CN111875010A - 一种电解质水溶液离子分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电解质水溶液离子分离装置，包括能产生定向电磁场的绕线线圈及非导磁盘管，所述非导磁盘管内设置同轴心的管状隔膜，所述非导磁盘管的外壁与隔膜之间形成浓溶液通道，所述隔膜内形成稀溶液通道；所述非导磁盘管缠绕在所述绕线线圈上；所述稀溶液通道通过稀溶液管路与稀溶液储槽连接形成循环回路，且稀溶液管路上设置稀溶液泵、稀溶液阀门；所述浓溶液通道通过浓溶液管路与浓溶液储槽连接形成循环回路，且浓溶液管路上设置浓溶液泵、浓溶液阀门。本发明通过流动液体多次在有效空间内切割磁力线，通过隔膜快速实现电中性完成离子迁移，溶剂回收率高。

Description

一种电解质水溶液离子分离装置

技术领域

本发明属于电解质溶液淡化技术领域，尤其涉及一种电解质水溶液离子分离装置。

背景技术

目前，无机水溶液的浓缩和淡化涉及到元素提取和淡水获得。热法蒸馏和膜法是普遍的分离方法，热法受电解质溶液沸点升高影响较大，需要提供热量使水分子从水溶液中蒸发产生水蒸气，水蒸气冷凝变成淡水。膜法中的反渗透方法是通过压力驱使水分子通过膜，水合离子由于直径大无法通过反渗透膜，透过膜的水分子聚集得到淡水，剩下的就是浓溶液。膜法分离中直接受离子含量影响，离子含量越大，渗透压越大，驱使水分子通过膜的压力也越大，耗能越大，分离成本越高。这两种分离方法的特点是将水分子首先分离出来，剩下的水溶液就会浓缩，当然蒸馏法中水蒸气从水溶液的逸出会夹带出液体中的少量离子，膜法分离离子截留率也不是100％，这就是淡水中也有离子的原因。一般而言，电解质水溶液中离子含量小于10％，比如海水中溶解性固体含量约为3.5％。很明显，这样的分离技术是把溶质和溶剂中多成分的先分离出来，剩下的是浓缩的电解质溶液，也叫浓溶液。反过来讲，把含量少的溶质成分先分离出来，剩下浓度更低的电解质溶液，也叫稀溶液。电渗析法属于将离子从溶液中分离出来的方法，但是阴、阳离子的反向迁移是基于阴、阳两极板的氧化还原反应，氧化还原反应需要足够的电压，离子迁移产生电流，离子迁移数量一定情况下，电压直接决定电耗，直接影响分离成本。

除以上通用的工程方法之外，正渗透法、电吸附法、冷冻法、加湿脱湿法等也用于水基溶液的浓缩和淡化。但是，这些技术在工程上的推广和应用，都需要在经济上和技术上进一步优化。

因此，基于这些问题，提供一种，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用介管尺寸凹凸界面上的饱和蒸气压变化实现低温差传热，利用太阳能提供热能完成电解质溶液的淡化浓缩的装置。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种电解质水溶液离子分离装置，包括能产生定向电磁场的绕线线圈及非导磁盘管，所述非导磁盘管内设置同轴心的管状隔膜，所述非导磁盘管的外壁与隔膜之间形成浓溶液通道，所述隔膜内形成稀溶液通道；所述非导磁盘管缠绕在所述绕线线圈上；所述稀溶液通道通过稀溶液管路与稀溶液储槽连接形成循环回路，且稀溶液管路上设置稀溶液泵、稀溶液阀门；所述浓溶液通道通过浓溶液管路与浓溶液储槽连接形成循环回路，且浓溶液管路上设置浓溶液泵、浓溶液阀门。

进一步的，所述非导磁盘管与绕线线圈上的绕线之间绝缘相隔。

进一步的，所述非导磁盘管的材料是合金材料或高分子材料，隔膜材料为高分子绝缘材料。

进一步的，还包括原溶液储槽，所述原溶液储槽与稀溶液管路进入稀溶液通道端通过进液管路连接，且进液管路上依次安装原溶液泵、原溶液阀门、三通阀，且三通阀的第三端连接到浓溶液管路进入浓溶液通道端。

进一步的，所述绕线线圈内设有铁芯，其产生的电磁场是定向的。

进一步的，还包括电控箱，所述电控箱给予绕线线圈上的绕线直流信号。

盘管中由于隔膜存在，将溶液分为两相，盘管中有两相液体，其中一相为隔膜内的要淡化的液体，即稀溶液通道；另一相为盘管外壁与隔膜之间的环形液体，也即浓溶液通道。当直流电给绕线线圈通电时，绕线线圈产生定向磁场，即电流方向和绕线线圈方向决定N极和S极。当隔膜内的液体流动时，流动流体会产生感应电流，感应电流就是由阴、阳离子迁移而形成，阴、阳离子通过隔膜反向迁移到盘管外壁与隔膜之间的环形液体，此时环形液体处于静止状态。流过隔膜通道的水溶液由于阴、阳离子迁移到隔膜外环形通道液体中，离子得到去除变成稀溶液，同时，隔膜外环形通道液体由于阴、阳离子迁入完成电中性而变成浓溶液。当环形液体中的液体浓度达到指定浓度时，隔膜内的液体停止流动，同时，电磁铁停止供电，浓溶液泵开启，将已经迁移阴、阳离子的环形液体置换出来。如此循环操作，浓溶液离子浓度变得更高，稀溶液离子浓度更低。

本发明的优点和积极效果是：

本发明通过流动液体多次在有效空间内切割磁力线，通过隔膜快速实现电中性完成离子迁移，溶剂回收率高。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1为本发明实施例提供的电解质水溶液离子分离装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电解质水溶液离子分离装置的非导磁盘管弯曲状态的结构示意图；

图3为图2的部分结构放大图；

图4为本发明实施例提供的电解质水溶液离子分离装置的非导磁盘管的结构示意图；

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的技术特征在同一附图中可能仅在一处进行标示。

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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面就结合图1至图4来具体说明本发明。

实施例1

如图1～4所示，本实施例提供的一种电解质水溶液离子分离装置，包括能产生定向电磁场的绕线线圈4及非导磁盘管6，所述非导磁盘管6内设置同轴心的管状隔膜6.3，如图4所示，隔膜6.3可通过分隔片6.5固定在非导磁盘管6内，需要注意的是，分隔片6.5为非整体圆环型，避免堵塞浓溶液通道6.1，所述非导磁盘管6的外壁6.4与隔膜6.3之间形成浓溶液通道6.1，所述隔膜6.3内形成稀溶液通道6.2；所述非导磁盘管6缠绕在所述绕线线圈4上；所述稀溶液通道6.2通过稀溶液管路与稀溶液储槽9连接形成循环回路，且稀溶液管路上设置稀溶液泵10、稀溶液阀门11，具体的，稀溶液通道6.2一端通过稀溶液出口8连接到稀溶液储槽9，稀溶液储槽9通过稀溶液进口16连接到稀溶液通道6.2另一端，其中，稀溶液泵10、稀溶液阀门11安装在稀溶液储槽9与稀溶液进口16之间的管路上；所述浓溶液通道6.1通过浓溶液管路与浓溶液储槽14连接形成循环回路，且浓溶液管路上设置浓溶液泵13、浓溶液阀门12，具体的，浓溶液通道6.1一端通过浓溶液出口7连接到浓溶液储槽14，浓溶液储槽14通过浓溶液进口15连接到浓溶液通道6.1另一端，其中，浓溶液泵13、浓溶液阀门12安装在浓溶液储槽14与浓溶液进口15之间的管路上；

需要注意的是，所述非导磁盘管6与绕线线圈4上的绕线之间可通过绝缘纸相隔；并且，可以考虑，所述非导磁盘管6的材料是合金材料或高分子材料，隔膜6.3材料为高分子绝缘材料,需要说明的是，本发明中的隔膜6.3可采用电池多孔隔膜，具体型号尺寸可根据要分离的电解质水溶液中离子种类进行选择，属于本领域技术人员所掌握的技术，在此不再赘述。

在本实施例中，还包括原溶液储槽1，所述原溶液储槽1与稀溶液管路进入稀溶液通道6.2端通过进液管路连接，且进液管路上安装原溶液泵2、原溶液阀门3、三通阀3A，且三通阀3A的第三端连接到浓溶液管路进入浓溶液通道6.1端。

此外，能产生定向电磁场的绕线线圈4内设有铁芯，其产生的电磁场是定向的，通过电控箱5给予绕线线圈4上的绕线直流信号。

需要说明的是，本发明中的液体输送管路可根据实际需求选择安装，且根据实际情况在合适位置安装合适的液体输送泵，这属于本领域的常规手段，在此不再赘述，但由于上述原因，不会影响本领域技术人员的重复再现。

作为举例，在本实施例中，利用上述电解质水溶液离子分离装置的淡化和浓缩过程是：先通过电控箱5产生直流电，给绕线线圈4加电产生电磁场，打开原溶液阀门3、三通阀3A，启动原溶液泵2，分别通过浓溶液进口16、稀溶液进口15分别使盘管6中的隔膜内稀溶液通道6.2和隔膜外环形腔体的浓溶液通道6.1充满原溶液，并保证浓溶液储槽14和稀溶液储槽9有一定液量，这时关闭原溶液阀门2，打开稀溶液阀门11和浓溶液阀门12，启动稀溶液泵10使稀溶液通道6.2中的液体流动，当稀溶液储槽9中的电导达到设定电导时，停止稀溶液泵10，开启浓溶液泵13，之后浓溶液集中排入浓溶液储槽14，完成去离子过程和浓缩过程。

本发明的原理:含有导电离子的水溶液为液体导体，导体在磁场中作切割磁力线运动会产生电流，电流的产生就是阴、阳离子反向迁移结果。溶液中阴、阳离子反向迁移会导致本体溶液离子浓度变低，即为稀溶液。盘管中于隔膜存在，将溶液分为两相，盘管中有两相液体，其中一相为隔膜内的要淡化的液体，另一相为盘管外壁与隔膜之间的环形液体。隔膜通道溶液中阴、阳离子反向迁移到外壁与隔膜之间的环形液体，环形腔体中液体得到阴、阳离子，浓度变高，即为浓溶液。

实施例2

利用实施例1中的装置进行电解质水溶液离子分离：绕线线圈4内的铁芯规格为φ100mm，高为300mm,绕线为1mm的铜线，直流电压50V,电磁场强度为3100高斯，盘管外径20mm，隔膜直径10mm。稀溶液泵功率300W,出口压力0.1MPa,流速3m/s,原溶液为20000mg/L的氯化钠水溶液，开始浓溶液储槽和稀溶液储槽同为20000mg/L的氯化钠水溶液，稀溶液储槽50L，浓溶液储槽5L，运行30分钟后，稀溶液浓度为45g/L,浓溶液浓度约220000mg/L。浓缩倍数为十倍以上。如果用反渗透处理，压力在10MPa左右。压力相差几十倍。耗电量是本方法的5倍以上，且单次回收率不能超过75％，且系统操作压力高。本测试回收率已达95％以上。

实施例3

利用实施例1中的装置进行电解质水溶液离子分离：绕线线圈4内的铁芯规格为φ100mm，高为300mm,绕线为1mm的铜线，直流电压50V,电磁场强度为3100高斯，盘管外径20mm，隔膜直径10mm。稀溶液泵功率300W,出口压力0.1MPa,流速3m/s,原溶液为23000mg/L的氯化钠水溶液，开始浓溶液储槽和稀溶液储槽同为23000mg/L的氯化钠水溶液，稀溶液储槽50L，浓溶液储槽5L，运行50分钟后，稀溶液浓度为55mg/L,浓溶液浓度约230000mg/L。浓缩倍数为十倍以上，接近氯化钠的溶解饱和度。如果用蒸馏法处理，浓度达到230000mg/L,沸点升高近5℃，需要更高的传热温差，这样极大降低多效蒸馏的效数，降低造水比；对于多级闪蒸需要更高温度的预热温度；对于压气蒸馏则需要更大的压缩比。

以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种电解质水溶液离子分离装置，其特征在于：包括能产生定向电磁场的绕线线圈及非导磁盘管，所述非导磁盘管内设置同轴心的管状隔膜，所述非导磁盘管的外壁与隔膜之间形成浓溶液通道，所述隔膜内形成稀溶液通道；所述非导磁盘管缠绕在所述绕线线圈上；所述稀溶液通道通过稀溶液管路与稀溶液储槽连接形成循环回路，且稀溶液管路上设置稀溶液泵、稀溶液阀门；所述浓溶液通道通过浓溶液管路与浓溶液储槽连接形成循环回路，且浓溶液管路上设置浓溶液泵、浓溶液阀门。

2.根据权利要求1所述的一种电解质水溶液离子分离装置，其特征在于：所述非导磁盘管与绕线线圈上的绕线之间绝缘相隔。

3.根据权利要求1所述的一种电解质水溶液离子分离装置，其特征在于：所述非导磁盘管的材料是合金材料或高分子材料，隔膜材料为高分子绝缘材料。

4.根据权利要求1所述的一种电解质水溶液离子分离装置，其特征在于：还包括原溶液储槽，所述原溶液储槽与稀溶液管路进入稀溶液通道端通过进液管路连接，且进液管路上依次安装原溶液泵、原溶液阀门、三通阀，且三通阀的第三端连接到浓溶液管路进入浓溶液通道端。

5.根据权利要求1所述的一种电解质水溶液离子分离装置，其特征在于：所述绕线线圈内设有铁芯，其产生的电磁场是定向的。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种电解质水溶液离子分离装置，其特征在于：还包括电控箱，所述电控箱给予绕线线圈上的绕线直流信号。

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