CN109420354B - 一种多级蒸馏装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多级蒸馏装置，包括设置有热源的热源腔和多个包括由相对的蒸发面和冷凝面限定的蒸馏空间，所述蒸馏空间逐层层叠的设置在所述热源腔的外侧，所述蒸馏空间靠近热源的一侧表面为蒸发面，与蒸发面相对的一侧为冷凝面，所述蒸馏空间中设置有Z字形流通回路，进料液体以预定速率施加到蒸馏空间的蒸发面上，产生蒸汽，蒸汽通过所述Z字形流通回路，进而在冷凝面上进行冷凝，对冷凝的产品进行收集。本发明实施例的多级蒸馏装置采用蒸汽的Z字形流通回路实现多效蒸馏以分离二相液体，实现高效的多效蒸馏。

Description

一种多级蒸馏装置

技术领域

本发明涉及海水多效脱盐多级蒸馏或化学过程多效蒸馏技术，具体涉及一种多级蒸馏装置。

背景技术

多效蒸馏系统适用于多效蒸发器、多级闪蒸器和太阳能蒸馏装置等。多级闪蒸器体积大且复杂，热效率不高。迄今使用的太阳能蒸馏设备是所谓的盘式蒸馏，蒸馏过程是静态的，效率低。商业蒸馏系统利用简单的锅炉使液体达到其沸点以汽化液体并将蒸汽送入冷凝器，在其中一次性冷凝并回收热量。这样的系统能源成本过高。

海水淡化或蒸馏系统也可与压缩机集成以把蒸汽压缩回收，但这需要相当大的能量才能正常工作。由于全球的气候变化，很多地方新鲜或饮用水供应不足。尽管许多地区都有咸水，但没有经济有效的方法将其转化为淡水。蒸馏就是从咸水中回收淡水的一种方法。现有的蒸馏技术不足以有效且经济地解决该问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的第一项多级蒸馏装置，包括设置有热源的热源腔和多个包括由相对的蒸发面和冷凝面限定的蒸馏空间，所述蒸馏空间逐层层叠的设置在所述热源腔的外侧，所述蒸馏空间中靠近热源的一侧表面为蒸发面，与蒸发面相对的一侧为冷凝面，

所述蒸馏空间中设置有Z字形流通回路，

进料液体以预定速率施加到蒸馏空间的蒸发面上，产生蒸汽，蒸汽通过所述Z字形流通回路，在冷凝面上进行冷凝，收集冷凝的产品。

本发明的第二项多级蒸馏装置，如第一项的多级蒸馏装置，所述多个蒸馏空间层叠套设在所述热源腔外侧。

本发明的第三项多级蒸馏装置，如第一项的多级蒸馏装置，所述多个蒸馏空间层叠设置在所述热源腔上方。

本发明的第四项多级蒸馏装置，如第三项的多级蒸馏装置，所述蒸馏空间的蒸发面和冷凝面与水平方向呈θ角，其中0°≤θ＜90°。

本发明的第五项多级蒸馏装置，如第一到第四项之一的多级蒸馏装置，所述蒸馏空间的冷凝面具有网状结构或编织结构。

本发明的第六项多级蒸馏装置，如第一到第四项之一的多级蒸馏装置，所述蒸馏空间的蒸发面和/或冷凝面上沿液体流通方向设置一条或多条肋片。

本发明的第七项多级蒸馏装置，如第一项的多级蒸馏装置，相邻的两个蒸馏空间具有联通通路，并与所述Z字形流通回路联通；相对于热源腔而位于最外层的蒸馏空间上设置有与外部联通的通路，其与该蒸馏空间的Z字形流通回路联通。

本发明的第八项多级蒸馏装置，如第七项的多级蒸馏装置，热源腔中热源为加热的液体，相对于热源腔而位于最内层的蒸馏空间上设置有与热源腔联通的通路，其与该蒸馏空间的Z字形流通回路联通。

本发明的第九项多级蒸馏装置，如第七或八项的多级蒸馏装置，相对于热源腔而位于最外层的蒸馏空间的所述与外部联通的通路，与压缩机管路的一端连接，压缩机能够对来自蒸馏空间的气体加压，压缩机管路的另一端连接到热源腔和/或多个蒸馏空间的一个或多个，进行能量回收。

本发明的第十项多级蒸馏装置，如第九项的多级蒸馏装置，相对于热源腔而位于最内层的蒸馏空间与热源腔联通，所述多级蒸馏装置中填充有氢气、和/或氦气。

本发明的第十一项多级蒸馏装置，如第七或八项的多级蒸馏装置，相对于热源腔而位于最外层的蒸馏空间的所述与外部联通的通路，与风扇冷凝装置连接，从而能够冷凝末级蒸馏空间的蒸气，并对冷凝的产品进行收集。

本发明的第十二项多级蒸馏装置，如第二项的多级蒸馏装置，所述多级蒸馏装置包括下底、上盖、多个间隔嵌套的第一侧壁、以及嵌套在多个第一侧壁外侧的第二侧壁，由最内侧的第一侧壁限定的空间为热源腔，相邻的两个第一侧壁之间形成蒸馏空间，最外侧的第一侧壁与其外侧间隔嵌套的第二侧壁之间形成蒸馏空间，在所述第一侧壁和第二侧壁的上部沿其周边形成有多个第一通孔或第一缝隙，连通多个蒸馏空间；

在所述第一侧壁上部外侧面上沿周边铺设有进料分配器，热源腔中设置有进料分配器；第一侧壁的铺设有进料分配器的侧面为蒸发面，在蒸馏空间与蒸发面相对的一侧为冷凝面。

本发明的第十三项多级蒸馏装置，如第十二项的多级蒸馏装置，第二侧壁部的通孔或缝隙与外部连通，或者，

所述多级蒸馏装置还包括装置侧壁，装置侧壁嵌套在第二侧壁的外侧，第二侧壁与装置侧壁之间的空间中设置有与外部连通的出口。

本发明的第十四项多级蒸馏装置，如第十二或十三项的多级蒸馏装置，靠近所述冷凝面的底部附近设置有冷凝液收集管路，通过冷凝液收集管路将冷凝的产品输送到相应收集器，或者，

在所述第一侧壁的上部沿横向形成有多个通孔，每个通孔在蒸发面一侧连接有一纵向延伸到下底外侧的冷凝管，通过冷凝管冷却来自蒸馏空间的蒸汽，将冷凝的产品在下底下侧进行收集。

本发明的第十五项多级蒸馏装置，如第十四项的多级蒸馏装置，所述冷凝管外壁上设置有散热翼片。

本发明的第十六项多级蒸馏装置，如第十二或十三项的多级蒸馏装置，靠近所述蒸发面的底部附近设置有浓缩液收集管路，通过浓缩液收集管路将浓缩液输送到相应收集器。

本发明的第十七项多级蒸馏装置，如第十三项的多级蒸馏装置，所述出口设置在装置侧壁上部，并通过管路与压缩机连接，压缩机能够将来自所述出口的蒸汽加压后输送到靠近热源腔的蒸馏空间，或输入到热源腔中。

本发明的第十八项多级蒸馏装置，如第十二项的多级蒸馏装置，在上盖的中心设置有进料器，进料器与进料分配器连接，输送液体进料。

本发明的第十九项多级蒸馏装置，如第十二项的多级蒸馏装置，在蒸馏空间中设置多个第三侧壁，所述第三侧壁间隔嵌套第一侧壁之间或者间隔嵌套在第一侧壁与第二侧壁之间，在第三侧壁的下部沿周边形成有多个第二通孔或第二缝隙。

本发明的第二十项多级蒸馏装置，如第十二项的多级蒸馏装置，所述多级蒸馏装置具有圆形或多边形的横截面。

本发明的第二十一项多级蒸馏装置，如第十二或十九项的多级蒸馏装置，在热源腔和/或在第一侧壁与第三侧壁之间设置精馏塔板结构，包括以一定间隔沿纵向层叠设置多个塔板组件。

本发明的第二十二项多级蒸馏装置，如第二十一项的多级蒸馏装置，所述塔板组件包括平板、第一溢流堰、第二溢流堰和降液管，第一溢流堰和第二溢流堰呈平板状，第一溢流堰和第二溢流堰分别垂直的设置在平板的上表面的两个相对边缘附近，且与桶状侧壁隔开一定距离；第二溢流堰与第一溢流堰之间的平板的表面上开有多个通孔；在第一溢流堰或第二溢流堰的外侧立面沿平板的表面向下侧延伸形成有降液管；相邻两个塔板组件的降液管交错相对设置。

本发明的第二十三项多级蒸馏装置，如第二十二项的多级蒸馏装置，在热源腔中设置双层精馏塔板结构。

本发明的第二十四项多级蒸馏装置，如第十二或十九项的多级蒸馏装置，在第一侧壁、第二侧壁和/或第三侧壁的单面或双面上沿液体流通方向设置多条相互平行的竖肋片。

本发明的第二十五项多级蒸馏装置，如第三项的多级蒸馏装置，所述多级蒸馏装置包括下底、侧壁和在装置内部空间中纵向间隔设置的多块第一平板或弧形凸碟，最下侧的第一平板或弧形凸碟与下底限定的空间为热源腔，热源腔中设置有热源，相邻的两个第一平板或弧形凸碟之间形成蒸馏空间，在多个第一平板或弧形凸碟的第一侧上沿长度方向形成有多个第一通孔或缝隙，连通多个蒸馏空间；

在蒸馏空间中在两块第一平板或弧形凸碟之间设置第二平板或弧形凸碟，第二平板或弧形凸碟在与第一平板或弧形凸碟的第一侧相对的第二侧上形成有多个第二通孔或第二缝隙；

在所述第一平板或弧形凸碟的第一侧上表面上沿长度方向铺设有进料分配器，能够将进料液体喷淋到第一平板或弧形凸碟的上表面，第一平板或弧形凸碟的铺设有进料分配器的一侧为蒸发面，第一平板或弧形凸碟在蒸馏空间中与蒸发面相对的一侧为冷凝面。

本发明的第二十六项多级蒸馏装置，如第二十五项的多级蒸馏装置，所述第二通孔或第二缝隙为单向开启的通孔或缝隙，和/或具有凸出于第二平板或弧形凸碟的上表面的边缘。

本发明的第二十七项多级蒸馏装置，如第二十五项的多级蒸馏装置，在蒸馏空间中，靠近底部第一平板或弧形凸碟的第二侧的蒸发面附近设置有浓缩液收集管路；靠近顶部第一平板或弧形凸碟的第二侧的冷凝面的侧壁上设置冷凝液收集沟槽，冷凝液收集沟槽能够收集冷凝面上冷凝的液体并输送到冷凝液收集管路中，并收集到相应收集器。

本发明的第二十八项多级蒸馏装置，如第二十七项的多级蒸馏装置，所述多级蒸馏装置还包括进料器，液体进料通过进料器首先输送到最顶端的蒸馏空间中的进料分配器中，最顶端的浓缩液收集管路收集的浓缩液输送到与其紧邻的下层蒸馏空间中的进料分配器中，由此依次进行，最底端的蒸馏空间中的浓缩液收集管路收集的浓缩液输送到将热源腔中，热源腔中的浓缩液能够输送到浓缩液收集器。

本发明的第二十九项多级蒸馏装置，如第二十七项的多级蒸馏装置，所述多级蒸馏装置还包括进料器，液体进料通过进料器首先输送到热源腔中，随后输送到与热源腔紧邻的最底端的蒸馏空间中的进料分配器中，最底端的浓缩液收集管路收集的浓缩液输送到与其紧邻的上层蒸馏空间中的进料分配器中，由此依次进行，最顶端的蒸馏空间中的浓缩液收集管路收集的浓缩液输送到将浓缩液收集器。

本发明的第三十项多级蒸馏装置，如第二十九项的多级蒸馏装置，最顶部的蒸馏空间中，能够通过顶部第一平板上的通孔或缝隙与外部连通；或者，

能够通过顶部第一平板或弧形凸碟上的通孔或缝隙与压缩机管路连通，将其排出的蒸汽加压后输送到靠近热源腔的蒸馏空间中；或者，

能够通过顶部第一平板上的通孔或缝隙将排出的蒸汽通过风扇盘管冷凝后输送到冷却产品收集器。

本发明的第三十一项多级蒸馏装置，如第二十五项的多级蒸馏装置，所述第一平板相对于下底具有大于0°的倾角。

本发明的第三十二项多级蒸馏装置，如第二十五项的多级蒸馏装置，所述多级蒸馏装置具有圆形或多边形的横截面。

本发明的第三十三项多级蒸馏装置，如第三十一项的多级蒸馏装置，所述多级蒸馏装置呈长方体状或倒梯台状。

本发明的第三十四项多级蒸馏装置，如第三项的多级蒸馏装置，所示多级蒸馏装置包括下底、侧壁和在装置内部空间中纵向间隔设置的多块第一凹锥，最下侧的第一凹锥与下底限定的空间为热源腔，热源腔中设置有热源，相邻的两个第一凹锥之间形成蒸馏空间，在多个第一凹锥的边沿上形成一个或多个第一通孔和一个或多个第二通孔，连通多个蒸馏空间，所述第一通孔具有凸出第一凹锥下表面的边缘，所述第二通孔具有凸出第一凹锥上表面的边缘；

在一个蒸馏空间中，下侧第一凹锥的上表面为蒸发面，上侧第一凹锥的下表面为冷凝面；

在两块第一凹锥之间的蒸馏空间中同向设置第二凹锥，第二凹锥在靠近其底部的位置上形成有一个或多个第三通孔和一个或多个第四通孔，

在蒸馏空间中的下侧第一凹锥的底部中央向上穿过第二凹锥的底部中央垂直设置有冷凝导管，冷凝导管朝向蒸馏空间中的下侧第一凹锥的底部中央设置。

本发明的第三十五项多级蒸馏装置，如第三十四项的多级蒸馏装置，所述第二通孔的的边缘高度高于第一凹锥的边缘。

本发明的第三十六项多级蒸馏装置，如第三十四项的多级蒸馏装置，所述第三通孔具有凸出第二凹锥下表面的边缘，所述第四通孔具有凸出第二凹锥上表面的边缘。

本发明的第三十七项多级蒸馏装置，如第三十四项的多级蒸馏装置，所述凹锥为阶梯状凹碟。

本发明的第三十八项多级蒸馏装置，如第三十四项的多级蒸馏装置，所述多级蒸馏装置具有圆形或多边形的横截面。

本发明的第三十九项多级蒸馏装置，如第三项的多级蒸馏装置，所述多级蒸馏装置包括下底、侧壁和在装置内部空间中纵向间隔设置的多块第一凸锥，最下侧的第一凸锥与下底限定的空间为热源腔，热源腔中设置有热源；

第一进料流通管道连通热源腔与最下侧的第一凸锥的第一侧边部的上表面边缘；

第二进料流通管连通上层的第一凸锥的第一侧边部的上表面边缘与下层的第一凸锥的锥顶部；

在第一凸锥的第二侧边部的下表面边缘的侧壁上，设置收集冷凝液体的沟槽，所述第一凸锥的第一侧边部与所述第一凸锥的第二侧边部相对设置，所述沟槽通过管道连接到冷凝产品收集器；

在第一凸锥的第一侧边部附近开设有通孔；

第一凸锥的上表面为蒸发面，第一凸锥的第二侧边部的下表面为冷凝面。

本发明的第四十项多级蒸馏装置，如第三十九项的多级蒸馏装置，所述多级蒸馏装置具有圆形或多边形的横截面。

本发明的有益效果：本发明实施例的多级蒸馏装置采用蒸汽的Z字形流通回路实现多效蒸馏过程，即蒸发的蒸汽以曲折的方式冷凝以分离二相液体，如处理污染的地下水、苦咸水、乙醇和原油或其他化学制品，以浓缩和分离进液相，实现高效的多效蒸馏过程。

附图说明

图1是本发明第一实施例的柱状多级蒸馏装置的爆破图；

图2a是图1中的断面H－H的部分截面图(部分)，图2b是图2a中的断面I－I截面放大图，图2c是本发明第一实施例的柱状多级蒸馏装置的截面示意图，示出了多级蒸馏装置的工作流程；

图3a是本发明第二实施例的柱状多级蒸馏装置的截面图，其中柱状多级蒸馏装置带有精馏塔板，图3b是蒸汽室中单组精馏塔板的结构示意图，图3c是蒸汽室中双层精馏塔板的结构示意图；

图4a、图4b是本发明第三实施例的包括蒸汽冷凝管的多级蒸馏装置的示意图；

图4c是本发明第四实施例的由具有单面或双面竖肋片的侧壁组成的多级蒸馏装置的示意图；

图5a、图5b是本发明第五实施例的多级蒸馏装置的截面示意图；

图6是本发明第六实施例的多级蒸馏装置以0°≤θ＜90°倾角放置的截面图；

图7a是本发明第七实施例的多级蒸馏装置的爆破图，图7b是本发明第七实施例的多级蒸馏装置的截面图，图7c是本发明第七实施例的多级蒸馏装置中使用的阶梯状凹碟的示意图。

图8是本发明第八实施例的多级蒸馏装置的截面图；

图9是本发明进一步的多级蒸馏装置的实施例的设计组合示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本发明并不局限于附图和以下实施例。

本发明的方法和设备涉及流体组分的分离，主要是针对石油，海水，稀酒精等液体。该设备接收进来的原料处理，对挥发性较大的流体成分进行蒸发并收集冷凝的液体，由此从液体或流体中分离易挥发组分。

第一实施例：

图1是本发明第一实施例的柱状多级蒸馏装置的爆破图。图2a是图1中的断面H－H的部分截面图(部分)，图2b是图2a中的断面I－I截面放大图，图2c是本发明第一实施例的柱状多级蒸馏装置的截面示意图，示出了多级蒸馏装置的工作流程。

如图1、图2a、图2b、图2c所示，在本发明的第一实施例中，多级蒸馏装置呈圆柱状，包括下底11、上盖12、多个间隔嵌套的第一筒状侧壁13、以及嵌套在多个第一筒状侧壁13外侧的第二筒状侧壁15，由最内侧的第一筒状侧壁13限定的空间为温度为T1的热源腔14，热源腔14中设置有热源1，相邻的两个第一筒状侧壁13之间形成蒸馏空间，最外侧的第一筒状侧壁13与其外侧间隔嵌套的第二筒状侧壁15之间形成蒸馏空间，在所述第一筒状侧壁13和第二筒状侧壁15的上部沿圆周形成有多个第一通孔或第一缝隙22，连通多个蒸馏空间。在所述第一筒状侧壁13上部外侧面上沿圆周铺设有进料分配器17，热源腔14中设置有进料分配器17，能够将进料液体喷淋到热源腔14的侧壁上。第一筒状侧壁13的铺设有进料分配器17的侧面为蒸发面，在蒸馏空间与蒸发面相对的一侧为冷凝面，靠近所述蒸发面的底部附近设置有浓缩液收集管路18，靠近所述冷凝面的底部附近设置有冷凝液收集管路19，分别通过浓缩液收集管路18和冷凝液收集管路19将浓缩液和冷凝的产品输送到相应收集器。装置侧壁16嵌套在第二筒状侧壁15的外侧，第二筒状侧壁15与装置侧壁16之间的空间中设置有与外部连通的出口20。

所述出口20优选的设置在装置侧壁16上部，并通过管路与压缩机7连接，压缩机7能够将来自所述出口20的蒸汽加压后输送到靠近热源腔14的蒸馏空间(该蒸馏空间未必是最靠近热源腔的蒸馏空间，这与压缩机7的加压压力有关)中，重复进行蒸馏，这样能够有效的利用系统热能。在本申请的其他实施例中，即便未说明也可以采用这样的设置。

此外，最内侧的在上盖12的中心设置有进料器2，进料器2与进料分配器17连接，输送液体进料。

为了更好的实现液体蒸馏，在蒸馏空间中设置与所述第一筒状侧壁13和第二筒状侧壁15间隔嵌套的多个第三筒状侧壁21，并且在第三筒状侧壁21的下部沿圆周形成有多个第二通孔或第二缝隙23，从而在蒸馏空间中形成蒸汽的“之”字流动路径。此时，浓缩液收集管路18设置在靠近蒸发面的第一筒状侧壁13与第三筒状侧壁21之间，冷凝液收集管路19设置在靠近冷凝面的第三筒状侧壁21与第一筒状侧壁13或第二筒状侧壁15之间。

在本实施例中，多级蒸馏装置呈圆柱状，但本领域技术人员可以理解，多级蒸馏装置也可以是例如矩形的多种多边形形状。

具体的，热源1为大约85至115摄氏度的热水，设置在热源腔14的底部，可以循环供应，也可以设置加热器保持水温。进料分配器17将来自进料器2的液体供应到热源腔14以及第一筒状侧壁13的柱面上，形成水膜并气化，循环到各个腔室。一个具有两个腔室的收集器收集分离液体，在装置底部，分别盛装成为浓缩液3和冷凝的产品4，例如浓缩的海水和淡水。

热源腔14的水位通过反馈进行调整；浓缩海水和淡水分别流出；换热到最后，成为最后的蒸汽流24，然后通过压缩机7以将蒸汽流压缩再回到蒸馏空间中。图中第一筒状侧壁13、第二筒状侧壁15与装置侧壁16在配置上是同心的。有了这个安排，圆形或管状构造的最内侧圆筒或板成为接收来自热源的输入圆筒或板，并且外圆筒或板变成热输出圆筒或板。圆筒或板各自包括通常的蒸发和冷凝面。相反面相邻的圆筒或板平行延伸并且呈现相对的蒸发面和收集面，由此在其之间确定蒸馏空间。圆筒或板堆叠，在它们之间定义了多个蒸馏空间，温度从T1到T4(图中仅示出四个蒸馏空间)。通过这种安排，热量在中心输入，沿圆形径向向外流动到下一个更大的圆筒。外圆筒或板有更大的散热表面用于散热。来自圆筒或板的这种热进到最后一级时，再通过蒸汽压缩，把余热压回到系统中而被回收，有效的利用了热能。控制蒸发面上水膜的厚度或其他液体薄膜厚度，达到薄膜蒸发的效果。水薄膜开始汽化达到稳定状态。这个过程贯穿始终，系统通过温差达到蒸汽压力平衡状态，正是该压力梯度驱动蒸汽流动，穿过整个系统。这种构造的优点还包括从中央向外越来越大的表面换热面积。中心处的热量输入，将会像“接力”一样“传递”多次，从而产生多次蒸发。

本装置的特点是利用相对的平行蒸发和冷凝，从热输入到热输出建立多重蒸发。蒸发和冷凝面的腔壁有三个可能的位置：水平方向、从

使用重力、或垂直地以允许薄膜沿着表面的重力流动，可参见后面的实施例。蒸发面上的浓缩液和冷凝面上的冷凝液分别被管理到浓缩液和冷凝产品的收集室中，在收集器的下端的分离。任何形式的沟槽或通道引流下行，沿蒸发面下边缘被收集到的浓缩液3(浓海水)收集器，而沿冷凝面下边缘则被收集到冷凝的产品4(淡水)的收集器。

在蒸发面流动的薄膜流动很重要。此薄膜流经所有圆筒或板的端部处，不断地冲洗系统，防止盐沉淀板的表面。构成蒸馏空间的相邻圆筒或板之间的间距是重要的。在圆筒或板之间优选范围从2mm到100mm的间距用于水蒸馏，层间距离通常越来越大，但也可以相等。层间距离影响传质速率。事先抽真空，可以使系统的压力低于大气压力，这可以提高效率，因为去除了空气的干扰，减少了蒸汽流动的阻力。系统抽成真空还将允许在板之间蒸汽的传质有更高的速率。另外，系统内的温度也是必需的，应控制蒸发约为85℃。其他修改可以包括提供除空气之外的气体气氛，例如氢气和氦气。已经发现使用氢气和氦气也将加速这种传质速率并显着影响系统的效率。氢气和氦气会使传质速率(或热通量)增加约3.3和3倍。没有气密的系统仍然可以工作，但是它的效率是真空系统的30％。

嵌套的圆筒或板的数量越多，系统节能就更多，本发明实施例可以达到四十级的圆筒或板。因此，随着圆筒或板数量的增加，系统能源利用方面变得更加高效。本发明的装置的工作范围为0.2至2.5atm大气压。在较低压力下蒸发海水，比如在实现大约1.2递减到0.2atm的大气下，热量可以重复使用。这就像在珠峰上烧开海水，利用气压不断降低，从山脚下100度到山顶60度，海水可以烧开20次(假设每隔2摄氏度烧开,100－60＝40度/2＝20)。经过测试，本发明装置可以实现40倍的节能。如果配合使用蒸汽压缩，最高可以达到节能400倍。

第二实施例：

图3a是本发明第二实施例的柱状多级蒸馏装置的截面示意图，其中柱状多级蒸馏装置带有精馏塔板，图3b是热源腔中设置精馏塔板的结构示意图，图3c是热源腔中设置双层精馏塔板的结构示意图。

在第一实施例的基础上，如图3a、3b所示，在热源腔14和/或在第一筒状侧壁13与第三筒状侧壁21之间设置精馏塔板结构，包括以一定间隔沿纵向层叠设置多个塔板组件。

所述塔板组件包括平板25、第一溢流堰26、第二溢流堰27和降液管28，第一溢流堰26、第二溢流堰27呈平板状，第一溢流堰26和第二溢流堰27分别垂直的设置在平板的上表面25的两个相对边缘附近，且与桶状侧壁隔开一定距离；第二溢流堰27与第一溢流堰26之间的平板25的表面上开有多个通孔29；从第一溢流堰26或第二溢流堰27的外侧从平板25的表面向其下侧延伸形成有降液管28。相邻两个塔板组件的降液管28交错相对设置，即，第一层塔板组件的降液管28在第一溢流堰26外侧，第二层塔板组件的降液管28在第二溢流堰27外侧，第三层塔板组件的降液管28在第一溢流堰26外侧。

这样，多级蒸馏装置工作时，下部的高温蒸汽通过平板上的开孔29向上流动，且气流压力很大，导致上方输入的进料液体不能够从开孔29下落，而是积聚在平板25上，当积聚的液位高度超过溢流堰26的高度时，积聚的液体经一侧的降液管28流入到下层的塔板组件的平板25上。如此逐层交替进行。

如图3b所示，在热源腔14中可以设置双层精馏塔板结构，即将一个具有圆柱外壳的精馏塔板结构嵌入到热源腔14的精馏塔板结构之中。

第三实施例

图4a、图4b是本发明第三实施例的包括蒸汽冷凝管的多级蒸馏装置的示意图。

本实施例中与第一实施例相同的部分不再赘述。与第一实施例不同的是，冷凝液收集管路19不是靠近所述冷凝面的底部附近设置。替换的，在所述第一侧壁13的上部沿横向形成有多个通孔22，每个通孔22在蒸发面一侧连接有一纵向延伸到下底11外侧的冷凝管28，所述冷凝管道外壁上设置有螺旋的散热翼片29。

这样，蒸馏空间中的蒸汽在散热翼片的作用下通过冷凝管28进行更好的冷凝，在下底11下侧进行收集。

第四实施例

图4c是本发明第四实施例的由具有单面或双面竖肋片的侧壁组成的多级蒸馏装置的示意图；

在第一实施例的基础上，为了提高换热效果，可以在第一侧壁13、第二侧壁15、第三侧壁21的单面或双面上沿液体流通方向设置多条相互平行的竖肋片。如果需要，在本发明的其他实施例中也可相适应的设置类似的肋片。

第五实施例

在本发明的第五实施例中，所示多级蒸馏装置呈长方体状，如图5a所示，具有矩形截面，包括下底31、侧壁32和在装置内部空间中纵向间隔设置的多块第一平板33，最下侧的第一平板33与下底31限定的空间为热源腔34，热源腔34中设置有热源1，相邻的两个第一平板33之间形成蒸馏空间，在多个第一平板33的第一侧上沿长度方向形成有多个第一通孔或缝隙35，连通多个蒸馏空间。

在蒸馏空间中在两块第一平板33之间设置第二平板36，第二平板36在与第一平板33的第一侧相对的第二侧上形成有多个第二通孔或第二缝隙37，从而在蒸馏空间中形成蒸汽的“之”字流动路径。优选的，所述第二通孔或第二缝隙37为单向开启的通孔或缝隙，和/或具有凸出于第二平板36的上表面的边缘。

在所述第一平板33的第一侧上表面上沿长度方向铺设有进料分配器38，能够将进料液体喷淋到第一平板33的上表面。第一平板33的铺设有进料分配器38的一侧为蒸发面，第一平板33在蒸馏空间中与蒸发面相对的一侧为冷凝面。

在蒸馏空间中，靠近底部第一平板33的第二侧的蒸发面附近设置有浓缩液收集管路39，靠近顶部第一平板33的第二侧的冷凝面的侧壁上设置冷凝液收集沟槽40，冷凝液收集沟槽40能够收集冷凝面上冷凝的液体并输送到冷凝液收集管路41中。通过冷凝液收集管路41将冷凝的产品输送到相应收集器。

为了尽可能的利用热源，本实施例中，液体进料通过进料器2首先输送到最顶端的蒸馏空间中的进料分配器38中，最顶端的浓缩液收集管路39收集的浓缩液输送到与其紧邻的下层蒸馏空间中的进料分配器38中，由此依次进行，最底端的蒸馏空间中的浓缩液收集管路39收集的浓缩液输送到将热源腔34中，热源腔34中的浓缩液能够输送到浓缩液收集器。需要说明的是，本领域技术人员应该清楚，根据液体输送要求，可以在液体输送管路上设置泵，以协助液体的输送。

此外，最顶部的蒸馏空间中，能够通过顶部第一平板33上的通孔或缝隙35与外部连通。与第一实施例相同，为了节省热源，可以另外设置压缩机管路将其排出的蒸汽加压后输送到靠近热源腔的蒸馏空间中。

初始使用时，本实施例的热源1为大约85至115摄氏度的热水，设置在热源腔34中，设置加热器保持温度。

优选的，为了保证浓缩液或冷凝产品能够分别流到浓缩液收集管路39和冷凝液收集沟槽40中，本实施例的第一平板具有相应的大于0°的倾角。

在一个可替换的实施例中，如图5b所示，多级蒸馏装置呈倒梯台状，具有倒梯形截面，并使用弧形凸碟相应的代替第一平板和第二平板。

第六实施例

图6是本发明第六实施例的多级蒸馏装置以0°≤θ＜90°倾角放置的截面图。

本实施例的多级蒸馏装置与图5a所示的第五实施例的相同之处不再赘述，不同之处在于，第六实施例中，液体进料通过进料器2首先输送到热源腔中，随后输送到与热源腔紧邻的最底端的蒸馏空间中的进料分配器中，最底端的浓缩液收集管路收集的浓缩液输送到与其紧邻的上层蒸馏空间中的进料分配器中，由此依次进行，最顶端的蒸馏空间中的浓缩液收集管路39收集的浓缩液输送到将浓缩液收集器；最顶端的蒸馏空间中排出的蒸汽通过风扇盘管冷凝后输送到冷却产品收集器。

如图6所示，以使得第一平板、第二平板与地面呈角度θ而布置多级蒸馏装置，以获得最大的利益。第一平板、第二平板的倾斜使得液体的重力流动发生的板的表面上，以分配液体流动到所述板的后表面或蒸发面。这样一来，可以利用重力，实现液体流动。

第七实施例

图7a是本发明第七实施例的多级蒸馏装置的爆破图，图7b是本发明第七实施例的多级蒸馏装置的截面图，图7c是本发明第七实施例的多级蒸馏装置中使用的阶梯状凹碟的示意图。

在本发明的第七实施例中，所示多级蒸馏装置呈筒状，如图7a、7b所示，包括下底51、侧壁52和在装置内部空间中纵向间隔设置的多块第一凹锥53，最下侧的第一凹锥53与下底51限定的空间为热源腔54，热源腔54中设置有热源1，相邻的两个第一凹锥53之间形成蒸馏空间，在多个第一凹锥53的边沿上形成一个或多个第一通孔55和一个或多个第二通孔56，连通多个蒸馏空间。所述第一通孔55具有凸出第一凹锥53下表面(冷凝面)的边缘，所述第二通孔56具有凸出第一凹锥53上表面(蒸发面)的边缘，优选的，第二通孔56的的边缘高度高于第一凹锥的边缘。在一个蒸馏空间中，下侧第一凹锥53的上表面为蒸发面，上侧第一凹锥53的下表面为冷凝面。

在两块第一凹锥53之间的蒸馏空间中同向设置第二凹锥57，第二凹锥57在靠近其底部的位置上形成有一个或多个第三通孔58和一个或多个第四通孔59。所述第三通孔58具有凸出第二凹锥57下表面的边缘，所述第四通孔59具有凸出第二凹锥57上表面的边缘。这样，在蒸馏空间中形成蒸汽的“之”字流通路径。

在蒸馏空间中的下侧第一凹锥53的底部中央向上穿过第二凹锥57的底部中央垂直设置有冷凝导管60，冷凝导管60朝向蒸馏空间中的下侧第一凹锥53的底部中央设置。

本实施例的多级蒸馏装置工作时，热源腔54中引入水作为热源，热源腔54中具有加热装置，对其中的液体进行加热。液体进料从多级蒸馏装置的最顶层的蒸馏空间的第一凹锥53的上表面注入，当注入的液体进料高于第一凹锥53边缘的第一通孔55时，液体进料进入到蒸馏空间中的第二凹锥57的上表面，并沿着第二凹锥57的斜面流入并通过第三通孔58，积累在蒸馏空间的下侧第一凹锥53的蒸发面上，在系统或蒸汽的高温作用下进行蒸发。当下侧第一凹锥53的蒸发面上的进料液体液位高于第一凹锥53边缘的第一通孔55时，进料液体流入到下层蒸馏空间中，依次进行，直至进料液体落入到热源腔54，热源腔54对浓缩液进行收集。热源腔54中加热液体(浓缩液、水)产生高温蒸汽，蒸汽通过热源腔54上方的第一凹锥53的第二通孔56进入蒸馏空间，在蒸馏空间中通过蒸汽的“之”字流动路径流动，从下层蒸馏空间逐级向上，给蒸馏空间提供热量，并在蒸馏空间的冷凝面上进行冷凝，冷凝液体沿第一凹锥53的下表面流动到第一凹锥53的底部中央，落入冷凝导管60中，通过冷凝导管60输入到冷凝产品收集器。蒸汽最后从最顶层蒸馏空间的上侧第一凹锥53的第二通孔56排出，排出的蒸汽通过风扇盘管冷凝后输送到冷却产品收集器。

优选的，如图7c所示，本实施例的多级蒸馏装置中使用的阶梯状凹碟。

本实施例中，热源是下部提供热量的元件，或者可替换为重新压缩的热蒸汽，作为加热器(未示出)起到热源的作用来加热，在其他实施例中也可进行类似的替换。冷凝液体的生长是第一凹锥的下表面完成的，它集中在中心并且被引导到垂直的冷凝导管中，这个过程中表面张力会起增强作用。因此，第一凹锥表面具有网状结构或编织结构，优选的由铜或铝材料形成网状结构或编织结构。集水增加所得到的表面张力，毛细网状层或编织层直径遵循以下公式：d＝4σ/ΔP，其中σ是流体表面张力，ΔP是蒸发或冷凝液体中静水压与孔内蒸汽的绝对压力之间的差。还可以在蒸发面上设置肋条,肋高最好约为1mm高，宽约1mm，有利于蒸气冷凝。第一凹锥由高导热材料制成，以提高系统效率。合适材料包括铜、铝、不锈钢和类似材料。在蒸发面上的水的厚度应该在整个板上约为1～5mm，薄膜减少了引起液体汽化加热总量，展开状态下的薄膜将水流暴露在更大区域来蒸发。液膜快速调节温度，降低凹锥之间的温度梯度。

第八实施例

图8是本发明第八实施例的多级蒸馏装置的截面图；

在本发明的第八实施例中，所示多级蒸馏装置呈筒状，如图8所示，包括下底61、侧壁62和在装置内部空间中纵向间隔设置的多块第一凸锥63，最下侧的第一凸锥63与下底61限定的空间为热源腔64，热源腔64中设置有热源1。第一进料流通管道66连通热源腔64与最下侧的第一凸锥63的第一侧边部的上表面边缘。第二进料流通管67连通上层的第一凸锥63的第一侧边部的上表面边缘与下层的第一凸锥63的锥顶部。在第一凸锥63的第二侧边部的下表面边缘的侧壁62上，设置收集冷凝液体的沟槽68，所述第一凸锥63的第一侧边部与所述第一凸锥63的第二侧边部相对设置。沟槽68通过管道连接到冷凝产品收集器。在第一凸锥63的第一侧边部附近开设有通孔69。由此，第一凸锥63的上表面为蒸发面，第一凸锥63的第二侧边部的下表面为冷凝面。

本实施例的多级蒸馏装置工作时，热源腔64中引入水作为热源，热源腔64中具有加热装置，对其中的液体进行加热。液体进料从多级蒸馏装置的最顶层的第一凸锥63的顶端上表面注入，通过第二进料流通管67逐级引流到下层第一凸锥63的顶端上表面，进行喷淋，最后通过第一进料流通管道66流入到热源腔64中，热源腔64中具有排除浓缩液的开口70。在热源腔64中产生的蒸气通过其上层的第一凸锥63的通孔69向上流动，加热上层蒸发面上的液体，在冷凝面回收冷凝液体到沟槽68，从而将冷凝液体输送到收集器。

图9是本发明进一步的多级蒸馏装置的实施例的设计组合示意图。本领域技术人员可以理解，利用太阳能系统的蒸馏系统，所构建的可以具有来自我们发明的许多组合。对于嵌入式结构，有六种形状：圆形，矩形，三角形，梯形，半圆形和圆锥形。对于相同尺寸的叠层结构，也类似于此。正如我们之前所解释的那样，相对蒸发面和冷凝面的腔室的壁有三个可能的位置：水平方向，垂直方向或成一角度从

以允许向下的重力流动。

前面所讨论的热源1可以引入任何合适的加热方式，例如通过蒸汽，或通过热交换器，或电能或任何其它合适来源。

该发明也可用于发电厂，若使用我们的方法节能，可提高整个电厂效率的3％。我们的方法也可以用于如炼油厂等，化学精炼厂和用于分离各种液相的制造设施，甚至用在各种材料的干燥等。

这里通过几个特定的实施例来说明和描述了本发明，但是应该理解，在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出许多改变和修改。以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多级蒸馏装置，其特征在于：包括设置有热源的热源腔和多个包括由相对的蒸发面和冷凝面限定的蒸馏空间，所述蒸馏空间逐层层叠的设置在所述热源腔的外侧，所述蒸馏空间中靠近热源的一侧表面为蒸发面，与蒸发面相对的一侧为冷凝面，

所述蒸馏空间中设置有Z字形流通回路，

进料液体以预定速率施加到蒸馏空间的蒸发面上，产生蒸汽，蒸汽通过所述Z字形流通回路，在冷凝面上进行冷凝，收集冷凝的产品，

其中，相邻的两个蒸馏空间具有联通通路，并与所述Z字形流通回路联通；

相对于热源腔而位于最外层的蒸馏空间上设置有与外部联通的通路，其与该蒸馏空间的Z字形流通回路联通。

2.如权利要求1所述的多级蒸馏装置，其特征在于：所述多个蒸馏空间层叠套设在所述热源腔外侧。

3.如权利要求1所述的多级蒸馏装置，其特征在于：所述多个蒸馏空间层叠设置在所述热源腔上方。

4.如权利要求3所述的多级蒸馏装置，其特征在于：所述蒸馏空间的蒸发面和冷凝面与水平方向呈θ角，其中0°≤θ＜90°。

5.如权利要求1-4之一所述的多级蒸馏装置，其特征在于：所述蒸馏空间的冷凝面具有网状结构或编织结构。

6.如权利要求1-4之一所述的多级蒸馏装置，其特征在于：所述蒸馏空间的蒸发面和/或冷凝面上沿液体流通方向设置一条或多条肋片。

7.如权利要求1所述的多级蒸馏装置，其特征在于：热源腔中热源为加热的液体，相对于热源腔而位于最内层的蒸馏空间上设置有与热源腔联通的通路，其与该蒸馏空间的Z字形流通回路联通。

8.如权利要求1或7所述的多级蒸馏装置，其特征在于：相对于热源腔而位于最外层的蒸馏空间的所述与外部联通的通路，与压缩机管路的一端连接，压缩机能够对来自蒸馏空间的气体加压，压缩机管路的另一端连接到热源腔和/或多个蒸馏空间的一个或多个，进行能量回收。

9.如权利要求8所述的多级蒸馏装置，其特征在于：相对于热源腔而位于最内层的蒸馏空间与热源腔联通，所述多级蒸馏装置中填充有氢气、和/或氦气。

10.如权利要求1或7所述的多级蒸馏装置，其特征在于：相对于热源腔而位于最外层的蒸馏空间的所述与外部联通的通路，与风扇冷凝装置连接，从而能够冷凝末级蒸馏空间的蒸气，并对冷凝的产品进行收集。

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