CN102849811A - 一种超重力真空蒸发海水淡化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超重力真空蒸发海水淡化方法，包括：提供海水淡化装置；以及进行海水淡化，其中，海水淡化装置包括海水泵、超重力真空蒸发室、摩擦换热器和真空泵。超重力真空蒸发室包括：转轴、淡水槽、海水槽、海水进口、抽气口、淡水出口、浓海水出口和导流片。摩擦换热器包括：转轴、冷海水入口、热海水出口和摩擦碟片。海水通过海水泵进入摩擦换热器中并进行预热，淡水槽和海水槽在转轴的带动下旋转并在中心处形成无水区域后，通入海水进行海水淡化，发生蒸发并冷凝得到淡水。本发明所述的方法简单，不需添加化学试剂，无需外加热源，环境友好，其可由电能驱动，也可由可再生能源、尤其是风能、水能等可再生机械能源直接或间接驱动。

Description

一种超重力真空蒸发海水淡化方法

技术领域

本发明涉及海水、苦咸水淡化和污水净化领域，具体地说，本发明涉及一种超重力真空蒸发海水淡化方法。

背景技术

经过50余年的发展，世界上海水淡化的方法主要有热法和膜法。热法海水淡化技术主要为蒸馏法，包括多级闪蒸和低温蒸馏技术。低温蒸馏技术是使蒸发室内保持一定的真空度，即呈负压状态，使海水在较低温度下蒸发变成蒸汽，蒸汽遇冷凝结成淡水。由于低温蒸馏法淡化海水可以利用太阳能等低品位能源，对装置的腐蚀性较低等原因，近年来发展迅速，但其主要缺点是维持蒸发器内真空度需要大量电能，供水和蒸发后浓海水排放也需要消耗大量泵功，因而工程造价较高。如中国专利CN 2344390Y、CN 1473765A、CN 200978230Y等都是利用真空泵来获得海水低温淡化所需的真空环境。

中国专利CN 101177308A为了节省维持蒸发器内真空所需的大量电能及供电和蒸发后浓海水排放的大量泵功，利用海水重力和大气压力自然方法产生真空，装置不需安装给水泵和排水泵，所需能量比传统方式少，具有较高的综合能源利用效率。但是这种方法利用自然重力获得真空，设备高度高、体积庞大，对空间要求很高。

利用旋转产生的超重立场来实现海水淡化是近几年提出的构想，如中国专利CN 1724396A和CN 1872713A均在超重立场的作用下，通过改变容器中海水溶质的分布，使溶质因比重不同而分层，从而在不同位置上提取含盐度不同的水。但是此类方法无法一次性得到所需淡水，需要串联多级设备才能得到盐度较低的产品水。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的超重力真空蒸发海水淡化方法，其利用真空泵结合超重力工况实现低温热法海水淡化所需的真空环境，减小真空泵负荷、降低真空泵抽气时间，从而节约能量，提高海水淡化效率。

为了实现本发明的目的，本发明提供一种超重力真空蒸发海水淡化方法，包括：提供海水淡化装置；以及使用所述海水淡化装置进行海水淡化，其中，

所述海水淡化装置包括：

海水泵；

超重力真空蒸发室，所述超重力真空蒸发室包括：

穿过所述超重力真空蒸发室设置的转轴，所述转轴和所述超重力真空蒸发室的壳体之间设置机械密封；

淡水槽，所述淡水槽位于所述超重力真空蒸发室内部，并且围绕所述转轴而设置于其上，所述淡水槽包括：

设置在所述淡水槽底部中间的漏水孔，所述漏水孔上方设置漏水阀，所述漏水阀上方设置筛板雾化器，

设置在所述淡水槽的侧面外缘上端的导流片，

与所述超重力真空蒸发室的壳体顶部固定连接的静挡板，所述静挡板上设置不凝气出口，并且所述静挡板和所述淡水槽配合形成淡水溢水口，和

设置在所述淡水槽底部的排污口；

位于所述超重力真空蒸发室内部、并且围绕所述转轴而设置于其上的海水槽，所述海水槽的顶部和所述淡水槽的底部固定，并且通过连杆阀相连，所述海水槽通过所述漏水孔和所述淡水槽相通，所述海水槽的底部设置排污口，所述海水槽的侧面外缘上端的导流片；

位于所述超重力真空蒸发室的壳体上方的海水进口和抽气口，雾化器与所述海水进口相连，所述海水进口与所述超重力真空蒸发室的壳体之间设置静密封；

位于所述超重力真空蒸发室的壳体侧面的淡水出口和浓海水出口、以及位于所述淡水出口处的导流片和位于所述浓海水出口处的导流片；以及

设置在所述超重力真空蒸发室的壳体内壁上的导流片；

摩擦换热器，所述摩擦换热器包括：

穿过所述摩擦换热器设置的转轴，所述转轴和所述摩擦换热器的壳体之间设置机械密封；

分别设置在所述摩擦换热器的壳体侧面上方和下方的冷海水入口和热海水出口，所述冷海水入口和所述热海水出口均与海水盘管相连；和

摩擦碟片，所述摩擦碟片位于所述海水盘管内侧，并且固定在所述转轴上；

以及，真空泵。

如本文中使用的，术语“超重力”是指利用流体旋转产生相当于重力加速度10~10⁵倍的离心加速度，从而获得“超重力”场。根据流体静力学原理和相平衡原理，此时在旋转流体中心可获得与当地温度所对应饱和蒸汽压大小相当的真空区域。

如本文中使用的，术语“真空”是指室温所对应的海水饱和蒸汽压，绝压在1.2~4.3kPa的范围。

优选地，穿过所述超重力真空蒸发室设置的转轴和穿过所述摩擦换热器设置的转轴是相同的转轴。

在海水淡化处理量很大，超重力真空蒸发室和摩擦换热器的体积较大，无法或不宜用相同的转轴驱动的情况下，优选地，穿过所述超重力真空蒸发室设置的转轴和穿过所述摩擦换热器设置的转轴是不同的转轴，并且它们之间通过传动装置连接。如本文中使用的，术语“传动装置”是指可以在两种转轴之间传递能量并使其一起运动的装置。例如，本领域技术人员可以在转轴之间使用带轮连接以使转轴共同驱动。这种安排不仅可以满足超重力真空蒸发室和摩擦换热器的各自的空间需求、易于空间排布、减轻转轴负荷、提高转轴寿命，而且可以减小超重力真空蒸发室和摩擦换热器的相互影响，从而提高本发明所述的种海水淡化装置的设计和运行的灵活性。

优选地，所述海水槽和所述淡水槽均为圆柱状，并且所述海水槽的直径为所述淡水槽的直径的0.5～0.9倍，所述海水槽和所述淡水槽与所述转轴等角速度旋转。

优选地，所述导流片均为锥形薄片，并且锥度θ在30~80°之间。

优选地，所述筛板雾化器包括2~10个圆形筛板和筛板架，所述筛板上设置有直径在1~3mm之间的圆孔，所述筛板架为圆筒形，所述筛板架上端高出第一层筛板的高度与所述第一层筛板距离所述雾化器的高度相同。

优选地，所述漏水阀包括阀盖、阀衬和弹簧，所述阀衬由密封弹性材料制成并且直径比所述漏水孔的直径大1~3mm。

优选地，所述连杆阀包括淡水阀盖、淡水阀衬、弹簧、海水阀盖、海水阀衬和连杆，所述淡水阀衬和所述海水阀衬均由密封弹性材料制成并且直径比所述连杆阀穿过的孔的孔径大1~3mm。

优选地，浓海水出口和淡水出口均与超重力真空蒸发室腔体相切，相应连接管道上设有液位控制阀，使得管道与外界压强通过液封隔绝。

优选地，所述摩擦碟片包括10~100个水平放置的环形薄板，所述环形薄板厚度在2~5mm之间，间距在5~30mm之间。

优选地，所述摩擦换热器中填充硅油或热敏性流体。

在使用本发明所述的种海水淡化装置前，首先要用淡水充满海水槽和淡水槽；当摩擦换热器中硅油达到预定温度，淡水槽和海水槽在转轴的带动下旋转并在中心处形成无水区域后，可以通入海水，开始进行海水淡化操作。海水通过海水泵进入摩擦换热器，与所述摩擦换热器中的硅油换热得到预热，之后经过雾化器进入超重力真空蒸发室，发生蒸发并冷凝得到淡水；海水蒸发所需真空环境及产生的不凝气体由所述真空泵抽气辅助超重力工况实现；超重力工况和预热海水所需热量均通过转轴的旋转获得；过程可由电能驱动，也可由可再生能源、尤其是风能、水能等可再生机械能源直接或间接驱动。

本发明所述的海水淡化方法操作简单，不需添加化学试剂，无需外加热源，环境友好，其可由电能驱动，也可由可再生能源、尤其是风能、水能等可再生机械能源直接或间接驱动。

附图说明

图1是实施例1的海水淡化装置的结构示意图；

图2是本发明的筛板雾化器的结构示意图；

图3是本发明的摩擦换热器的结构示意图；

图4是本发明的摩擦碟片的结构示意图；

图5是本发明的漏水阀的结构示意图；

图6是本发明的连杆阀的结构示意图；

图7是实施例1的运行中的海水淡化装置的结构示意图；

图8是实施例2的海水淡化装置的结构示意图。

图中：1、海水泵；2、冷海水进口；3、超重力真空蒸发室；4、海水槽；5、固定块；6、浓海水出口；7、淡水槽；8、淡水出口；9、9’、导流片；10、抽气口；11、真空泵；12、不凝气出口；13、热海水进口；14、雾化器；15、静密封；16、筛板雾化器；17、漏水阀；18、漏水孔；19、静挡板；20、淡水溢水口；21、连杆阀；22、排污口；23、机械密封；24、热海水出口；25、摩擦换热器；26、26’、转轴；27、海水盘管；28、摩擦碟片。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

图1示意性示出一种海水淡化装置的示意图，其包括：海水泵1、超重力真空蒸发室3、摩擦换热器25和真空泵11。在本文中，所述海水泵1和真空泵11并不特别限定，只要其可以起到泵送的功能即可。

所述超重力真空蒸发室3包括：穿过所述超重力真空蒸发室3设置的转轴26，所述转轴26和所述超重力真空蒸发室3的壳体之间设置机械密封23；淡水槽7，所述淡水槽7位于所述超重力真空蒸发室3内部，并且围绕所述转轴26而设置于其上；所述淡水槽7包括：设置在所述淡水槽7底部中间的漏水孔18，所述漏水孔18上方设置漏水阀17，所述漏水阀17上方设置筛板雾化器16，设置在所述淡水槽7的侧面外缘上端的导流片9，与所述超重力真空蒸发室3的壳体顶部通过螺钉固定连接的静挡板19，所述静挡板19上设置不凝气出口12，并且所述静挡板19和所述淡水槽7配合形成淡水溢水口20，和设置在所述淡水槽7底部的排污口22；位于所述超重力真空蒸发室3内部、并且围绕所述转轴26而设置于其上的海水槽4，所述海水槽4的顶部和所述淡水槽7的底部通过固定块5焊接而固定，并且通过两个连杆阀21相连，所述海水槽4通过所述漏水孔18和所述淡水槽7相通，所述海水槽4的底部设置排污口22，所述海水槽4的侧面外缘上端的导流片9’；位于所述超重力真空蒸发室3的壳体上方的海水进口13和抽气口10，雾化器14与所述海水进口13相连，所述海水进口13与所述超重力真空蒸发室3的壳体之间设置静密封15；位于所述超重力真空蒸发室3的壳体侧面的淡水出口8和浓海水出口6，以及位于所述淡水出口8处的导流片9和位于所述浓海水出口6处的导流片9’；以及设置在所述超重力真空蒸发室3的壳体内壁上的导流片9。设置在所述淡水槽7的侧面外缘上端的导流片9和位于所述淡水出口8处的导流片9彼此配合以进行液体的导向；所述海水槽4的侧面外缘上端的导流片9’和位于所述浓海水出口6处的导流片9’彼此配合以进行液体的导向。

图3示意性示出摩擦换热器25的示意图。所述摩擦换热器25中填充硅油或热敏性流体以便进行导热。所述摩擦换热器25包括：穿过所述摩擦换热器25设置的转轴26，所述转轴26和所述摩擦换热器25的壳体之间设置机械密封23；分别设置在所述摩擦换热器25的壳体侧面上方和下方的冷海水入口2和热海水出口24，所述冷海水入口2和所述热海水出口24均与海水盘管27相连；和摩擦碟片28，所述摩擦碟片28位于所述海水盘管27内侧，并且固定在所述转轴26上。图4示意性示出摩擦碟片28的示意图。所述摩擦碟片28包括50个水平放置的环形薄板，所述环形薄板厚度在3mm左右，间距在20mm左右。

如本文中使用的，固定的方式并不特别限制，本领域技术人员可以使用任何方式来进行固定，只要能够达到不再移动的效果即可。

所述海水槽4和所述淡水槽7均为圆柱状容器，并且所述海水槽4的直径为所述淡水槽7的直径的0.6倍，所述海水槽4和所述淡水槽7与所述转轴26等角速度旋转。

所述导流片9和9’均为锥形薄片，并且锥度θ在60°左右。

图2示意性示出筛板雾化器16的示意图。所述筛板雾化器16包括5个圆形筛板和筛板架，所述筛板上设置有直径在2mm左右的圆孔，所述筛板架为圆筒形，所述筛板架上端高出第一层筛板的高度与所述第一层筛板距离所述雾化器14的高度相同。

图5示意性示出漏水阀17的示意图。漏水阀17包括阀盖、阀衬和弹簧，所述阀衬由密封弹性材料制成并且直径比所述漏水孔18的直径大2mm。当水充满所述筛板架空间或整个淡水槽7时，水的重力作用使所述漏水阀17落下填满所述漏水孔18，从而处于关闭状态；否则处于开启状态。

图6示意性示出漏水阀17的示意图。所述连杆阀21包括淡水阀盖、淡水阀衬、弹簧、海水阀盖、海水阀衬和连杆，所述淡水阀衬和所述海水阀衬均由密封弹性材料制成并且直径比所述连杆阀21穿过的孔的孔径大2mm。所述连杆阀21的淡水槽7侧阀体始终处于关闭状态，当所述阀体上方一直到淡水槽7顶部充满水时，所述连杆阀21向下运动，使得海水槽4侧阀体打开，形成海水溢水口。

浓海水出口6和淡水出口8均与超重力真空蒸发室3的腔体相切，相应连接管道上设有液位控制阀，使管道与外界压强通过液封隔绝。

在进行超重力真空蒸发海水淡化方法时，首先将淡水槽7和海水槽4中充满淡水，利用真空泵11抽气使超重力真空蒸发室3内气体压强达到室温所对应的海水蒸汽压（1.0~4.3kPa）；然后启动转轴26，带动淡水槽7、海水槽4及摩擦换热器25进行旋转，运行稳定后淡水槽7和海水槽4中心出现如图7所示低压无水区域，即为海水真空蒸发区域。摩擦换热器25内的硅油与旋转的摩擦碟片28摩擦生热达到预定温度（40~80℃）。此时海水通过所述海水泵1进入所述摩擦换热器25，与所述摩擦换热器25中的硅油换热得到预热，之后经过雾化器14进入所述超重力真空蒸发室3，在海水真空蒸发区域蒸发。蒸汽由于温差流向淡水槽7的外缘淡水处，冷凝得到的淡水经淡水溢水口20最终从淡水出口8排出。蒸发后剩余海水经漏水阀17进入海水槽4，经过连杆阀21打开的海水槽4内的通道通过浓海水出口6排出。海水蒸发所需真空环境及产生的不凝气体由所述真空泵11抽气辅助超重力工况实现；超重力工况和预热海水所需热量均通过转轴的旋转获得。转轴可由电能驱动，也可由可再生能源、尤其是风能、水能等可再生机械能源直接或间接驱动。

通过采用相同的原理，可以采用实施例1的装置来进行污水净化。

实施例2

图8示意性示出另一种海水淡化装置，其和实施例1中的海水淡化装置完全相同，不同之处在于超重力真空蒸发室3和摩擦换热器25不是由同一根转轴驱动，即转轴26和转轴26’是不同的转轴，并且它们之间通过带轮连接。本实施例适用于海水淡化处理量很大，超重力真空蒸发室3和摩擦换热器25的体积大，无法或不宜用一根转轴驱动的情况。这种安排不仅可以满足超重力真空蒸发室3和摩擦换热器25的各自的空间需求、易于空间排布，减轻转轴负荷、提高转轴寿命，而且可以减小超重力真空蒸发室3和摩擦换热器25的相互影响，从而提高超重力真空蒸发海水淡化工艺流程和装置设计和运行的灵活性。

Claims (10)

1.一种超重力真空蒸发海水淡化方法，包括：提供海水淡化装置；以及使用所述海水淡化装置进行海水淡化，其中，

所述海水淡化装置包括：

海水泵（1）；

超重力真空蒸发室（3），所述超重力真空蒸发室（3）包括：

穿过所述超重力真空蒸发室（3）设置的转轴（26），所述转轴（26）和所述超重力真空蒸发室（3）的壳体之间设置机械密封（23）；

淡水槽（7），所述淡水槽（7）位于所述超重力真空蒸发室（3）内部，并且围绕所述转轴（26）而设置于其上，所述淡水槽（7）包括：

设置在所述淡水槽（7）底部中间的漏水孔（18），所述漏水孔（18）上方设置漏水阀（17），所述漏水阀（17）上方设置筛板雾化器（16），

设置在所述淡水槽（7）的侧面外缘上端的导流片（9），与所述超重力真空蒸发室（3）的壳体顶部固定连接的静挡板（19），所述静挡板（19）上设置不凝气出口（12），并且所述静挡板（19）和所述淡水槽（7）配合形成淡水溢水口（20），和

设置在所述淡水槽（7）底部的排污口（22）；

位于所述超重力真空蒸发室（3）内部、并且围绕所述转轴（26）而设置于其上的海水槽（4），所述海水槽（4）的顶部和所述淡水槽（7）的底部固定，并且通过连杆阀（21）相连，所述海水槽（4）通过所述漏水孔（18）和所述淡水槽（7）相通，所述海水槽（4）的底部设置排污口（22），所述海水槽（4）的侧面外缘上端的导流片（9’）；

位于所述超重力真空蒸发室（3）的壳体上方的海水进口（13）和抽气口（10），雾化器（14）与所述海水进口（13）相连，所述海水进口（13）与所述超重力真空蒸发室（3）的壳体之间设置静密封（15）；

位于所述超重力真空蒸发室（3）的壳体侧面的淡水出口（8）和浓海水出口（6）、以及位于所述淡水出口（8）处的导流片（9）和位于所述浓海水出口（6）处的导流片（9’）；以及

设置在所述超重力真空蒸发室（3）的壳体内壁上的导流片（9）；

摩擦换热器（25），所述摩擦换热器（25）包括：

穿过所述摩擦换热器（25）设置的转轴（26’），所述转轴（26’）和所述摩擦换热器（25）的壳体之间设置机械密封（23）；

分别设置在所述摩擦换热器（25）的壳体侧面上方和下方的冷海水入口（2）和热海水出口（24），所述冷海水入口（2）和所述热海水出口（24）均与海水盘管（27）相连；和摩擦碟片（28），所述摩擦碟片（28）位于所述海水盘管（27）内侧，并且固定在所述转轴（26’）上；

以及，真空泵（11）。

2.根据权利要求1所述的超重力真空蒸发海水淡化方法，其特征在于，所述转轴（26）和所述转轴（26’）是相同的转轴。

3.根据权利要求1所述的超重力真空蒸发海水淡化方法，其特征在于，所述转轴（26）和所述转轴（26’）是不同的转轴，并且它们之间通过传动装置连接。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的超重力真空蒸发海水淡化方法，其特征在于，所述海水槽（4）和所述淡水槽（7）均为圆柱状，并且所述海水槽（4）的直径为所述淡水槽（7）的直径的0.5～0.9倍，所述海水槽（4）和所述淡水槽（7）与所述转轴（26）等角速度旋转。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的超重力真空蒸发海水淡化方法，其特征在于，所述导流片（9）和所述导流片（9’）均为锥形薄片，并且锥度θ在30~80°之间。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的超重力真空蒸发海水淡化方法，其特征在于，所述筛板雾化器（16）包括2~10个圆形筛板和筛板架，所述筛板上设置有直径在1~3mm之间的圆孔，所述筛板架为圆筒形，所述筛板架上端高出第一层筛板的高度与所述第一层筛板距离所述雾化器（14）的高度相同。

7.根据权利要求6所述的超重力真空蒸发海水淡化方法，其特征在于，所述漏水阀（17）包括阀盖、阀衬和弹簧，所述阀衬由密封弹性材料制成并且直径比所述漏水孔（18）的直径大1~3mm。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的超重力真空蒸发海水淡化方法，其特征在于，所述连杆阀（21）包括淡水阀盖、淡水阀衬、弹簧、海水阀盖、海水阀衬和连杆，所述淡水阀衬和所述海水阀衬均由密封弹性材料制成并且直径比所述连杆阀（21）穿过的孔的孔径大1~3mm。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的超重力真空蒸发海水淡化方法，其特征在于，所述摩擦碟片（28）包括10~100个水平放置的环形薄板，所述环形薄板厚度在2~5mm之间，间距在5~30mm之间。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的超重力真空蒸发海水淡化方法，其特征在于，所述摩擦换热器（25）中填充硅油或热敏性流体。

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