CN106166394A - 加湿除湿系统及应用其的蒸馏方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种加湿除湿系统及应用其的蒸馏方法，涉及蒸馏技术领域，以解决现有加湿除湿系统热交换效率低的问题。本发明所述的加湿除湿系统，包括：多个蒸发/冷凝单元，每个蒸发/冷凝单元均包括蒸发部件，蒸发部件包括流体循环系统和蒸发室，并且蒸发/冷凝单元中的至少一个还包括冷凝部件，冷凝部件包括冷凝室，每个冷凝部件均伴随有回收换热器，至少一个热源和至少一个冷源；蒸发/冷凝单元能够使载气混合物以预定的单元顺序依次流经每个蒸发部件，并以与预定的单元顺序相反的单元顺序依次流经每个冷凝部件；每个蒸发/冷凝单元具有对其中的蒸发部件的循环系统进行的独立控制，以能够对蒸发部件中含液体流体的流速进行独立调节。

Description

加湿除湿系统及应用其的蒸馏方法

技术领域

本发明涉及蒸馏技术领域，特别涉及一种加湿除湿系统及应用其的蒸馏方法。

背景技术

蒸发被用作一种从被污染水源中蒸馏出水的方法。最常见的应用是使用包含无法通过诸如过滤、生物或化学处理的其他方法去除的高浓度污染物的废水。例如，使用蒸发作为从海水中脱盐以提供饮用水的方法的最大领域。

为了实现蒸发，需要大量热量，从而导致大多数蒸发技术的能耗较高。为降低该能耗，大多数蒸发设备被设计为对蒸发工艺中产生的蒸汽中的部分热量进行再利用。最常见的方法是通过多效蒸馏(MED)进行再利用，其中从一个蒸发步骤中产生的蒸汽被引入到下一个蒸发步骤中，用于再次使被污染的水沸腾。为了实现在下个工艺中对蒸汽进行再利用，使用逐步增强的真空来降低各个后续工艺的沸点。次新的工艺为机械蒸汽压缩(MVC)，其通过对产生的蒸汽进行机械压缩，以提高能通过换热器再应用于被污染的水的蒸汽的温度，从而对蒸汽的热量进行再利用。MED和MVC为最常用的用于蒸馏高盐废水的蒸发方法。MED和MVC这两个工艺的缺点在于，要使被污染的水沸腾，这会造成严重结垢和腐蚀问题，而且还要求昂贵的耐高温耐腐蚀材料。

在更近的开发中，无沸腾的蒸馏已经被应用于处理工业废水。在这些处理中，水不沸腾，而是在所谓的加湿除湿工艺中在低温下蒸发。该工艺在历史上主要作为一种通过太阳能驱动的加湿除湿工艺为无电可用的区域提供干净饮用水的可能方法被使用和研究(有关概述参见“A COMPREHENSIVE STUDY OF SOLAR DESALINATION WITH AHUMIDIFICATION－DEHUMIDIFICATION CYCLE(利用加湿除湿循环进行太阳能脱盐的综合研究)”，伊利诺理工大学，2002年)。该工艺可以应用于多种类型的废水，而且很少具有结垢和腐蚀的问题，因为其通常在低于水的沸点的温度下运作。简单的加湿除湿系统通常包括利用热源提高废水的热量、通过将水蒸发来将空气加湿的腔室、将加湿后的空气冷却从而冷凝并产生蒸馏水的第二腔室、以及最后的回收换热器，在回收换热器中，冷凝产生的热能被返回至待蒸发的废水。

在这样的系统中，蒸发和冷凝的较大温度范围引起同一循环水流进行更多蒸发和冷凝，这使得效率更高，并且能耗和投资更低。但是，较大温度范围的蒸发的许多潜在利益被一个问题抵消，即在高温下，一定量的空气可以比在低温下相同量的空气吸收更多热量，这意味着，在高温下空气温度的一定升高比低温下需要更多的热量。另一方面，水呈现出更多的线性热容量，这意味着一定的升温所需的热吸收量并不显著地依赖于水的温度。因此，这表示在单一系统中空气的热容量与水的热容量通常将不匹配：在温度谱的低点，空气热容量将比水的热容量低得多，而在温度谱的高点，空气热容量将比水的热容量高得多。鉴于这种加湿除湿系统通常具有穿过蒸发系统的共同液流和气流，减小气流或增大水流来改善温度谱高点的热交换效率将导致该温度谱低温点的热交换效率的恶化，并且反之亦然。即使在该系统中载气混合物(混合载气)或流动的液体发生变化，这样的不匹配问题仍然存在。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加湿除湿系统及应用其的蒸馏方法，以解决现有技术中的加湿除湿系统热交换效率低的技术问题。

本发明提供一种加湿除湿系统，用于通过使载气混合物经由多个加湿和除湿工艺反复循环来蒸馏液体，包括：多个蒸发/冷凝单元，每个所述蒸发/冷凝单元均包括蒸发部件，所述蒸发部件包括流体循环系统和蒸发室，所述流体循环系统能够使含液体流体被加入到所述蒸发部件中并在所述蒸发部件内循环，所述蒸发室能够对穿过所述蒸发室的循环载气混合物进行加湿，并且所述蒸发/冷凝单元中的至少一个还包括冷凝部件，所述冷凝部件包括冷凝室，所述冷凝室能够对穿过所述冷凝室的所述载气混合物进行除湿以获得蒸馏液，每个所述冷凝部件均伴随有回收换热器，所述回收换热器能够将在所述冷凝部件处从所述除湿工艺中回收的热量传递至在同一单元的所述蒸发部件中循环的所述含液体流体；至少一个热源和至少一个冷源；所述蒸发/冷凝单元能够使所述载气混合物以预定的单元顺序依次流经每个所述蒸发部件，并以与所述预定的单元顺序相反的单元顺序依次流经所述蒸发/冷凝单元的每个所述冷凝部件，或当所述蒸发/冷凝单元不包括所述冷凝部件时，使所述载气混合物绕过所述蒸发/冷凝单元；每个所述蒸发/冷凝单元具有对其中的所述蒸发部件的所述循环系统进行的独立控制，以能够对所述蒸发部件中所述含液体流体的流速进行独立调节，从而优化所述蒸发室中的蒸发工艺的效率。

其中，所述回收换热器放置在所述冷凝室内，以促进所述除湿工艺。

其中，通过使循环空气与水流直接接触来引起各个冷凝部件中的所述除湿工艺，并且离开所述冷凝室的水随后被运送至放置在所述冷凝室外部的所述回收换热器。

其中，所述回收换热器为板式换热器、管壳式换热器、或螺旋式换热器。

其中，所述热源能够对所述蒸发部件中的至少一个所述含液体流体或所述循环载气混合物进行直接或间接加热。

其中，所述热源能够在离开所述冷凝部件的水流进入所述回收换热器之前对该水流进行加热。

其中，所述热源利用太阳热、蒸汽、热水或电力来运转。

其中，所述热源为热泵。

其中，所述冷源能够从至少一个所述蒸发/冷凝单元中的所述循环载气混合物中或所述循环的含液体流体中直接或间接地移除热量。

其中，所述冷源利用风扇、蒸发冷却系统或水冷却系统来运转。

其中，所述热泵从所述冷源中移除热量并将该热量传递至所述热源。

其中，所述冷源能够在离开所述回收换热器的水流进入所述冷凝部件之一的所述冷凝室之前从该水流中移除热量。

其中，所述载气混合物为空气、氦气或氮气。

其中，所述含液体流体中包含的液体为水。

其中，所述蒸发/冷凝单元的一个或多个所述蒸发部件还包括固体去除单元，所述固体去除单元能够去除原始含液体流体中存在的固体或因通过蒸发工艺去除所述液体而出现的固体。

其中，所述加湿除湿系统还包括从所述循环载气混合物中去除一定气体的气体洗涤设备。

相对于现有技术，本发明所述的加湿除湿系统具有以下优势：

本发明提供的加湿除湿系统中，包括：多个蒸发/冷凝单元，每个蒸发/冷凝单元具有配备有独立的热循环系统和流体输送系统的蒸发部件，而载气混合物连续穿过所有蒸发部件和所有冷凝部件。因此，与传统的加湿除湿系统相比，本发明将热回收工艺分成多个步骤：各个蒸发/冷凝单元将流体的热量和蒸汽释放到载气混合物流中，该流体通过使用单独的控制机构以独立于其它蒸发/冷凝单元的速度流动，并且该流体可以被调节为在由该特定蒸发/冷凝单元所确定的特定温度范围内与混合载体的热容量相匹配。然后，该流体流连接至回收换热器，该回收换热器将冷凝过程中吸收的热量回收到用于蒸发的流体。通过在由各个蒸发/冷凝单元所确定的温度范围内将流体流与载气混合物流相匹配，整个系统的热交换效率大幅改善。

本发明还提供一种蒸馏方法，通过上述所述的加湿除湿系统从含液体流体中蒸馏出液体的方法，各个蒸发部件处所述含液体流体的流速被调节为与由所述蒸发部件确定的温度的所述循环载气混合物的热容量相匹配，以便实现更好的热交换效率，从而导致对于具有更高的载气混合物温度的蒸发室更高的所述含液体流体的流速。

其中，所述含液体流体为盐水，并且所述载气混合物为空气。

相对于现有技术，本发明所述的蒸馏方法具有以下优势：

本发明提供的蒸馏方法中，由于通过上述所述的加湿除湿系统从含液体流体中蒸馏出液体的方法，各个蒸发部件处所述含液体流体的流速被调节为与由所述蒸发部件确定的温度的所述循环载气混合物的热容量相匹配，因此能够有效改善大温度范围内载气混合物与液体之间的热交换效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的加湿除湿系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的加湿除湿系统中使用具有两个蒸发/冷凝单元改善蒸发过程时的热交换效率示意图；

图3为本发明实施例提供的加湿除湿系统中以风扇作为将载气混合物的热量释放至外部空气中的冷源的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的加湿除湿系统中具有两个蒸发/冷凝单元能够蒸馏100吨/天时的温度和流速示意图。

图中：

1－蒸发/冷凝单元； 2－蒸发部件；

3－冷凝部件； 4－回收换热器；

5－驱动机构； 6－分配池；

7－填充材料； 8－热源；

9－冷源； 10－固体去除单元；

11－废水循环回路； 12－收水器；

13－风扇。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的加湿除湿系统的结构示意图。

如图1所示，本发明实施例提供一种加湿除湿系统，包括：多个蒸发/冷凝单元1，每个蒸发/冷凝单元1均包括蒸发部件2，蒸发部件2包括流体循环系统和蒸发室，流体循环系统能够使含液体流体被加入到蒸发部件2中并在蒸发部件2内循环，蒸发室能够对穿过蒸发室的循环载气混合物进行加湿，并且蒸发/冷凝单元1中的至少一个还包括冷凝部件3，冷凝部件3包括冷凝室，冷凝室能够对穿过冷凝室的载气混合物进行除湿以获得蒸馏液，每个冷凝部件3均伴随有回收换热器4，回收换热器4能够将在冷凝部件3处从除湿工艺中回收的热量传递至在同一单元的蒸发部件2中循环的含液体流体；至少一个热源8和至少一个冷源9；蒸发/冷凝单元1能够使载气混合物以预定的单元顺序依次流经每个蒸发部件2，并以与预定的单元顺序相反的单元顺序依次流经蒸发/冷凝单元1的每个冷凝部件3，或当蒸发/冷凝单元1不包括冷凝部件3时，使载气混合物绕过蒸发/冷凝单元1；每个蒸发/冷凝单元1具有对其中的蒸发部件2的循环系统进行的独立控制，以能够对蒸发部件2中含液体流体的流速进行独立调节，从而优化蒸发室中的蒸发工艺的效率。

相对于现有技术，本发明实施例所述的加湿除湿系统具有以下优势：

本发明实施例提供的加湿除湿系统中，如图1所示，包括：多个蒸发/冷凝单元1，每个蒸发/冷凝单元1具有配备有独立的热循环系统和流体输送系统的蒸发部件2，而载气混合物连续穿过所有蒸发部件2和所有冷凝部件3。因此，与传统的加湿除湿系统相比，本发明将热回收工艺分成多个步骤：各个蒸发/冷凝单元1将流体的热量和蒸汽释放到载气混合物流中，该流体通过使用单独的控制机构以独立于其它蒸发/冷凝单元1的速度流动，并且该流体可以被调节为在由该特定蒸发/冷凝单元1所确定的特定温度范围内与混合载体的热容量相匹配。然后，该流体流连接至回收换热器4，该回收换热器4将冷凝过程中吸收的热量回收到用于蒸发的流体。通过在由各个蒸发/冷凝单元1所确定的温度范围内将流体流与载气混合物流相匹配，整个系统的热交换效率大幅改善。

根据本发明，这样的加湿除湿系统可以具有两个或多于两个的蒸发/冷凝单元1，如两个、三个、四个、五个或更多个。如图1所示，其为具有三个蒸发/冷凝单元1的加湿除湿系统。蒸发/冷凝单元1为该系统的基本功能元件，每个蒸发/冷凝单元1均包括蒸发部件2、冷凝部件3以及实现蒸发部件2与冷凝部件3之间的热交换的回收换热器4。每个蒸发/冷凝单元1具有其自己的用于液体蒸发和热回收的循环系统，但各个蒸发/冷凝单元1经由单个载气混合物流与其它蒸发/冷凝单元1连接，以使载气混合物首先以预定的单元顺序逐个流经各个蒸发/冷凝单元1的所有蒸发部件2，然后以刚好相反的顺序逐个流经各个蒸发/冷凝单元1的所有冷凝部件3。

因此，如图1所示，载气混合物流经各蒸发/冷凝单元1的蒸发部件2(由右至左)，然后流经各蒸发/冷凝单元1的冷凝部件3(由左至右)，只要系统在运转，该载气混合物流就反复循环。最后，载气混合物流经各个蒸发/冷凝单元1的蒸发和冷凝两个部件，在经加湿的载气混合物的除湿过程中在冷凝部件3处释放的热量将被带走，并且经由存在于各个蒸发/冷凝单元1中的回收换热器4返回至同一蒸发/冷凝单元1的蒸发部件2的含液体流体，从而降低了整个系统的总能耗。

各个蒸发/冷凝单元1中包含的蒸发部件2是用于加湿循环的载气混合物的设备，并且其包括循环系统以及蒸发室。循环系统包括诸如泵的驱动机构5，用于驱动加入其中的含液体流体的流动，并且蒸发室与循环系统流体连接，以使含液体流体可以流经循环系统和蒸发室，以形成一个完整的循环。驱动机构5可以被手动或自动控制，以调节含液体流体的循环速度。

在蒸发室中，含液体流体被暴露以与循环的载气混合物直接接触，其中流体中所包含的液体蒸发，并且载气混合物吸收该液体的蒸汽。在某具体实施方式中，蒸发室包括具有多个孔的分配池6，并且含液体流体通过这些孔分配到分配池6中。随着系统的运转，液体继续蒸发，并且载气混合物吸收液体，并将达到接近100％的湿度。优选地，该蒸发和吸收工艺在高温下发生，因为在高温下，液体蒸发得更快，并且载气混合物能够保持更多的蒸发液体；而且，出于增加液体与载气混合物之间的接触面积和接触时间的目的，蒸发室还优选包括填充材料7，如填充膜。

在蒸发室内，载气混合物流与流体流的相对方向存在多个选择，其中最优选的选择为逆流，即含液体流体向下流动，而载气混合物向上流动；或叉流，即含液体流体向下流动，而载气混合物的流动与液体的流动垂直，如图1所示。

在一个特定实施方式中，可以通过对利用蒸发工艺来释放液体中的多余热量的常用冷却塔进行改进，来构造所述蒸发部件2。

通常，在加湿除湿系统中，含有在蒸发部件中产生的热蒸汽的载气混合物流需进入冷凝工艺，以通过从载气混合物中移除热量使蒸汽冷凝成液体，然后将该热量回收并再利用。根据本发明，该冷凝工艺发生在蒸发/冷凝单元1的冷凝部件3中。冷凝部件3包括冷凝室。在冷凝室内，通常通过热交换来促进热蒸汽的冷凝，热交换包括：间接接触热交换，其使填充在管道内的冷液吸收蒸汽中的热量并让热蒸汽转变成蒸馏水；或直接接触热交换，其通过使热蒸汽与冷液直接接触来引起冷凝。在连续处理中，该冷液不断进进出出，以带走累积的热量。

在某具体实施方式中，当通过使热蒸汽与冷液直接接触来引起冷凝时，冷凝室还包括分配池6和填充材料7。

根据本发明，在每个蒸发/冷凝单元1内，在冷凝部件3中释放的热量将通过回收换热器4回收并在蒸发部件2中再利用。该回收换热器4可以采用各种形式。例如，其可以是板式换热器、管壳式换热器或螺旋式换热器。在一些实施方式中，如图1所示，回收换热器4可以放置在冷凝部件3外部，并通过与热蒸汽直接接触而产生的热液与在蒸发部件中循环用于蒸发的含液体流体之间的间接接触来形成，以使热量能从冷凝部件3处产生的热液释放到在蒸发部件2中循环的含液体流体。通常，这在加入到蒸发部件2中的含液体流体包含会造成严重结垢和污染的成分从而需要定期清洗回收换热器4时是优选的，回收换热器4放置在冷凝室外部时清洗更方便。

在一些其它具体实施方式中，回收换热器4放置在冷凝部件3内部。这样，所加入的用于蒸发的含液体流体首先经管道输送到放置在冷凝部件3内部的回收换热器4中，以吸收从热蒸汽中释放的热量，然后被送回至蒸发部件2，以与循环的载气混合物直接接触，以使其中所包含的液体能轻易地转变成热蒸汽并被循环的载气混合物带走。

加湿除湿系统还需要热源8和冷源9，以形成能使热量持续流过系统的温差。理论上，热源8与冷源9之间的温差越大，系统中所能交换的热量越多，每个热循环所能产生的蒸馏液越多。在一些优选的实施方式中，还可以在系统中加入热泵，以通过将在冷源处从系统中排出的热量输送到热源中来将热源和冷源连接，从而进一步增加能量的回收量，并且减少所需的净能量输入。

只要热源8和冷源9的运转分别用于为系统提供额外的热量和排出系统中的热量，热源8和冷源9就可以具有不同的形式。在优选的实施方式中，热源8为热水或热蒸汽，而冷源9可利用风扇13或蒸发冷却器来运转。根据本发明，由于系统回收热量，因此通过冷源排出的热量应当等于(通过热源加入到系统的热量)－(系统内的损耗+高温下提取蒸馏液所产生的潜在损耗)。

根据本发明，热源8和冷源9可位于任何位置，用于分别对系统中的载气混合物或任一流体输送回路进行加热或冷却。但是，至少一个热源8应当应用在系统的高温端，并且至少一个冷源9应当应用在系统的低温端。如图1所示，具有一个热源8以及两个冷源9。一个冷源9与热泵连接，也就是说，在冷源9中提取自系统的热量在系统的热侧返回到系统；另一个冷源9为将(由作为热泵一部分的压缩机产生的)多余的供应热量释放到外部空气的气冷式冷水机。

传统上，加湿除湿系统包括将蒸发部件2、冷凝部件3以及回收换热器4串联连接的单个热循环系统和单个流体输送系统，以将冷凝工艺中释放的热量回收并返回到流体的蒸发工艺。热源8通常添加在回收换热器4之后，并且应用于待蒸发的循环流体。该系统包括一个蒸发流体流，该蒸发流体流通向蒸发部件2(其中部分液体蒸发)以及回收换热器4(其中冷凝产生的热量返回到蒸发液)，然后穿过热源8后回到蒸发部件2中。

但是，本发明与传统的加湿除湿系统的区别在于，本发明包括多个蒸发/冷凝单元1，每个蒸发/冷凝单元1具有配备有独立的热循环系统和流体输送系统的蒸发部件2，而载气混合物连续穿过所有蒸发部件2和所有冷凝部件3。因此，与传统的加湿除湿系统相比，本发明将热回收工艺分成多个步骤：各个蒸发/冷凝单元1将流体的热量和蒸汽释放到载气混合物流中，该流体通过使用单独的控制机构以独立于其它蒸发/冷凝单元1的速度流动，并且该流体可以被调节为在由该特定蒸发/冷凝单元1所确定的特定温度范围内与混合载体的热容量相匹配。然后，该流体流连接至回收换热器4，该回收换热器4将冷凝过程中吸收的热量回收到用于蒸发的流体。通过在由各个蒸发/冷凝单元1所确定的温度范围内将流体流与载气混合物流相匹配，整个系统的热交换效率大幅改善。

图2为本发明实施例提供的加湿除湿系统中使用具有两个蒸发/冷凝单元改善蒸发过程时的热交换效率示意图。

使用的蒸发/冷凝单元1越多，载气混合物与蒸发液之间的热交换越好，从而系统为维持充分的温差所需的能量越少。图2通过显示在水(直线)与空气(曲线)之间交换一定量的热量时的温度变化来例示了这一情况。如由左图清楚可见的，低温下的空气温度变化(曲线较陡)比高温下的空气温度变化(曲线不太陡)快。由于水的热容量与温度无关，因此在热交换处理的低温点和高温点都会出现由一定热能交换造成的温度变化失配，如曲线与直线两端的差距所示。为了消除该温度差距，需要外部热源和冷源，这提高了系统的能耗。右图示出了具有两个蒸发/冷凝单元1的本发明。通过独立地调节两个系统中水的流速(高温单元的较高流速导致斜率较平缓，低温范围的较低流速导致斜率较陡)，水的热容量更好地与空气的热容量匹配，从而改善了热交换效率，并且基本减小了曲线与直线两端的差距。分别调节水流速度的能力意味着，温度升高时载气混合物的热容量和水的热容量出现较大不匹配的缺点与温度范围大的利益之间的传统权衡已经不存在。由高温热源以及优选由低温冷源创造的大温度范围的利益可以通过增加额外的蒸发/冷凝单元1来充分利用。

图3为本发明实施例提供的加湿除湿系统中以风扇作为将载气混合物的热量释放至外部空气中的冷源的结构示意图。

根据本发明的一些具体实施方式，系统中所包括的蒸发/冷凝单元1可以仅具有蒸发部件2，而没有冷凝部件3，并且只要至少一个蒸发/冷凝单元1包括冷凝部件3，系统就仍能运转。在这种情况下，载气混合物仍然按照预定的单元顺序流经各个蒸发/冷凝单元1的所有蒸发部件2，然后以刚好相反的单元顺序进入各个蒸发/冷凝单元1，只是仅流经具有冷凝部件3的那些单元的冷凝部件3。本实施方式的简化版在图3中示出。该系统仅具有两个蒸发/冷凝单元1，其中一个蒸发/冷凝单元1包括蒸发和冷凝两个部件，而另一个蒸发/冷凝单元1仅具有蒸发部件2，并且该系统还具有热源8以从系统中释放热量，还安装有作为冷源9的风扇，以将载气混合物流连接至外部空气。在这种情况下，热源8可以是诸如蒸汽或热水的外部热源。与具有更多单元的系统相比，该系统根据载气混合物的温度改变液流的能力有限，但由于能够以比蒸发/冷凝单元1高得多的液体速度来使蒸发/冷凝单元1运转，因此该系统的性能实质上仍比传统系统要好。

根据本发明，在蒸发和冷凝部件内循环的载气混合物可以是各种各样的，包括空气、氦气和氮气。在一些优选的实施方式中，载气混合物为氦气，其热力学性能比普通环境空气好。在其他实施方式中，在蒸发过程中释放的挥发性物质在接触到空气时可能会具有爆炸的风险，在这种情况下，可以用氮载气来替换，以缓解该风险。

当持续从引入的含液体流体中蒸发出液体时，很有可能会出现固体(如结晶矿物)，需要通过固体去除单元10将其去除。本发明提供了用于去除固体的各种方法，如过滤或离心分离。本系统可以分别从各个蒸发/冷凝单元1中去除固体，或将固体流合并从而通过一个固体分离器将其去除。在去除固体后，剩余液体可以通过液体连接器回到蒸发部件。

在一些实施方式中，通过增设分离气体洗涤室将挥发性物质从循环的载气混合物中去除是有利的，在分离气体洗涤室中，流体选择性地与挥发性物质反应，从而将该挥发性物质从系统中去除。这将阻止这些挥发性物质溶解在蒸馏液中，这意味着产生的蒸馏液将含有少量污染物，并且可以不经任何进一步后处理而排出或再利用。例如，当进入蒸发部件2的液体含有氨时，部分氨将蒸发，并与蒸馏液一起离开系统。增设使循环的硫酸H2SO4与氨反应形成能被单独去除的硫酸铵(NH4)2SO4的载气混合物洗涤室可以使蒸馏液中的氨减到最少。

各个蒸发/冷凝单元1的分开的液体输送回路创造了无需关闭整个系统就能维护输送系统的额外利益。由于传统系统中的液流全部连通，因此，除非额外的备用容量内置于系统中，否则各个泵或管的维护需要关闭整个系统。

实施例

如图1所示，本发明适于处理高度浓缩的盐废水。废水将分流进入具有三个蒸发/冷凝单元1的加湿除湿系统的所有蒸发部件2。废水通过分配池6分布在填充材料7上，并且以与载气混合物的流速以及蒸发部件2内部的温度相应的速率蒸发，且流动的载气混合物将从废水中带走部分蒸发的水。在蒸发部件2的底部收集废水，并将该废水反馈到废水循环回路11中。水的蒸发导致离开蒸发部件2的废水的浓度比进入蒸发部件2的废水的浓度高，并且离开蒸发部件2的载气混合物比进入蒸发部件2的载气混合物含有更多的水蒸气并具有更高的温度。然后，该载气混合物进入下一个蒸发部件2，其中载气混合物遇到温度更高的废水从而再次吸收水分。该工艺持续进行到第一个蒸发部件2，其中温度最高的废水用于蒸发。然后，从第一个蒸发部件2离开的湿热的载气混合物进入第一个冷凝部件3，其中使用冷水从载气混合物中吸收热量，从而将载气混合物中的部分水蒸汽冷凝。在湿润的载气混合物进入冷凝部件3之前，收水器12从载气混合物中去除小水滴，以限制蒸馏水被小废水滴污染。用于引起冷凝的水从冷凝中吸收热量，然后进入第一个回收换热器4，其中，冷凝的热量被传回到循环废水的第一回路中。然后，离开的载气混合物在第二个冷凝部件3中进一步冷却，并回收更多的水蒸汽，直到达到最后的冷凝，当离开最后一个冷凝部件3时，载气混合物处于其最干燥、最低温点，可以再次开始加热。每个蒸发/冷凝单元1均具有回收换热器4，用于将冷凝过程中释放的热量传回到将在蒸发部件2处蒸发的废水。可以使用热泵将热量从温度最低的最后一个蒸发/冷凝单元1的冷凝水传递到温度最高的第一个蒸发/冷凝单元1的废水中。这意味着，第一个蒸发/冷凝单元1中的循环废水分别从第一个回收换热器4以及从压缩机的热侧吸收热量。最后一个蒸发/冷凝单元1的循环冷凝水分别将热量释放给回收换热器4和热泵的冷侧以及气冷式冷水机。载气混合物通过风扇13在系统中循环。热源8应用于在第一个蒸发/冷凝单元1中循环的废水，而冷源应用于第三个蒸发/冷凝单元1。在本实施例中具有两个冷源9，其中之一为热泵的冷侧(其中热量被排出并传递到作为热源的、热泵的热侧)，第二个冷源9(即气冷式冷水机)需要排出系统中的热量，以保证总的热平衡为零。(除了由热泵提供的冷源)还需要排出额外的热量，这是因为在本实施例中热泵本身会产生热量，该热量需要从系统中排出。

当系统运转时，每个蒸发部件2需要持续供应废水(平均输入等于蒸发量)，并且每个冷凝部件3需要持续去除蒸馏水(又等于潜在损耗的水蒸发净值)。随着废水继续蒸发，溶解在废水中的盐将累积在废水中(因为它们不会蒸发)，并且当它们达到各自的溶解度极限时，将开始结晶(变成固体)。可以对废水流增设诸如离心机的固体去除单元10，以确保将这些结晶固体去除。

图4为本发明实施例提供的加湿除湿系统中具有两个蒸发/冷凝单元能够蒸馏100吨/天时的温度和流速示意图。

带有温度以及液流速率的示例性系统在图4中示出。该系统能够为高盐度的含液体流体生产大约100吨/天的蒸馏水。所示的空气温度为湿球温度。在本实施例中，热源8和冷源9的容量相等，也就是说，热源8和冷源9适于通过热泵连接，从而降低了总能耗。如由图清晰可见的，低温蒸发/冷凝单元1的液流速率比高温蒸发/冷凝单元1的液流速率低。

为了改善加湿除湿系统的热交换效率，并且更具体地为了改善大温度范围内载气混合物与液体之间的热交换效率，本发明提供了一种具有多个分开的蒸发/冷凝单元1的加湿除湿系统，在各个蒸发/冷凝单元1中，加入到该蒸发/冷凝单元1的蒸发部件2中的含液体流体的流速可以被独立调节，以使该流动流体的热交换容量能够与载气混合物的热交换容量匹配，该载气混合物在由该特定的蒸发/冷凝单元1确定的特定温度范围内穿过蒸发部件2。该载气混合物流经各个单独的蒸发/冷凝单元1的蒸发部件2，带走蒸汽，并且在其穿过各个单元的所有冷凝部件3而在整个所述温度范围内降温之前，该载气混合物穿过所有蒸发部件2而在整个所述温度范围内升温。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种加湿除湿系统，用于通过使载气混合物经由多个加湿和除湿工艺反复循环来蒸馏液体，其特征在于，包括：

多个蒸发/冷凝单元，每个所述蒸发/冷凝单元均包括蒸发部件，所述蒸发部件包括流体循环系统和蒸发室，所述流体循环系统能够使含液体流体被加入到所述蒸发部件中并在所述蒸发部件内循环，所述蒸发室能够对穿过所述蒸发室的循环载气混合物进行加湿，并且所述蒸发/冷凝单元中的至少一个还包括冷凝部件，所述冷凝部件包括冷凝室，所述冷凝室能够对穿过所述冷凝室的所述载气混合物进行除湿以获得蒸馏液，每个所述冷凝部件均伴随有回收换热器，所述回收换热器能够将在所述冷凝部件处从所述除湿工艺中回收的热量传递至在同一单元的所述蒸发部件中循环的所述含液体流体；

至少一个热源和至少一个冷源；

所述蒸发/冷凝单元能够使所述载气混合物以预定的单元顺序依次流经每个所述蒸发部件，并以与所述预定的单元顺序相反的单元顺序依次流经所述蒸发/冷凝单元的每个所述冷凝部件，或当所述蒸发/冷凝单元不包括冷凝部件时，使所述载气混合物绕过所述蒸发/冷凝单元；每个所述蒸发/冷凝单元具有对其中的所述蒸发部件的所述循环系统进行的独立控制，以能够对所述蒸发部件中所述含液体流体的流速进行独立调节。

2.根据权利要求1所述的加湿除湿系统，其特征在于，通过使循环空气与水流直接接触来引起各个冷凝部件中的所述除湿工艺，并且离开所述冷凝室的水随后被运送至放置在所述冷凝室外部的所述回收换热器。

3.根据权利要求1所述的加湿除湿系统，其特征在于，所述热源能够对所述蒸发部件中的至少一个所述含液体流体或所述循环载气混合物进行直接或间接加热。

4.根据权利要求2所述的加湿除湿系统，其特征在于，所述热源能够在离开所述冷凝部件的水流进入所述回收换热器之前对该水流进行加热。

5.根据权利要求1所述的加湿除湿系统，其特征在于，所述冷源能够从至少一个所述蒸发/冷凝单元中的所述循环载气混合物中或所述循环的含液体流体中直接或间接地移除热量。

6.根据权利要求5所述的加湿除湿系统，其特征在于，所述冷源能够在离开所述回收换热器的水流进入所述冷凝部件之一的所述冷凝室之前从该水流中移除热量。

7.根据权利要求1所述的加湿除湿系统，其特征在于，所述载气混合物为空气、氦气或氮气。

8.根据权利要求1所述的加湿除湿系统，其特征在于，所述蒸发/冷凝单元的一个或多个所述蒸发部件还包括固体去除单元，所述固体去除单元能够去除原始含液体流体中存在的固体或因通过蒸发工艺去除所述液体而出现的固体。

9.根据权利要求1所述的加湿除湿系统，其特征在于，还包括从所述循环载气混合物中去除一定气体的气体洗涤设备。

10.一种蒸馏方法，其特征在于，通过如上述权利要求1－9任一项所述的加湿除湿系统从含液体流体中蒸馏出液体的方法，各个蒸发部件处所述含液体流体的流速被调节为与由所述蒸发部件确定的温度的所述循环载气混合物的热容量相匹配。