CN115925040B - 一种基于旋流强化的高盐水处理工艺及*** - Google Patents

Abstract

本发明属于海水淡化技术领域，具体涉及一种基于旋流强化的高盐水处理工艺及***。所述***包括海水储存箱、输送泵、制冷装置、淡水储存箱、结晶盐存储箱，旋流分离器、脱介筛；所述工艺是将海水二次制冷，通过悬浮结晶加超声波辅助冷冻后的海水满足旋流分离的介质条件，送入一级旋流分离器，脱除盐胞内的高盐水，三级制冷后的产物送入二级旋流分离器，最终从二级旋流分离器溢流管出口得到纯水冰晶和饱和盐水，从底流出口得到结晶盐和饱和盐水，再进一步通过脱介筛得到纯水冰晶和结晶盐，实现高效回收淡水资源，以解决现有技术中***占地面积大、工艺能耗大、流程复杂、使用化学制剂等问题，适合远洋海上平台或近海城市的大规模应用。

Description

一种基于旋流强化的高盐水处理工艺及***

技术领域

本发明属于海水淡化技术领域，具体涉及一种基于旋流强化的高盐水处理工艺及***。

背景技术

目前的海水淡化工艺普遍使用的是蒸馏法和反渗透法，但是蒸馏法存在沸点高、能耗高、腐蚀结垢严重、设备投资运行维护费用高等问题，而反渗透技术由于渗透压大、操作压力大，投资及运行成本加大，甚至部分高浓盐海水浓度超过了反渗透技术上限。相比而言，低温冷冻结晶法是一种有很好应用前景的海水淡化处理方法，脱盐率达到99.5%以上，且有其独特的优点。首先，常压下冰的融化潜热为334 kJ/kg，远低于水的汽化潜热2259.4kJ/kg，因此与热法相比，低温结晶法脱盐过程能耗大大降低；其次，在低温下操作，可大大降低对设备材料的腐蚀，同时也会避免结垢的问题；最后，低温结晶法不需要添加任何化学试剂，避免了二次污染，是一种环境友好型技术。

目前限制冷冻法海水淡化技术大规模应用的主要原因是：海水在结冰时，其中的纯水凝结成冰晶，而来不及排出的盐分以浓盐水形式被包裹在冰晶间隙内。随着冰晶颗粒的聚集和长大，由于冰晶中“盐胞”的存在，依靠单纯的冷冻法无法得到纯净的水，还需要对产物冰进行二次处理，增加了工艺流程的复杂性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于旋流强化的高盐水处理工艺及***。采用的技术方案为：

一种基于旋流强化的高盐水处理***，包括海水储存箱、输送泵、制冷装置、淡水储存箱、结晶盐存储箱，还包括旋流分离器、脱介筛；所述海水储存箱通过输送管连接第一输送泵，再通过输送管连接一级制冷装置；所述一级制冷装置通过第二输送泵和输送管连接二级制冷装置，二级制冷装置通过第三输送泵及输送管连接一级旋流分离器；所述一级旋流分离器的顶端通过第四输送泵和输送管连接三级制冷装置，其底端通过输送管连接一号脱介筛，所述一号脱介筛一端的产物进入一级制冷装置，另一端的产物通过第四输送泵进入三级制冷装置；所述三级制冷装置连接第二级旋流分离器，二级旋流分离器的顶端通过输送管及第五输送泵连接二号脱介筛，其底端通过输送管连接三号脱介筛，所述三号脱介筛一端的产物进入结晶盐存储箱，另一端的产物通过第四输送泵再回到三级制冷装置，所述二号脱介筛一端的产物进入一级制冷装置，另一端的产物通过第四输送泵进入三级制冷装置。

优选的，所述一级制冷装置包括用于放置淡水冰晶的冰晶保存桶，所述冰晶保存桶的外侧从上到下顺次缠绕数圈用于输送海水的输送管，其顶端设置冰晶口，下侧底部设置冷冻出口，输送管内的海水通过与冰晶保存桶内的淡水冰晶进行换热可将海水冷却至6～8℃，并融化淡水冰晶。

优选的，所述一号脱介筛、二号脱介筛进入一级制冷装置的产物为淡水冰晶，直接通过冰晶口置于冰晶保存桶。

优选的，所述二级制冷装置包括冷冻腔，所述冷冻腔一端的上侧设置进料口，另一端的下侧设置排料口，四周设置呈s状紧密排列的制冷气体管道；所述冷冻腔的内部设置搅拌桨叶，所述搅拌桨叶包括数个大桨叶和小桨叶，并呈交叉排布；所述冷冻腔的外部安装超声波辅助制冷仪以提高液滴的相变温度，将超声波均匀、密集的环绕在冷冻腔周围，保持温度在-10～-7℃范围。所述三级制冷装置与二级制冷装置相同。

优选的，所述大桨叶的搅拌速度为200 r/min且进行逆时针旋转，以控制两相流体的流动；小桨叶的搅拌速度为50 r/min且顺时针旋转，以防止冰晶靠近冷冻腔边壁导致冰晶滞留；所述超声波辅助制冷仪的频率设置为20000 HZ、超声波强度设置为800 W/m²。

优选的，所述一级旋流分离器的上侧端设置旋流进口，上侧内部中央设置溢流管，在旋流进口与溢流管之间设置弧形向下倾斜的导流板，溢流管出口在一级旋流分离器的顶端，其底端设置旋流底流口，其内部还设置中心筛网；所述中心筛网紧接着旋流进口设置，其最上端与一级旋流分离器的壳体内壁固定连接，往下与一级旋流分离器的壳体内壁分离并间隔一定距离；所述中心筛网上设置大小40±5 um的筛孔。

优选的，所述二级旋流分离器从上到下包括柱段、锥段和球段，且一体连接（二级旋流分离器的设置及原理与一级旋流分离器相似，但多了圆形的球段）；所述柱段的上侧端也是设置旋流进口，其外侧缠绕外部制冷管道，并在其旋流进口与内部的溢流管之间也设置弧形向下倾斜的导流板，内部也安装中心筛网，但是与一级旋流分离器内的中心筛网形状不完全相同，顶端也设置溢流管出口；所述锥段的内部，即中心筛网底部安装螺旋桨叶，所述螺旋桨叶从上到下设置多个叶轮，所述叶轮直径与柱段直径的比值为0.25～0.65：1，且从上到下直径逐渐变大；所述球段的底部设置旋流底流口，同一级旋流分离器底部的旋流底流口一样。

一种基于旋流强化的高盐水处理工艺，采用上述的一种基于旋流强化的高盐水处理***，其特征在于，具体步骤如下：

（1）海水经第一输送泵给入一级制冷装置进行预冷，得到初步降温的海水，一级制冷装置采用换热制冷，冷源为脱除介质溶液后的纯水冰晶；

（2）初步降温的海水继续给入二级制冷装置，经二级制冷获得含有细小均匀冰晶颗粒的不饱和盐水溶液，此时高盐水溶液浓度未达到饱和度，无法析出结晶盐；所述二级制冷装置采用机械式搅拌的悬浮结晶和超声波辅助冷冻技术，通过控制桨叶的搅拌速度以及冷冻温度，将固液比以及晶粒粒度控制在适合旋流器分离的范围内，以提高制冷效率和控制冰晶颗粒粒度大小；

（3）将二级制冷产物由第三输送泵给入一级旋流分离器进行分离；在一级旋流分离器内，冰晶颗粒进行高速自转，脱除盐胞内的高盐水；并在离心力作用下完成固液分离，从溢流管出口得到自转脱附后的大颗粒冰晶和少量高盐水溶液，旋流底流口得到小颗粒的纯水冰晶和高盐水溶液；

（4）将一级旋流分离器的底流自流入一号脱介筛，脱除高盐水溶液，纯水冰晶从冰晶口进入冰晶保存桶，高盐水在第四输送泵的作用下进入三级制冷装置；

（5）一级旋流分离器的溢流管出口得到的产物也给入三级制冷装置，所述三级制冷装置同二级制冷装置设置相同，在三级制冷装置的作用下，高盐水溶液再次形成冰晶颗粒，并且由于持续析出纯水冰晶，导致剩余溶液的浓度越来越高，当达到饱和度以后，随着纯水冰晶的继续析出，饱和盐水开始逐渐析出结晶盐；

（6）由第四输送泵将三级制冷产物给入二级旋流分离器，进行冰晶和结晶盐颗粒的分离回收，在二级旋流分离器内高离心力场、强湍流、高剪切力作用下，完成冰晶颗粒内部盐胞高盐水的高速自转脱附、表面附着结晶盐的洗涤净化，最终从二级旋流分离器溢流出口得到纯水冰晶和饱和盐水，从底流出口得到结晶盐和饱和盐水；

（7）将二级旋流分离器的溢流管出口的产物给入二号脱介筛，脱除介质溶液后得到的纯水冰晶进入冰晶保存桶；

（8）将二级旋流分离器的旋流底流口的产物给入三号脱介筛，脱除介质溶液后得到纯净的结晶盐置于结晶盐存储箱；

（9）将二号脱介筛和三号脱介筛筛下的饱和盐水混合，再次给入三级制冷装置进行循环；

（10）纯水冰晶给入一级制冷装置作为冷源对海水进行预冷，预冷完成后纯水冰晶融化为可直接利用的液态淡水，通过冰晶保存桶的冷冻出口进入淡水储存箱。

优选的，所述一级旋流分离器旋流进口的压力设置为0.14～0.2 mpa。

优选的，所述二级旋流分离器外部制冷管道保持其内温度为2℃以下。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

本发明的工艺中采用旋流分离器，由于冰晶、溶液和结晶盐三者之间存在密度差异，满足了密度分选的必要条件，而旋流场产生的离心力可达重力的几十倍乃至上百倍，可以实现冰晶颗粒和结晶盐的快速分离回收。通过悬浮结晶加超声波辅助冷冻后的海水仍保持一定的固液比，满足旋流分离的介质条件，而得到有效控制的细小冰晶颗粒和结晶盐颗粒也为分离创造了有利条件，在旋流分离过程中，由于冰晶颗粒密度小于介质密度，而结晶盐颗粒密度大于介质密度，分离后可从旋流器溢流管得到纯水冰晶和浓缩后的饱和盐水，从底流得到结晶盐和饱和盐水，进一步固液脱水后可得到纯水冰晶和结晶盐；

本发明的工艺具有脱盐效率高、流程简单、占地面积小、能耗低、无污染，绿色环保，除了高效回收淡水资源，还可实现结晶盐的制备，尤其适合远洋海上平台或近海城市的大规模应用。

附图说明

图1为本发明的***结构及流程图；

图2为本发明的一级制冷装置的结构图；

图3为本发明的二级制冷装置的结构图；

图4为本发明的一级旋流分离器的结构图；

图5为本发明的一级旋流分离器的作用原理图；

图6为本发明的二级旋流分离器的结构图；

图7为本发明的二级旋流分离器的作用原理图。

图中，1-海水储存箱，2-输送管，3-第二输送泵，4-淡水储存箱，5-第一输送泵，6-一级制冷装置，7-二级制冷装置，8-超声波辅助制冷仪，9-一级旋流分离器，10-第三输送泵，11-结晶盐存储箱，12-三号脱介筛，13-二级旋流分离器，14-外部制冷管道，15-第五输送泵，16-三级制冷装置，17-第四输送泵，18-二号脱介筛，19-一号脱介筛，20-冰晶保存桶，21-冰晶口，22-冷冻出口，23-进料口，24-排料口，25-制冷气体管道，26-大桨叶，27-小桨叶，28-旋流进口，29-导流板，30-中心筛网，31-筛孔，32-溢流管出口，33-旋流底流口，34-柱段，35-锥段，36-球段,37-螺旋桨叶。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明；术语“中心”、“上”、“下”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“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，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。

此外，术语“第一”、 “第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

实施例

如图1所述，一种基于旋流强化的高盐水处理工艺，采用本发明的一种基于旋流强化的高盐水处理***，其特征在于，具体步骤如下：

（1）海水先进入海水储存箱1，以流量200t/h的速度经第一输送泵5给入一级制冷装置6进行预冷，得到初步降温的海水。如图2所述，一级制冷装置6采用换热制冷，包括用于放置淡水冰晶的冰晶保存桶20，所述冰晶保存桶20的外侧从上到下顺次缠绕数圈用于输送海水的输送管2，其顶端设置冰晶口21，下侧底部设置冷冻出口22，冷源为脱除介质溶液后的纯水冰晶。输送管2内的海水通过与冰晶保存桶20内的淡水冰晶进行充分换热，将海水冷却至7℃，同时融化淡水冰晶，融化后即为较高纯度的淡水，在冷冻出口22处设置压力阀门，控制或关闭融化的淡水进入淡水储存箱4，保证融化后的液体体积保持在冰晶保存桶20体积的三分之二。

（2）初步降温的海水继续给入二级制冷装置7。如图3所示，所述二级制冷装置7包括冷冻腔，所述冷冻腔一端的上侧设置进料口23，另一端的下侧设置排料口24，四周设置呈s状紧密排列的制冷气体管道25，其内以20t/h的流量循环通入-90℃的冷冻气体；所述冷冻腔的内部设置搅拌桨叶，所述搅拌桨叶包括数个大桨叶26和小桨叶27，并呈交叉排布，根据冷冻腔的大小设置数量。所述冷冻腔的外部安装超声波辅助制冷仪8以提高液滴的相变温度，将超声波均匀、密集的环绕在冷冻腔周围，保持温度在-10～-7℃范围。

所述搅拌桨叶采用“大-小-大-小”的交叉排列方式，大桨叶26的搅拌速度为200r/min且进行逆时针旋转，以控制两相流体的流动；小桨叶27的搅拌速度为50 r/min且顺时针旋转，以防止冰晶靠近冷冻腔边壁导致冰晶滞留，通过这种设置，可以加快冰水两相流体在冷冻腔内的流动，使海水充分结晶。所述超声波辅助制冷仪8发出频率20000 HZ,强度800W的低频率高强度超声波加快冻结过程，加大处理量,在该频率下，海水经约15s完成二级制冷并由排料管排出，此时海水降温至0℃，处于固液共存状态，平均粒径500 um的冰晶悬浮在初步浓缩的海水中，固液比控制在1：3左右。这种冰晶大小均匀、冰晶含量得到控制的冰水两相流体更有利于泵入一级旋流分离器9进入下一步分离。

（3）二级制冷后的产物以0.18 mpa的压力由第三输送泵10给入一级旋流分离器9进行分离。如图4、图5所示，所述一级旋流分离器9的上侧端设置旋流进口28，上侧中央设置溢流管，在旋流进口28与溢流管之间设置弧形向下倾斜的导流板29，溢流管出口32在一级旋流分离器9的顶端，其底端设置旋流底流口33，其内部还设置中心筛网30；所述中心筛网30紧接着旋流进口28设置，其最上端与一级旋流分离器9的壳体内壁固定连接，往下呈锥形、柱形、锥形，并一直与一级旋流分离器9的壳体内壁间隔一定距离。

所述中心筛网30上设置的目数为325目（即筛孔31大小44 um），第三输送泵10为渣浆泵。在常规旋流分离器中，由于旋流流场的作用，密度与粒级均较小的颗粒由溢流管出口32产出，密度大且颗粒粗的颗粒沉入旋流底流口33，但在冰的破碎与分选过程中，冰的密度始终比水小，在渣浆泵将冰悬浮液泵入一级旋流分离器9后，冰晶易上浮，被溢流管壁阻挡，难以进入中心流场，故在旋流进口28与溢流管之间设置导流板29，进口压力设置为0.18mpa，在该进口压力下，冰晶悬浮液可以较高效率到达中心筛网30，进行分选。

在一级旋流分离器9内高离心力场、强湍流、高剪切力作用下，二级制冷设备7生成的较大颗粒冰晶（最大粒径约200 um）被初步粉碎，其中细颗粒透过筛孔31进入中心筛网30下方，随旋流底流口33排出，由于颗粒极细（远小于44 um），不存在包裹盐胞的现象，故可直接送入一号脱介筛19，分离后得到纯净冰晶，而较大颗粒由于筛孔31的阻挡，无法进入中心筛网30下方，在流场力的作用下从溢流管出口32产出，送入三级制冷装置16，旋流底流口得到小颗粒的纯水冰晶和高盐水溶液。

（4）将一级旋流分离器9的底流自流入一号脱介筛19，脱除高盐水溶液，纯水冰晶从冰晶口进入冰晶保存桶20，高盐水在第四输送泵17的作用下进入三级制冷装置16。

（5）一级旋流分离器9的溢流管出口32得到的产物也给入三级制冷装置16，所述三级制冷装置16同二级制冷装置7的设置和作用相同，在三级制冷装置16的作用下，高盐水溶液再次形成最大粒径约为200 um的冰晶颗粒，并且由于持续析出纯水冰晶，导致剩余溶液的浓度越来越高，当达到饱和度以后，随着纯水冰晶的继续析出，饱和盐水开始逐渐析出结晶盐，每1000g水结晶，约有35g盐结晶析出。

（6）以0.18mpa的压力，由第四输送泵17将三级制冷后的产物给入二级旋流分离器13，进行冰晶和结晶盐颗粒的分离回收。如图6、图7所示，二级旋流分离器13的设置及原理与一级旋流分离器9相似，从上到下包括柱段34、锥段35和球段36，且一体连接；所述柱段34的上侧端也是设置旋流进口，其外侧缠绕外部制冷管道14，内部也安装中心筛网，但是与一级旋流分离器9内的中心筛网形状不完全相同，较短一些，只设置到柱段34，也在相同位置设置溢流管和导流板。所述锥段35的内部，即中心筛网底部安装螺旋桨叶37，所述螺旋桨叶37从上到下设置多个叶轮，上侧叶轮直径与柱段34直径的比值为0.25：1，下侧叶轮直径与柱段34直径的比值为0.65：1；在球段36的底部也设置旋流底流口。

在三级制冷后，海水溶液得到进一步浓缩，且在悬浮液通入二级旋流分离器13后，大颗粒冰晶被进一步剪切破碎，包裹在冰晶中的盐在流场力的作用下进入海水，海水中盐的质量分数进一步加大，通过外部制冷管道14使二级旋流分离器13内温度保持在2℃以下，此时在内部不断有盐结晶析出，在中心筛网的阻挡下，冰晶难以进入中心筛网下方，而盐结晶可以顺利通过，完成初步分离。在叶轮的作用下，内部流场切向速度加大，加快的盐结晶脱离冰晶表面，完成二次分离。在两相液体进入球段36后，球状结构加强了流场内的循环流，使两相液体顺着球壁进行循环流动，由于体积越大，所受浮力越大，体积较大，密度较小的冰晶顺着球壁向上返回筛网中，顺着溢流管流出，密度较大体积较小的盐结晶下沉进入旋流底流口，最终从二级旋流分离器溢流管出口得到纯水冰晶和饱和盐水，从旋流底流出口得到结晶盐和饱和盐水。

（7）将二级旋流分离器13的溢流管出口的产物给入二号脱介筛18，脱除介质溶液后得到的纯水冰晶进入冰晶保存桶20。

（8）将二级旋流分离器13旋流底流出口的产物给入三号脱介筛12，脱除介质溶液后得到纯净的结晶盐置于结晶盐存储箱11。

（9）将二号脱介筛18和三号脱介筛12筛下的饱和盐水混合，再次给入三级制冷装置16进行循环。

（10）纯水冰晶给入一级制冷装置6作为冷源对海水进行预冷，预冷完成后纯水冰晶融化为可直接利用的液态淡水，通过冰晶保存桶20的冷冻出口22进入淡水储存箱4。

本发明每1000t海水通过本***可得到约200 t淡水与8.75 t结晶盐，经旋流分离的处理后的淡水含盐量仅为40 mg/l。本发明省去加热步骤将纯水冰晶融化，常压下冰的融化潜热为 334 kJ/kg，远低于水的汽化潜热 2259.4 kJ/kg，且和一级制冷装置配合使用，在资源有限的海上平台，有效减少电能消耗。

某沿海城市发电厂蒸馏淡化工程处理量约为20万t/d，本发明仅需约70套***并行处理，即可达到24万t/d的处理量，占地面积约为7500㎡。

本发明的原理：

（1）晶粒控制是减少“盐胞”形成的关键之一。热传导和热对流仍然是冷冻法海水淡化降温制冰的主要途径，冷冻时溶液的过冷度太小则成冰效率低、时间长，而过冷度增大虽然减少了成冰时间，但由于冰晶颗粒的快速增长，导致冰晶所夹带的溶质就越多。因此为了提高成冰效率和控制冰晶颗粒的大小，本专利采用独特的悬浮结晶和超声辅助冻结技术相结合的方法。超声波辅助冻结的过程中，超声波可以引起海水内产生空化气泡，并且这些空化气泡能够作为非均相成核的晶种，液体内形成大量结晶中心，有助于并加速初级冰晶的形成。而这些不断急剧膨胀和破裂的空化气泡也可以产生很强的过冷度，为冰晶的形成提供动力。同时空化气泡破裂时在溶液中产生的冲击波和微射流会对冰晶颗粒产生强烈的冲击作用，限制冰晶颗粒的聚集，使海水冷冻过程中的冰晶颗粒大小得到有效控制，进而减少“盐胞”的产生。

（2）冰晶颗粒旋流自转脱附去除内部盐胞和外部盐分。采用超重力旋流技术对结晶盐冰进行剪切破碎和自转强化脱附处理，在高速旋转流离心力场的作用下，冰晶颗粒在随流体围绕设备中心公转的同时，还在进行超高速自转。高速旋流场内形成的高剪切力可使冰体进一步破碎，对冰晶颗粒内部的盐胞进行剖分，使被封闭在盐胞中的高盐水与冰晶体分离。旋流形成的高速自转运动可使冰晶间隙内的高盐水克服冰晶表面张力、黏性附着力和孔道内的毛细阻力，实现表面和孔道内高盐水的高效、低耗脱除，实现冰晶脱盐分离的目的。旋流场内形成的强湍流和高剪切力可对冰晶表面附着的盐分进行洗涤。

（3）超重力旋流分离实现纯水冰晶和结晶盐的分离。由于冰晶、溶液和结晶盐三者之间存在密度差异，满足了密度分选的必要条件。而旋流场产生的离心力可达重力的几十倍乃至上百倍，可以实现冰晶颗粒和结晶盐的快速分离回收。通过悬浮结晶+超声波辅助冷冻后的海水仍保持一定的固液比，满足旋流分离的介质条件，而得到有效控制的细小冰晶颗粒和结晶盐颗粒也为分离创造了有利条件。在旋流分离过程中，由于冰晶颗粒密度小于介质密度，而结晶盐颗粒密度大于介质密度，分离后可从旋流器溢流管得到纯水冰晶和浓缩后的饱和盐水，从底流得到结晶盐和饱和盐水。进一步固液脱水后可得到纯水冰晶和结晶盐。

对比例

反渗透脱盐约占实际海水淡化总量的60%，处理量大，但反渗透脱盐率较低。某地区海水总溶解性固体含量（TDS）高达 41000 mg/l～48000 mg/l，属于清澈高盐海水，该地区某厂采用海水反渗透装置，安装 4×600MW（净出力）超超临界湿冷机组，按运行三年脱盐率 99.0%计算，产水含盐量仍高达 410～480mg/l，产量为300t/h，产量虽大但不能满足淡水水质要求。还需在海水反渗透装置后继续设置淡水反渗透（BWRO），以其产水作为淡水。

若使用蒸馏法，处理后平均TDS为2.5mg/l，得到的淡水纯度较高，但蒸馏法处理量较低，相同规模下只有93.4t/h。而本发明得到的淡化海水纯度可达40mg/l，符合淡水标准，且处理量大，在简单工艺下，相同规模的***处理量可达150t/h，兼顾了海水淡化质量与处理量。同时相较于蒸馏法，节约了近六分之一的***耗能。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于旋流强化的高盐水处理***，包括海水储存箱、输送泵、制冷装置、淡水储存箱、结晶盐存储箱，其特征在于，还包括旋流分离器、脱介筛；所述海水储存箱通过输送管连接第一输送泵，再通过输送管连接一级制冷装置；所述一级制冷装置通过第二输送泵和输送管连接二级制冷装置，二级制冷装置通过第三输送泵及输送管连接一级旋流分离器；所述一级旋流分离器的顶端通过第四输送泵和输送管连接三级制冷装置，其底端通过输送管连接一号脱介筛，所述一号脱介筛一端的产物进入一级制冷装置，另一端的产物通过第四输送泵进入三级制冷装置；所述三级制冷装置连接第二级旋流分离器，二级旋流分离器的顶端通过输送管及第五输送泵连接二号脱介筛，其底端通过输送管连接三号脱介筛，所述三号脱介筛一端的产物进入结晶盐存储箱，另一端的产物通过第四输送泵再回到三级制冷装置，所述二号脱介筛一端的产物进入一级制冷装置，另一端的产物通过第四输送泵进入三级制冷装置；

其中，所述一级制冷装置包括用于放置淡水冰晶的冰晶保存桶，所述冰晶保存桶的外侧从上到下顺次缠绕数圈用于输送海水的输送管，其顶端设置冰晶口，下侧底部设置冷冻出口，输送管内的海水通过与冰晶保存桶内的淡水冰晶进行换热可将海水冷却至6～8℃，并融化淡水冰晶；

所述二级制冷装置包括冷冻腔，所述冷冻腔一端的上侧设置进料口，另一端的下侧设置排料口，四周设置呈s状紧密排列的制冷气体管道；所述冷冻腔的内部设置搅拌桨叶，所述搅拌桨叶包括数个大桨叶和小桨叶，并呈交叉排布；所述冷冻腔的外部安装超声波辅助制冷仪以提高液滴的相变温度，将超声波均匀、密集的环绕在冷冻腔周围，保持温度在-10～-7℃范围；所述大桨叶的搅拌速度为200 r/min且进行逆时针旋转，以控制两相流体的流动；小桨叶的搅拌速度为50 r/min且顺时针旋转，以防止冰晶靠近冷冻腔边壁导致冰晶滞留；所述超声波辅助制冷仪发出频率20000 HZ、强度800 W的低频率高强度超声波；

所述一级旋流分离器的上侧端设置旋流进口，上侧内部中央设置溢流管，在旋流进口与溢流管之间设置弧形向下倾斜的导流板，溢流管出口在一级旋流分离器的顶端，其底端设置旋流底流口，其内部还设置中心筛网；中心筛网上设置大小40±5 um的筛孔；

所述二级旋流分离器从上到下包括柱段、锥段和球段，且一体连接；在其旋流进口与溢流管之间也设置弧形向下倾斜的导流板，所述柱段的外侧缠绕外部制冷管道，内部安装中心筛网；所述锥段的内部，即中心筛网底部安装螺旋桨叶，所述螺旋桨叶从上到下设置多个叶轮，所述叶轮直径与柱段直径的比值为0.25～0.65：1，且从上到下直径逐渐变大；所述球段的底部设置旋流底流口。

2.根据权利要求1所述的一种基于旋流强化的高盐水处理***，其特征在于，所述一号脱介筛、三号脱介筛进入一级制冷装置的产物为淡水冰晶，直接通过冰晶口置于冰晶保存桶。

3.一种基于旋流强化的高盐水处理工艺，采用权利要求1或2中所述的***，其特征在于，具体步骤如下：

（1）海水给入一级制冷装置进行预冷，得到初步降温的海水；

（2）初步降温的海水继续给入二级制冷装置，得到含有细小均匀冰晶颗粒的不饱和盐水溶液；

（3）将二级制冷产物给入一级旋流分离器，在一级旋流分离器的作用下，冰晶颗粒进行高速自转，脱除盐胞内的高盐水；

（4）将一级旋流分离器的底流自流入一号脱介筛，脱除高盐水溶液，纯水冰晶进入冰晶保存桶，高盐水进入三级制冷装置；

（5）一级旋流分离器的溢流管出口得到的产物也给入三级制冷装置，在三级制冷装置的作用下，饱和盐水开始逐渐析出结晶盐；

（6）将三级制冷产物给入二级旋流分离器，进行冰晶和结晶盐颗粒的分离回收；

（7）将二级旋流分离器溢流管出口得到的纯水冰晶和饱和盐水给入二号脱介筛，脱除介质溶液后得到纯水冰晶；

（8）将二级旋流器旋流底流口得到的结晶盐和饱和盐水给入三号脱介筛，脱除介质溶液后得到纯净的结晶盐；

（9）将二号脱介筛和三号脱介筛筛下的饱和盐水混合，再次给入三级制冷装置进行循环；

（10）纯水冰晶给入一级制冷装置作为冷源对海水进行预冷。

4.根据权利要求3所述的一种基于旋流强化的高盐水处理工艺，其特征在于，所述一级旋流分离器旋流进口的压力设置为0.14～0.2 MPa。

5.根据权利要求3所述的一种基于旋流强化的高盐水处理工艺，其特征在于，所述二级旋流分离器外部制冷管道保持其内温度为2℃以下。

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