CN1408647A - 盐水脱盐产生淡水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关基于在常压条件下盐水蒸发产生水蒸汽，水蒸汽冷凝，并回收其冷凝热以供盐水蒸发所需热量的机理实现对苦咸水、海水等脱盐产生淡水的方法。即盐水在空气中蒸发，同时蒸发出来水分又在一定的条件下冷凝，热量可循环利用。同时基于除湿剂液体对空气的除湿升温作用，为冷凝热的回收创造条件。该方法只消耗极少的能源用于除湿剂的再生。该方法包括两个部分：即主体部分和再生器部分。工艺简单、维护容易、成本低廉，造水比可达20－50以上。

Description

盐水脱盐产生淡水的方法
本发明涉及一种在常压空气条件下盐水蒸发产生蒸汽，蒸汽冷凝产生淡水的方法。盐水蒸发所需能量被循环使用，即盐水蒸发所需的绝大部分能量来自于盐水蒸发所产生的蒸汽冷凝的热量。同时基于液体除湿剂对空气的除湿升温作用，为冷凝热的回收创造条件。液体除湿剂被多级再生。
本发明旨在以尽可能少的能耗代价从盐水(海水、苦咸水等)或废水中获取淡水，且装置的成本较低；即实现一种经济高效实用的从盐水或废水中产水的方法。
现有的主要方法包括两大类，即热过程和膜过程方法，前者有多级闪蒸、多效蒸馏和蒸汽压缩等；后者包括电渗析和反渗透等。次要的方法包括冷冻法、膜蒸馏和太阳能干燥等。主要方法的缺点是设备复杂，成本高，小型化困难，能耗也有待进一步降低。次要方法的缺点包括能耗大，难于大规模生产或有特定的适用场合等。
以多效蒸馏法为例，其能耗依赖于分级的多少，而过多的分级导致设备复杂程度和成本的增加，另一方面，增加分级的数量，势必要求增加最高蒸发温度或降低最低蒸发温度。前者受到海水结垢温度的制约；而对于后者，由于水蒸汽在温度降低时比容增大等因素的影响，其经济意义和实际意义都不大。此外，由于其要求在多个压力下工作，其维护等较复杂。
图1为该方法原理示意图。1为主体部分，2为多级再生器部分。主体部分包括蒸发/冷凝装置3、除湿热交换器7、热交换器9、冷凝水收集罐8、进盐水装置6及排盐水装置10。多级再生器部分包括多个串联的阶式蒸发冷凝器11、12、13、14(图中有4个，但不限于4个，可多可少)和1个溶液炉23。完成整个循环，需要有风机、泵等装置驱动流体，图中未示出。
在图1中，冷的空气A4-1进入到蒸发室4，盐水Ws也进入到蒸发室4并在其中喷淋，沿空气流动方向，空气温度和湿度逐渐升高，盐水温度也逐渐升高，即在沿空气流动的方向上形成温度和湿度梯度。A4-1温度升高，湿度增加；盐水不断地被浓缩，形成Wsc并排出。从盐水中蒸发出的水分被空气荷载。离开蒸发室4的空气A4-2分为两股，即A4-3和A4-4，分别进入除湿热交换器的两个通道。A4-3被盐水继续加湿，并升温，形成A4-7；A4-4被来自于再生器的浓溶液Dc干燥且升温形成A4-8，并释放热量，供A4-3加湿升温所需的能量。A4-7与来自再生器的第一级的空气A4-6(其与A4-7有相近的湿度和温度)混合后形成A4-5，进入到冷凝室5。冷凝室5与蒸发室4通过传热壁隔离，两者通过传热壁有热的交换，没有物质的交换。在冷凝室5中，A4-5在其流动方向上逐渐降温，且其荷载的水蒸汽不断冷凝，放出热量供蒸发室4所需能量，同时产出可饮用的冷凝水Wp。A4-5经过冷凝室5后，温度和湿度均降低，形成A4-9，A4-8的热量被回收后形成A4-10。A4-9和A4-10相混合后形成A4。A4分为两股，一股空气经过热交换器9被待蒸发的盐水冷却，形成A4-1；另一股空气A4-11被送往再生器的第一级的蒸发器22。A4-2经过蒸发器22加湿升温后形成A4-6。至此完成主体部分的整个循环。
除湿液的再生过程如下：从除湿热交换器7出来的稀溶液Dd进入到再生器多个串联的阶式蒸发冷凝器11、12、13、14的蒸发器16、18、20、22中经过蒸发后被部分浓缩，，离开蒸发器16、18、20、22的溶液相混合后形成部分再生除湿液Dp。前一级蒸发所需能量均来自后一级。以第一级为例，蒸发器22所需能量来自于在14与13之间循环的空气A3，即A3在13的蒸发室20中被加湿升温后进入14的冷凝室21中被冷凝，释放热量供蒸发室22所需能量。其它可照此分析。部分再生除湿液Dp进入溶液炉23，在其中被煮沸，进一步浓缩形成完全再生除湿液Dc，同时产生蒸汽S。蒸汽S进入串联的阶式蒸发冷凝器的最后一级11的冷凝室15被冷凝，并释放热量供蒸发室16所需的能量。溶液炉23需外界提供燃料或能量F。完全再生的浓溶液Dc被送到除湿热交换器7。至此完成整个除湿液再生的循环。
图2为以溴化锂为除湿液进行海水淡化的实例。图中列出了有关的参数。其造水比约为20。其每平方米传热面积的产水率可达6kg/hr。其设备成本及运行费用均低于目前其它设备，如反渗透膜装置、多效蒸发装置、蒸汽压缩装置及其混合形式的装置等的设备成本及运行费用。从实例给出的参数可看出，其要求的最大蒸发温度较低，既可避免海水的结垢，又有利于利用低品位的热源。
图1所描述的再生装置为较简单的再生装置，相对较复杂的再生装置，其效率较低，适用于生产能力较小的脱盐设备。具有加工简单、成本低、维护容易等特点。即使采用简单的再生装置，脱盐设备在进行海水淡化时，其造水比仍可达20以上。
对于大型的脱盐设备，如大型海水淡化厂，可采用较复杂的高效再生装置。对于海水淡化而言，其造水比可达50以上。远远高于目前大型海水淡化装置造水比(约20)的水平。

Claims (10)

1.一种盐水脱盐产生淡水的方法，一种常压空气条件下盐水蒸发产生蒸汽，蒸汽冷凝产生淡水的方法，其特征为：有一个蒸发/冷凝装置3，其蒸发室4和冷凝室5通过传热壁隔离。在蒸发室4中，盐水在流动的空气中蒸发产生蒸汽，沿空气流动的方向，空气温度升高，湿度增大；从蒸发室4中流出的空气A4-2，部分或全部被加热加湿后，进入冷凝室5。冷凝室5中的空气被冷却并向蒸发/冷凝装置3的另一侧蒸发室4放热。冷凝室5中的空气，沿空气流动方向，温度降低，湿度减小，空气中的水蒸汽冷凝并产出冷凝水，即淡水。蒸发室4中盐水蒸发所需能量的大部分来自于冷凝室5的空气中水蒸汽冷凝所产生的冷凝热。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：从冷凝室5中流出的空气，经冷却后又返回到蒸发室4中循环。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：从蒸发室4中流出的空气，只有部分即A4-3，被加热加湿后进入冷凝室5。
4.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于：将进入冷凝室5的空气A4-3，其加热加湿是通过除湿热交换器7实现的，即：在除湿热交换器7的一个通道中，A4-3经加热加湿变成A4-7，而加热加湿所需能量来自除湿热交换器7的另一个通道，在此通道中，从蒸发室4中流出的空气中另一股空气A4-4被干燥升温，并将热量传递至与其相邻的加热加湿通道。
5.如权利要求1或3或4所述的方法，其特征在于：空气A4-4干燥是采用液体除湿的方法。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：液体除湿剂的再生是采用多效再生的方法。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于：液体除湿剂的多效再生是采用沸腾蒸发和非沸腾蒸发相结合。
8.如权利要求5或6或7所述的方法，其特征在于：非沸腾蒸发是采用多级串联，即前一级蒸发所需能量来自后一级。
9.如权利要求1或3或4所述的方法，其特征在于：自除湿热交换器7的干燥通道中流出的空气A4-8，其热量被回收。
10.如权利要求1或3或4或6或7所述的方法，其特征在于：再生第一级蒸发室中的空气将与A4-7混合后进入蒸发/冷凝装置3的冷凝室5，其热量得到回收。
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