CN2399372Y - 一种低压蒸馏(蒸发)海水淡化装置 - Google Patents

一种低压蒸馏(蒸发)海水淡化装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种低压蒸馏(蒸发)海水淡化装置。是充满液体的管子连接到液槽的液面里面,与空气隔绝。产品槽和原液槽有高度差,加上管子里面液体与液槽液面的高度差,由于地球引力和液体间的温度差的原因,产生了一个抽力,形成一个地球引力真空泵。它不使用任何人工能源,永不停顿,永不磨损。凡是能够密封的蒸发(蒸馏)装置都可以使用,能大大提高蒸发速度,节能降低成本。可用于蒸发法海水淡化,工业物料(或废液)的浓缩、蒸馏提纯。

Description

一种低压蒸馏(蒸发)海水淡化装置
本实用新型涉及一种蒸馏(蒸发)装置。尤其是一种在低压状态下工作的蒸馏(蒸发)装置。
低压蒸馏时，液体能够降低沸点和加快蒸发速度。通常降低一个体系的压力，现有同类产品一般用以电做动力的机械真空泵，或以高压液体(如水)射流真空泵产生负压，这些都要消耗人工能源，都有转动部件，即都会磨损。
本实用新型的目的在于克服已有产品之不足，而提供一种利用地球引力等自然能源，结构简单，造价低廉，不消耗任何人工能源，永不停顿、永不磨损的地球引力真空泵，形成低压蒸馏(蒸发)装置。凡是能够密封的蒸馏(蒸发)装置都可以附加上这种结构，形成低压蒸馏(蒸发)的功能，使原来的设备如虎添翼，降低能耗，提高效率，因此能大大降低成本。这个装置可以用于蒸馏法海水淡化，也可以用于工业物料(或废液)的浓缩、蒸馏提纯。
本实用新型的目的可以通过如下措施来达到：一种低压蒸馏(蒸发)海水淡化装置，由加热蒸发器，原液槽，冷凝器和成品槽构成，与加热蒸发器的进液口连通的液管的进液端深入到原液槽的液体中，加热蒸发器的出汽口通过汽管或汽室与冷凝器连通，成品槽在冷凝器出液口的下方，加热蒸发器是密封的，增加一根出液管，其上端接在冷凝器的出料口上，下端深入到成品槽的液面下，与空气隔绝。
本实用新型的目的还可以通过如下措施来达到：成品槽的液面低于原液槽的液面，液体的比重是1的话，两槽液面的高度差不超过10米，比重大于1，上述高度差按比例减。
本实用新型的优点是：(1)、采用这个装置的地球引力真空泵，不消耗任何人工能源，永不停顿、永不磨损。(2)、结构简单，造价低廉。(3)、用它淡化海水，可以降低海水的沸点，节约海水加热能量；加快海水的蒸发速度，可以使用低档次能源，因而可以节能降低成本。(4)、这个装置也可以进行其他液体如工业物料、废液的蒸馏，蒸发浓缩，适用范围广。
下面结合附图和实施例详细说明本实用新型。
图1是低压蒸馏(蒸发)海水淡化装置的原理图。
图2是低压蒸馏(蒸发)装置实施例结构示意图。
其中图2是现行的海水淡化方法(见《太阳能学报》1998，4，赵军，天津大学)附加本实用新型的示意图。
装置由加热蒸发器3，原液槽1，冷凝器4和成品槽2构成，与加热蒸发器3的进水口连通的水管的进水端深入到原液槽1的液体中，加热蒸发器3的出水口通过汽管与冷凝器4连通，成品槽2在冷凝器4出水口的下方，加热蒸发器3是密封的，增加一根出水管5，其上端接在冷凝器的出水口上，下端深入到成品槽2的水中。成品槽2的液面低于原液槽1的液面，高度差在10米以内。
下面以低压蒸馏海水淡化为例说明本实用新型。
图1中，原液槽1装有海水，成品槽2装有淡水，加热蒸发器3的进水管与海水连通，冷凝器4的进汽管或进汽口与加热蒸发器连通，组成通常的蒸馏法海水淡化装置，海水在100℃沸腾蒸发，冷凝后由冷凝器出水口流出。本实用新型是在上述出水口上，连接一个充满淡水的出水管6，连接到成品槽2中，与空气隔离，将产生负压，海水就不需要加热到100℃了，就形成了低压蒸馏装置。
如果冷凝后的淡水温度是25℃，系统内部的压力可以达到31.65mpa，是原来的3％！在原来的基础上低压蒸馏，蒸发速度将要大大提高。图2是现行的海水淡化方法附加地球引力真空泵后，内部压力变化情况与此类似，由原来的常压变成低压，蒸发速度会提高，如果再改进一下，用风扇强制水蒸气流动，效果会更好。
当把图1的系统中的空气抽空时，海水和淡水的水面都要上升，因为大气压力的原因，在标准状态下(下同)它们不会超过10.13米。假如海水的温度是75℃，淡水经过散热器后的温度是25℃，海水槽与淡水槽有一个高度差h米时，将产生：
(1)、两个水槽液面的高度差产生一个虹吸力，对水蒸气产生了一个负压(或抽力)：
P1＝gh
如果高度差h是10米，这个负压大约是接近一个大气压980mpa的水平。由于水的蒸汽压的限制，系统的真空度不能降低很多，只能降到25℃时水的蒸汽压为止，这是与机械真空泵的差别，因此这个高度差不要超过10米，超过10米，压力也不会再降低了，但将增加设备投资和抬高水位的耗能。
(2)、如果左边的海水温度是100℃，此时蒸发器内的压力与大气压相同，右边淡水的水柱h”＝0，如果左边海水温度是25℃，蒸发器里面的压力是当时水的蒸汽压31.65mpa，对外部环境是负压，淡水水柱h”＝9.6米，由于海水和淡水的比重差不多，海水柱h’与h”大致相同。海水的温度决定了蒸发器的压力。温度差产生了水蒸气的压力差，75℃水的蒸汽压是385.24mpa，25℃时是31.65mpa。对水蒸气产生了另一个一个抽力：
P2＝P(75)-P(25)
P1，P2合起来就是一个总的抽力，就象真空泵产生的抽力一样，这个“真空泵”主要是地球引力(位能)和冷凝的海水温度低(热能)起作用，是用之不竭的。水蒸气在这个合力的作用下，就会流向右边，冷凝成淡水流到成品槽中，被抽走的水蒸气，会被热的海水蒸发出水蒸气迅速补充。水蒸气流走越快，蒸发速度越大。因为水蒸气的流速是压力的函数：
wdw/g＝-vdP-dR
其中w是流速，v是比容，R是摩擦耗能，g是重力加速度
粗略的考虑，把水蒸气认为是理想气体，压力变化是线性关系，也不考虑摩擦影响，低压下的蒸发速度是成比例增加的。
由于压力低于大气压，海水的沸点会降低。可以看出，在这个体系中，100℃时，水的蒸汽压最高，但不一定蒸发最快，因为此时蒸发器的压力与大气压相同，“地球引力真空泵”不起作用，没有抽力，不是低压蒸发。海水温度太低了，抽力是大了，但是水的蒸汽压也下降很多，不利蒸发。两个因素综合考虑选75℃左右。热力学分析表明，由于没有加热到100℃，以加热到75℃计算，每克水即可节能25卡，抬高海水也要耗能，但落差已经转化成抽力，能量得到了补偿。同时，每克水抬高10米仅仅耗能4.2卡，扣除这个能耗，从静态上看，在加热海水上节能大约25％，不要小看这个节省，海水淡化的关键就是成本，能耗占成本的绝大部分，节能是海水淡化的努力方向。
从动态上分析，降低压力，就降低了海水蒸发温度，这样就可以使用工业废热、太阳能等低档次能源，低档次意味着低价格低成本。在低纬度地区，太阳能可以很容易把海水加热到75℃，这样能源就不花钱了，海水淡化的成本只是设备折旧和少量管理费，成本更可以大大降低了。由于加快了蒸发速度，有望解决太阳能海水淡化占地面积大的问题。
凡是能够密封的装置，只要是液体介质，降低压力对过程有利，都可以附加上这个“真空泵”，就可以提高过程速度，成本就会进一步降低。
理论分析表明，液体的比重越大越好，因为设备的高度可以降低了，就降低了设备造价。

Claims (2)

1、一种低压蒸馏(蒸发)海水淡化装置，由加热蒸发器(3)，原液槽(1)，冷凝器(4)和成品槽(2)构成，与加热蒸发器(3)的进液口连通的液管的进液端深入到原液槽(1)的液体中，加热蒸发器(3)的出汽口通过汽管或汽室与冷凝器(4)连通，成品槽(2)在冷凝器(4)出液口的下方，其特征是：加热蒸发器(3)是密封的，其内部压力低于环境大气压；增加一根出液管(5)，充满液体，其上端接在冷凝器的出液口上，下端深入到成品槽(2)的液面下，与空气隔绝。
2、根据权利要求1所述的低压蒸馏(蒸发)海水淡化装置，其特征是：成品槽(2)的液面低于原液槽(1)的液面，液体的比重是1的话，两槽液面的高度差不超过10米，比重大于1，上述高度差按比例减。
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