CN106915788A - 低温蒸馏水净化技术及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水处理技术领域，公开了一种低温蒸馏水净化技术及装置。所述方法包括将经加热处理的待净化水，通过减压低温蒸馏装置减压蒸馏，冷凝获得蒸馏水的技术。所述装置包括减压蒸馏装置，冷凝装置，蒸馏水收集装置。相关装置在控制器的控制下，不断的将经加热过的待净化水转变成蒸馏水，并回收水蒸气液化放出的热能。本发明所述的方法及装置用于水净化具有处理量大，净化彻底的优点。不仅可以净化淡水，还可以处理咸水。不仅可以满足家庭净化水的需要，还能满足工厂化大批量生产净化水。

Description

低温蒸馏水净化技术及装置

技术领域

本发明涉及到水处理技术领域。

背景技术

关于净化水的背景技术：由于人类的活动以及工业化程度越来越高，水污染越来越严重。自来水，地表水甚至大部分地下水都很难满足人们对高质量水的需求。人们迫切希望得到感官性更好、更安全的饮用水及其它高质量的用水。在这个背景下爆发了一场水革命。

罐装水的发展，各种净水机的出现就是这个时代的产物。罐装水虽然满足了部分饮用水的需求，但它的缺点也是显而易见的。

净水设备的出现一定程度改变了用水的问题，但净水机一般采用的是过滤方式，不论是哪种过滤方式都需要定期更换里面的滤心及滤料，麻烦的同时还造成了环境污染，而且净水机工作也不稳定，随着滤料过滤能力的下降，水质也会变差。特别是缺少淡水资源的地区，目前基本上无能为力。

发明内容：

为了解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供用于水净化——低温蒸馏的方法。

本发明的另一目的在于提供由上述方法而针对于水净化的具体装置。

1减压容器的设置：根据低温蒸馏技术设置的减压容器是能够提供低压蒸馏环境的具有密封性能的容器，将如图2形式的多孔负压罐翻转过来，每个孔连接一根冷凝管，使冷凝管浸入冷凝水中，多孔负压罐就变成了一个非常好的减压容器，这时冷凝延长管就变成了集气管。将这种减压容器进一步简化：直接将减压容器用隔板隔成两室，一室作蒸发室(稍小点)，一室作集气室(稍大点)，蒸发室与集气室下部完全隔开，使蒸发室的水不能流到集气室中，上部部分相连，使蒸气能从蒸发室向集气室转移。

2.单个减压容器无法满足热回收率高、蒸馏速度快等水净化的各项要求，因此要设减压容器群组联合蒸馏装置减压容器集群箱(如图1)：将若干个减压容器集成一个大箱子式的减压容器群组，这个大箱子分隔成若干个小间，一个小间就是一个减压容器，小间与小间(也就是一个减压容器与另一个减压容器之间)除有一个排水孔相连通外完全隔开，每个减压容器再分成不完全隔开的集气室和蒸发室。减压容器排水时要从底部排出(底部水冷)，而进水要从上部进来(蒸发发生于表面)，为了适应这一要求，集气室与蒸发室要再分成两间，其中小间只占整间的十分之一左右，集气室的这一小间主要起桥梁作用，因为水要从上一减压容器的蒸发室送到下一减压容器的蒸发室，中间要经过集气室，所以要将集气室分出一小间用于过水。而蒸发室之所以要分出一小间是因为上一减压容器内比下一减压容器内压强要大，因此减压容器内蒸发室小间液面比大间液面要高，小间的水通过预留特定高度的孔向大间溢流(或隔板矮点，直接溢流)，这样就解决了减压容器要由上部进水的问题。

3.冷凝管的设置：根据集气室下部预留接冷凝管位置的尺寸大小，将若干根冷凝管的一端焊接到一块长条形不锈钢片或铜片上，(冷凝管出口焊接到钢片表面，出口不得堵塞)，用分水器将冷凝管的另一端出口合并成一个出口焊接好，使用时在长条形不锈钢钢片或铜片周边垫上密封圈，用镙丝固定连接到减压容器集群箱的各个冷凝管预留连接处。

减压蒸馏的原理及蒸馏过程：

减压蒸馏与多级闪蒸原理一样，能耗则更小，造水比更大。由如图1所示的减压容器组群箱组成的减压蒸馏系统的蒸馏过程如下：热水从(101)进水孔引入第一个减压容器的蒸发室(以下简称第一蒸发室，第二个减压容器的蒸发室叫第二蒸发室，第三个减压容器的蒸发室叫第三蒸发室……)，由于减压容器内压强低于热水所在温度值时蒸气的饱和气压，热水在第一蒸发室闪急蒸发，使蒸发室及集气室压强有趋于增加的趋势，产生的蒸气被集气室收集送到冷凝管，蒸气在冷凝管被冷凝水冷却液化，在冷凝管及与冷凝管相连通的集气室又存在压强趋于降低的趋势，两种趋势最终会到达动态平衡。当由于热水不断的引入，第二蒸发室的小间与第一蒸发室因排水口(或者说进水口，开口要大点)相通，第二蒸发室的小间水位同步升高，最后向第二蒸发室大间溢流(最初开始蒸馏，第一蒸发室供水时，第一蒸发室压强瞬间增大，会立即向第二蒸发室供水，但第二蒸发室也随即闪蒸，压强瞬间也增大，随后进入正常工作状态)，第二蒸发室到达设计水位后，由第三蒸发室小间向第三蒸发室大间溢流供水，以此类推。各减压容器闪蒸和冷凝象第一减压容器一样都处于各自的动态平衡中，各级温度降基本上差不多，假设有一级温度异常，比如特别高，由于它温度高，冷凝传热的速度就会快，冷凝降压的趋势明显，而反过来，由于温度高，压强大，上一级送过来的热水闪蒸的速度就会慢，升压的趋势会慢，动态平衡被打破，最终会调节过来，同理温度不可能出现太低的一级。热水从第一减压容器进来，从最后一个减压容器抽出，抽出的水经水泵提升后，送到最后一级的上一级(送到最后一级的上一级不能满足冷凝水与冷凝管内蒸气的热传导温差时，送到再上一级，这时并不仅仅是这一级冷凝水与冷凝管内蒸气温度差加大，而是每一级温差都加大，最后流出的冷凝水与初始温度温差加大，造水比降低)作为冷凝水参与冷凝循环，该级的冷凝水水位要比以前各级都高，冷凝水依次向前一级流动，当冷凝水从第一级冷凝管处流出时，回收了从第一级到倒数第二级的几乎全部热能。但是温度比初始温度要低，补充小量热量后才能再次参与循环。如果采用空气能做为热源的话，由于空气能装置还具有致冷作用，因此蒸馏的最后一级的排出水的水温可以控制到比空气，或原待净化水的水温更低的标准。使用其它热源时，最后一级排水温度应该稍高点(最后一级需要制冷)。用于最后一级制冷的冷凝水其中有一部分要补充到系统的净化循环中去，以弥补因待净化水的蒸馏而减少的那一部分水。

如果待净化水是海水的话，由于蒸馏的不断进行，盐水的浓度会不断升高，当超过饱和溶解度时，就会有盐淅出，淅出的盐沉积在蒸发室，本身对蒸馏的进行没有什么影响，但是要想将盐清理出来，几乎就不可能，在设计上就要有所变动，将减压容器集气室、蒸发室的小间同时移出来，单独作一个大容器，这个容器相当于涵洞前的沙坑(用来沉积沙子的)可以用来沉积食盐，蒸发室本身较窄，水流较大，食盐难以沉积，食盐及其它盐都会沉积到这个大容器中，清理起来就容易得多，系统不停止工作都会有办法清理的(比如同时使用两个沉积容器，一个工作，一个停下来清理)。

蒸馏水的收集：因为每一个减压容器的压强都不一样，蒸馏水的导出就变得有点复杂，另外一点，各减压容器内的负压要保持，并且每个减压容器内负压要保持得各不相同，这同样复杂。基于以上两点，本发明发明了多孔负压罐，如图2所示的多孔负压罐很好的解决了以上两个问题。将减压容器蒸馏水引出管依次连接到多孔负压罐的孔中，一个孔连接一个。多孔负压罐的冷凝延长管有自动调节压强的作用，冷凝管内气体压强大的，冷凝延长管内的蒸馏水压出多，冷凝延长管水位低，冷凝管内气体压强小的，冷凝延长管内的蒸馏水压出小，水位高。只要用水位控制器控制负压罐内的水位，(负压罐上方是真空，真空度取决于罐内的水温，因为水有一个饱和气压)，由于冷凝管与减压容器是连通的，因此控制了冷凝管内的负压就控制了减压容器的负压。由于冷凝延长管长度受限，因此压强调控范围有限，在连接时不要超过调控范围。

减压蒸馏系统的排气：由于待净化水中存在不溶性气体，因此蒸馏系统在运行一段时间后需要排气，对于大型化净水，可以用抽气机排气。对于家庭小型化净水，可在连接多孔负压罐时成对连接，一个用于正常工作，一个用于备用排气。排气时将正常工作的多孔负压罐从冷凝管连接处关闭，将最后一级的排水也关闭，向减压系统不断供水，同时将排气阀(制做时预留排气孔，接上排气阀)打开，气会随进水全部排出，排完气后关闭进水阀和排气阀，同时使排气负压罐工作，排气负压罐负压要大于工作负压罐的负压(排气负压罐抽出的水不是净化水)，随后打开最后一级减压容器的排水阀抽水，很快减压系统准备完成，各减压容器装置符合工作要求，最后关闭通向排气负压罐的管道阀门，打开工作负压罐阀门及进热水的阀门，重新开始蒸馏净化。

减压系统所进行的减压蒸馏，一个减压蒸馏系统不管造水比有多高，在热源能保障供给的前提下，一两个小时的产水量也要能达到1m3左右的产水量才会具有实际意义，而减压系统蒸馏的快慢主要取决于热交换的快慢，下面来理论计算一下热交换的快慢：冷凝管由内向外，热能通过冷凝管壁向冷凝水热转移的速度，时间按一个小时计算，不结垢的情况下冷凝管的热传递系数大约为300，一个减压容器十根冷凝管，冷凝管直径3cm，冷凝管长度为50cm，焊接成一排，这一排总长40cm(包括冷凝管之间的空隙)，十个减压容器宽50cm，按系统总计40个减压容器集成的减压容器集成箱计算，共计长100cm，宽80cm，规模也还算适中。一个减压容器冷凝管总表面积：10π×0.03×0.5m²，管内外温差只按最小温差1℃计算(实际温差可以达几度，温差越小造水比越大)，热传导距离即管壁厚度为0.001m，因此一小时(3600秒)一个减压容器的冷凝管从内向外传导的总热量可以达到：3600×10π×0.03×0.5×300×1÷0.001≈5×10⁸(焦耳)，也就是理论上计算一个减压容器的冷凝管1小时可以从管内向管外传递大约250公斤水蒸发需要的热量，40个减压容器可以传递10吨水蒸发所需要的热量。即使轻度结垢，也能轻易满足热传导速度要求。

附图说明：图1是由若干个减压容器集合成的减压容器集群箱示意图。实际制作时减压容器总个数不一定象图上画出的由七个减压容器集成，根据实际需要可以是三十个，四十个甚至更多。(101)为减压容器集群箱进水口，即第一蒸发室进水口，(102)为出水口，即最后一级减压容器的排水口。每个减压容器都包括蒸发室——1室，集气室——2室。图2为多孔负压罐，(202)接口接减压容器冷凝管蒸馏水引出口，(203)为冷凝延长管，具有自动调节组合减压容器内负压大小的功能，(204)出口是多孔负压罐罐内与冷凝延长管相联通的出入口。多孔负压罐的孔数根据实际需要设计，可以增加也可减少。

Claims (5)

1.低温蒸馏水净化技术是利用减压蒸馏装置将水低温蒸馏，获得蒸馏水形式的净化水并回收水蒸气液化放出的热能，使能量循环利用的技术。其特征在于利用水的沸点随压强的降低而降低的特性，在减压装置内将经太阳能，空气能或其它热源加热过的水进行低温蒸馏，冷凝获得蒸馏水的同时，回收水蒸气液化放出的热能。

2.根据该技术设置的蒸馏系统是以减压容器集成箱(若干个减压容器集成)为基础，与已知装置及其它控制装置连接而成的蒸馏系统。多孔负压罐是用于收集蒸馏水的装置，多孔负压罐能通过冷凝延长管的自动调节作用自动适应冷凝管内的负压，因此它也是一种自动的控制装置。

3.所述减压蒸馏装置——减压容器是利用水的沸点随压强的降低而降低的特性而设置的具有密封性能的容器。水管自高层连向低层，由管内水柱产生负压，或通过水泵产生负压，进而使蒸馏装置保持低压水平，提供低温蒸馏的场所。其特征是减压容器内的水在低温的状态下，能轻易的发生物态变化，由水转变成水蒸气。

4.根据上一权利要求，进一步将若干个减压容器集结成减压容器集成箱(单个减压容器无法全面满足热回收率高、蒸馏速度快等水净化的各项要求)。减压容器集成箱蒸馏系统内各减压容器联合蒸馏，减压容器集成箱的特征在于集成性好，便于控制，热回收率高，造水比大，并且整个系统安装简单，能同时适用于大型，小型净水的不同要求。

5.根据所有上述权利要求，减压蒸馏对于蒸馏水的收集有特定的要求，减压容器组群箱中每个减压容器的负压都不一样，因此各冷凝管导出的蒸馏水具有不同的负压。同时蒸馏水的抽出是维持各减压容器负压恒定的基础，什么时候需要抽出蒸馏水，抽出多少，也要能够控制。多孔负压罐是为解决上述两个问题而设计的特殊蒸馏水收集装置。多孔负压罐的引入可以使系统的其它控制器大大减少，而控制更精准。