本實用新型屬于海水凈化領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種用于低溫海水凈化的塔內(nèi)式真空精餾系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

淡水短缺和水污染已經(jīng)成為一項全球范圍的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，并危及現(xiàn)代工業(yè)社會和人類生存。世界上目前有超過三分之一的人口生活在及其缺水的環(huán)境中，而這一比例預(yù)計會在十年內(nèi)達(dá)到近三分之二。隨著人口的急劇增長、工業(yè)化的推進(jìn)、水污染的加劇、氣候改變等等因素，能否提供充足且安全的飲用水越來越被人們所關(guān)心。海水淡化作為一種解決缺水問題的有力途徑，在近幾十年得到了迅速發(fā)展。

海水淡化指的是將海水中的鹽分脫出而得到淡水的一種處理方法。目前的海水淡化方法多種多樣，但最為重要的大致分為多級閃蒸法、多效蒸餾法、反滲透法三種。多級閃蒸法是將加熱過的海水依次在多個壓力逐漸降低的閃蒸室中進(jìn)行閃蒸，再將蒸汽進(jìn)行冷凝得到淡水。因其傳熱面上結(jié)垢較少且使用方便技術(shù)成熟，目前得到廣泛使用。多效蒸發(fā)由多個單效蒸發(fā)組成的一種淡化方法。具體原理為前一效的蒸汽被引入下一效蒸發(fā)器作為加熱蒸汽使用，并在下一效蒸發(fā)器中冷凝為淡水。多效蒸發(fā)由于結(jié)垢的問題限制了其使用，不過其能耗較低，仍有較大前景。反滲透法目前在海水淡化市場具有主導(dǎo)地位，其以壓力作為驅(qū)動力，無需進(jìn)行相變，所以能夠以較低的能耗完成分離。但反滲透法對水質(zhì)的要求較高，需要進(jìn)行較深層次的預(yù)處理才能夠?qū)崿F(xiàn)淡化過程。

而近些年來，隨著城市化的快速發(fā)展和人口的增長，海洋污染日益嚴(yán)重，入海流域周邊的生活污水、工業(yè)廢水、石油產(chǎn)品泄漏、海上石油開采、海水養(yǎng)殖的添加劑對我國近海造成了嚴(yán)重污染。這些受污染的海水經(jīng)通常的海水淡化裝置及工藝處理只能夠脫出大部分鹽類，而一些有機污染物無法被凈化去除，若需凈化受污染的海水，則需要繁瑣的預(yù)處理和后處理過程，因此一種不僅能淡化還能夠凈化海水的系統(tǒng)是目前所迫切需要的。

能夠以簡便的預(yù)處理過程凈化受污染海水的裝置或工藝并不多見，海水凈化的中國專利文獻(xiàn)公開號為CN103041644A的專利公開了一種可移動污染水、海水凈化裝置，可以在受災(zāi)害時利用周邊水域、污染水作為水源并對其進(jìn)行凈化，不僅可以提供飲用水還可以提供滅火壓水。但該裝置僅使用活性炭過濾器進(jìn)行凈化，毫無疑問凈化能力有限，水源水質(zhì)較好時只能作為應(yīng)急使用，水質(zhì)較差時甚至?xí)?dǎo)致無法使用。用于海水淡化的蒸發(fā)法多在真空條件下操作，目前此類裝置或工藝眾多，但存在預(yù)處理過程的高要求以及高能耗的缺點，并且多數(shù)裝置只能進(jìn)行淡化去鹽分而對污染物束手無策。中國專利文獻(xiàn)公開號為CN103739027A的專利公開了一種快速形成真空系統(tǒng)的低溫多效海水淡化裝置，可以在一定程度上縮短多效蒸發(fā)設(shè)備開啟設(shè)備時的抽真空時間，因而節(jié)約了生產(chǎn)成本，避免了不必要的經(jīng)濟(jì)損失。但是該實用新型所帶來的益處有限，將真空泵設(shè)于蒸發(fā)器中使得多效蒸發(fā)過程對水質(zhì)的預(yù)處理要求進(jìn)一步增加，并且蒸發(fā)后的水質(zhì)在有機污染物去除方面并沒有得到加強。本實用新型基于上述淡化、凈化方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種將絕熱減壓泵置于精餾塔中的、可用于低溫海水凈化的塔內(nèi)式高真空精餾系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的為在蒸發(fā)法基礎(chǔ)上克服現(xiàn)有技術(shù)能耗大、預(yù)處理過程復(fù)雜、對水源要求高、真空系統(tǒng)能量損失大等不足，以精餾塔內(nèi)設(shè)置絕熱減壓泵來最大程度地抵消精餾塔內(nèi)壓降，建立塔內(nèi)高真空精餾成套系統(tǒng)，提出一種能夠有效降低能耗、降低水源水質(zhì)需求的高真空精餾海水凈化淡化理念。

本實用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)上述目的：

一種用于低溫海水凈化的塔內(nèi)式高真空精餾系統(tǒng)，包括預(yù)處理段及凈化段。海水因系統(tǒng)的高真空被輸送到預(yù)處理段過濾除去其中的不溶性雜質(zhì)，并進(jìn)行兩次預(yù)熱。預(yù)熱后的海水進(jìn)入凈化段進(jìn)行精餾，在精餾塔底被刮板式薄膜蒸發(fā)器加熱蒸發(fā)成蒸汽，經(jīng)絕熱減壓泵進(jìn)入精餾塔提餾段及精餾段進(jìn)行凈化。刮板式薄膜蒸發(fā)器中未被蒸發(fā)的海水被輸送到預(yù)處理段，經(jīng)預(yù)熱器放熱后排回取水處。蒸汽經(jīng)傳熱傳質(zhì)被凈化后進(jìn)入塔頂冷凝器向循環(huán)冷卻水放熱冷凝，部分回到塔內(nèi)進(jìn)行傳質(zhì)傳熱，部分作為凈水被輸送到預(yù)處理段，經(jīng)預(yù)熱器換熱冷卻后送往凈水儲罐。

所述絕熱減壓泵置于精餾塔內(nèi)，采用兩葉或三葉羅茨轉(zhuǎn)子，將泵的機械能用于降低塔底壓力，并抵消各個塔節(jié)產(chǎn)生的壓降，使各個塔節(jié)內(nèi)的局部壓降不會被整體累加，并能保持局部塔節(jié)的汽液平衡條件不影響精餾效果，大幅降低海水沸點，真正實現(xiàn)低壓低溫海水凈化與淡化。

所述預(yù)處理段包含過濾室、初次預(yù)熱器及二次預(yù)熱器。所述過濾室一端直接與進(jìn)海水管及水源相連，另一端通過冷海水管連接初次預(yù)熱器；所述二次預(yù)熱器一端連接初次預(yù)熱器，一端連接精餾塔。所述凈化段包含精餾段，提餾段，絕熱減壓泵，分配器，填料，集液器，刮板式薄膜蒸發(fā)器，殘液采出泵，凈水采出泵，冷凝器，回流比控制器，真空泵。所述絕熱減壓泵在塔內(nèi)兩處設(shè)置，分別為刮板式薄膜蒸發(fā)器蒸汽出口處及精餾塔進(jìn)料位置上端；所述填料在塔內(nèi)兩處設(shè)置，分別位于精餾段及提餾段的分配器與集液器之間；所述刮板式薄膜蒸發(fā)器與精餾塔底相連；所述殘液采出泵一端與刮板式薄膜蒸發(fā)器底部相連，一端與預(yù)處理段二次預(yù)熱器相連；所述冷凝器蒸汽進(jìn)口與精餾段相連，冷凝器上端與真空泵相連，冷凝器液體出口與回流比控制器相連；所述回流比控制器上端與冷凝器相連，下端與精餾段、凈水采出泵相連；所述凈水采出泵通過凈水管與預(yù)處理段初次預(yù)熱器相連。

所述初次預(yù)熱器接受冷海水管的冷海水，并對其進(jìn)行預(yù)熱；所述二次預(yù)熱器接受流經(jīng)初次預(yù)熱器的初次預(yù)熱海水，并將二次預(yù)熱海水送往精餾塔中，其中初次預(yù)熱熱源為精餾塔頂采出的凈水，二次預(yù)熱熱源為精餾塔底的濃海水。

所述凈化段在低壓低溫下對海水進(jìn)行凈化，除去受污染海水中的有機物并得到凈水；所述刮板式薄膜蒸發(fā)器內(nèi)含換熱夾套，夾套外的熱物流進(jìn)口與熱物流出口與供熱物流相連，為海水的蒸發(fā)提供能量；所述殘液采出泵將濃海水送往濃海水管，并與預(yù)處理段二次預(yù)熱器相連，為二次預(yù)熱提供熱源；所述冷凝器與精餾段、真空泵、回流比控制器直接相連，以循環(huán)冷水作為冷源，冷凝蒸汽；所述回流比控制器接受冷凝下來的凈水，并將部分凈水回流至精餾段，部分凈水進(jìn)入凈水采出泵；所述凈水采出泵與回流比控制器相連，將凈水輸送至凈水管，并與預(yù)處理段初次預(yù)熱器相連，為初次預(yù)熱提供熱源。

所述熱物流進(jìn)口處設(shè)有溫度檢測器。

所述刮板式薄膜蒸發(fā)器設(shè)有壓力檢測器。

所述真空泵設(shè)置有精密泄壓閥。

所述進(jìn)海水管設(shè)置有節(jié)流閥及流量計。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果：

1、所述絕熱減壓泵置于塔內(nèi)，克服了塔內(nèi)壓力降，使得刮板式薄膜蒸發(fā)器在高真空度下運行，極大減小了海水沸點，使得低品位熱源的使用成為了可能，降低了凈化成本；所述絕熱減壓泵所消耗的能量部分用來降低塔內(nèi)壓力并克服塔內(nèi)壓降，并小幅提升氣相溫度，部分被回流液相所吸收，整個過程極為節(jié)能。在氣溫稍高時，甚至可以利用環(huán)境給熱對海水進(jìn)行淡化。

2、所述填料及回流比控制器的存在，使得傳統(tǒng)的蒸發(fā)制淡水過程變?yōu)榫s制凈水的過程，使得該系統(tǒng)十分適用于受高沸點有機物污染的海水，減小了凈化系統(tǒng)對水源水質(zhì)的需求。

3、所述預(yù)處理段無輸送泵存在，海水完全依靠系統(tǒng)真空輸送，使過程得到簡化；過濾室后的真空系統(tǒng)使得過濾過程被加速，縮短了預(yù)處理所需時間。

4、所述刮板式薄膜蒸發(fā)器的蒸發(fā)面設(shè)有刮板，有效減少蒸發(fā)面的結(jié)垢現(xiàn)象；所述刮板式薄膜蒸發(fā)器下端設(shè)有過濾板，能夠一定程度上減輕殘液采出泵的損耗，同時減少預(yù)熱器的結(jié)垢現(xiàn)象。

5、所述初次預(yù)熱及二次預(yù)熱過程所用熱源均為系統(tǒng)內(nèi)部提供，減少了外部冷源和熱源的使用，減少了能耗。

6、所述真空泵可通過精密泄壓閥控制塔內(nèi)真空度，從而控制海水沸點，使得系統(tǒng)能夠適用于不同氣候環(huán)境。

附圖說明

圖1是本實用新型的各工段連接示意圖。

圖2是本實用新型中精餾塔結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1、過濾室；2、初次預(yù)熱器；3、二次預(yù)熱器；4、提餾段；5、精餾段；6、冷凝器；7、回流比控制器；8、刮板式薄膜蒸發(fā)器；9、殘液采出泵；10、凈水采出泵；11、真空泵；12、進(jìn)海水管；13、凈水管；14、出凈水管；15、節(jié)流閥；16、濃海水管；17、出海水管；18、熱物流進(jìn)口；19、熱物流出口；20、冷海水管；21、提餾段絕熱減壓泵；22、精餾段絕熱減壓泵；23、提餾段集液器；24、精餾段集液器；25、提餾段填料；26、精餾段填料；27、提餾段分配器；28、精餾段分配器。

具體實施方式

一種可用于低溫海水凈化的塔內(nèi)式高真空精餾系統(tǒng)，其中包括預(yù)處理段以及凈化段。

參照附圖1、2，所述預(yù)處理段包含過濾室1、初次預(yù)熱器2及二次預(yù)熱器3。所述過濾室1一端直接與進(jìn)海水管12及水源相連，另一端通過冷海水管20連接初次預(yù)熱器2；所述二次預(yù)熱器3一端連接初次預(yù)熱器2，一端連接精餾塔。

參照附圖1、2，所述凈化段包含提餾段4，精餾段5，冷凝器6，回流比控制器7，刮板式薄膜蒸發(fā)器8，殘液采出泵9，凈水采出泵10，真空泵11，提餾段絕熱減壓泵21，精餾段絕熱減壓泵22，提餾段集液器23，精餾段集液器24，提餾段填料25，精餾段填料26，提餾段分配器27，精餾段分配器28。所述提餾段絕熱減壓泵21置于刮板式薄膜蒸發(fā)器8蒸汽出口處；所述精餾段絕熱減壓泵置22于精餾塔進(jìn)料位置上方；所述提餾段填料25位于提餾段分配器27與提餾段集液器23之間，精餾段填料26位于精餾段分配器28與精餾段集液器24之間；所述刮板式薄膜蒸發(fā)器8上端與精餾塔底相連；所述殘液采出泵9一端與刮板式薄膜蒸發(fā)器8底部相連，一端與預(yù)處理段二次預(yù)熱器3相連；所述冷凝器6蒸汽進(jìn)口與精餾段5相連，冷凝器6上端與真空泵11相連，冷凝器6液體出口與回流比控制器7相連；所述回流比控制器7上端與冷凝器6相連，下端與精餾段5、凈水采出泵10相連；所述凈水采出泵10通過凈水管與預(yù)處理段初次預(yù)熱器2相連。

所述初次預(yù)熱器2接受冷海水管20的冷海水，并對其進(jìn)行預(yù)熱；所述二次預(yù)熱器3接受流經(jīng)初次預(yù)熱器2的初次預(yù)熱海水，并將二次預(yù)熱海水送往精餾塔中，其中初次預(yù)熱熱源為精餾塔頂采出的凈水，二次預(yù)熱熱源為精餾塔底的濃海水。進(jìn)海水管12的流量由節(jié)流閥15控制。

所述刮板式薄膜蒸發(fā)器8內(nèi)含換熱夾套，夾套外的熱物流進(jìn)口18與熱物流出口19與供熱物流相連，為海水的蒸發(fā)提供能量；所述殘液采出泵9將濃海水送往濃海水管16，并與預(yù)處理段二次預(yù)熱器3相連，為二次預(yù)熱提供熱源；所述冷凝器6與精餾段5、真空泵11、回流比控制器7直接相連，以循環(huán)冷水作為冷源，冷凝蒸汽；所述回流比控制器7接受冷凝下來的凈水，將部分凈水回流至精餾段5，部分凈水進(jìn)入凈水采出泵10；所述凈水采出泵10與回流比控制器7相連，將凈水輸送至凈水管13，并與預(yù)處理段初次預(yù)熱器2相連，為初次預(yù)熱提供熱源。

所述提餾段絕熱減壓泵21、精餾段絕熱減壓泵22采用兩葉或三葉羅茨轉(zhuǎn)子；所述提餾段絕熱減壓泵21、精餾段絕熱減壓泵22采用羅茨齒形。

所述熱物流進(jìn)口處18設(shè)有溫度檢測器。

所述刮板式薄膜蒸發(fā)器8設(shè)有壓力檢測器。

所述真空泵11設(shè)置有精密泄壓閥。

所述進(jìn)海水管12設(shè)置有節(jié)流閥15及流量計。

由于塔內(nèi)的極高真空度，所述供熱物流可以使用低品位熱源，例如蒸汽余熱、太陽能加熱等。本實施例以太陽能集熱器為例，以一個具體的實施例對本實用新型做出詳細(xì)的說明。

本實施例中，所述太陽能集熱器與刮板式薄膜蒸發(fā)器8相連，通過水泵將太陽能集熱器中的熱水打入熱物流進(jìn)口18，熱水與海水進(jìn)行換熱后從熱氣流出口19離開并回到太陽能集熱器中進(jìn)入下個換熱循環(huán)。給熱工質(zhì)為水，能量來源為太陽能，凈水產(chǎn)量雖不如蒸汽余熱加熱，但極大節(jié)約了海水淡化成本。

本實施例中，所述海水含有的污染物包括馬拉硫磷以及少量丙烯酸、戊二醛、石油類污染物。

凈化工作過程分為如下步驟：

1、提前打開太陽能集熱器及其水泵為刮板式薄膜蒸發(fā)器8預(yù)熱3h。系統(tǒng)開始運行時，打開真空泵11、塔內(nèi)提餾段絕熱減壓泵21及精餾段絕熱增壓泵22，進(jìn)海水管12開始吸入海水。

2、系統(tǒng)穩(wěn)定運行時，通過節(jié)流閥15控制海水流量為500kg/h。進(jìn)海水管12中的海水在預(yù)處理段進(jìn)行預(yù)處理。首先經(jīng)過過濾室1進(jìn)行過濾，除去海水中的不溶性物質(zhì)以保障后續(xù)設(shè)備的正常運行；接著經(jīng)冷海水管20到初次預(yù)熱器2中進(jìn)行換熱，通過與采出的凈水進(jìn)行熱交換而得到初次預(yù)熱；最后在二次預(yù)熱器3中，進(jìn)料海水與來自精餾塔底的濃海水進(jìn)行熱交換得到二次預(yù)熱。

3、進(jìn)入精餾塔中的海水部分汽化上升，與塔內(nèi)蒸汽一起經(jīng)過精餾段絕熱減壓泵22，以保證塔中的較高真空度，上升蒸汽在精餾段填料26中與回流凈水進(jìn)行傳質(zhì)，除去高沸點有機物；另一部分則通過提餾段填料25下降并到達(dá)提餾段4的提餾段絕熱減壓泵21內(nèi)，再繼續(xù)通過提餾段絕熱減壓泵21內(nèi)一對齒輪的間隙向下流動，并吸收提餾段絕熱減壓泵21所釋放的熱量，最終通過精餾塔提餾段4進(jìn)入刮板式薄膜蒸發(fā)器8，刮板式薄膜蒸發(fā)器8的壓力為3KPa，轉(zhuǎn)速為60r/min；太陽能集熱器中所產(chǎn)生的熱水進(jìn)入刮板式薄膜蒸發(fā)器8的夾套中為海水的蒸發(fā)提供能量，熱物流進(jìn)口處18的溫度為60℃左右，隨時間變動；在刮板式薄膜蒸發(fā)器8中海水被加熱汽化后上升，并通過提餾段絕熱減壓泵21提供的高真空依次進(jìn)入精餾塔提餾段4、精餾段5，與上方流下來的液體實現(xiàn)氣液傳質(zhì)從而起到凈化作用，精餾段填料26及提餾段填料25的高度均為1m，填料類型均為θ環(huán)散堆填料；精餾塔中的氣相最終經(jīng)精餾塔頂進(jìn)入到冷凝器6中，并在冷水冷卻作用下液化；在回流比控制器7的控制下，凈水部分回流進(jìn)入塔中進(jìn)行傳質(zhì)傳熱并吸收提餾段絕熱減壓泵21及精餾段絕熱減壓泵22釋放出的熱量，部分由凈水采出泵10經(jīng)凈水管13被輸送至初次預(yù)熱器2放熱，此過程回流比為0.5；放熱后的凈水經(jīng)出凈水管14流入凈水儲罐；刮板式薄膜蒸發(fā)器8中未蒸發(fā)的海水經(jīng)過過濾板，過濾掉由刮板刮下的固體殘渣，而后濃海水經(jīng)殘液采出泵9輸送到二次預(yù)熱器3中，為冷海水提供熱量。

4、檢測凈水儲罐中所收集凈水的污染物含量，如下表所示。表面所采出的凈水符合GB5749-2006飲用水標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)料海水中所含污染物絕大部分隨濃海水排往取水處。進(jìn)料海水中所含鹽分部分被刮板式薄膜蒸發(fā)器8種的過濾板所截留，部分隨濃海水排往取水處。

以上對本實用新型的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本實用新型并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本實用新型的實質(zhì)內(nèi)容。