CN107698082B - 一种小型低能耗蒸馏水提取系统 - Google Patents

一种小型低能耗蒸馏水提取系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种小型低能耗蒸馏水提取系统，在蒸发器与冷凝器之间设计一个共用面，作为两腔工质之间的热交换面；蒸发器与冷凝器之间设置有一个罗茨风机，蒸馏装置工作时，罗茨风机不断将蒸发器内的水蒸汽输送到冷凝腔，并维持冷凝器内水蒸汽的压力始终高于蒸发器；由于水的沸点与压力成正比例关系，所以冷凝器内的水蒸汽将在相对较高的温度下冷凝，而蒸发器内的水将在相对较低的温度下沸腾蒸发，这样冷凝器内水蒸汽冷凝时释放出来的潜热将在两腔温差的作用下源源不断的通过热交换面传递给蒸发器内的污水，使其汽化形成水蒸汽，如此循环实现潜热的回收再利用。该蒸馏水提取系统实现了蒸馏过程中汽化潜热的回收再利用，能耗低。

Description

一种小型低能耗蒸馏水提取系统
技术领域
本发明涉及蒸馏水制备技术领域，具体是一种小型低能耗蒸馏水提取系统，能够用于从一般水源中提取蒸馏水，或用于从污水中提取净化水。
背景技术
对水进行蒸馏处理是一种获得高品质纯净水的常用方法，但常见的蒸馏处理系统一般存在以下不足，一是未对水蒸馏过程中的水、气相变潜热进行回收再利用，导致系统能耗较大，二是系统蒸馏压力为常压，蒸馏温度较高，容易造成原水中沸点较低的污染物大量溢出并进入蒸馏水中，使蒸馏水的水质变差，三是系统蒸馏过程中水气混合物的分离主要依靠重力实现，当环境条件较为特殊时，如空间微重力环境下无法继续工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小型低能耗蒸馏水提取系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种小型低能耗蒸馏水提取系统，包括流体管理组件、流体泵控组件、换热组件、蒸馏组件、循环过滤组件、水气分离组件、压力泵控组件、预处理组件和控制器组件；所述流体管理组件的第一进口连接至预处理组件，第一出口连接至换热组件的低温污水进口，流体管理组件的第二进口经流体泵控组件连接至水气分离组件的水相出口，流体管理组件的第二出口连接至蒸馏水输出管；所述换热组件的低温污水出口连接至蒸馏组件的污水进口，换热组件的高温污水进口连接至蒸馏组件的污水出口，换热组件的高温污水出口经流体泵控组件连接至循环过滤组件的进口端，循环过滤组件的出口端经流体泵控组件连接至换热组件的低温污水进口，换热组件的蒸馏水进口连接至蒸馏组件的蒸馏水出口，换热组件的蒸馏水出口连接至水气分离组件的进口端，换热组件上还设置有用于连接至冷源的冷源进口和冷源出口；所述水气分离组件的气相出口连接至压力泵控组件；所述控制器组件分别电性连接至流体管理组件、流体泵控组件、换热组件、蒸馏组件、循环过滤组件、水气分离组件、压力泵控组件和预处理组件。
作为本发明进一步的方案：所述流体管理组件包括水质监测组件和入口过滤器，所述预处理组件包括预处理罐，所述换热组件包括第一换热器和第二换热器，预处理罐的进口端连接至污水储罐，预处理罐的出口端连接至入口过滤器的进口端，预处理罐与入口过滤器之间的管道上还设置有第一压力传感器，入口过滤器的出口端连接至第一换热器的低温污水进口，入口过滤器与第一换热器之间的管道上设置有第一电磁阀；
所述水气分离组件包括水气分离器和压差传感器，压差传感器的两端分别连接至水气分离器的水相出口和气相出口，所述流体泵控组件包括第一蠕动泵、第二蠕动泵、第三蠕动泵和第四蠕动泵，所述水质监测组件的进口端经第四蠕动泵连接至水气分离器的水相出口，水气分离器与第四蠕动泵之间的管道上设置有第二电磁阀，水质监测组件的出口端分为两路，其中第一路连接至蒸馏水储罐，且第一路管道上设置有第三电磁阀和第二压力传感器，第二路连接至第一换热器的低温污水进口，且第二路管道上设置有第四电磁阀；
所述蒸馏组件包括电机、罗茨风机、蒸馏器和加热器，电机驱动连接罗茨风机和蒸馏器，蒸馏器内设置有蒸发腔和冷凝腔，罗茨风机的进口端连接至蒸发腔，罗茨风机与蒸发腔之间的管道上设置有第三压力传感器，罗茨风机的出口端连接至冷凝腔，罗茨风机与冷凝腔之间的管道上设置有第四压力传感器，所述蒸馏器的污水进口连接至第一换热器的低温污水出口，且蒸馏器的污水进口与第一换热器的低温污水出口之间的管道上设置有加热器和第一温度传感器，蒸馏器的污水出口连接至第一换热器的高温污水进口，且蒸馏器的污水出口与第一换热器的高温污水进口之间的管道上设置有第二温度传感器和液体流量计，蒸馏器的蒸馏水出口连接至第一换热器的蒸馏水进口，第一换热器的蒸馏水出口连接至第二换热器的热源进口，第二换热器的热源出口连接至水气分离器的进口端，第二换热器与水气分离器之间的管道上还设置有第三温度传感器，第二换热器上还设置有用于连接至冷源的冷源进口和冷源出口；所述压力泵控组件包括真空泵，真空泵的进口端连接至水气分离器的气相出口，真空泵与水气分离器之间的管道上设置有第五电磁阀和第五压力传感器；
所述循环过滤组件包括浓缩液储罐和循环过滤器，浓缩液储罐的进口端经第一蠕动泵连接至第一换热器的高温污水出口，且浓缩液储罐与第一蠕动泵之间的管道上设置有第六压力传感器，第一蠕动泵与第一换热器之间的管道上设置有第四温度传感器，第二蠕动泵的进口端连接至第一换热器的高温污水出口，第二蠕动泵的出口端浓缩液储罐的进口端，所述浓缩液储罐的出口端连接至过滤器的进口端，过滤器的出口端经第三蠕动泵连接至第一换热器的低温污水进口，所述过滤器与第三蠕动泵之间的管道上还设置有第六电磁阀；所述控制器组件包括电源模块和信号采集与处理模块。
作为本发明再进一步的方案：所述预处理罐采用Na型离子交换树脂柱；所述旋转筒为三层筒嵌套结构；所述液滴滤除器采用钛合金粉末烧结制成。
作为本发明再进一步的方案：所述水质监测组件为电导/pH传感器。
作为本发明再进一步的方案：所述小型低能耗蒸馏水提取系统还包括自清洗机构，所述自清洗机构包括自清洗管道，自清洗管道的一端连接至浓缩液储罐的进口端，自清洗管道的另一端连接至入口过滤器的出口端，所述自清洗管道上设置有第七电磁阀。
作为本发明再进一步的方案：所述真空泵的出口端还连接有气体净化器。
作为本发明再进一步的方案：所述蒸馏组件包括驱动电机、罗茨风机、旋转筒、外筒壳体和旋转筒中心轴，所述旋转筒和旋转筒中心轴转动安装在外筒壳体内，且旋转筒固定安装在旋转筒中心轴上，旋转筒内的空腔形成蒸发腔，旋转筒与外筒壳体之间的空腔形成冷凝腔，旋转筒内还设置有液滴滤除器，液滴滤除器固定安装在旋转筒中心轴上，驱动电机驱动连接罗茨风机，罗茨风机的转轴经减速器驱动连接至旋转筒中心轴；
所述旋转筒中心轴为中空结构，其下端安装有污水输入输出组件，污水输入输出组件的污水输入口连接至污水输入口断接器，且污水输入输出组件的污水输入口与污水输入口断接器之间的管道上设置有加热器和污水输入口温度传感器，旋转筒中心轴上端安装有污水输入管，污水输入输出组件的污水输出口经旋转筒中心轴连接至污水输入管，旋转筒中心轴下端还安装有浓缩液收集管，浓缩液收集管连接至污水输入输出组件的浓缩液输入口，污水输入输出组件的浓缩液输出口连接至浓缩液输出口断接器，污水输入输出组件的浓缩液输出口与浓缩液输出口断接器之间的管道上设置有浓缩液输出口温度传感器，旋转筒中心轴内部还设置有水蒸气流道，蒸发腔经液滴滤除器、旋转筒中心轴连接至罗茨风机入口，罗茨风机出口连通冷凝腔，所述外筒壳体下端设置有蒸馏水输出口，蒸馏水输出口连接至蒸馏水输出口断接器。
作为本发明再进一步的方案：所述旋转筒和外筒壳体均为上端直径小于下端直径的中空圆台形。
作为本发明再进一步的方案：所述旋转筒的外壁面上还设置有均匀分布的多个筒外翅片。
作为本发明再进一步的方案：所述蒸馏组件包括旋转蒸馏器主体和安装支架，所述驱动电机与罗茨风机之间通过螺钉连接，罗茨风机与旋转蒸馏器主体的外筒上盖之间通过罗茨风机卡箍连接，外筒上盖与旋转蒸馏器主体的外筒壳体之间通过外筒上盖卡箍连接，旋转蒸馏器主体与安装支架之间通过螺钉连接；
所述罗茨风机主动轴与减速器的减速器小皮带轮通过联轴器连接，减速器的减速器大皮带轮与旋转筒中心轴通过键连接，所述旋转筒与外筒壳体通过动密封组件连接并固定；所述污水输入输出组件与旋转筒中心轴通过螺纹结构连接，污水输入输出组件的中心轴与外筒壳体底盖通过止动挡片固定；所述罗茨风机入口与蒸发腔通过旋转筒中心轴内的水蒸汽流道相连通，所述罗茨风机出口与冷凝腔通过消声器相连通；
所述浓缩液收集管通过陶瓷轴承固定在旋转筒中心轴的底部，浓缩液收集组件磁铁与外筒壳体上的外筒壁磁铁通过磁吸力保持相对静止；所述外筒壳体的外筒壳体耳片与安装支架通过减振橡胶连接机构及螺杆相连接，安装支架通过减振弹簧安装机构与安装板连接；
所述驱动电机与罗茨风机的罗茨风机壳体通过螺钉连接，驱动电机与罗茨风机之间通过驱动电机的驱动电机圆柱定位面与罗茨风机壳体定位，驱动电机的电机转子腔通过第一O型圈与罗茨风机的转子腔密封，驱动电机通过电机输出轴上的电机轴一字键与罗茨风机主动轴连接，罗茨风机主动轴通过罗茨风机同步齿轮与罗茨风机从动轴相连接；
所述减速器包括减速器壳体，减速器小皮带轮固定在小皮带轮轴上，小皮带轮轴通过其两端的轴承转动安装在减速器壳体内，减速器小皮带轮与减速器大皮带轮之间通过齿形传动皮带相连接，齿形传动皮带外侧安装有皮带张紧轮；
所述动密封组件包括旋转环、第一壳体、第一轴承和第一机械密封结构，所述第一壳体上设置有顶丝螺纹安装孔，动密封组件的第一壳体与旋转蒸馏器主体的外筒壳体之间通过外O型圈密封，旋转环通过第一轴承转动安装在第一壳体内，旋转环与旋转筒中心轴之间通过内O型圈密封相连，第一壳体与旋转环之间通过第一机械密封结构密封；
所述污水输入输出组件包括污水输送管、第二壳体、第二轴承和第二机械密封结构，所述第二壳体通过螺纹结构安装固定在旋转筒中心轴内，第二壳体上设置有第二O型圈，第二壳体与旋转筒中心轴之间通过第二O型圈密封，污水输送管设置在第二壳体内，污水输送管与第二壳体之间通过第二机械密封结构密封，污水输入输出组件上端设置有污水输出口，污水输送管上端连接至污水输出口，污水输送管下端连接至污水输入口；
所述浓缩液收集组件包括污水内循环皮托管、污水输出皮托管和污水流道，所述浓缩液收集组件通过轴承安装孔内安装的陶瓷轴承与旋转筒中心轴固定，污水流道通过污水内循环皮托管和污水输出皮托管连通至浓缩液收集槽。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明取得的主要技术效果如下：
1.实现了蒸馏过程中汽化潜热的回收再利用，降低了系统的能耗。
2.消除了蒸馏系统对重力条件的依赖性，使系统可在空间微重力环境下工作；
3.实现了减压蒸馏、旋转蒸馏、潜热回收再利用技术组合应用方案的工程化设计，确定了系统的合理运行参数；
4.采用了模块化设计方案，提高了系统的可维修性。
附图说明
图1为小型低能耗蒸馏水提取系统的结构示意图。
图2为小型低能耗蒸馏水提取系统的一个具体实施例的结构示意图。
图3为小型低能耗蒸馏水提取系统中蒸馏组件的结构原理示意图。
图4为小型低能耗蒸馏水提取系统中蒸馏组件的外形示意图。
图5为小型低能耗蒸馏水提取系统中蒸馏组件的剖视结构示意图一。
图6为小型低能耗蒸馏水提取系统中蒸馏组件的剖视结构示意图二。
图7为小型低能耗蒸馏水提取系统中罗茨风机的底部结构示意图。
图8为小型低能耗蒸馏水提取系统中罗茨风机的剖视结构示意图。
图9为小型低能耗蒸馏水提取系统中减速器的俯视结构示意图。
图10为小型低能耗蒸馏水提取系统中减速器的立体结构示意图。
图11为小型低能耗蒸馏水提取系统中减速器的剖视结构示意图。
图12为小型低能耗蒸馏水提取系统中动密封组件的俯视结构示意图。
图13为小型低能耗蒸馏水提取系统中动密封组件的剖视结构示意图。
图14为小型低能耗蒸馏水提取系统中污水输入输出组件的结构示意图。
图15为小型低能耗蒸馏水提取系统中浓缩液收集组件的俯视结构示意图。
图16为小型低能耗蒸馏水提取系统中浓缩液收集组件的剖视结构示意图。
图中：1.驱动电机，2.罗茨风机，3.蒸发器，4.加热器，5.第一换热器，6.第一蠕动泵、7.第二蠕动泵、8.浓缩液储罐，9.循环过滤器，10.第六电磁阀，11.第三蠕动泵，12.第二换热器，13.水气分离器，14.第二电磁阀，15.第四蠕动泵，16.水质监测组件，17.第三电磁阀，18.第四电磁阀，19.蒸馏水储罐，20.第五电磁阀，21.真空泵，22.气体净化器，23.污水储罐，24.入口过滤器，25.第一电磁阀，26.温度传感器，27.第三压力传感器，28.第六压力传感器，29.第二压力传感器，30.第一压力传感器，31.压差传感器，32.液体流量计，33.第七电磁阀，34.预处理罐；
201.驱动电机，202.罗茨风机，203.罗茨风机入口，204.旋转筒，205.外筒壳体，206.蒸馏水流向，207.水蒸汽流向，208.污水内循环，209.浓缩液收集管，210.蒸馏水输出口断接器，211.浓缩液输出口断接器，212.浓缩液输出口温度传感器，213.动密封组件，214.污水输入输出组件，215.污水输入口温度传感器，216.加热器，217.污水输入口断接器，218.液滴滤除器，219.污水流向，220.筒外翅片，221.蒸发腔，222.冷凝腔，223.旋转筒中心轴，224.污水输入管，225.减速器，226.罗茨风机出口；
301.外桶端盖卡箍，302.外筒上盖，303.罗茨风机卡箍，304.罗茨风机入口压力传感器，305.罗茨风机出口压力传感器，306.安装架，307.减振弹簧安装机构，308.减振橡胶连接机构，309.污水输入管路，310.浓缩液输出管路，311.蒸馏水输出管路，312.旋转蒸馏器主体；
401.罗茨风机主动轴，402.罗茨风机从动轴，403.消声器，404.外桶真空保温层，405.浓缩液收集槽，406.底盖卡箍，407.浓缩液输出口，408.止动挡片，409.污水输入口，410.筒壁磁铁，411.浓缩液收集组件，412.污水分配口，413.减速器小皮带轮，414.减速器皮带，415.减速器大皮带轮，416.联轴器，417.罗茨风机同步齿轮，418.第一O型圈；
501.浓缩液收集组件磁铁，502.污水输入软管，503.陶瓷轴承，504.外桶壳体耳片，505.空气过滤器，506.电磁阀，507.压力传感器，508.罗茨风机出口；
601.罗茨风机安装底座，602.罗茨风机转子，603.驱动电机圆柱定位面，604.罗茨风机壳体，605.罗茨风机主轴联轴器安装端，606.电机轴一字键；
701.皮带张紧轮，702.减速器壳体，703.联轴器内弹性材料；
801.顶丝螺纹安装孔，802.旋转环，803.第一轴承，804.内O型圈，805.外O型圈，806.第一壳体，807.第一机械密封结构；
901.第二轴承，409.污水输入口，902.污水输送管，903.第二壳体，904.第二机械密封结构，905.第三O型圈，906.浓缩液输入口，907.第二O型圈，908.污水输出口；
1001.污水内循环皮托管，1002.污水输出皮托管，1003.污水流道，1004.轴承安装孔。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1，一种小型低能耗蒸馏水提取系统，包括流体管理组件、流体泵控组件、换热组件、蒸馏组件、循环过滤组件、水气分离组件、压力泵控组件、预处理组件和控制器组件；所述流体管理组件的第一进口连接至预处理组件，第一出口连接至换热组件的低温污水进口，流体管理组件的第二进口经流体泵控组件连接至水气分离组件的水相出口，流体管理组件的第二出口连接至蒸馏水输出管；污水进入预处理组件，预处理组件用于去除污水中容易结晶沉淀的Ca2+、Mg2+等离子，避免蒸馏组件结垢，经过预处理组件处理后的污水送入流体管理组件，流体管理组件对污水中可能存在的颗粒物进行过滤处理，过滤后的污水送入换热组件，另外，该系统经过处理后获得的蒸馏水自水气分离组件的水相出口送入流体管理组件，流体管理组件对蒸馏水的水质进行在线监测，并根据监测结果确定蒸馏水是输出系统还是将返回系统进行二次蒸馏处理，由于水的pH值和电导率在线监测仪器技术成熟，容易实现，并且蒸馏水的pH值和电导率在一定程度上可以反映出水中污染物总量的大小，因此推荐选用pH值和电导率在线测试仪作为水质监测装置；所述换热组件的低温污水出口连接至蒸馏组件的污水进口，换热组件的高温污水进口连接至蒸馏组件的污水出口，换热组件的高温污水出口经流体泵控组件连接至循环过滤组件的进口端，循环过滤组件的出口端经流体泵控组件连接至换热组件的低温污水进口，换热组件的蒸馏水进口连接至蒸馏组件的蒸馏水出口，换热组件的蒸馏水出口连接至水气分离组件的进口端，换热组件上还设置有用于连接至冷源的冷源进口和冷源出口，换热器组件具有两个功能，一是利用第一个热交换器使进入蒸馏组件的低温污水与蒸馏组件输出的高温污水、高温水蒸汽进行热量交换，降低系统加热器的加热功耗；二是利用第二个热交换器使流入水气分离组件的蒸馏水(含有水蒸汽)与系统外界输入的冷媒进行热量交换，使未冷凝水蒸汽进一步冷凝，减少系统排出气体时水的损失，循环过滤组件用于对蒸馏组件输出的浓缩液进行暂时储存，同时对流过循环过滤组件的污水进行过滤处理，防止污水中的固体颗粒物进入后级设备；所述水气分离组件的气相出口连接至压力泵控组件，水气分离组件对换热组件输出的蒸馏水与气体的混合物进行分离，水相送入流体管理组件的第二进口，气相送入压力泵控组件，压力泵控组件具有两个功能，一是通过真空泵维持蒸馏组件和水气分离组件内的低压环境，二是对真空泵抽出的气体进行净化处理，水气分离组件还能够对分离得到的水和气体进行临时存储；所述流体泵控组件的主要作用是利用蠕动泵驱动液体在管路内流动；本系统中有三路相互隔离的液体回路，即两路污水回路和一路蒸馏水回路，在系统设计时，蒸馏组件污水输出流量、污水输入流量、蒸馏水输出流量应依次减小，具体流量设计值应根据待处理污水的水质特性进行确定；所述蒸馏组件具有三个功能，一是在低压条件下完成污水的蒸馏与水汽混合物的分离，二是完成水在蒸馏过程中汽化潜热的回收再利用；三是对蒸发腔内污水的量进行监测；四是对进入蒸发腔的污水进行加热；所述控制器组件分别电性连接至流体管理组件、流体泵控组件、换热组件、蒸馏组件、循环过滤组件、水气分离组件、压力泵控组件和预处理组件，控制器组件的主要作用是，为系统中的各用电设备供电，对系统中传感器输出的信号进行采集，根据软件控制逻辑对系统中的配套设备发出动作指令。
所述小型低能耗蒸馏水提取系统的工作过程如下：
(1)蒸馏压力的建立与维持
系统启动后，首先需要通过压力泵控组件建立蒸馏压力，即系统通过真空泵将蒸馏组件、换热器组件和水气分离组件内的压力降低到5kPa～10kPa范围内。
另外污水在蒸馏过程中，由于设备漏点造成的环境气体漏入、污水中溶解气体的溢出，系统的蒸馏压力会缓慢上升，因此在污水蒸馏处理过程中，真空泵需要间歇启动，将蒸馏压力控制在15kPa以下。
(2)污水的蒸馏
当蒸馏组件、换热器组件、流体泵控组件和循环过滤组件内的污水流动回路充满液体时，系统即开始蒸馏处理过程。具体蒸馏过程为，管路中的污水在流体泵控组件的作用下，在回路中循环流动；当污水流经蒸馏组件时，在其蒸发器内蒸发产生水蒸汽；蒸发器内未蒸发的污水流出蒸发器，并与流入蒸发器的污水在换热器组件内进行换热后，被流体泵控组件输入循环过滤组件；在循环过滤组件内，污水经过过滤器滤除固体颗粒物后，再次被流体泵控组件输入换热器组件，同时外界新补充的污水也将输入换热器组件，最后两路污水混合后进入蒸馏组件进行蒸馏处理。
上述污水流动回路中，污水的流量必须大于蒸馏组件蒸馏水的产生速度。当污水流量过小时，蒸馏组件蒸发器内污水的更新速度会比较低，容易造成蒸发器内污水浓度过大，增加污染物在蒸发器蒸发面上结垢的风险；当污水流量过大时，换热器组件需要增大换热面积，同时加热器功耗也会增加，另外流体泵控组件的损耗也会增加。这里推荐将污水流量设计为污水蒸馏速度的4～8倍。
(3)污水的补充
污水蒸馏过程中由于水的不断蒸发提取，蒸发器内污水的量会不断减少；当减少到一定程度时，流体管理组件中的补水电磁阀将被打开，外界污水在系统内外压差的作用下被吸入污水循环回路，并最终进入蒸发器内；当蒸馏组件蒸发器内污水的量补充到一定值时，流体管理组件中的补水电磁阀关闭，污水补充过程结束。
(4)蒸馏浓缩液的收集与排放
随着污水蒸馏处理过程的持续进行，系统中的污水将逐渐被浓缩，当污染物浓度达到一定值时，浓缩液就需要被系统排出。系统循环过滤组件中设置有一个定容的浓缩液储罐，污水在回路中循环流动时将流经该浓缩液储罐。该储罐的作用是临时存储系统中的污水(浓缩液)。从该浓缩液储罐为空状态计时，当系统输入的污水体积量为Va时，则Va与储罐容量Vb的比值即为该时刻系统处理污水的水回收率，其值为(Va-Vb)/Va。
当污水中水的回收率达到设定值时，循环过滤组件中浓缩液储罐内的浓缩液即需要排放一次，浓缩液排放结束后，系统可按照正常蒸馏处理流程继续运行。
(5)蒸馏水的输出
污水蒸馏处理过程中，蒸馏组件产生的蒸馏水将在自身离心力及蒸馏器冷凝腔与水汽分离器腔之间压差的共同作用下流出冷凝腔，经过换热组件后进入水气分离器，最后被流体泵控组件输出到流体管理组件。流体管理组件对蒸馏水的水质指标进行在线测试，确定水质是否满足要求，并通过阀门的切换确定蒸馏水输出系统，或返回污水循环回路进行再次蒸馏处理。
图2为本发明小型低能耗蒸馏水提取系统的一个具体实施例，以该实施例对本发明小型低能耗蒸馏水提取系统进行进一步深化描述；在本实施例中，所述流体管理组件包括水质监测组件16和入口过滤器24，所述预处理组件包括预处理罐34，本实施例中，在处理Ca2+、Mg2+等离子浓度高，且水提取率要求高的污水时，所述预处理罐34采用Na型离子交换树脂柱，所述换热组件包括第一换热器5和第二换热器12，预处理罐34的进口端连接至污水储罐23，预处理罐34的出口端连接至入口过滤器24的进口端，预处理罐34与入口过滤器24之间的管道上还设置有第一压力传感器30，入口过滤器24的出口端连接至第一换热器5的低温污水进口，入口过滤器24与第一换热器5之间的管道上设置有第一电磁阀25；所述水气分离组件包括水气分离器13和压差传感器31，压差传感器31的两端分别连接至水气分离器13的水相出口和气相出口，压差传感器31用于监测水气分离器13内液体的量，所述流体泵控组件包括第一蠕动泵6、第二蠕动泵7、第三蠕动泵11和第四蠕动泵15，所述水质监测组件16的进口端经第四蠕动泵15连接至水气分离器13的水相出口，水气分离器13与第四蠕动泵15之间的管道上设置有第二电磁阀14，水质监测组件16的出口端分为两路，其中第一路连接至蒸馏水储罐19，且第一路管道上设置有第三电磁阀17和第二压力传感器29，第二路连接至第一换热器5的低温污水进口，且第二路管道上设置有第四电磁阀18，水气分离器13产生的蒸馏水经第四蠕动泵15送入水质监测组件16，水质监测组件16对蒸馏水进行水质监测，若水质指标满足要求时，第三电磁阀17打开，第四电磁阀18关闭，蒸馏水经第一路管道送入蒸馏水储罐19，若水质指标不满足要求时，第三电磁阀17关闭，第四电磁阀18打开，蒸馏水经第二路管道将返回第一换热器5的低温污水进口，并再次进行蒸馏处理，水质监测组件16的具体结构不加限制，本实施例中，优选的，所述水质监测组件16为电导/pH传感器；所述蒸馏组件包括电机1、罗茨风机2、蒸馏器3和加热器4，电机1驱动连接罗茨风机2和蒸馏器3，电机1用于驱动罗茨风机2的运转以及蒸馏器3的旋转，蒸馏器3内设置有蒸发腔和冷凝腔，罗茨风机2的进口端连接至蒸发腔，罗茨风机2与蒸发腔之间的管道上设置有第三压力传感器27，罗茨风机2的出口端连接至冷凝腔，罗茨风机2与冷凝腔之间的管道上设置有第四压力传感器，罗茨风机2将蒸馏器3蒸发腔内产生的水蒸汽输送到蒸馏器3的冷凝腔内，所述蒸馏器3的污水进口连接至第一换热器5的低温污水出口，且蒸馏器3的污水进口与第一换热器5的低温污水出口之间的管道上设置有加热器4和第一温度传感器26，蒸馏器3的污水出口连接至第一换热器5的高温污水进口，且蒸馏器3的污水出口与第一换热器5的高温污水进口之间的管道上设置有第二温度传感器和液体流量计32，蒸馏器3的蒸馏水出口连接至第一换热器5的蒸馏水进口，第一换热器5的蒸馏水出口连接至第二换热器12的热源进口，第二换热器12的热源出口连接至水气分离器13的进口端，第二换热器12与水气分离器13之间的管道上还设置有第三温度传感器，第二换热器12上还设置有用于连接至冷源的冷源进口和冷源出口；所述压力泵控组件包括真空泵21，真空泵21的进口端连接至水气分离器13的气相出口，真空泵21与水气分离器13之间的管道上设置有第五电磁阀20和第五压力传感器，真空泵21的出口端还连接有气体净化器22，真空泵21用于维持水气分离器13内的气体压力，气体净化器22用于对真空泵21抽出的气体进行净化处理，气体净化器22根据实际需求来选配；所述循环过滤组件包括浓缩液储罐8和循环过滤器9，浓缩液储罐8的进口端经第一蠕动泵6连接至第一换热器5的高温污水出口，且浓缩液储罐8与第一蠕动泵6之间的管道上设置有第六压力传感器28，第一蠕动泵6与第一换热器5之间的管道上设置有第四温度传感器，第二蠕动泵7的进口端连接至第一换热器5的高温污水出口，第二蠕动泵7的出口端浓缩液储罐8的进口端，所述浓缩液储罐8的出口端连接至过滤器9的进口端，过滤器9的出口端经第三蠕动泵11连接至第一换热器5的低温污水进口，所述过滤器9与第三蠕动泵11之间的管道上还设置有第六电磁阀10，浓缩液储罐8用于存储经过换热器组件降温后的污水浓缩液，循环过滤器9用于对流过的污水浓缩液中的固体颗粒物进行过滤处理；所述控制器组件包括电源模块和信号采集与处理模块，电源模块用于为系统中各用电设备进行供电，信号采集及处理模块用于监测和控制各组件的工作状态；所述小型低能耗蒸馏水提取系统还包括自清洗机构，所述自清洗机构包括自清洗管道，自清洗管道的一端连接至浓缩液储罐8的进口端，自清洗管道的另一端连接至入口过滤器24的出口端，所述自清洗管道上设置有第七电磁阀33；所述旋转筒204为三层筒嵌套结构；所述液滴滤除器218采用钛合金粉末烧结制成。
本实施例中所述小型低能耗蒸馏水提取系统的工作过程是：首先启动真空泵21和第五电磁阀20；待罗茨风机入口压力27降低到5kPa时，关闭第五电磁阀20和真空泵21，第一蠕动泵6、第二蠕动泵7和第六电磁阀10；此后当液体流量计32监测到管路中无液体流动时，系统打开第一电磁阀25进行污水补充；当液体流量计32监测到管路中有液体流动3～5s后，系统关闭第一电磁阀25，污水补充过程停止。在该过程中，浓缩液储罐8将逐渐由空状态变为满状态，并最终进入稳定运行状态。
系统进入稳定运行状态后，污水在蒸馏器3、液体流量计32、第一换热器5、第一蠕动泵6、第二蠕动泵7、浓缩液储罐8、循环过滤器9、第六电磁阀10、第三蠕动泵11、加热器4和相应管路组成的环路中循环流动，并在流经蒸馏器3的蒸发腔时不断蒸发，蒸发腔内未蒸发的污水在第一蠕动泵6和第二蠕动泵7的抽吸作用下，继续参与循环流动，并在流经循环过滤器9时，去除污水中浓缩析出的固体污染物。蒸馏器3蒸发腔内产生的水蒸汽被罗茨风机2抽出并输送到蒸馏器3的冷凝腔内进行冷凝，冷凝获得的蒸馏水在旋转离心力、蒸馏器3冷凝腔与水汽分离器13腔体压差的共同作用下流出冷凝腔，并经过第一换热器5和第二换热器12降温后，进入水气分离器13进行水气分离。
当水气分离器13上的压差传感器31监测到分离器腔内的液体量达到一定值时，系统开启第二电磁阀14和第四蠕动泵15，将水气分离器13内的液态水抽出；当液态水流经水质监测组件16时，水质指标将受到检测；当水质指标满足要求时，第三电磁阀17打开，第四电磁阀18关闭，蒸馏水输出系统；当水质指标不满足要求时；第三电磁阀17关闭，第四电磁阀18打开，蒸馏水将返回污水循环回路并再次进行蒸馏处理。当压差传感器31的监测值小于一定值时，系统关闭第二电磁阀14和第四蠕动泵15。
在污水蒸馏过程中，液体流量计32的监测信号用于控制系统补充污水的时机和每次补充污水的补充量。
第一压力传感器30用于监测入口过滤器24的工作状态，当第一电磁阀25开启且第一压力传感器30的测试值始终为常压时，表明过滤器24已堵塞，系统报警提示更换过滤器24。
第六压力传感器28用于监测循环过滤器9的工作状态，当第六压力传感器28的测试值逐渐升高并达到一定值时，即认为循环过滤器9已经堵塞，系统报警提示更换过滤器9。
第三压力传感器27用于监测系统内的蒸馏压力，当第三压力传感器27的测试值高于15kPa时，第五电磁阀20和真空泵21启动，将系统内的不冷凝气体抽出排向大气环境。
第一温度传感器26用于监测进入蒸馏器3的污水温度，当第一温度传感器26的测试值低于设定温度时，加热器4启动对污水开始加热，当第一温度传感器26的测试值高于设定温度时，加热器4停止工作。
当输入系统的污水量达到浓缩液储罐8容积的n倍时，可计算出污水中水的回收率为[(n-1)/n]×100％，如该值已达到设计回收率，则此可需对浓缩液储罐内的浓缩液进行排放。
当系统需要长时间关机储存时，为了防止管路内残存的污水在存储过程中滋生微生物造成管路堵塞，或腐蚀性污水与设备材料发生作用损坏设备，系统设计了自清洗流程，可以在关机之前执行自清洗程序，清除管路内残存的污水。具体工作过程为：系统蒸馏过程结束后，关闭第六电磁阀10，打开第三电磁阀17、第四电磁阀18和第七电磁阀33，启动第一蠕动泵6和第二蠕动泵7；此时蒸馏水水箱内的水会在系统内外压差的作用下，经过第三电磁阀17、第四电磁阀18和第一换热器5后，进入蒸馏器3的蒸发腔，并最终在第一蠕动泵6和第二蠕动泵7的作用下被抽出蒸发腔，经过第七电磁阀33后流入污水储罐23保存。当蒸馏水储罐19为空或污水储罐23为满时，第三电磁阀17、第四电磁阀18和第七电磁阀33关闭，第一蠕动泵6和第二蠕动泵7关闭，冲洗过程结束。
本实施例的特点是：
本实施例中，所述气体净化器22内设置有活性炭材料。
本实施例中，所述第一蠕动泵6和第二蠕动泵7的流量之和必须大于第三蠕动泵11的流量，建议前两者之和为后者的1～1.5倍；第三蠕动泵11和第四蠕动泵15的流量必须大于蒸馏组件的蒸馏水产生速度，建议前者是后者的4～8倍。
本实施例中，蒸馏器3蒸发腔的工作压力建议控制在5～15kPa范围内。
本实施例中，循环过滤组件的液体管路与流体管理组件的污水输入管路通过电磁阀33连接，利用第一路蠕动泵6和第二路蠕动泵7使用处理后的蒸馏水对系统管路和设备进行冲洗清洁储存。
本实施例中，系统配套的各种设备在选用时应注意材料与工作介质的相容性，与工质接触的金属材料选用316L不锈钢等耐腐蚀材料，与工质接触的非金属材料选用聚四氟乙烯、氟橡胶等耐腐蚀材料。
本实施例中，系统配套的罗茨风机要求具有较好的密封性，在内外压差为100kPa的条件下对风机进行检漏，其漏率应不大于1×10-3Pa·m3/s。罗茨风机的体积流量、蒸馏器的蒸发面积应与系统设计的蒸馏速度相匹配，真空泵应采用干式真空泵，极限压力应能达到5KPa，抽气速度应与蒸馏器的容积相匹配，当待处理污水具有腐蚀性时，真空泵应选用防腐型真空泵。水质监测装置16建议采用在线电导/pH传感器。
本实施例中，系统各组件之间建议使用软管连接，其中软管与单机设备的连接建议使用快速断接器，以提高系统的维修性。另外使用软管连接时应注意软管的硬度，避免环境大气压力与管内低压之间的压差压瘪管路。
图3为本发明的核心组件——蒸馏组件(旋转蒸馏装置)的结构原理示意图。所述蒸馏组件包括驱动电机201、罗茨风机202、旋转筒204、外筒壳体205和旋转筒中心轴223，所述旋转筒204和旋转筒中心轴223转动安装在外筒壳体205内，且旋转筒204固定安装在旋转筒中心轴223上，旋转筒204内的空腔形成蒸发腔221，旋转筒204与外筒壳体205之间的空腔形成冷凝腔222，旋转筒204内还设置有液滴滤除器218，液滴滤除器218固定安装在旋转筒中心轴223上，驱动电机201驱动连接罗茨风机202，罗茨风机202的转轴经减速器225驱动连接至旋转筒中心轴223，驱动电机201启动时，将带动罗茨风机202的转轴转动，罗茨风机202的转轴经减速器225带动旋转筒中心轴223转动，进而带动旋转筒204转动，旋转筒204在旋转过程中将完成蒸发腔221和冷凝腔222内水汽混合物的分离，并为液态水的输出提供动力；所述旋转筒中心轴223为中空结构，其下端安装有污水输入输出组件214，污水输入输出组件214的污水输入口连接至污水输入口断接器217，且污水输入输出组件214的污水输入口与污水输入口断接器217之间的管道上设置有加热器216和污水输入口温度传感器215，旋转筒中心轴223上端安装有污水输入管224，污水输入输出组件214的污水输出口经旋转筒中心轴223连接至污水输入管224，旋转筒中心轴223下端还安装有浓缩液收集管209，浓缩液收集管209连接至污水输入输出组件214的浓缩液输入口，污水输入输出组件214的浓缩液输出口连接至浓缩液输出口断接器211，污水输入输出组件214的浓缩液输出口与浓缩液输出口断接器211之间的管道上设置有浓缩液输出口温度传感器212，旋转筒中心轴223内部还设置有水蒸气流道，蒸发腔221经液滴滤除器218、旋转筒中心轴223连接至罗茨风机入口203，罗茨风机出口226连通冷凝腔222，所述外筒壳体205下端设置有蒸馏水输出口，蒸馏水输出口连接至蒸馏水输出口断接器210；所述旋转筒204和外筒壳体205均为上端直径小于下端直径的中空圆台形，所述旋转筒204的外壁面上还设置有均匀分布的多个筒外翅片220。
所述蒸馏组件的工作原理如下：污水经过污水输入口断接器217进入旋转蒸馏装置后，首先经过加热器216预热，然后经过污水输入输出组件214、旋转筒中心轴223和污水输入管224进入蒸发腔221内直径较小的一端，然后蒸发腔221内的污水在旋转筒204离心力的作用下，沿壁面流向蒸发腔221内直径较大的一端，最后汇集在蒸发腔221内直径较大一端处的蒸馏剩余浓缩液被浓缩液收集管209输出蒸发腔221。旋转筒204的蒸发腔221内产生的水蒸汽经过液滴滤除器218、旋转筒中心轴223和罗茨风机202后进入冷凝腔222，并在冷凝腔222内冷凝形成蒸馏水，蒸馏水与水蒸汽的混合物在旋转筒204和筒外翅片220的共同作用下完成分离，其中冷凝水经过蒸馏水输出口断接器210流出旋转蒸馏器。
罗茨风机202在将蒸发腔221内产生的水蒸汽持续输送到冷凝腔222时，冷凝腔222内气体的压力将大于蒸发腔221内气体的压力，此时，蒸发腔221内的水将在相对较低的温度下开始沸腾，而冷凝腔222内的水蒸汽会在相对较高的温度下开始冷凝，冷凝腔222内水蒸汽冷凝时释放出的汽化潜热即可加热蒸发腔221内的工作介质，促使其蒸发产生水蒸汽，实现汽化潜热的回收再利用。
图4为本发明的核心组件——蒸馏组件(旋转蒸馏装置)的外形示意图。所述蒸馏组件包括旋转蒸馏器主体312和安装支架306，旋转蒸馏器主体312由外筒壳体205及其内的各部件组成，为了改善装置的可维修性，装置进行了模块化设计，各模块之间采用卡箍或螺纹等易拆卸结构进行连接，其中，所述驱动电机201与罗茨风机202之间通过螺钉连接，罗茨风机202与旋转蒸馏器主体312的外筒上盖302之间通过罗茨风机卡箍303连接，外筒上盖302与旋转蒸馏器主体312的外筒壳体205之间通过外筒上盖卡箍301连接，旋转蒸馏器主体312与安装支架306之间通过螺钉连接。
图5-6为本发明的核心组件——蒸馏组件(旋转蒸馏装置)的装配体结构示意图。所述罗茨风机主动轴401与减速器225的减速器小皮带轮413通过联轴器416连接，减速器225的减速器大皮带轮415与旋转筒中心轴223通过键连接，所述旋转筒204与外筒壳体205通过动密封组件213连接并固定；所述污水输入输出组件214与旋转筒中心轴223通过螺纹结构连接，污水输入输出组件214的中心轴与外筒壳体底盖通过止动挡片408固定；所述罗茨风机入口203与蒸发腔221通过旋转筒中心轴223内的水蒸汽流道相连通，所述罗茨风机出口226与冷凝腔222通过消声器403相连通；所述浓缩液收集管209通过陶瓷轴承503固定在旋转筒中心轴223的底部，浓缩液收集组件磁铁501与外筒壳体205上的外筒壁磁铁410通过磁吸力保持相对静止；所述外筒壳体205的外筒壳体耳片504与安装支架306通过减振橡胶连接机构308及螺杆相连接，安装支架306通过减振弹簧安装机构307与安装板连接。
图7-8为罗茨风机的结构示意图。所述驱动电机201与罗茨风机202的罗茨风机壳体604通过螺钉连接，驱动电机201与罗茨风机202之间通过驱动电机201的驱动电机圆柱定位面603与罗茨风机壳体604定位，驱动电机201的电机转子腔通过第一O型圈418与罗茨风机202的转子腔密封，驱动电机201通过电机输出轴上的电机轴一字键606与罗茨风机主动轴401连接，罗茨风机主动轴401通过罗茨风机同步齿轮417与罗茨风机从动轴402相连接，驱动电机201转动时，将带动罗茨风机主动轴401和罗茨风机从动轴402旋转，实现气体的输送与压缩。
图9-11为减速器的结构示意图。所述减速器225包括减速器壳体416，减速器小皮带轮413固定在小皮带轮轴上，小皮带轮轴通过其两端的轴承转动安装在减速器壳体702内，减速器小皮带轮413与减速器大皮带轮415之间通过齿形传动皮带相连接，齿形传动皮带外侧安装有皮带张紧轮701，用于防止皮带松动。
图12-13为动密封组件的结构示意图。所述动密封组件213包括旋转环802、第一壳体806、第一轴承803和第一机械密封结构807，所述第一壳体806上设置有顶丝螺纹安装孔，用于将动密封组件213安装固定在旋转蒸馏器主体312的外筒壳体205上，动密封组件213的第一壳体806与旋转蒸馏器主体312的外筒壳体205之间通过外O型圈805密封，旋转环802通过第一轴承803转动安装在第一壳体806内，旋转环802用于与旋转筒中心轴223配合，第一轴承803用于支持旋转环802转动，旋转环802与旋转筒中心轴223之间通过内O型圈804密封相连，第一壳体806与旋转环802之间通过第一机械密封结构807密封。
图14为污水输入输出组件214的结构示意图。所述污水输入输出组件214包括污水输送管902、第二壳体903、第二轴承901和第二机械密封结构904，所述第二壳体903通过螺纹结构安装固定在旋转筒中心轴223内，第二壳体903上设置有第二O型圈907，第二壳体903与旋转筒中心轴223之间通过第二O型圈907密封，污水输送管902设置在第二壳体903内，污水输送管902与第二壳体903之间通过第二机械密封结构904密封，污水输入输出组件214上端设置有污水输出口908，污水输送管902上端连接至污水输出口908，污水输送管902下端连接至污水输入口409。
图15-16为浓缩液收集组件411的结构示意图。所述浓缩液收集组件411包括污水内循环皮托管1001、污水输出皮托管1002和污水流道1003，所述浓缩液收集组件411通过轴承安装孔1004内安装的陶瓷轴承503与旋转筒中心轴223固定，整个蒸馏装置运行时，浓缩液收集组件411通过磁铁501与外筒壁磁铁410的磁吸力保持相对静止，污水流道1003通过污水内循环皮托管1001和污水输出皮托管1002连通至浓缩液收集槽405，污水内循环皮托管1001与污水输出皮托管1002将从旋转筒浓缩液收集槽405内收集到的污水输送到污水流道1003，然后污水进入旋转筒中心轴223，一部分污水与污水输入口断接器217输入的污水汇合，最后流入蒸发腔221进行蒸馏，另一部分污水通过污水输入输出组件214和浓缩液输出口断接器211流出装置。
本发明采用的技术方案如下：
(1)系统采用蒸汽压缩蒸馏技术降低污水蒸馏处理的比能耗。
系统中的蒸馏装置采取如下结构方案实现汽化潜热的回收再利用：蒸发器与冷凝器之间设计一个共用面，作为两腔工质之间的热交换面；蒸发器与冷凝器之间设置有一个罗茨风机，蒸馏装置工作时，罗茨风机不断将蒸发器内的水蒸汽输送到冷凝腔，并维持冷凝器内水蒸汽的压力始终高于蒸发器；由于水的沸点与压力成正比例关系，所以冷凝器内的水蒸汽将在相对较高的温度下冷凝，而蒸发器内的水将在相对较低的温度下沸腾蒸发，这样冷凝器内水蒸汽冷凝时释放出来的潜热将在两腔温差的作用下源源不断的通过热交换面传递给蒸发器内的污水，使其汽化形成水蒸汽，如此循环实现潜热的回收再利用。
(2)系统采用减压蒸馏技术提高蒸馏水的品质。
污水中一般含有多种污染物，而各种污染物的沸点不同，随着污水蒸馏温度的降低，污水中越来越多的污染物将由于没有达到沸点温度而被截留在污水中，这样就会出现系统蒸馏压力越低(水的沸点越低)，蒸馏净化水的水质就越好的现象。另外随着系统工作温度的降低，设备表面的散热功率也会减小，系统整机的功耗也会降低。但另一方面，由于罗茨风机是一种容积泵，其体积流量可以认为是一个恒定值，当系统蒸馏压力下降时(水蒸汽密度下降)，罗茨风机的质量流量也会下降，系统蒸馏处理污水的速度就会降低，而此时系统中的其它设备，如流体泵控组件等，其功率并不会发生变化，这样系统处理同等重量的污水时所需的功耗又会有所增加。因此系统的蒸馏压力需要合理选取。本发明通过多次试验，最终确定系统的合理蒸馏压力范围为5kPa～15kPa(即沸点为32.9℃～54℃)。
(3)系统采用旋转蒸馏技术消除蒸馏过程对重力条件的依赖。
系统中的蒸馏装置采取如下结构方案实现蒸馏过程中水汽混合物的强制分离：蒸馏装置内的蒸发器设计为旋转蒸发器，液体输入蒸发器后，将在蒸发器内壁的摩擦力和蒸发器内旋转气体的吹扫力共同作用下，处于旋转运动状态。此时液体和气体由于受到的离心力大小不同，液体将向蒸发器筒壁方向运动，并最终附着在筒壁上随筒壁一起旋转，液体蒸发产生的水蒸气将悬浮在液体表面之上，并最终被罗茨风机抽出送入冷凝腔内。另外罗茨风机入口处设置有液滴滤除器，该结构随蒸发器一起旋转，可起到拦截蒸发腔内飞溅液体，防止液滴被罗茨风机送入冷凝腔的目的。进入冷凝腔内的水蒸汽在蒸发器外筒壁摩擦力的作用下，处于旋转运动状态，水蒸汽与蒸发器筒壁换热冷凝后，液态水与水蒸汽的混合物在旋转离心力的作用下开始分离，其中液态水被甩向蒸馏装置的外筒壳体，水蒸汽继续与蒸发器筒壁接触，进行换热。
(4)系统采用模块化设计方法提高系统的维修性。
系统通过模块化设计，将功能上相互关联的单机设备组装到一起，形成一个具有特定功能的组件产品，然后各组件产品通过软管形式连接成一个系统。当用户需要组建系统或更换系统中某个故障功能模块时，可通过断开、连接软管的方法快速完成系统的组装或故障功能模块的更换维修。
本发明取得的主要技术效果如下：
1.实现了蒸馏过程中汽化潜热的回收再利用，降低了系统的能耗。
2.消除了蒸馏系统对重力条件的依赖性，使系统可在空间微重力环境下工作；
3.实现了减压蒸馏、旋转蒸馏、潜热回收再利用技术组合应用方案的工程化设计，确定了系统的合理运行参数；
4.采用了模块化设计方案，提高了系统的可维修性。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (1)

1.一种小型低能耗蒸馏水提取系统，其特征在于，包括流体管理组件、流体泵控组件、换热组件、蒸馏组件、循环过滤组件、水气分离组件、压力泵控组件、预处理组件和控制器组件；所述流体管理组件的第一进口连接至预处理组件，第一出口连接至换热组件的低温污水进口，流体管理组件的第二进口经流体泵控组件连接至水气分离组件的水相出口，流体管理组件的第二出口连接至蒸馏水输出管；所述换热组件的低温污水出口连接至蒸馏组件的污水进口，换热组件的高温污水进口连接至蒸馏组件的污水出口，换热组件的高温污水出口经流体泵控组件连接至循环过滤组件的进口端，循环过滤组件的出口端经流体泵控组件连接至换热组件的低温污水进口，换热组件的蒸馏水进口连接至蒸馏组件的蒸馏水出口，换热组件的蒸馏水出口连接至水气分离组件的进口端，换热组件上还设置有用于连接至冷源的冷源进口和冷源出口；所述水气分离组件的气相出口连接至压力泵控组件；所述控制器组件分别电性连接至流体管理组件、流体泵控组件、换热组件、蒸馏组件、循环过滤组件、水气分离组件、压力泵控组件和预处理组件；
所述流体管理组件包括水质监测组件(16)和入口过滤器(24)，所述预处理组件包括预处理罐(34)，所述换热组件包括第一换热器(5)和第二换热器(12)，预处理罐(34)的进口端连接至污水储罐(23)，预处理罐(34)的出口端连接至入口过滤器(24)的进口端，预处理罐(34)与入口过滤器(24)之间的管道上还设置有第一压力传感器(30)，入口过滤器(24)的出口端连接至第一换热器(5)的低温污水进口，入口过滤器(24)与第一换热器(5)之间的管道上设置有第一电磁阀(25)；
所述水气分离组件包括水气分离器 (13)和压差传感器(31)，压差传感器(31)的两端分别连接至水气分离器 (13)的水相出口和气相出口，所述流体泵控组件包括第一蠕动泵(6)、第二蠕动泵(7)、第三蠕动泵(11)和第四蠕动泵(15)，所述水质监测组件(16)的进口端经第四蠕动泵(15)连接至水气分离器 (13)的水相出口，水气分离器 (13)与第四蠕动泵(15)的管道上设置有第二电磁阀(14)，水质监测组件(16)的出口端分为两路，其中第一路连接至蒸馏水储罐(19)，且第一路管道上设置有第三电磁阀(17)和第二压力传感器(29)，第二路连接至第一换热器(5)的低温污水进口，且第二路管道上设置有第四电磁阀(18)；
所述蒸馏组件包括电机(1)、罗茨风机(2)、蒸馏器(3)和加热器(4)，电机(1)驱动连接罗茨风机(2)和蒸馏器(3)，蒸馏器(3)内设置有蒸发腔和冷凝腔，罗茨风机(2)的进口端连接至蒸发腔，罗茨风机(2)与蒸发腔之间的管道上设置有第三压力传感器(27)，罗茨风机(2)的出口端连接至冷凝腔，罗茨风机(2)与冷凝腔之间的管道上设置有第四压力传感器，所述蒸馏器(3)的污水进口连接至第一换热器(5)的低温污水出口，且蒸馏器(3)的污水进口与第一换热器(5)的低温污水出口之间的管道上设置有加热器(4)和第一温度传感器(26)，蒸馏器(3)的污水出口连接至第一换热器(5)的高温污水进口，且蒸馏器(3)的污水出口与第一换热器(5)的高温污水进口之间的管道上设置有第二温度传感器和液体流量计(32)，蒸馏器(3)的蒸馏水出口连接至第一换热器(5)的蒸馏水进口，第一换热器(5)的蒸馏水出口连接至第二换热器(12)的热源进口，第二换热器(12)的热源出口连接至水气分离器(13)的进口端，第二换热器(12)与水气分离器 (13)之间的管道上还设置有第三温度传感器，第二换热器(12)上还设置有用于连接至冷源的冷源进口和冷源出口；所述压力泵控组件包括真空泵(21)，真空泵(21)的进口端连接至水气分离器 (13)的气相出口，真空泵(21)与水气分离器 (13)之间的管道上设置有第五电磁阀(20)和第五压力传感器；
所述循环过滤组件包括浓缩液储罐(8)和循环过滤器(9)，浓缩液储罐(8)的进口端经第一蠕动泵(6)连接至第一换热器(5)的高温污水出口，且浓缩液储罐(8)与第一蠕动泵(6)之间的管道上设置有第六压力传感器(28)，第一蠕动泵(6)与第一换热器(5)之间的管道上设置有第四温度传感器，第二蠕动泵(7)的进口端连接至第一换热器(5)的高温污水出口，第二蠕动泵(7)的出口端浓缩液储罐(8)的进口端，所述浓缩液储罐(8)的出口端连接至循环过滤器(9)的进口端，循环过滤器(9)的出口端经第三蠕动泵(11)连接至第一换热器(5)的低温污水进口，所述循环过滤器(9)与第三蠕动泵(11)之间的管道上还设置有第六电磁阀(10)；所述控制器组件包括电源模块和信号采集与处理模块；
所述小型低能耗蒸馏水提取系统的工作过程包括：首先启动真空泵(21)和第五电磁阀(20)；待罗茨风机入口压力降低到5kPa时，关闭第五电磁阀(20)和真空泵(21)，第一蠕动泵(6)、第二蠕动泵(7)和第六电磁阀(10)；此后当液体流量计(32)监测到管路中无液体流动时，系统打开第一电磁阀(25)进行污水补充；当液体流量计(32)监测到管路中有液体流动3～5s后，系统关闭第一电磁阀(25)，污水补充过程停止；在该过程中，浓缩液储罐(8)逐渐由空状态变为满状态，并最终进入稳定运行状态；
系统进入稳定运行状态后，污水在蒸馏器(3)、液体流量计(32)、第一换热器(5)、第一蠕动泵(6)、第二蠕动泵(7)、浓缩液储罐(8)、循环过滤器(9)、第六电磁阀(10)、第三蠕动泵(11)、加热器(4)和相应管路组成的环路中循环流动，并在流经蒸馏器(3)的蒸发腔时不断蒸发，蒸发腔内未蒸发的污水在第一蠕动泵(6)和第二蠕动泵(7)的抽吸作用下，继续参与循环流动，并在流经循环过滤器(9)时，去除污水中浓缩析出的固体污染物；蒸馏器(3)蒸发腔内产生的水蒸汽被罗茨风机(2)抽出并输送到蒸馏器(3)的冷凝腔内进行冷凝，冷凝获得的蒸馏水在旋转离心力、蒸馏器(3)冷凝腔与水气分离器 (13)腔体压差的共同作用下流出冷凝腔，并经过第一换热器(5)和第二换热器(12)降温后，进入水气分离器 (13)进行水汽分离；
当水气分离器 (13)上的压差传感器(31)监测到分离器腔内的液体量达到一定值时，系统开启第二电磁阀(14)和第四蠕动泵(15)，将水气分离器 (13)内的液态水抽出；当液态水流经水质监测组件(16)时，水质指标受到检测；当水质指标满足要求时，第三电磁阀(17)打开，第四电磁阀(18)关闭，蒸馏水输出系统；当水质指标不满足要求时；第三电磁阀(17)关闭，第四电磁阀(18)打开，蒸馏水返回污水循环回路并再次进行蒸馏处理；当压差传感器(31)的监测值小于设定值时，系统关闭第二电磁阀(14)和第四蠕动泵(15)；
在污水蒸馏过程中，液体流量计(32)的监测信号用于控制系统补充污水的时机和每次补充污水的补充量；
所述第一压力传感器(30)用于监测入口过滤器(24)的工作状态，当第一电磁阀(25)开启且第一压力传感器(30)的测试值始终为常压时，表明入口过滤器(24)已堵塞，系统报警提示更换入口过滤器(24)；
所述第六压力传感器(28)用于监测循环过滤器(9)的工作状态，当第六压力传感器(28)的测试值逐渐升高并达到设定值时，即认为循环过滤器(9)已经堵塞，系统报警提示更换循环过滤器(9)；
所述第三压力传感器(27)用于监测系统内的蒸馏压力，当第三压力传感器(27)的测试值高于15kPa时，所述第五电磁阀(20)和真空泵(21)启动，将系统内的不冷凝气体抽出排向大气环境；
所述第一温度传感器(26)用于监测进入蒸馏器(3)的污水温度，当第一温度传感器(26)的测试值低于设定温度时，加热器(4)启动对污水开始加热，当第一温度传感器(26)的测试值高于设定温度时，加热器(4)停止工作；
当输入系统的污水量达到设计回收率，则对浓缩液储罐内的浓缩液进行排放；
所述预处理罐(34)采用Na型离子交换树脂柱；旋转筒(204)为三层筒嵌套结构；
所述水质监测组件(16)为电导/pH传感器；
所述小型低能耗蒸馏水提取系统还包括自清洗机构，所述自清洗机构包括自清洗管道，自清洗管道的一端连接至浓缩液储罐(8)的进口端，自清洗管道的另一端连接至入口过滤器(24)的出口端，所述自清洗管道上设置有第七电磁阀(33)；
所述真空泵(21)的出口端还连接有气体净化器(22)；
所述蒸馏组件包括驱动电机(201)、罗茨风机(202)、旋转筒(204)、外筒壳体(205)和旋转筒中心轴(223)，所述旋转筒(204)和旋转筒中心轴(223)转动安装在外筒壳体(205)内，且旋转筒(204)固定安装在旋转筒中心轴(223)上，旋转筒(204)内的空腔形成蒸发腔(221)，旋转筒(204)与外筒壳体(205)之间的空腔形成冷凝腔(222)，旋转筒(204)内还设置有液滴滤除器(218)，液滴滤除器(218)固定安装在旋转筒中心轴(223)上，驱动电机(201)驱动连接罗茨风机(202)，罗茨风机(202)的转轴经减速器(225)驱动连接至旋转筒中心轴(223)；所述液滴滤除器(218)采用钛合金粉末烧结制成；
所述旋转筒中心轴(223)为中空结构，其下端安装有污水输入输出组件(214)，污水输入输出组件(214)的污水输入口连接至污水输入口断接器(217)，且污水输入输出组件(214)的污水输入口与污水输入口断接器(217)之间的管道上设置有加热器(216)和污水输入口温度传感器(215)，旋转筒中心轴(223)上端安装有污水输入管(224)，污水输入输出组件(214)的污水输出口经旋转筒中心轴(223)连接至污水输入管(224)，旋转筒中心轴(223)下端还安装有浓缩液收集管(209)，浓缩液收集管(209)连接至污水输入输出组件(214)的浓缩液输入口，污水输入输出组件(214)的浓缩液输出口连接至浓缩液输出口断接器(211)，污水输入输出组件(214)的浓缩液输出口与浓缩液输出口断接器(211)之间的管道上设置有浓缩液输出口温度传感器(212)，旋转筒中心轴(223)内部还设置有水蒸气流道，蒸发腔(221)经液滴滤除器(218)、旋转筒中心轴(223)连接至罗茨风机入口(203)，罗茨风机出口(226)连通冷凝腔(222)，所述外筒壳体(205)下端设置有蒸馏水输出口，蒸馏水输出口连接至蒸馏水输出口断接器(210)；
所述旋转筒(204)和外筒壳体(205)均为上端直径小于下端直径的中空圆台形；
所述旋转筒(204)的外壁面上还设置有均匀分布的多个筒外翅片(220)；
所述蒸馏组件包括旋转蒸馏器主体(312)和安装支架(306)，所述驱动电机(201)与罗茨风机(202)之间通过螺钉连接，罗茨风机(202)与旋转蒸馏器主体(312)的外筒上盖(302)之间通过罗茨风机卡箍(303)连接，外筒上盖(302)与旋转蒸馏器主体(312)的外筒壳体(205)之间通过外筒上盖卡箍(301)连接，旋转蒸馏器主体(312)与安装支架(306)之间通过螺钉连接；
所述罗茨风机主动轴(401)与减速器(225)的减速器小皮带轮(413)通过联轴器(416)连接，减速器(225)的减速器大皮带轮(415)与旋转筒中心轴(223)通过键连接，所述旋转筒(204)与外筒壳体(205)通过动密封组件(213)连接并固定；所述污水输入输出组件(214)与旋转筒中心轴(223)通过螺纹结构连接，污水输入输出组件(214)的中心轴与外筒壳体底盖通过止动挡片(408)固定；所述罗茨风机入口(203)与蒸发腔(221)通过旋转筒中心轴(223)内的水蒸汽流道相连通，所述罗茨风机出口(226)与冷凝腔(222)通过消声器(403)相连通；
所述浓缩液收集管(209)通过陶瓷轴承(503)固定在旋转筒中心轴(223)的底部，浓缩液收集组件磁铁(501)与外筒壳体(205)上的外筒壁磁铁(410)通过磁吸力保持相对静止；
所述外筒壳体(205)的外筒壳体耳片(504)与安装支架(306)通过减振橡胶连接机构(308)及螺杆相连接，安装支架(306)通过减振弹簧安装机构(307)与安装板连接；
所述驱动电机(201)与罗茨风机(202)的罗茨风机壳体(604)通过螺钉连接，驱动电机(201)与罗茨风机(202)之间通过驱动电机(201)的驱动电机圆柱定位面(603)与罗茨风机壳体(604)定位，驱动电机(201)的电机转子腔通过第一O型圈(418)与罗茨风机(202)的转子腔密封，驱动电机(201)通过电机输出轴上的电机轴一字键(606)与罗茨风机主动轴(401)连接，罗茨风机主动轴(401)通过罗茨风机同步齿轮(417)与罗茨风机从动轴(402)相连接；
所述减速器(225)包括减速器壳体(702)，减速器小皮带轮(413)固定在小皮带轮轴上，小皮带轮轴通过其两端的轴承转动安装在减速器壳体(702)内，减速器小皮带轮(413)与减速器大皮带轮(415)之间通过齿形传动皮带相连接，齿形传动皮带外侧安装有皮带张紧轮(701)；
所述动密封组件(213)包括旋转环(802)、第一壳体(806)、第一轴承(803)和第一机械密封结构(807)，所述第一壳体(806)上设置有顶丝螺纹安装孔，动密封组件(213)的第一壳体(806)与旋转蒸馏器主体(312)的外筒壳体(205)之间通过外O型圈(805)密封，旋转环(802)通过第一轴承(803)转动安装在第一壳体(806)内，旋转环(802)与旋转筒中心轴(223)之间通过内O型圈(804)密封相连，第一壳体(806)与旋转环(802)之间通过第一机械密封结构(807)密封；
所述污水输入输出组件(214)包括污水输送管(902)、第二壳体(903)、第二轴承(901)和第二机械密封结构(904)，所述第二壳体(903)通过螺纹结构安装固定在旋转筒中心轴(223)内，第二壳体(903)上设置有第二O型圈(907)，第二壳体(903)与旋转筒中心轴(223)之间通过第二O型圈(907)密封，污水输送管(902)设置在第二壳体(903)内，污水输送管(902)与第二壳体(903)之间通过第二机械密封结构(904)密封，污水输入输出组件(214)上端设置有污水输出口(908)，污水输送管(902)上端连接至污水输出口(908)，污水输送管(902)下端连接至污水输入口(409)；
所述浓缩液收集组件(411)包括污水内循环皮托管(1001)、污水输出皮托管(1002)和污水流道(1003)，所述浓缩液收集组件(411)通过轴承安装孔(1004)内安装的陶瓷轴承(503)与旋转筒中心轴(223)固定，污水流道(1003)通过污水内循环皮托管(1001)和污水输出皮托管(1002)连通至浓缩液收集槽(405)。
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