽中的水能尽可能多地流入到下一级水槽，虹吸管的入水口201和出水口202距离水槽底部的高度大致相等，但出水口202一定要比入水口201距离水槽底部18较近(如图2：建议100mm≥A>0)，以便前一级水槽中的水能尽可能多地流入下一级水槽。具体解释如下：(1)入水口201一定要高于出水口202是因为我们的目的是要把前一级水槽(即：入水口201所在的水槽)中的水尽可能地导入下一级水槽(即：出水口202所在的水槽)。如果出水口202高于入水口201，则有可能在前一级水槽中的水面尚未降至与入水口201等高的位置的时候，由于出水口202已经到达了下一级水槽的水面、暴露在空气之中而中断虹吸作用，造成前一级水槽的水不能充分流入下一级水槽，前一级水槽的水面受制于下一级水槽的水面的反常现象；(2)虹吸管的内壁有一定的阻力，两个管口存在高度差，可以造成一定的势能以克服管壁的阻力。0~100mm的规范，既可以产生足够的势能，又限制此势能不会太大(如果势能太大，则水流冲击力大，容易搅动水槽底部18的沉积物，使水变混浊)。在本实施例中，入水口201和出水口202的落差是50mm。

两管口接近水槽的底部，但仍与水槽底部18保持一定距离(建议400mm≥B≥200mm)，具体数值视情况而定。这样一来，实际上入水口201距离水槽底部18的距离是300~500mm，这样一段距离的选取主要是考虑到入水口201所作的水槽的底部可能有沉淀物。入水口201距离水槽底部18保持这样一段距离，既可以避免把沉淀物吸入下一级水槽，又不至于距离水槽的底部过远而导致水槽里残留过多的水。给出这样一个尺寸范围，关键的问题在于要保证(1)入水口201距离水槽底部18不可过低(小于300mm则容易吸入沉淀物)，也不可过高(大于500mm则入水口一侧残留的水太多)；(2)入水口201与出水口202之间有0(必须大于0，即出水口的位置一定要比入水口低)~100mm(过大则势能大，容易搅浑下一级的水)的落差。在本实施例中，出水口202距离水槽底部为250mm。

如果需要进一步加强降温效果，如图3所示，可以使所述虹吸管20中包含有蛇形散热性部分，例如将其中部暴露于空气的部分设置成蛇形散热管，类似一个散热栅片。通过使虹吸管形状为蛇形，在虹吸管使水流降温。

其工作原理和过程如下：

1、蒸汽冷凝水导入冷凝水采集装置11内；

2、冷凝水采集装置11内的水通过阀门进入降温水槽12；

3.虹吸管的管径大小跟水量有关：水量大则管径大。初次使用的时候，水从冷凝水采集装置11进入降温水槽12；当水面超过虹吸管的入口以后，水进入虹吸管内，并与降温水槽12内的水保持相同的液面高度。降温水槽12内水面继续上升，当液面超过虹吸管水平部分的高度时，在压力的作用下水流入下一级水槽，即降温水槽13。当降温水槽13内的液面超过虹吸管出水口以后，在整个虹吸管内形成连续的水柱；此后只要出水口和入水口均埋入水面以下，无论降温水槽12内的液面是否超过虹吸管水平部分的高度，降温水槽12内的液体均可在虹吸力的作用下进入降温水槽13。造成两槽水温差的同时，实现漂浮物和沉淀物的分离；依次类推。最终所有水槽内的水面几乎在同一个水平面上。

4、当水到达封闭水槽时，温度已经降至许用温度，并保持了洁净程度和电导率。

5、经过精滤器16，成品水的电导率为10以下，相当于一般自来水经一级反渗透系统处理后的电导率(<10μS/cm)，可以满足一般工业生产对纯水的要求。

6、如果要进一步提高电导率，可以在精滤器16的后面串联一个混合柱，使电导率接近于0。混合柱起到提高纯度的作用。精滤器和混合柱市面上可以买到。

处理后的纯水的电导率为10以下，除医疗和民用饮水(主要考虑夏季停用以后细菌滋生的问题)以外，可广泛应用于工业和化工业、实验室所需的纯水。

本发明采用虹吸管，将各水槽连接组合，巧妙地利用了自然界中压力差、温度差、高度差等特性，实现了以下优点：

自然降温，不用冷却设备。可节约设备采购成本和设备使用的动力消耗成本。巧妙的管路设计，实现了：(1)利用虹吸原理，使前一级水槽中的水在无机器驱动的情况下也能进入下一级水槽，节约购买水泵的设备采购成本和水泵运转造成的动力消耗费用。(2)由于水的比重随着温度的升高而降低，所以在水槽内部形成了水流，使温度高的水向接触空气的散热层运动，而温度低的水沉在水槽的底部。多级串联系统中，在虹吸现象的作用下，从前一级水槽进入下一级水槽的水都是在前一级水槽冷却过的水，所以能够实现各个水槽里的水温度逐级下降。即使冷凝水入槽处的温度很高，仍可实现末端水槽的水温符合特定的温度需求；实现快速冷却。(3)由于采用自然降温，为了增强水面的换热能力，前几级水槽均是开放式的。前一级水槽的出水管接近水槽的底部，不仅保证通过虹吸管进入下一级水槽的水是温度较低的水，而且保证前一级水槽表面的漂浮物不会进入下一级水槽。(4)前一级水槽的水管接近水槽的底部但仍距离水槽底部有一定距离，保证前一级水槽底部的沉淀物不会被吸入下一级水槽。

Claims

1.一种制备纯水的设备，包括冷凝水采集装置(11)，它与生产和采暖用蒸汽冷凝水管网相连，其特征是：还包括两个或两个以上降温水槽(12、13、14、15)和至少一个虹吸管(20)，所述降温水槽(12、13、14、15)中至少有一个与所述冷凝水采集装置(11)相连；至少两个降温水槽(12、13、14、15)之间通过虹吸管(20)相连。

2.如权利要求1所述的制备纯水的设备，其特征是：所述虹吸管(20)上有阀门(21)。

3.如权利要求1或2所述的制备纯水的设备，其特征是：所述虹吸管(20)的入水口(201)高度高于其出水口(202)的高度；所述入水口(201)和出水口(202)位于水槽下部。

4.如权利要求3所述的制备纯水的设备，其特征是：所述虹吸管(20)的入水口(201)高度高于其出水口(202)的高度的高出量(A)大于0小于等于100mm；所述出水口(202)距水槽底部(18)的距离为200mm至400mm。

5.如权利要求1或2所述的制备纯水的设备，其特征是：所述虹吸管(20)中包含有蛇形散热部分。

6.如权利要求2所述的制备纯水的设备，其特征是：所述降温水槽至少有一个开放式水槽(12、13、14)和一个封闭式水槽(15)，在封闭式水槽(15)顶部开有一个观察、透气孔(151)，透气孔上有盖子(152)。

7.一种制备纯水的方法，其特征是包括如下步骤：

(A)从生产和采暖用蒸汽冷凝水管网中采集冷凝水；

(B)将采集到的冷凝水引入到第一级降温水槽；

(C)通过虹吸管将第一级降温水槽中的水引入到下一级降温水槽；

(D)重复步骤(C)，通过虹吸管将前一级降温水槽中的水引入到下一级降温水槽，直到两级或多级降温水槽中最后一级降温水槽内的水温降到预定的温度。

8.如权利要求7所述的制备纯水的方法，其特征是还包括步骤(E)：在步骤(C)或(D)中，通过控制虹吸管中的阀门控制虹吸现象的作用与停止。

9.如权利要求7或8所述的制备纯水的方法，其特征是：在步骤(C)或(D)中，设置虹吸管的入水口位于降温水槽的下部。

10.如权利要求7或8所述的制备纯水的方法，其特征是：在步骤(C)或(D)中，通过使虹吸管形状为蛇形，在虹吸管使水流降温。