CN107628673B - 一种旋转刮膜式蒸馏淡化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种旋转刮膜式蒸馏淡化装置，包括由电机驱动的分段的空心套筒、多个空心圆盘及盘状浓水回收罩的转动系统；由空心固定轴、空心固定轴上的蒸汽出口、多个空心圆盘、蒸汽输入管、蒸汽输出管及压缩机构成的蒸汽冷凝系统；由给排水支架、支撑臂、空心圆盘盘面、刮刷、装料液输送总管、浓水回收总管、料液输送支管、浓水回收支管、浓水泵、原料液罐及原料液泵构成的循环蒸发系统。本发明将原料液流入至空心圆盘与刮刷的微小间隙之中，随着空心圆盘转动与刮刷作用，原料液在空心圆盘表面形成一层均匀液膜蒸发，可使装置在微重力或失重场合下保持连续运行，同时避免干壁结垢问题，连续均匀液膜提高了蒸馏工艺的淡水回收率。
Description
技术领域
本发明属于海水淡化及水处理技术领域，特别是一种旋转刮膜式蒸馏淡化装置。
背景技术
蒸馏淡化技术是目前海水淡化及水处理领域中的一项主流技术。然而，由于海水中含有钙、镁等结垢离子，海水在蒸馏淡化过程中碳酸钙、氢氧化镁、硫酸钙等成分会逐渐沉积在传热管表面形成水垢，由此会严重阻碍海水与加热介质的传热过程。传热面结垢是影响蒸馏淡化装置性能的一项重要因素，在诸多蒸馏淡化工程中因结垢造成传热性能急剧下降、产水出力不足甚至停产运行的现象多有发生。此外，当原水浊度较高时，水体中所含悬浮颗粒物也会沉积在传热表面形成污垢，同样会影响传热性能，造成产水能力下降。基于上述原因，亟待发明一种可在线除垢的蒸馏淡化装置，由此保障蒸馏淡化工艺的稳定运行，同时提高蒸馏淡化的浓缩率，对于降低产水成本，促进浓盐水综合利用均具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种旋转刮膜式蒸馏淡化装置。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种旋转刮膜式蒸馏淡化装置，包括装置壳体，在壳体右侧内壁装有轴承支架，在轴承支架上固装端头滚动轴承，端头滚动轴承通过从动带轮转轴与大皮带轮连接，在大皮带轮的左侧端面依次由分段的空心套筒同轴串接有多个空心圆盘，在每个空心圆盘的外部分别固装有轴心处开孔的盘状浓水回收罩，所述大皮带轮经中间传动机构后由壳体外部的电机驱动，电机带动上述包括分段的空心套筒、多个空心圆盘及盘状浓水回收罩的转动系统转动；
在壳体的左侧壁上对应空心套筒的位置安装有中空柱状基座，在壳体的右侧壁上安装有汽液分离器，在中空柱状基座的右端同轴固装有右侧端头密封的空心固定轴，空心固定轴在分段的空心套筒内向右延伸至右侧空心圆盘的右边，同时空心固定轴与分段的空心套筒内壁之间安装有保证两者之间相对转动的滑动轴承，在空心固定轴对应每个空心圆盘内腔中心的位置上分别开有蒸汽出口，在蒸汽出口上下两侧的空心固定轴上分别穿装向上延伸至空心圆盘顶部的抽不凝气管及向下延伸至空心圆盘边缘的淡水收集管，所述淡水收集管沿空心固定轴内部穿出中空柱状基座后与淡水泵连接，所述抽不凝气管沿空心固定轴内部穿出中空柱状基座后与抽真空泵连接，在所述中空柱状基座的中部插装壳体蒸汽输入管，在所述汽液分离器上安装壳体蒸汽输出管，壳体蒸汽输出管的连接管道通过压缩机与壳体蒸汽输入管连接，在空心圆盘外表面产生的一次蒸汽从浓水回收罩中心孔流出至壳体内，再经汽液分离器后由壳体蒸汽输出管送到压缩机，压缩机做功后将一次蒸汽升温升压后成为二次加热蒸汽，二次加热蒸汽由蒸汽输入管送入空心固定轴后经蒸汽出口排入空心圆盘，在空心圆盘内进行换热后冷凝成为淡水，淡水由淡水收集管排出，同时由抽不凝气管排出不凝气，由此构成整个装置的蒸汽冷凝系统；
在壳体上安装有给排水支架，给排水支架的多个支撑臂分别由壳体内壁沿多个盘状浓水回收罩的盘面向空心套筒延伸，并将支撑臂端头弯折延伸进入盘状浓水回收罩的中心孔，其中，两两盘状浓水回收罩之间的支撑臂为向两侧弯折延伸出两个支撑臂端头，在每个支撑臂端头上分别固装有紧贴空心圆盘盘面的刮刷，在给排水支架上安装料液输送总管及浓水回收总管，在每个支撑臂上分别安装料液输送支管，每根料液输送支管穿入盘状浓水回收罩后与所述每个刮刷平行安装，并且在每根对应刮刷位置的料液输送支管上匀距间隔开有多个朝向空心圆盘面的输液孔，在每个支撑臂上也分别安装浓水回收支管，浓水回收支管穿入盘状浓水回收罩后弯折延伸至盘状浓水回收罩的内部边缘，浓水回收支管吸收盘状浓水回收罩内部未蒸发的浓水，经浓水回收总管后与浓水泵连接，浓水泵与原料液罐连接，原料液罐与原料液泵连接，原料液泵将原料液经料液输送总管及各料液输送支管输送至空心圆盘表面，在刮刷与空心转盘的间隙内形成薄液膜进行换热蒸发，由此构成整个装置的循环蒸发系统。
而且，所述壳体由上腔壳体和下腔壳体组成，上、下腔壳体间夹有密封圈，上、下腔壳体间通过螺栓密封连接。
而且，所述刮刷的材质为硅胶，刮刷与空心圆盘蒸发面间留有间隙，间隙距离保持为50-100μm之间。
而且，所述壳体内压力保持为5-10kPa.a。
而且，所述空心固定轴的左侧端头向外翻开构成定位轴肩，定位轴肩与所述分段的空心套筒的左侧端头相抵，构成转动系统的左端定位结构。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明将海水或其他原料液流入至空心圆盘与刮刷的微小间隙之中，随着空心圆盘转动与刮刷作用，原料液在空心圆盘表面形成一层均匀液膜。区别于传统降膜或升膜蒸发，空心圆盘刮膜式蒸发器对液膜厚度具有较强的可控性，通过调节原料液给水量、空心圆盘与刮刷间隙、空心圆盘转速等参数，可保证原料液在空心圆盘表面形成厚度均匀的液膜，由此可避免传统蒸发器中出现传热面“干壁”结垢问题。
2、本发明利用刮刷的刮擦作用可将空心圆盘表面出现的原料液结晶垢点及时清除，使蒸发器具有在线除垢能力，及时预防在空心圆盘表面形成连续垢层，有助于实现原料液的高浓缩蒸发，由此可提高蒸馏工艺的淡水回收率，增强产水的经济性，也可满足污水或废水零排放的工艺要求。
3、本发明是将原料液在旋转的空心圆盘表面进行蒸发，原料液在空心圆盘摩擦力和离心力作用下向空心圆盘外缘移动，因此可不依赖于重力自动将未蒸发的浓水排出至浓水回收罩，再通过浓水回收系统完成原料液的循环蒸发过程，由此可使装置在微重力或失重场合下保持连续运行。
4、本发明中原料液受刮刷持续扰动可增强液膜内部的传热传质过程，降低空心圆盘表面液膜蒸发热阻，从而起到强化传热的效果，提高了原料液与加热蒸汽的传热效率。
5、本发明通过抽真空泵抽取原料液蒸发所产生的不凝气体，使该蒸馏淡化装置在负压环境下运行，原料液在较低温度下即可蒸发，可适用于含有挥发性较强物质的原料液蒸馏淡化的工艺要求。此外，通过压缩机将原料液蒸发出的蒸汽进行升温升压，加热蒸汽与原料液间在小温差(3-5℃)条件下持续传热，有利于降低压缩机的运行能耗。
附图说明
图1是本发明装置的整体结构示意图；
图2是本发明中图1所示空心圆盘、盘状浓水回收罩与所述刮刷、浓水回收支管及料液输送支管间的正视结构位置示意图；
图3是本发明中给排水循环系统的结构示意图；
图4是本发明中空心圆盘、盘状浓水回收罩与所述刮刷、浓水回收支管及料液输送支管间的俯视结构示意图；
图5是本发明中空心圆盘、空心固定轴、抽不凝气管及淡水收集管之间的结构位置示意图；
图6是本发明中浓水回收罩、空心固定轴、支撑臂及料液输送支管间的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种旋转刮膜式蒸馏淡化装置，如图1所示，包括装置壳体44，在壳体右侧内壁中心处安装有轴承支架21，在轴承支架21左端固装有端头滚动轴承18，在端头滚动轴承18内套上从左侧穿装从动带轮转轴20，在从动带轮转轴20左端上安装有大皮带轮17，在大皮带轮17的左侧依次同轴设置有右段空心套筒22，中段空心套筒4及左段空心套筒6，右段空心套筒22的右端与大皮带轮17的左侧端面固接，右段空心套筒22与中段空心套筒4之间及中段空心套筒4与左段空心套筒6之间分别由两个空心圆盘1连接。如图1或6所示，在空心圆盘1外部为轴心处开孔的盘状浓水回收罩3，所述盘状浓水回收罩3由左罩面43和右罩面45组成，所述左罩面43预穿装空心固定轴9，所述右罩面45预穿装给排水支架29，将左、右罩面扣合密封并通过螺栓与空心圆盘1外沿端部同轴固装。在所述大皮带轮17的下方安装有皮带连接的小皮带轮11，小皮带轮11内套中穿装中转带轮转轴12，所述中转带轮转轴12的右端通过定位轴承13与壳体44内壁固装，在中转带轮转轴12的中部固装有大齿轮14，在大齿轮14的上部铰接有小齿轮15，小齿轮15由固装于壳体44外部的电机16经穿过壳壁的电机轴39驱动。电机16带动上述包括右、中、左段空心套筒、两个空心圆盘1及两个盘状浓水回收罩3的转动系统转动。
在壳体44的左侧壁中心处安装有中空柱状基座2，在壳体44的右侧壁中心处安装有汽液分离器46，在中空柱状基座2的右端同轴固装有右侧端头密封的空心固定轴9，空心固定轴9在左、中段空心套筒内向右延伸至右侧空心圆盘的右边，同时空心固定轴9与左、中段空心套筒内壁之间安装有保证两者之间相对转动的滑动轴承23，如图1或5所示，在空心固定轴9上对应两个空心圆盘1内腔中心的位置分别开有两个蒸汽出口5，在蒸汽出口5的上方安装有向上延伸至空心圆盘顶部的抽不凝气管33，在蒸汽出口的下方安装有向下延伸至空心圆盘底部的淡水收集管35。如图1或3或5所示，所述淡水收集管35沿空心固定轴9内部穿出中空柱状基座2后与淡水泵41连接，淡水泵41将淡水排入淡水罐42。所述抽不凝气管33沿空心固定轴9内部穿出中空柱状基座2后与抽真空泵34连接，将不凝气排向外部空间。如图1所示，在所述中空柱状基座2的中部插装壳体蒸汽输入管8，在所述汽液分离器46上安装有壳体蒸汽输出管19，壳体蒸汽输出管19的连接管道通过压缩机10与壳体蒸汽输入管8连接。在空心圆盘1外表面产生的一次蒸汽从浓水回收罩3中心孔流出至壳体44内，在壳体44内部33-45℃的一次蒸汽经汽液分离器46后由壳体蒸汽输出管19送到压缩机10，压缩机10做功后将一次蒸汽升温升压后成为38-50℃的二次加热蒸汽，二次加热蒸汽由蒸汽输入管8送入空心固定轴9后经蒸汽出口5排入空心圆盘1的内腔中。二次加热蒸汽在空心圆盘内进行换热后冷凝成为淡水，淡水由淡水收集管35排出，同时由抽不凝气管33排出不凝气，由此构成整个装置的蒸汽冷凝系统。
在本发明的具体实施中，如图1所示，所述空心固定轴9的左侧端头向外翻开构成定位轴肩7，定位轴肩7与所述左段空心套筒的左侧端头相抵，构成转动系统的左端定位结构。
如图1或2或3或4或6所示，在壳体上安装有给排水支架29，给排水支架29的三个支撑臂40分别由壳体44内壁沿两个盘状浓水回收罩3的盘面向空心套筒延伸，并将支撑臂40端头弯折延伸进入盘状浓水回收罩3的中心孔，其中，中间的支撑臂为向两侧弯折延伸出两个端头，在三个支撑臂40的四个端头上分别固装有紧贴两个空心圆盘四个盘面的四个刮刷24，在给排水支架29上安装料液输送总管25及浓水回收总管26，在三个支撑臂40上分别安装四根料液输送支管28，四根料液输送支管28穿入盘状浓水回收罩3后与所述四个刮刷24平行安装，并且在每根对应刮刷24长度位置的料液输送支管28上匀距间隔开有多个朝向空心圆盘1盘面的输液孔，在三个支撑臂40上分别安装四个浓水回收支管27，浓水回收支管27穿入盘状浓水回收罩3后弯折延伸至盘状浓水回收罩3的内部边缘，浓水回收支管27吸收盘状浓水回收罩3内部未蒸发的浓水，经浓水回收总管26后与浓水泵30连接，浓水泵30与原料液罐31连接，原料液罐31与原料液泵32连接，原料液泵32将原料液经料液输送总管25及料液输送支管28输送至空心圆盘1外表面，在刮刷24与空心转盘1的间隙内形成薄液膜后进行换热蒸发，由此构成整个装置的循环蒸发系统。蒸发产生的33-45℃的一次蒸汽经汽液分离器46后由壳体蒸汽输出管19送到压缩机10。
在本发明的具体实施中，空心圆盘1及盘状浓水回收罩3均采用壁厚为0.5mm的钛板制作而成，所述空心固定轴9采用壁厚为2mm的钛管制作而成。
在本发明的具体实施中，所述电机额定转速为1000r/min，小皮带轮11与大皮带轮17、小齿轮与大齿轮的减速比均为2：1。
在本发明的具体实施中，如图2所示，壳体44由上腔壳体36和下腔壳体38组成，上、下腔壳体间夹有密封圈37，上、下腔壳体间通过螺栓密封连接，上、下腔壳体均采用壁厚为4mm钛板制作，壳体44内部通过抽真空保持负压状态。
在本发明的具体实施中，所述刮刷24材质为硅胶，结构为L形状，如图4所示，刮刷24与空心圆盘1蒸发面间留有间隙，间隙距离保持为50-100μm之间。
在本发明的具体实施中，所述壳体44内压力保持为5-10kPa.a。
Claims (3)
1.一种旋转刮膜式蒸馏淡化装置，其特征在于：包括装置壳体，在壳体右侧内壁装有轴承支架，在轴承支架上固装端头滚动轴承，端头滚动轴承通过从动带轮转轴与大皮带轮连接，在大皮带轮的左侧端面依次由分段的空心套筒同轴串接有多个空心圆盘，在每个空心圆盘的外部分别固装有轴心处开孔的盘状浓水回收罩，所述大皮带轮经中间传动机构后由壳体外部的电机驱动，电机带动上述包括分段的空心套筒、多个空心圆盘及盘状浓水回收罩的转动系统转动；
在壳体的左侧壁上对应空心套筒的位置安装有中空柱状基座，在壳体的右侧壁上安装有汽液分离器，在中空柱状基座的右端同轴固装有右侧端头密封的空心固定轴，空心固定轴在分段的空心套筒内向右延伸至右侧空心圆盘的右边，同时空心固定轴与分段的空心套筒内壁之间安装有保证两者之间相对转动的滑动轴承，在空心固定轴对应每个空心圆盘内腔中心的位置上分别开有蒸汽出口，在蒸汽出口上下两侧的空心固定轴上分别穿装向上延伸至空心圆盘顶部的抽不凝气管及向下延伸至空心圆盘边缘的淡水收集管，所述淡水收集管沿空心固定轴内部穿出中空柱状基座后与淡水泵连接，所述抽不凝气管沿空心固定轴内部穿出中空柱状基座后与抽真空泵连接，在所述中空柱状基座的中部插装壳体蒸汽输入管，在所述汽液分离器上安装壳体蒸汽输出管，壳体蒸汽输出管的连接管道通过压缩机与壳体蒸汽输入管连接，在空心圆盘外表面产生的一次蒸汽从浓水回收罩中心孔流出至壳体内，再经汽液分离器后由壳体蒸汽输出管送到压缩机，压缩机做功后将一次蒸汽升温升压后成为二次加热蒸汽，二次加热蒸汽由蒸汽输入管送入空心固定轴后经蒸汽出口排入空心圆盘，在空心圆盘内进行换热后冷凝成为淡水，淡水由淡水收集管排出，同时由抽不凝气管排出不凝气，由此构成整个装置的蒸汽冷凝系统；
在壳体上安装有给排水支架，给排水支架的多个支撑臂分别由壳体内壁沿多个盘状浓水回收罩的盘面向空心套筒延伸，并将支撑臂端头弯折延伸进入盘状浓水回收罩的中心孔，其中，两两盘状浓水回收罩之间的支撑臂为向两侧弯折延伸出两个支撑臂端头，在每个支撑臂端头上分别固装有紧贴空心圆盘盘面的刮刷，在给排水支架上安装料液输送总管及浓水回收总管，在每个支撑臂上分别安装料液输送支管，每根料液输送支管穿入盘状浓水回收罩后与所述每个刮刷平行安装，并且在每根对应刮刷位置的料液输送支管上匀距间隔开有多个朝向空心圆盘面的输液孔，在每个支撑臂上也分别安装浓水回收支管，浓水回收支管穿入盘状浓水回收罩后弯折延伸至盘状浓水回收罩的内部边缘，浓水回收支管吸收盘状浓水回收罩内部未蒸发的浓水，经浓水回收总管后与浓水泵连接，浓水泵与原料液罐连接，原料液罐与原料液泵连接，原料液泵将原料液经料液输送总管及各料液输送支管输送至空心圆盘表面，在刮刷与空心转盘的间隙内形成薄液膜进行换热蒸发，由此构成整个装置的循环蒸发系统；所述刮刷的材质为硅胶，刮刷与空心圆盘蒸发面间留有间隙，间隙距离保持为50-100μm之间；所述空心固定轴的左侧端头向外翻开构成定位轴肩，定位轴肩与所述分段的空心套筒的左侧端头相抵，构成转动系统的左端定位结构。
2.根据权利要求1所述的旋转刮膜式蒸馏淡化装置，其特征在于：所述壳体由上腔壳体和下腔壳体组成，上、下腔壳体间夹有密封圈，上、下腔壳体间通过螺栓密封连接。
3.根据权利要求1所述的旋转刮膜式蒸馏淡化装置，其特征在于：所述壳体内压力保持为5-10kPa.a。
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