專利名稱：高分子材料小型化增濕－去濕淡化裝置及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高分子材料小型化增濕-去濕淡化裝置及制造方法，屬于海水或苦咸水淡化技術(shù)。
背景技術(shù)：
增濕-去濕是一種立足于小規(guī)模海水或苦咸水淡化的技術(shù)，其裝置分為增濕和去濕兩個(gè)單元，并以一個(gè)傳熱元件耦合在同一絕熱空間內(nèi)。增濕-去濕的原理是基于載體氣能夠攜帶大量水分的特性，鹽水在增濕側(cè)形成降膜，汽化并潤濕載氣，然后將增濕的載氣引入去濕單元冷凝而制得淡水，冷凝潛熱則通過傳熱元件傳遞到增濕單元直接用于加熱并汽化鹽水。
由于增濕為降膜蒸發(fā)過程，去濕為含有高分率不凝氣的蒸汽冷凝過程，因此傳熱元件兩側(cè)應(yīng)為不同親水/疏水性質(zhì)的表面。而現(xiàn)有的傳熱元件表面特性單一化，不具備強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱的功能，熱效率低，限制了其應(yīng)用的普適性。
小型化甚至微型化始終是增濕-去濕技術(shù)強(qiáng)調(diào)的一個(gè)發(fā)展方向。由于比表面積很大，小型、微型的化工設(shè)備具有高效、高度集成、易控制、易放大的優(yōu)點(diǎn)。但是，已有的增濕-去濕淡化設(shè)備主要采用金屬材料制造而成，或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以小型化，制造成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高分子材料小型化增濕-去濕淡化裝置及制造方法，所述的高分子材料小型化增濕-去濕淡化裝置耐腐蝕、制造成本低，具有廣泛應(yīng)用性等特點(diǎn)。
本發(fā)明是通過下述的技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的。
一種高分子材料小型化增濕-去濕淡化裝置，該裝置包括一個(gè)立式管殼式換熱器和氣液分離器，其特征在于換熱器包括一個(gè)聚丙烯殼體1，在殼體1的兩端設(shè)置聚丙烯上管箱4和聚丙烯下管箱14，分別在殼體1與上管箱4、殼體1與下管箱14之間連接聚丙烯管板2，在兩管板之間穿接平均內(nèi)徑為2～10mm、平均壁厚為10～200μm、內(nèi)壁制有紋理并具有親水層的一束聚丙烯傳熱管7，且在兩管板之間設(shè)置穿通部分傳熱管的聚丙烯弓形折流板8；在上管箱4頂端和殼體1上部設(shè)有聚丙烯連通管5，連通管5上開有輔助加熱口6；下管箱14填充有聚丙烯散堆填料11；殼體1下部靠近末端的位置設(shè)置余氣和淡水出口9，并與聚丙烯氣液分離器10連接。
上述殼體1的內(nèi)徑為40mm～1000mm，高度為500mm～2000mm。
上述傳熱管7成分為70～95％的聚丙烯與5～30％的聚苯醚的共混物，或70～95％的聚丙烯與5～30％的石墨的共混物，或70～95％的聚丙烯與質(zhì)量分率共為5～30％的聚苯醚與石墨混合物的共混物。
上述聚丙烯散堆填料11為拉西環(huán)或鮑爾環(huán)。
上述的高分子材料小型化增濕-去濕淡化裝置的制造方法，其特征在于包括以下過程a)按上述聚丙烯、聚苯醚與石墨的混合質(zhì)量比進(jìn)行配料，原料經(jīng)熔融后，采用由兩個(gè)具有一定間隙的同心圓環(huán)組成的、且內(nèi)環(huán)表面布置有紋理的噴絲頭，將熔融料擠出、拉伸形成內(nèi)壁制有紋理、外壁光滑的傳熱管7；b)將步驟a)制作的傳熱管7進(jìn)行親水化處理，所述的親水化處理是將濃度為3～30mg/L的臭氧氣體通入傳熱管7內(nèi)，處理時(shí)間為10～120分鐘；或者將80～98％的硫酸溶液與重鉻酸鉀按99∶1～90∶10的質(zhì)量比混合配制為處理液，將該處理液通入傳熱管7內(nèi)，置于溫度為40～70℃的恒溫箱內(nèi)，處理時(shí)間為10～120分鐘；c)將開設(shè)管孔的一塊管板2和所用的折流板8，按管孔重合的方式疊合，將傳熱管7分別穿入各個(gè)管孔；d)采用輔助管密封方式密封、固定傳熱管7與管板2，所述的輔助管密封方式為在傳熱管7與管板2連接端，將聚丙烯輔助管16嵌入傳熱管7，然后對輔助管16、傳熱管7和管板2進(jìn)行熱脹焊接；e)采用聚丙烯定距桿15確定各個(gè)折流板8的位置，定距桿15采用熱焊方式與折流板8固定；f)將步驟c)、步驟d)和步驟e)制成的含有傳熱管束7、折流板8和定距桿15的構(gòu)件裝入殼體1，在殼體1的另一端安裝另一塊管板2，安裝過程同步驟d)；g)將兩塊管板2與殼體1焊接固定，然后在殼體1上端采用法蘭方式與上管箱4連接；殼體1的下端，先在下管箱14內(nèi)填充聚丙烯散堆填料11后，再將殼體1與下管箱14采用法蘭方式連接；h)采用熱焊方式固定連接在上管箱4頂端和殼體1上部之間的連通管5；i)采用熱焊方式將余氣和淡水出口9與氣液分離器10連接。
本發(fā)明全部采用了高分子材料制作，具備防腐蝕、防結(jié)垢、耐酸堿的優(yōu)點(diǎn)，傳熱管具有薄壁特點(diǎn)，內(nèi)表面粗糙親水，有利于進(jìn)料鹽水形成液膜，外表面光滑疏水，能夠有效地促進(jìn)水蒸氣滴狀冷凝及強(qiáng)化傳熱，密集的小管徑管束能夠有效地改善鹽水和載氣的空間分配，使得傳熱壁面能夠得到最有效地利用。本發(fā)明的實(shí)際性能與金屬裝置的性能相同，具有廣泛的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1-殼體；2-管板；3-鹽水進(jìn)口；4-上管箱；5-連通管；6-輔助加熱口；7-傳熱管；8-折流板；9-余氣和淡水出口；10-氣液分離器；11-填料；12-濃鹽水出口；13-載氣進(jìn)口；14-下管箱；15-定距桿。
圖2為管板2與傳熱管7采用輔助管密封連接的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中
16-輔助管。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合附圖對本發(fā)明加以進(jìn)一步說明將90％聚丙烯、5％聚苯醚與5％石墨混合配料，經(jīng)熔融后，采用由兩個(gè)具有間隙的同心圓環(huán)組成的、且內(nèi)環(huán)表面布置有紋理的噴絲頭，將熔融料擠出、拉伸形成內(nèi)壁布置有紋理、外壁光滑的傳熱管7，傳熱管7平均內(nèi)徑3.5mm，壁厚301μm。將濃度為15mg/L的臭氧氣體通入傳熱管7內(nèi)，處理時(shí)間為30分鐘。處理后的傳熱管7內(nèi)側(cè)壁面具備一定的親水性及粗糙度，而外側(cè)壁面則為疏水的光滑表面，這樣有利于促進(jìn)鹽水在傳熱管內(nèi)壁形成液膜，以及含有高分率不凝氣的蒸汽在外壁產(chǎn)生滴狀冷凝而強(qiáng)化傳熱。
在2塊厚8mm、外徑70mm的聚丙烯管板2上按正三角形排列的方式鉆出43個(gè)內(nèi)徑4.0mm的管孔，管孔中心距為5.0mm，在管板2外緣鉆出用于管板2與上管箱4法蘭及管板2與下管箱14法蘭連接的螺栓孔。
在18塊厚1mm、外徑39mm的聚丙烯圓形板上按正三角形排列的方式鉆出43個(gè)內(nèi)徑4.0mm的管孔，管孔中心距為5.0mm，此外在圓形板外緣均勻分布地鉆出6個(gè)內(nèi)徑2.5mm的管孔作為定距桿孔。將聚丙烯圓形板截去面積為25％的缺口，作為弓形折流板8。
將一塊管板2和所用的18塊折流板8，按管孔重合的方式疊合，將43根聚丙烯傳熱管7分別穿入各折流板8和管板2的管孔。
在傳熱管7與管板2連接端，將聚丙烯輔助管16嵌入傳熱管7，然后對輔助管16、傳熱管7和管板2進(jìn)行熱脹焊接。將6根外徑為2mm的聚丙烯定距桿15穿入用做定距桿孔的管孔，確定各個(gè)折流板8的間距為50mm。采用熱焊方式連接定距桿15與折流板8。將上述含有傳熱管7管束、折流板8和定距桿15的構(gòu)件裝入殼體1，殼體1為內(nèi)徑40mm、高1m、一端開有內(nèi)徑為20mm的連通管5接口以及另一端開有內(nèi)徑為20mm的余氣和淡水出口9接口的聚丙烯管。然后在殼體1的另一端采用同樣的輔助管連接方式安裝另一塊管板2。管板2與殼體1焊接固定后，在殼體1一端采用法蘭方式連接高為0.35m的聚丙烯上管箱4；殼體1的另一端，先在高為0.35m的下管箱14內(nèi)填充聚丙烯拉西環(huán)散堆填料11后，將殼體1與管箱14采用法蘭方式連接。采用熱焊方式固定連接在上管箱4頂端和殼體1上部之間的連通管5。采用熱焊方式將余氣和淡水出口9與聚丙烯氣液分離器10連接。
采用上述裝置實(shí)現(xiàn)鹽水增濕-去濕淡化制取淡水的過程傳熱管作為傳熱元件，裝置的管程作為增濕單元，殼程作為去濕單元。預(yù)熱的鹽水由鹽水進(jìn)口3進(jìn)入，沿著傳熱管7內(nèi)壁流下，并不斷接受傳熱管壁另一側(cè)傳過來的冷凝潛熱而汽化，濃鹽水最后由濃鹽水出口12流出。同時(shí)將空氣作為載氣，由載氣進(jìn)口13進(jìn)入，在管程自下而上流動并被增濕。增濕后的載氣在連通管5上的輔助加熱口6處適量補(bǔ)充以外加蒸汽以提高濕載氣的溫度，再進(jìn)入殼程冷凝去濕，最后余氣和淡水由余氣和淡水出口9排入氣液分離器10，進(jìn)行氣液分離，得到淡水，余氣引入載氣進(jìn)口13循環(huán)利用。填料11用于對載氣在進(jìn)入傳熱管7之前進(jìn)行預(yù)增濕。
本高分子材料小型化增濕-去濕淡化裝置在鹽水降膜負(fù)荷(單位長度潤濕周邊、單位時(shí)間內(nèi)流過的鹽水質(zhì)量)為0.0025kgm-1s-1、鹽水進(jìn)口溫度77℃、載氣質(zhì)量流量(在管程內(nèi)的單位流通截面積上、單位時(shí)間內(nèi)通過的干燥載氣質(zhì)量)為0.57kgm-2s-1、使用的外加蒸汽質(zhì)量流量與載氣質(zhì)量流量之比為0.016時(shí)，單位傳熱面積上的淡水產(chǎn)量為0.32kgm-2h-1，與相同條件下的紫銅傳熱管的增濕-去濕淡化裝置的產(chǎn)水能力相同。
權(quán)利要求
1.一種高分子材料小型化增濕-去濕淡化裝置，該裝置包括一個(gè)立式管殼式換熱器和氣液分離器，其特征在于換熱器包括一個(gè)聚丙烯殼體(1)，在殼體(1)的兩端設(shè)置聚丙烯上管箱(4)和聚丙烯下管箱(14)，分別在殼體(1)與上管箱(4)、殼體(1)與下管箱(14)之間連接聚丙烯管板(2)，在兩管板之間穿接平均內(nèi)徑為2～10mm、平均壁厚為10～200μm、內(nèi)壁制有紋理并具有親水層的一束聚丙烯傳熱管(7)，且在兩管板之間設(shè)置聚丙烯弓形折流板(8)；在上管箱(4)頂端和殼體(1)上部設(shè)有聚丙烯連通管(5)，連通管(5)上開有輔助加熱口(6)；下管箱(14)填充有聚丙烯散堆填料(11)；殼體(1)下部靠近末端的位置設(shè)置余氣和淡水出口(9)，并與聚丙烯氣液分離器(10)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子材料小型化增濕-去濕淡化裝置，其特征在于殼體(1)的內(nèi)徑為40mm～1000mm，高度為500mm～2000mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子材料小型化增濕-去濕淡化裝置，其特征在于傳熱管(7)成分為70～95％的聚丙烯與5～30％的聚苯醚的共混物，或70～95％的聚丙烯與5～30％的石墨的共混物，或70～95％的聚丙烯與質(zhì)量分率共為5～30％的聚苯醚與石墨混合物的共混物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子材料小型化增濕-去濕淡化裝置，其特征在于聚丙烯散堆填料(11)為拉西環(huán)或鮑爾環(huán)。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子材料小型化增濕-去濕淡化裝置制備方法，其特征在于包括如下過程a)將70～95％的聚丙烯與5～30％的聚苯醚，或70～95％的聚丙烯與5～30％的石墨，或70～95％的聚丙烯與質(zhì)量分率共為5～30％的聚苯醚與石墨的混合物進(jìn)行共混配料，經(jīng)熔融后，采用由兩個(gè)具有一定間隙的同心圓環(huán)組成的、且內(nèi)環(huán)表面布置有紋理的噴絲頭，將熔融料擠出、拉伸形成內(nèi)壁制有紋理、外壁光滑的傳熱管(7)；b)將步驟a)制作的傳熱管(7)進(jìn)行親水化處理，所述的親水化處理是將濃度為3～30mg/L的臭氧氣體通入傳熱管(7)內(nèi)，處理時(shí)間為10～120分鐘；或者將80～98％的硫酸溶液與重鉻酸鉀按99∶1～90∶10的質(zhì)量比混合配制為處理液，將該處理液通入傳熱管(7)內(nèi)，置于溫度為40～70℃的恒溫箱內(nèi)，處理時(shí)間為10～120分鐘；c)將開設(shè)管孔的一塊管板(2)和所用的折流板(8)，按管孔重合的方式疊合，將傳熱管(7)分別穿入各個(gè)管孔；d)采用輔助管密封方式密封、固定傳熱管(7)與管板(2)，所述的輔助管密封方式為在傳熱管(7)與管板(2)連接端，將聚丙烯輔助管(16)嵌入傳熱管(7)，然后對輔助管(16)、傳熱管(7)和管板(2)進(jìn)行熱脹焊接；e)采用聚丙烯定距桿(15)確定各個(gè)折流板(8)的位置，定距桿(15)采用熱焊方式與折流板(8)固定；f)將步驟c)、步驟d)和步驟e)制成的含有傳熱管束(7)、折流板(8)和定距桿(15)的構(gòu)件裝入殼體(1)，在殼體(1)的另一端安裝另一塊管板(2)，安裝過程同步驟d)；g)將兩塊管板(2)與殼體(1)焊接固定，然后在殼體(1)上端采用法蘭方式與上管箱(4)連接；殼體(1)的下端，先在下管箱(14)內(nèi)填充聚丙烯散堆填料(11)后，再將殼體(1)與下管箱(14)采用法蘭方式連接；h)采用熱焊方式固定連接在上管箱(4)頂端和殼體(1)上部之間的連通管(5)；i)采用熱焊方式將余氣和淡水出口(9)與氣液分離器(10)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高分子材料小型化增濕－去濕淡化裝置及制造方法，屬于海水或苦咸水淡化技術(shù)。所述的增濕－去濕裝置包括換熱器和氣液分離器，換熱器包括殼體和上、下管箱，殼體與管箱之間連接管板，兩管板之間穿接傳熱管束并設(shè)置折流板；上管箱和殼體之間有連通管和輔助加熱口；下管箱裝有填料；殼體下部設(shè)有開口與氣液分離器連接。本裝置的制造采用熔融法制內(nèi)壁有紋理和親水層的傳熱管，將傳熱管與一塊管板連接，安裝折流板，裝入殼體，再安裝另一塊管板和上、下管箱，安裝連通管和氣液分離器。本裝置采用高分子材料制作，適應(yīng)增濕－去濕過程的特點(diǎn)，耐腐蝕、制造成本低，具有廣泛應(yīng)用性等特點(diǎn)。
文檔編號C02F103/08GK1850634SQ20061001372
公開日2006年10月25日 申請日期2006年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月17日
發(fā)明者王世昌, 成懷剛, 丁濤 申請人:天津大學(xué)