CN103387270A - 一种真空压汽蒸馏海水淡化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种真空压汽蒸馏海水淡化装置，包括：海水泵、密封室、真空蒸发室以及真空泵等构件。在运行时，转轴带动充满淡水的真空蒸发室转动，形成真空无水区域后通入海水，同时蒸汽盘管中通入工作蒸汽，蒸汽盘管内蒸汽与其外部海水换热使蒸汽冷凝获得淡水而海水挥发获得一次蒸汽，一次蒸汽经由叶轮压缩升温升压进入蒸汽盘管充当工作蒸汽，连续压汽蒸馏实现海水淡化。本发明所述的装置利用离心力取代重力获得真空环境，常温操作、无需外加热源、利用蒸汽自身潜热实现循环供能，***产水率和能源利用率高，并具有工艺过程简单、设备结构紧凑且腐蚀结垢轻等优点。

Description

一种真空压汽蒸馏海水淡化装置
技术领域
本发明涉及海水、苦咸水淡化和污水净化领域，具体地说，本发明涉及一种真空压汽蒸馏海水淡化装置。
背景技术
真空或低压环境下采用热法进行海水淡化具有海水预处理方式简单、设备腐蚀结垢轻、淡水品质高等优点，并有利于太阳能等低品位能源的应用，但其主要缺点是维持蒸发器内真空度需要大量电能，供水和蒸发后浓海水排放也需要消耗大量泵功，因而工程造价较高。如中国专利CN2344390Y、CN1473765A、CN200978230Y等都是利用真空泵来获得海水低温淡化所需的真空环境。
中国专利CN101177308A为了节省维持蒸发器内真空所需的大量电能及供电和蒸发后浓海水排放的大量泵功，利用海水重力和大气压力自然方法产生真空，装置不需安装给水泵和排水泵，所需能量比传统方式少，具有较高的综合能源利用效率。但是这种方法利用自然重力获得真空，设备高度高、体积庞大，对空间要求很高。
中国专利CN202880936U利用旋转产生的超重立场来实现真空海水淡化所需要的真空环境，具有结构紧凑，有利于可再生机械能驱动等优点，但是蒸汽的冷凝是利用其自然流动与淡水接触实现，由于蒸汽与淡水的温差小、二者之间的传质与传热进行缓慢，所以冷凝速率较低，最终会导致淡水产水率低下和蒸汽及能源的浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种真空压汽蒸馏海水淡化装置，从而加快超重力海水淡化过程的传热传质速率，进而提高淡水产水率和降低能耗。
为了实现本发明的目的，本发明提供一种真空压汽蒸馏海水淡化装置，包括：
海水泵；
密封室，所述密封室内壁设有淡水导流片和浓盐水导流片，所述淡水导流片和所述浓盐水导流片与所述密封室结合处分别切向设置一个或多个产品水出口和浓盐水出口；
真空蒸发室，所述真空蒸发室设置于所述密封室内部，包括：
穿过所述密封室设置的转轴；
动盘，所述动盘位于所述真空蒸发室底部，并且围绕所述转轴而设置于其上，所述动盘带动所述真空蒸发室的筒体旋转，所述动盘的内缘设置动海水挡板，并且中心处设置一个或多个浓盐水排孔；
设置于所述密封室上端盖下方并与所述上端盖固定的静盘，
所述静盘外缘设置溢流堰，所述静盘上设置海水进口、压缩蒸汽入口和压缩蒸汽出口；
导流盘，所述导流盘安装于所述真空蒸发室的筒体顶部外缘，并且与所述淡水导流片配合组成产品水排出的通道；
叶轮，所述叶轮与所述真空蒸发室的筒体之间设置传动连接，以相同或不同转速围绕所述转轴旋转，所述叶轮中心设置有导孔，所述叶轮上端设置端盖，所述叶轮与所述端盖之间设置机械密封，所述进料海水管道和压缩蒸汽管道分别经由所述端盖和所述导孔进入所述真空蒸发室，所述端盖与所述进料海水管道和压缩蒸汽管道之间设置静密封，所述进料海水管道与所述海水喷淋器采用非永久连接方式连接；
蒸汽盘管，所述蒸汽盘管边缘安装静海水挡板，所述静海水挡板下方开孔，冷凝水出口经该孔伸出所述静海水挡板外部并固定于所述静海水挡板上；
浓盐水加速槽及安装于所述浓盐水加速槽外缘的若干浓盐水排水管，所述浓盐水加速槽固定于所述动盘下方，所述浓盐水排水管固定于所述真空蒸发室筒体外壁上，所述浓盐水加速槽和所述浓盐水排水管均围绕转轴旋转；以及
真空泵。
优选地，所述溢流堰为圆柱筒体，内径与所述静盘外径相同，高度介于200～2000mm。
优选地，所述真空蒸发室筒体为圆柱或圆台状，并且当为圆台状时锥度介于5～90°，所述筒体顶部内径大于所述静盘外径5～100mm，所述筒体顶端低于所述溢流堰2～10mm。
优选地，所述叶轮和所述真空蒸发室之间设置传动连接，二者以相同或不同转速围绕所述转轴旋转。
优选地，所述蒸汽盘管的入口在上方且出口在下方，由内径介于5～50mm管道以任意方式缠、盘或叠加而成，管材为高热导率材料。
优选地，所述静海水挡板由轻质防水材料制成，其形状为圆柱或圆柱与圆锥表面的结合体，所述圆锥的锥角介于5～90°；所述静海水挡板竖直方向上方高于所述海水喷淋器5～50mm、高于所述蒸汽盘管上方5～50mm，总体高度大于所述蒸汽盘管高度5～100mm；所述动海水挡板为圆柱形，其高度介于10～1000mm之间，内径比所述静海水挡板下端内径大0～20mm，与所述静海水挡板之间的相对高度介于-50～50mm之间。
优选地，所述浓盐水加速槽的壁面由内、外圆筒组成，外筒内径为所述真空蒸发室筒体的0.3～1倍；所述浓盐水加速槽外缘设置2个以上偶数根对称排布的浓盐水排水管，所述浓盐水排水管的内径介于5～50mm之间，出口高度低于所述真空蒸发室筒体高度0～100mm，所述出口设置导流通道，所述导流通道与竖直方向夹角介于0～90°之间，与所述浓盐水导流片平行。
在运行时，转轴带动充满淡水的真空蒸发室转动，形成真空无水区域后通入海水，同时蒸汽盘管中通入工作蒸汽，蒸汽盘管内外蒸汽与海水换热使蒸汽冷凝获得淡水而海水挥发获得一次蒸汽，一次蒸汽经由叶轮压缩升温升压进入蒸汽盘管充当工作蒸汽，连续压汽蒸馏实现海水淡化。本发明所述的装置利用离心力取代重力获得真空环境，常温操作、无需外加热源、利用蒸汽自身潜热实现循环供能，***产水率和能源利用率高，并具有工艺过程简单、设备结构紧凑且腐蚀结垢轻等优点。
附图说明
图1是实施例的海水淡化装置的结构示意图；
图2是实施例的运行中的海水淡化装置的结构示意图。
图中：1、转轴；2、浓盐水加速槽；3、浓盐水排水管；4、密封室；5、动盘；6、真空蒸发室；7、浓盐水导流片；8、淡水导流片；9、导流盘；10、溢流堰；11、静盘；12、海水泵；13、叶轮；14、海水进口；15、进料海水管道；16、压缩蒸汽进口；17、压缩蒸汽管道；18、压缩蒸汽出口；19、静密封；20、端盖；21、机械密封；22、静海水挡板；23、动海水挡板；24、冷凝水出口；25、蒸汽盘管；26、海水喷淋器；27、导孔；28、真空泵；29、产品水出口；30、浓盐水出口；31、浓盐水排水孔。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如本文中使用的，固定的方式并不特别限制，本领域技术人员可以使用任何方式来进行固定，只要能够达到不再移动的效果即可。
实施例
参见图1。图1为本发明所述的真空压汽蒸馏海水淡化装置，包括：海水泵12；密封室4，所述密封室4内壁设有淡水导流片8和浓盐水导流片7，所述淡水导流片8和所述浓盐水导流片7与所述密封室4结合处分别切向设置一个或多个产品水出口29和浓盐水出口30；真空蒸发室6，所述真空蒸发室6设置于所述密封室4内部，包括：穿过所述密封室4设置的转轴1；动盘5，所述动盘5位于所述真空蒸发室6底部，并且围绕所述转轴1而设置于其上，所述动盘5带动所述真空蒸发室6的筒体旋转，所述动盘5的内缘设置动海水挡板23，并且中心处设置一个或多个浓盐水排孔31；设置于所述密封室4上端盖下方并与所述上端盖固定的静盘11，所述静盘11外缘设置溢流堰10，所述静盘11中央设置海水进口14、压缩蒸汽入口16和压缩蒸汽出口18；导流盘9，所述导流盘9安装于所述真空蒸发室6的筒体顶部外缘，并且与所述淡水导流片8配合组成产品水排出的通道；叶轮13，所述叶轮13与所述真空蒸发室6的筒体之间设置传动连接，以相同或不同转速围绕所述转轴1旋转，所述叶轮13中心设置有导孔27，所述叶轮13上端设置端盖20，所述叶轮13与所述端盖20之间设置机械密封21，所述进料海水管道15和压缩蒸汽管道17分别经由所述端盖20和所述导孔27进入所述真空蒸发室6，所述端盖20与所述进料海水管道15和压缩蒸汽管道17之间设置静密封19，所述进料海水管道15与所述海水喷淋器26采用非永久连接方式连接；蒸汽盘管25，所述蒸汽盘管25边缘安装静海水挡板22，所述静海水挡板22下方开孔，冷凝水出口24经该孔伸出所述静海水挡板22外部并固定于所述静海水挡板22上；浓盐水加速槽2及安装于所述浓盐水加速槽2外缘的若干浓盐水排水管3，所述浓盐水加速槽2固定于所述动盘5下方，所述浓盐水排水管3固定于所述真空蒸发室6筒体外壁上，所述浓盐水加速槽2和所述浓盐水排水管3均围绕转轴1旋转；以及真空泵28。
所述溢流堰10为圆柱筒体，内径与所述静盘11外径相同，高度介于200～2000mm。在本实施例中，超重力真空蒸发室内径为1m，转速为14rad/s，此高度为1100mm，所述溢流堰10高度为600mm。所述真空蒸发室6筒体为圆柱所述筒体顶部内径大于所述静盘11外径30mm，所述筒体顶端低于所述溢流堰105mm。所述叶轮13和所述真空蒸发室6之间设置传动连接，二者以相同转速围绕所述转轴1旋转。所述蒸汽盘管25的入口在上方且出口在下方，由内径为20mm管道以任意方式缠、盘或叠加而成，管材为高热导率材料。
所述静海水挡板22由轻质防水材料制成，其形状为圆柱或圆柱与圆锥表面的结合体，所述圆锥的锥角为60°；所述静海水挡板22竖直方向上方高于所述海水喷淋器2610mm、高于所述蒸汽盘管25上方10mm，总体高度大于所述蒸汽盘管25高度20mm；所述动海水挡板23为圆柱形，其高度250mm，内径比所述静海水挡板22下端内径大5mm，与所述静海水挡板22之间的相对高度为0。
所述浓盐水加速槽2的壁面由内、外圆筒组成，外筒内径为所述真空蒸发室6筒体的0.5倍；所述浓盐水加速槽2外缘设置4根对称排布的浓盐水排水管3，所述浓盐水排水管3的内径为30mm，出口高度低于所述真空蒸发室6筒体高度10mm，所述出口设置导流通道，所述导流通道与竖直方向夹角为45°，与所述浓盐水导流片25平行。
参见图2，在本发明所述的真空压汽蒸馏海水淡化装置运行时，首先将真空蒸发室6、浓盐水加速槽2和浓盐水排水管3中充满淡水，密封室4中保持大气压或利用真空泵23抽气使之达到一定真空度；然后启动转轴1，带动真空蒸发室6、浓盐水加速槽2及浓盐水排水管3进行旋转，运行稳定后真空蒸发室6和浓盐水加速槽2中心出现如图2所示低压无水区域，即为海水真空蒸发区域。常温海水经过雾化器进入所述真空蒸发室6，同时在蒸汽盘管22中通入启动工作蒸汽，海水与工作蒸汽在蒸汽盘管22内外进行换热，蒸汽冷凝得到淡水从冷凝水出口21排出静海水挡板18外部，海水挥发得到一次蒸汽并进入叶轮13中心入口，在叶轮13叶片旋转的作用下加速、升压，最终在出口处获得压缩蒸汽。压缩蒸汽通过压缩蒸汽出口16和压缩蒸汽入口15进入蒸汽盘管22，作为工作蒸汽循环利用，重复上述海水蒸发和冷凝的过程，实现海水淡化。真空蒸发室6中产生的淡水经由导流盘9、淡水导流片8，从淡水出口24切向流出；海水淡化得到的浓盐水经过浓盐水排水孔20由真空蒸发室6进入浓盐水加速槽2，通过浓盐水排水管3、浓盐水导流片7，从浓盐水出口25切向排出。海水蒸发所需真空环境由所述真空泵23抽气辅助超重力工况实现，产生的不凝气由真空泵23抽出；超重力工况和叶轮13的压缩功均通过转轴的旋转获得；叶轮13围绕转轴以相同或不同转速旋转。转轴可由电能驱动，也可由可再生能源、尤其是风能、水能等可再生机械能源直接或间接驱动。
通过采用相同的原理，可以采用实施例的装置来进行污水净化。

Claims (7)

1.一种真空压汽蒸馏海水淡化装置，包括：
海水泵（12）；
密封室（4），所述密封室（4）内壁设有淡水导流片（8）和浓盐水导流片（7），所述淡水导流片（8）和所述浓盐水导流片（7）与所述密封室（4）结合处分别切向设置一个或多个产品水出口（29）和浓盐水出口（30）；
真空蒸发室（6），所述真空蒸发室（6）设置于所述密封室（4）内部，包括：
穿过所述密封室（4）设置的转轴（1）；
动盘（5），所述动盘（5）位于所述真空蒸发室（6）底部，并且围绕所述转轴（1）而设置于其上，所述动盘（5）带动所述真空蒸发室（6）的筒体旋转，所述动盘（5）的内缘设置动海水挡板（23），并且中心处设置一个或多个浓盐水排孔（31）；
设置于所述密封室（4）上端盖下方并与所述上端盖固定的静盘（11），所述静盘（11）外缘设置溢流堰（10），所述静盘（11）上设置海水进口（14）、压缩蒸汽入口（16）和压缩蒸汽出口（18）；
导流盘（9），所述导流盘（9）安装于所述真空蒸发室（6）的筒体顶部外缘，并且与所述淡水导流片（8）配合组成产品水排出的通道；
叶轮（13），所述叶轮（13）与所述真空蒸发室（6）的筒体之间设置传动连接，以相同或不同转速围绕所述转轴（1）旋转，所述叶轮（13）中心设置有导孔（27），所述叶轮（13）上端设置端盖（20），所述叶轮（13）与所述端盖（20）之间设置机械密封（21），所述进料海水管道（15）和压缩蒸汽管道（17）分别经由所述端盖（20）和所述导孔（27）进入所述真空蒸发室（6），所述端盖（20）与所述进料海水管道（15）和压缩蒸汽管道（17）之间设置静密封（19），所述进料海水管道（15）与所述海水喷淋器（26）采用非永久连接方式连接；
蒸汽盘管（25），所述蒸汽盘管（25）边缘安装静海水挡板（22），所述静海水挡板（22）下方开孔，冷凝水出口（24）经该孔伸出所述静海水挡板（22）外部并固定于所述静海水挡板（22）上；
浓盐水加速槽（2）及安装于所述浓盐水加速槽（2）外缘的若干浓盐水排水管（3），所述浓盐水加速槽（2）固定于所述动盘（5）下方，所述浓盐水排水管（3）固定于所述真空蒸发室（6）筒体外壁上，所述浓盐水加速槽（2）和所述浓盐水排水管（3）均围绕转轴（1）旋转；以及
真空泵（28）。
2.根据权利要求1所述的真空压汽蒸馏海水淡化装置，其特征在于，所述溢流堰（10）为圆柱筒体，内径与所述静盘（11）外径相同，高度介于200～2000mm。
3.根据权利要求1所述的真空压汽蒸馏海水淡化装置，其特征在于，所述真空蒸发室（6）筒体为圆柱或圆台状，并且当为圆台状时锥度介于5～90°，所述筒体顶部内径大于所述静盘（11）外径5～100mm，所述筒体顶端低于所述溢流堰（10）2～10mm。
4.根据权利要求1所述的真空压汽蒸馏海水淡化装置，其特征在于，所述叶轮（13）和所述真空蒸发室（6）之间设置传动连接，二者以相同或不同转速围绕所述转轴（1）旋转。
5.根据权利要求1所述的真空压汽蒸馏海水淡化装置，其特征在于，所述蒸汽盘管（25）的入口在上方且出口在下方，由内径介于5～50mm管道以任意方式缠、盘或叠加而成，管材为高热导率材料。
6.根据权利要求1所述的真空压汽蒸馏海水淡化装置，其特征在于，所述静海水挡板（22）由轻质防水材料制成，其形状为圆柱或圆柱与圆锥表面的结合体，所述圆锥的锥角介于5～90°；所述静海水挡板（22）竖直方向上方高于所述海水喷淋器（26）5～50mm、高于所述蒸汽盘管（25）上方5～50mm，总体高度大于所述蒸汽盘管（25）高度5～100mm；所述动海水挡板（23）为圆柱形，其高度介于10～1000mm之间，内径比所述静海水挡板（22）下端内径大0～20mm，与所述静海水挡板（22）之间的相对高度介于-50～50mm之间。
7.根据权利要求1所述的真空压汽蒸馏海水淡化装置，其特征在于，所述浓盐水加速槽（2）的壁面由内、外圆筒组成，外筒内径为所述真空蒸发室（6）筒体的0.3～1倍；所述浓盐水加速槽（2）外缘设置2个以上偶数根对称排布的浓盐水排水管（3），所述浓盐水排水管（3）的内径介于5～50mm之间，出口高度低于所述真空蒸发室（6）筒体高度0～100mm，所述出口设置导流通道，所述导流通道与竖直方向夹角介于0～90°之间，与所述浓盐水导流片（25）平行。
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