CN106237636A - 用于分离料液中水分的系统及应用其的蒸发方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于分离料液中水分的系统及应用其的蒸发方法，涉及料液蒸发分离技术领域，以解决现有的料液中蒸发分离水分的过程换热效率低、换热效果差的问题。本发明所述的用于分离料液中水分的系统，包括：至少两个蒸发冷凝单元，每个蒸发冷凝单元包括由循环的载气气流连通蒸发室和冷凝室，蒸发室内能够使料液对气流进行加湿，冷凝室内能够使气流中携带的水分冷凝并得到冷凝液；热源，在蒸发冷凝过程中料液依次通过蒸发室以释放热量且蒸发水分，并在冷凝室内进行热量的回收；在每个蒸发冷凝单元中均有独立的气体循环以控制不同的气流速度，并适应料液和载气气流之间的换热需求。
Description
技术领域
本发明涉及料液蒸发分离技术领域，特别涉及一种用于分离料液中水分的系统及应用其的蒸发方法。
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它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。
目前，在现有技术的蒸发过程中，包括有三个相交的循环，即废水循环，气流循环及净水循环。以上循环通过气液之间的传质传热过程而连接：废水中的水分和热量通过气体的流动转移至气流中；气流携带的热量和水分通过冷凝作用转移到净水中；净水中的热量通过换热器进入到废水中。
然而，本申请发明人发现，由于气体的比热容随着温度的升高而显著升高，而废水的比热容受温度的影响较小，因此水分和气体在由于温差而实现换热时的效率是有限的。在高温时，可以与某一水流的热容量相匹配的气流在低温时的热容量太小，这样会限制交换的总热量；如果选择较大的气流速度，使其在低温下的热容量和水的热容量匹配，但相同的水量在高温时的热容量相比气流而言也太小，因此也会限制换热的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于分离料液中水分的系统及应用其的蒸发方法，以解决现有的料液中蒸发分离水分的过程换热效率低、换热效果差的技术问题。
本发明提供一种用于分离料液中水分的系统，包括：至少两个蒸发冷凝单元，每个所述蒸发冷凝单元分别包括蒸发室和冷凝室，所述蒸发室和所述冷凝室由循环的载气气流连通，所述蒸发室内能够使料液对气流进行加湿，所述冷凝室内能够使气流中携带的水分冷凝并得到冷凝液；至少一个热源，在蒸发冷凝过程中所述料液依次通过所述蒸发室以释放热量且蒸发水分，并在所述冷凝室内进行热量的回收；在每个所述蒸发冷凝单元中均有独立的气体循环以控制不同的气流速度，并适应所述料液和所述载气气流之间的换热需求。
实际应用时，所述蒸发过程中的能量回收是通过放置于所述冷凝室外的换热器进行的，回收过程为所述换热器吸收所述冷凝液的热量并利用吸收的热量加热所述料液。
其中，所述冷凝室内通过水作为换热介质进行热量的回收。
具体地，所述冷凝室内热量的回收是通过所述水和所述载气气流的直接接触完成的。
实际应用时，所述热源能够加热所述料液；和/或，所述热源能够加热所述载气气流。
其中，所述热源为太阳能或电能。
其中，所述热源为蒸汽或热水。
具体地，所述用于分离料液中水分的系统还包括：至少一个冷源；所述冷源通过热泵与所述热源连接，所述冷源能够将热量释放至所述热源中。
具体地，所述用于分离料液中水分的系统还包括：至少一个冷源，所述冷源能够直接将热量释放至外环境中。
进一步地，所述用于分离料液中水分的系统还包括：固体去除装置，所述固体去除装置能够除去所述料液中存在的固体物质或由于所述料液的水分蒸发而产生的固体析出物。
更进一步地，所述用于分离料液中水分的系统还包括：洗涤装置，所述洗涤装置能够除去所述载气气流由所述料液中带出的气体。
实际应用时，所述料液为盐水，所述载气气流为空气、氦气或氮气。
其中，所述载气气流带出的气体为所述料液中的挥发性物质。
相对于现有技术，本发明所述的用于分离料液中水分的系统具有以下优势：
本发明提供的用于分离料液中水分的系统中，包括：至少两个蒸发冷凝单元，每个蒸发冷凝单元分别包括蒸发室和冷凝室，蒸发室和冷凝室由循环的载气气流连通，蒸发室内能够使料液对气流进行加湿，冷凝室内能够使气流中携带的水分冷凝并得到冷凝液；至少一个热源，在蒸发冷凝过程中料液依次通过蒸发室以释放热量且蒸发水分，并在冷凝室内进行热量的回收；在每个蒸发冷凝单元中均有独立的气体循环以控制不同的气流速度，并适应料液和载气气流之间的换热需求。由此分析可知，本发明提供的用于分离料液中水分的系统，将气体的整个循环过程分为多个并联且独立的小循环过程，通过设置每个小循环过程的不同流速和温度，以降低蒸发过程的整体能耗，从而能够在高温时降低气体流速、在低温时提高气体流速，从而使废水在较大温差内的传热效率显著提高，并与气体热容量在蒸发及冷凝过程中匹配。
本发明还提供一种蒸发方法，通过如上述任一项所述的用于分离料液中水分的系统从料液流体中蒸发分离出水分的方法，每个蒸发冷凝单元处的料液流体的流速被调节为与由蒸发冷凝单元确定的温度的载气气流的热容量相匹配。
所述蒸发方法与上述用于分离料液中的水分的系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
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用于分离料液中水分的系统的结构示意图。
图中：
1－蒸发冷凝单元； 11－蒸发室；
12－冷凝室； 13－热源；
14－换热器； 15－冷源；
2－固体去除装置。
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用于分离料液中水分的系统的结构示意图。
如图1所示，本发明实施例提供一种用于分离料液中水分的系统，包括：至少两个蒸发冷凝单元1，每个蒸发冷凝单元1分别包括蒸发室11和冷凝室12，蒸发室11和冷凝室12由循环的载气气流连通，蒸发室11内能够使料液对气流进行加湿，冷凝室12内能够使气流中携带的水分冷凝并得到冷凝液；至少一个热源13，在蒸发冷凝过程中料液依次通过蒸发室11以释放热量且蒸发水分，并在冷凝室12内进行热量的回收；在每个蒸发冷凝单元1中均有独立的气体循环以控制不同的气流速度，并适应料液和载气气流之间的换热需求。
相对于现有技术，本发明实施例所述的用于分离料液中水分的系统具有以下优势：
本发明实施例提供的用于分离料液中水分的系统中，如图1所示，包括：至少两个蒸发冷凝单元1，每个蒸发冷凝单元1分别包括蒸发室11和冷凝室12，蒸发室11和冷凝室12由循环的载气气流连通，蒸发室11内能够使料液对气流进行加湿，冷凝室12内能够使气流中携带的水分冷凝并得到冷凝液；至少一个热源13，在蒸发冷凝过程中料液依次通过蒸发室11以释放热量且蒸发水分，并在冷凝室12内进行热量的回收；在每个蒸发冷凝单元1中均有独立的气体循环以控制不同的气流速度，并适应料液和载气气流之间的换热需求。由此分析可知，本发明实施例提供的用于分离料液中水分的系统，将气体的整个循环过程分为多个并联且独立的小循环过程，通过设置每个小循环过程的不同流速和温度，以降低蒸发过程的整体能耗，从而能够在高温时降低气体流速、在低温时提高气体流速，从而使废水在较大温差内的传热效率显著提高，并与气体热容量在蒸发及冷凝过程中匹配。
实际应用时，蒸发过程中的能量回收是通过放置于冷凝室12外的换热器14进行的，回收过程为换热器14吸收冷凝液的热量并利用吸收的热量加热料液。
其中，为了保证冷凝室12内具有良好的换热效果，上述冷凝室12内可以通过水作为换热介质进行热量的回收。
具体地，为了提高冷凝室12内的换热效果和换热效率，上述冷凝室12内热量的回收可以是通过换热介质水和载气气流的直接接触完成，从而利用直接接触能够有效提高换热效果和换热效率。
实际应用时，本发明实施例提供的用于分离料液中的水分的系统中，上述热源13不仅能够加热料液，而且能够加热载气气流。
其中，为了保证热源13的稳定性，其可以为电能；当然，为了节约经费，热源13也可以为太阳能。
其中，上述热源13可以优选为蒸汽或热水，以有效提高热源13的供热能力。
具体地，本发明实施例提供的用于分离料液中水分的系统还可以包括：至少一个冷源15，从而通过冷源15和热源13以使系统形成较大的温差；理论上，热源13与冷源15之间的温差越大，系统中所能交换的热量越多。实际装配时，上述冷源15可以通过热泵与热源13连接，从而将热量释放至上述热源13中；和/或，该冷源15能够直接将热量释放至外环境中。
进一步地，用于分离料液中水分的系统还可以包括：固体去除装置2，该固体去除装置2能够除去料液中存在的固体物质或由于料液的水分蒸发而产生的固体析出物。
更进一步地，用于分离料液中水分的系统还可以包括：洗涤装置，该洗涤装置能够除去载气气流由料液中带出的气体。
实际应用时，上述料液可以为盐水，上述载气气流可以为空气、氦气或氮气。在一些优选的实施方式中，载气气流可以优选为氦气，其热力学性能比普通环境空气好；在其它实施方式中，为了避免爆炸的风险，提高安全系数，载气气流可以采用氮气，以缓解风险。
其中，载气气流带出的气体可以为料液中的挥发性物质。
本发明实施例还提供一种蒸发方法，通过如上述任一项所述的用于分离料液中水分的系统从料液流体中蒸发分离出水分的方法，由于每个蒸发冷凝单元处的料液流体的流速被调节为与由蒸发冷凝单元确定的温度的载气气流的热容量相匹配，因此能够解决现有的由于料液和气流的热容量不匹配而引起的热交换效率低、效果差的技术问题。
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 (9)
1.一种用于分离料液中水分的系统，其特征在于，包括：
至少两个蒸发冷凝单元，每个所述蒸发冷凝单元分别包括蒸发室和冷凝室，所述蒸发室和所述冷凝室由循环的载气气流连通，所述蒸发室内能够使料液对气流进行加湿，所述冷凝室内能够使气流中携带的水分冷凝并得到冷凝液；
至少一个热源，在蒸发冷凝过程中所述料液依次通过所述蒸发室以释放热量且蒸发水分，并在所述冷凝室内进行热量的回收；
在每个所述蒸发冷凝单元中均有独立的气体循环以控制不同的气流速度，并适应所述料液和所述载气气流之间的换热需求。
2.根据权利要求1所述的用于分离料液中水分的系统，其特征在于，所述蒸发过程中的能量回收是通过放置于所述冷凝室外的换热器进行的，回收过程为所述换热器吸收所述冷凝液的热量并利用吸收的热量加热所述料液。
3.根据权利要求1或2所述的用于分离料液中水分的系统，其特征在于，所述冷凝室内通过水作为换热介质进行热量的回收，且所述冷凝室内热量的回收是通过所述水和所述载气气流的直接接触完成的。
4.根据权利要求3所述的用于分离料液中水分的系统，其特征在于，还包括：至少一个冷源；所述冷源通过热泵与所述热源连接，所述冷源能够将热量释放至所述热源中。
5.根据权利要求3所述的用于分离料液中水分的系统，其特征在于，还包括：至少一个冷源，所述冷源能够直接将热量释放至外环境中。
6.根据权利要求1所述的用于分离料液中水分的系统，其特征在于，还包括：固体去除装置，所述固体去除装置能够除去所述料液中存在的固体物质或由于所述料液的水分蒸发而产生的固体析出物。
7.根据权利要求1所述的用于分离料液中水分的系统，其特征在于，还包括：洗涤装置，所述洗涤装置能够除去所述载气气流由所述料液中带出的气体。
8.根据权利要求1所述的用于分离料液中水分的系统，其特征在于，所述料液为盐水，所述载气气流为空气、氦气或氮气。
9.一种蒸发方法，其特征在于，通过如上述权利要求1－9任一项所述的用于分离料液中水分的系统从料液流体中蒸发分离出水分的方法，每个所述蒸发冷凝单元处的所述料液流体的流速被调节为与由所述蒸发冷凝单元确定的温度的所述载气气流的热容量相匹配。
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