專(zhuān)利名稱(chēng)：鹽水脫鹽產(chǎn)生淡水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在常壓空氣條件下鹽水蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽，蒸汽冷凝產(chǎn)生淡水的方法。鹽水蒸發(fā)所需能量被循環(huán)使用，即鹽水蒸發(fā)所需的絕大部分能量來(lái)自于鹽水蒸發(fā)所產(chǎn)生的蒸汽冷凝的熱量。同時(shí)基于液體除濕劑對(duì)空氣的除濕升溫作用，為冷凝熱的回收創(chuàng)造條件。液體除濕劑被多級(jí)再生。
本發(fā)明旨在以盡可能少的能耗代價(jià)從鹽水(海水、苦咸水等)或廢水中獲取淡水，且裝置的成本較低；即實(shí)現(xiàn)一種經(jīng)濟(jì)高效實(shí)用的從鹽水或廢水中產(chǎn)水的方法。
現(xiàn)有的主要方法包括兩大類(lèi)，即熱過(guò)程和膜過(guò)程方法，前者有多級(jí)閃蒸、多效蒸餾和蒸汽壓縮等；后者包括電滲析和反滲透等。次要的方法包括冷凍法、膜蒸餾和太陽(yáng)能干燥等。主要方法的缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜，成本高，小型化困難，能耗也有待進(jìn)一步降低。次要方法的缺點(diǎn)包括能耗大，難于大規(guī)模生產(chǎn)或有特定的適用場(chǎng)合等。
以多效蒸餾法為例，其能耗依賴(lài)于分級(jí)的多少，而過(guò)多的分級(jí)導(dǎo)致設(shè)備復(fù)雜程度和成本的增加，另一方面，增加分級(jí)的數(shù)量，勢(shì)必要求增加最高蒸發(fā)溫度或降低最低蒸發(fā)溫度。前者受到海水結(jié)垢溫度的制約；而對(duì)于后者，由于水蒸汽在溫度降低時(shí)比容增大等因素的影響，其經(jīng)濟(jì)意義和實(shí)際意義都不大。此外，由于其要求在多個(gè)壓力下工作，其維護(hù)等較復(fù)雜。


圖1為該方法原理示意圖。1為主體部分，2為多級(jí)再生器部分。主體部分包括蒸發(fā)/冷凝裝置3、除濕熱交換器7、熱交換器9、冷凝水收集罐8、進(jìn)鹽水裝置6及排鹽水裝置10。多級(jí)再生器部分包括多個(gè)串聯(lián)的階式蒸發(fā)冷凝器11、12、13、14(圖中有4個(gè)，但不限于4個(gè)，可多可少)和1個(gè)溶液爐23。完成整個(gè)循環(huán)，需要有風(fēng)機(jī)、泵等裝置驅(qū)動(dòng)流體，圖中未示出。
在圖1中，冷的空氣A4-1進(jìn)入到蒸發(fā)室4，鹽水Ws也進(jìn)入到蒸發(fā)室4并在其中噴淋，沿空氣流動(dòng)方向，空氣溫度和濕度逐漸升高，鹽水溫度也逐漸升高，即在沿空氣流動(dòng)的方向上形成溫度和濕度梯度。A4-1溫度升高，濕度增加；鹽水不斷地被濃縮，形成Wsc并排出。從鹽水中蒸發(fā)出的水分被空氣荷載。離開(kāi)蒸發(fā)室4的空氣A4-2分為兩股，即A4-3和A4-4，分別進(jìn)入除濕熱交換器的兩個(gè)通道。A4-3被鹽水繼續(xù)加濕，并升溫，形成A4-7；A4-4被來(lái)自于再生器的濃溶液Dc干燥且升溫形成A4-8，并釋放熱量，供A4-3加濕升溫所需的能量。A4-7與來(lái)自再生器的第一級(jí)的空氣A4-6(其與A4-7有相近的濕度和溫度)混合后形成A4-5，進(jìn)入到冷凝室5。冷凝室5與蒸發(fā)室4通過(guò)傳熱壁隔離，兩者通過(guò)傳熱壁有熱的交換，沒(méi)有物質(zhì)的交換。在冷凝室5中，A4-5在其流動(dòng)方向上逐漸降溫，且其荷載的水蒸汽不斷冷凝，放出熱量供蒸發(fā)室4所需能量，同時(shí)產(chǎn)出可飲用的冷凝水Wp。A4-5經(jīng)過(guò)冷凝室5后，溫度和濕度均降低，形成A4-9，A4-8的熱量被回收后形成A4-10。A4-9和A4-10相混合后形成A4。A4分為兩股，一股空氣經(jīng)過(guò)熱交換器9被待蒸發(fā)的鹽水冷卻，形成A4-1；另一股空氣A4-11被送往再生器的第一級(jí)的蒸發(fā)器22。A4-2經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器22加濕升溫后形成A4-6。至此完成主體部分的整個(gè)循環(huán)。
除濕液的再生過(guò)程如下從除濕熱交換器7出來(lái)的稀溶液Dd進(jìn)入到再生器多個(gè)串聯(lián)的階式蒸發(fā)冷凝器11、12、13、14的蒸發(fā)器16、18、20、22中經(jīng)過(guò)蒸發(fā)后被部分濃縮，，離開(kāi)蒸發(fā)器16、18、20、22的溶液相混合后形成部分再生除濕液Dp。前一級(jí)蒸發(fā)所需能量均來(lái)自后一級(jí)。以第一級(jí)為例，蒸發(fā)器22所需能量來(lái)自于在14與13之間循環(huán)的空氣A3，即A3在13的蒸發(fā)室20中被加濕升溫后進(jìn)入14的冷凝室21中被冷凝，釋放熱量供蒸發(fā)室22所需能量。其它可照此分析。部分再生除濕液Dp進(jìn)入溶液爐23，在其中被煮沸，進(jìn)一步濃縮形成完全再生除濕液Dc，同時(shí)產(chǎn)生蒸汽S。蒸汽S進(jìn)入串聯(lián)的階式蒸發(fā)冷凝器的最后一級(jí)11的冷凝室15被冷凝，并釋放熱量供蒸發(fā)室16所需的能量。溶液爐23需外界提供燃料或能量F。完全再生的濃溶液Dc被送到除濕熱交換器7。至此完成整個(gè)除濕液再生的循環(huán)。
圖2為以溴化鋰為除濕液進(jìn)行海水淡化的實(shí)例。圖中列出了有關(guān)的參數(shù)。其造水比約為20。其每平方米傳熱面積的產(chǎn)水率可達(dá)6kg/hr。其設(shè)備成本及運(yùn)行費(fèi)用均低于目前其它設(shè)備，如反滲透膜裝置、多效蒸發(fā)裝置、蒸汽壓縮裝置及其混合形式的裝置等的設(shè)備成本及運(yùn)行費(fèi)用。從實(shí)例給出的參數(shù)可看出，其要求的最大蒸發(fā)溫度較低，既可避免海水的結(jié)垢，又有利于利用低品位的熱源。
圖1所描述的再生裝置為較簡(jiǎn)單的再生裝置，相對(duì)較復(fù)雜的再生裝置，其效率較低，適用于生產(chǎn)能力較小的脫鹽設(shè)備。具有加工簡(jiǎn)單、成本低、維護(hù)容易等特點(diǎn)。即使采用簡(jiǎn)單的再生裝置，脫鹽設(shè)備在進(jìn)行海水淡化時(shí)，其造水比仍可達(dá)20以上。
對(duì)于大型的脫鹽設(shè)備，如大型海水淡化廠，可采用較復(fù)雜的高效再生裝置。對(duì)于海水淡化而言，其造水比可達(dá)50以上。遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前大型海水淡化裝置造水比(約20)的水平。
權(quán)利要求
1.一種鹽水脫鹽產(chǎn)生淡水的方法，一種常壓空氣條件下鹽水蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽，蒸汽冷凝產(chǎn)生淡水的方法，其特征為有一個(gè)蒸發(fā)/冷凝裝置3，其蒸發(fā)室4和冷凝室5通過(guò)傳熱壁隔離。在蒸發(fā)室4中，鹽水在流動(dòng)的空氣中蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽，沿空氣流動(dòng)的方向，空氣溫度升高，濕度增大；從蒸發(fā)室4中流出的空氣A4-2，部分或全部被加熱加濕后，進(jìn)入冷凝室5。冷凝室5中的空氣被冷卻并向蒸發(fā)/冷凝裝置3的另一側(cè)蒸發(fā)室4放熱。冷凝室5中的空氣，沿空氣流動(dòng)方向，溫度降低，濕度減小，空氣中的水蒸汽冷凝并產(chǎn)出冷凝水，即淡水。蒸發(fā)室4中鹽水蒸發(fā)所需能量的大部分來(lái)自于冷凝室5的空氣中水蒸汽冷凝所產(chǎn)生的冷凝熱。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于從冷凝室5中流出的空氣，經(jīng)冷卻后又返回到蒸發(fā)室4中循環(huán)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于從蒸發(fā)室4中流出的空氣，只有部分即A4-3，被加熱加濕后進(jìn)入冷凝室5。
4.如權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于將進(jìn)入冷凝室5的空氣A4-3，其加熱加濕是通過(guò)除濕熱交換器7實(shí)現(xiàn)的，即在除濕熱交換器7的一個(gè)通道中，A4-3經(jīng)加熱加濕變成A4-7，而加熱加濕所需能量來(lái)自除濕熱交換器7的另一個(gè)通道，在此通道中，從蒸發(fā)室4中流出的空氣中另一股空氣A4-4被干燥升溫，并將熱量傳遞至與其相鄰的加熱加濕通道。
5.如權(quán)利要求1或3或4所述的方法，其特征在于空氣A4-4干燥是采用液體除濕的方法。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于液體除濕劑的再生是采用多效再生的方法。
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于液體除濕劑的多效再生是采用沸騰蒸發(fā)和非沸騰蒸發(fā)相結(jié)合。
8.如權(quán)利要求5或6或7所述的方法，其特征在于非沸騰蒸發(fā)是采用多級(jí)串聯(lián)，即前一級(jí)蒸發(fā)所需能量來(lái)自后一級(jí)。
9.如權(quán)利要求1或3或4所述的方法，其特征在于自除濕熱交換器7的干燥通道中流出的空氣A4-8，其熱量被回收。
10.如權(quán)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級(jí)蒸發(fā)室中的空氣將與A4-7混合后進(jìn)入蒸發(fā)/冷凝裝置3的冷凝室5，其熱量得到回收。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)基于在常壓條件下鹽水蒸發(fā)產(chǎn)生水蒸汽，水蒸汽冷凝，并回收其冷凝熱以供鹽水蒸發(fā)所需熱量的機(jī)理實(shí)現(xiàn)對(duì)苦咸水、海水等脫鹽產(chǎn)生淡水的方法。即鹽水在空氣中蒸發(fā)，同時(shí)蒸發(fā)出來(lái)水分又在一定的條件下冷凝，熱量可循環(huán)利用。同時(shí)基于除濕劑液體對(duì)空氣的除濕升溫作用，為冷凝熱的回收創(chuàng)造條件。該方法只消耗極少的能源用于除濕劑的再生。該方法包括兩個(gè)部分即主體部分和再生器部分。工藝簡(jiǎn)單、維護(hù)容易、成本低廉，造水比可達(dá)20－50以上。
文檔編號(hào)C02F1/04GK1408647SQ01141939
公開(kāi)日2003年4月9日 申請(qǐng)日期2001年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月25日
發(fā)明者袁一軍 申請(qǐng)人:袁一軍