專(zhuān)利名稱(chēng)：海水或苦咸水的增濕－去濕淡化裝置與過(guò)程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種增濕-去濕淡化裝置與過(guò)程，屬于海水或苦咸水淡化技術(shù)。
背景技術(shù)：
普通的增濕-去濕淡化工藝是在太陽(yáng)能蒸餾器的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，它將蒸發(fā)設(shè)備與冷凝設(shè)備分離，分別控制各自的溫度，在蒸發(fā)設(shè)備中用鹽水增濕空氣，在冷凝設(shè)備中使?jié)窨諝饫淠竦玫降?。該過(guò)程可以通過(guò)各種不同型式的蒸發(fā)設(shè)備和冷凝設(shè)備來(lái)實(shí)施。如ZL98232617.3采用一種紙張交叉式紙蜂窩結(jié)構(gòu)或多孔陶瓷結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)設(shè)備為核心部件，與另外一個(gè)冷凝設(shè)備和其它輔助設(shè)備組成了一套增濕-去濕淡化系統(tǒng)。
然而，在這些普通的增濕-去濕淡化系統(tǒng)中，蒸發(fā)增濕過(guò)程和冷凝去濕過(guò)程分別在兩個(gè)分離的設(shè)備中完成，這使得整個(gè)淡化系統(tǒng)比較復(fù)雜，投資也相應(yīng)比較大。而且，由于蒸發(fā)增濕過(guò)程需要消耗大量的汽化潛熱，在一個(gè)分離的蒸發(fā)設(shè)備中，這些汽化潛熱只能由進(jìn)料海水或苦咸水的顯熱提供，這就從能量供給上限制了鹽水的汽化量，進(jìn)而制約了淡水產(chǎn)量；與此同時(shí)，在冷凝設(shè)備中，大量冷凝潛熱則被浪費(fèi)，或僅僅用低效率的大溫差傳熱方式預(yù)熱進(jìn)料補(bǔ)充水，這也制約了過(guò)程熱效率的提高。
增濕-去濕淡化過(guò)程是在沸點(diǎn)以下操作的過(guò)程，因此選用一些廉價(jià)易得的高分子材料作為換熱元件是降低裝置造價(jià)的有效途徑之一。有人用多層平板聚酯高分子薄膜組成壓緊板框式換熱結(jié)構(gòu)，但出于換熱效率考慮，高分子膜只能采用很薄的厚度，為避免其在受熱操作時(shí)松弛變形導(dǎo)致相鄰層的薄膜粘貼在一起，相鄰層之間必須保持足夠的距離，這使得整個(gè)設(shè)備在單位體積內(nèi)的有效傳熱面積大大減小。平板薄膜結(jié)構(gòu)型式的另一個(gè)缺點(diǎn)是整個(gè)設(shè)備的密封困難，且很難進(jìn)行有效的傳熱強(qiáng)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種海水或苦咸水的增濕-去濕淡化裝置。該裝置設(shè)備簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊，過(guò)程操作簡(jiǎn)便、投資少。
本發(fā)明是通過(guò)下述的技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的。用于海水或苦咸水的增濕-去濕淡化裝置，該裝置包括換熱器和氣水分離器，其特征在于換熱器由換熱管1和殼體2構(gòu)成立式管殼式結(jié)構(gòu)；殼體的上端設(shè)有封頭4，它的頂端與殼體上部設(shè)有連通管7，該管上開(kāi)設(shè)輔助加熱口6，該封頭內(nèi)的換熱管端伸出高于管板，且在其管壁上開(kāi)設(shè)小孔或管端開(kāi)設(shè)缺口；在換熱管與殼體之間間隙設(shè)置折流檔板9；殼體的下端設(shè)置下封頭11，其上設(shè)有載氣進(jìn)口14和濃鹽水出口13。
上述殼體內(nèi)的換熱管至少2根，換熱管的材質(zhì)為聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯或聚酰胺；或是金屬的鈦、銅、鋁、鈦合金、銅合金或鋁合金；換熱管內(nèi)徑為1～15mm，壁厚為0.05～0.5mm，長(zhǎng)度為1～5m。
采用上述的裝置，實(shí)現(xiàn)海水或苦咸水的增濕-去濕淡化過(guò)程海水或苦咸水沿?fù)Q熱管內(nèi)壁自上而下流動(dòng)，空氣，氮?dú)饣蚨趸驾d氣體由換熱管下端引入，自下而上流動(dòng)，氣夜兩相不斷接觸，載氣不斷被增濕，然后進(jìn)入殼程，經(jīng)冷卻去濕，氣液混合物流至殼體外部經(jīng)氣液分離后得到淡水，其特征在于進(jìn)料海水或苦咸水的溫度為50～95℃，換熱管內(nèi)鹽水的降膜負(fù)荷(單位長(zhǎng)度潤(rùn)濕周邊上單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)的進(jìn)料鹽水的質(zhì)量)為0.0001～0.01kgm-2s-1，操作氣液比(載氣中的干空氣與進(jìn)料水的質(zhì)量流量之比)為0.1～2，汽氣比(外加熱量折合的純蒸汽質(zhì)量流量與干空氣的質(zhì)量流量之比)為0～0.2，單位傳熱面積上的冷凝淡水的產(chǎn)量為0.05～3.0kgm-2h-1。
本發(fā)明所提供的載氣脫鹽工藝，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其主要優(yōu)點(diǎn)在于裝置熱效率高，單位傳熱面積的產(chǎn)量大，常壓操作，裝置規(guī)模靈活，投資小，操作簡(jiǎn)單，利用太陽(yáng)能等低位熱能方便等。


圖1是本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖中1-換熱管；2-殼體；3-熱鹽水進(jìn)口；4-上封頭；5-濕氣體出口；6-輔助加熱口；7-連通管；8-冷凝氣體進(jìn)口；9-折流檔板；10-冷凝氣體和淡水出口；11-氣水分離器；12-下封頭；13-濃鹽水出口；14-載氣進(jìn)口。
具體實(shí)施例方式
采用如圖1所示的管殼式結(jié)構(gòu)的淡化裝置，操作時(shí)該裝置豎直放置。其中蒸發(fā)增濕過(guò)程在換熱器的管程完成，冷凝去濕過(guò)程在換熱器的殼程完成。經(jīng)過(guò)預(yù)熱的進(jìn)料海水或苦咸水從熱鹽水進(jìn)口3引入上封頭4內(nèi)，通過(guò)溢流，或者通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的液體分布裝置，使海水或苦咸水均勻分布進(jìn)入管內(nèi)，并靠重力作用沿管內(nèi)壁降膜流動(dòng)。進(jìn)料水的溫度一般在50～95℃之間，流量則視設(shè)備換熱管數(shù)目和直徑的不同而不同，通常降膜負(fù)荷在0.0001～0.01kgm-2s-1之間，以0.0008～0.008kgm-2s-1為佳。載氣由風(fēng)機(jī)自下封頭12上的載氣進(jìn)口14引入管程，其適宜流量隨進(jìn)料水流量變化，通常操作氣液比在0.1～2之間。載氣在管內(nèi)自下而上流動(dòng)，與覆蓋在管子內(nèi)壁的鹽水逆流接觸，使得鹽水表面附近的水蒸汽被不斷帶走，一部分鹽水也在汽液界面不斷汽化以補(bǔ)充帶走的水蒸汽。而自殼程傳遞過(guò)來(lái)的熱量也不斷被鹽水吸收，以補(bǔ)充蒸發(fā)消耗的潛熱。這里鹽水不斷汽化的過(guò)程，也是載氣不斷被增濕的過(guò)程。部分蒸發(fā)后的濃鹽水從管子下端流出，在下封頭匯集后由濃鹽水出口13直接排放或循環(huán)利用。載氣在管內(nèi)被增濕后，得到的混合氣體從管子上端離開(kāi)，在上封頭匯集后由濕氣體出口5通過(guò)連通管7引入殼程。進(jìn)入殼程的混合氣體自上而下不斷冷卻，其中攜帶的大部分水蒸氣則冷凝成淡水，而冷凝潛熱則通過(guò)管壁傳遞到管內(nèi)被蒸發(fā)過(guò)程再利用。最后，載氣和冷凝淡水從出口10離開(kāi)，經(jīng)由氣水分離器11后收集冷凝淡水，載氣則被直接排放或循環(huán)利用。
為了建立殼程與管程之間的傳熱溫差，可以在管程增濕得到的混合氣體進(jìn)入殼程冷凝之前，將其溫度稍加提高。這可以通過(guò)由輔助加熱口6引入一定量的外加純蒸汽來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以在連通管7上設(shè)置一中間容器，通過(guò)熱交換的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。這一溫度的提高幅度一般在5℃以下，操作汽氣比為0～0.2。
本發(fā)明所提供的這種增濕-去濕淡化裝置與氣液操作模式，通過(guò)熱傳遞將冷凝過(guò)程與蒸發(fā)過(guò)程耦合起來(lái)，有效地將殼程冷凝潛熱傳遞到管程，為蒸發(fā)鹽水提供汽化潛熱，既強(qiáng)化了增濕過(guò)程，提高了淡水產(chǎn)量，也使得過(guò)程的熱利用效率較普通的增濕-去濕工藝大大提高。
以下是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。換熱器的換熱管束由73根紫銅管組成，管子規(guī)格為外徑6mm，壁厚0.25mm，長(zhǎng)2400mm。紫銅管按正三角形方式排列，有效換熱面積為2.75m2。殼體內(nèi)徑78mm，外徑90mm，材質(zhì)為聚丙烯。殼程均勻設(shè)置有40個(gè)折流擋板。不同操作條件下的淡水產(chǎn)量數(shù)據(jù)如下表所示表一、不同操作條件下載氣脫鹽過(guò)程的冷凝水產(chǎn)量

可見(jiàn)，使用較小的傳熱面積和很少量的外加蒸汽，小型脫鹽裝置的產(chǎn)量能達(dá)到0.6kg/m2h以上，而現(xiàn)有技術(shù)的這一指標(biāo)多數(shù)在0.2kg/m2h以下。
權(quán)利要求
1.一種海水或苦咸水的增濕-去濕淡化裝置，該裝置包括換熱器和氣水分離器，其特征在于換熱器由換熱管(1)和殼體(2)構(gòu)成立式管殼式結(jié)構(gòu)；殼體的上端設(shè)有封頭(4)，它的頂端與殼體上部設(shè)有連通管(7)，該管開(kāi)設(shè)輔助加熱口(6)，該封頭內(nèi)的換熱管端伸出高于管板，且在其管壁上開(kāi)設(shè)小孔或管端開(kāi)設(shè)缺口；在換熱管與殼體之間間隙設(shè)置折流檔板(9)；殼體的下端設(shè)置下封頭(12)，其上設(shè)有載氣進(jìn)口(14)和濃鹽水出口(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海水或苦咸水的增濕-去濕淡化裝置，其特征在于殼體內(nèi)的換熱管至少2根，換熱管的材質(zhì)為聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯或聚酰胺；或是金屬的鈦、銅、鋁、鈦合金、銅合金或鋁合金；換熱管內(nèi)徑為1～15mm，壁厚為0.05～0.Smm，長(zhǎng)度為1～5m。
3.一種采用權(quán)利要求1所述的裝置，實(shí)現(xiàn)海水或苦咸水的增濕-去濕淡化過(guò)程海水或苦咸水沿?fù)Q熱管內(nèi)壁自上而下流動(dòng)，載氣由換熱管下端引入，自下而上流動(dòng)并不斷被增濕，之后進(jìn)入殼程經(jīng)冷卻去濕得到淡水，特征在于進(jìn)料海水或苦咸水的溫度為50～95℃，換熱管內(nèi)鹽水的降膜負(fù)荷為0.0001～0.01kg m-2s-1，操作氣液比為0.1～2，汽氣比為0～0.2，單位傳熱面積上的冷凝淡水產(chǎn)量為0.05～3.0kg m-2h-1。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種增濕－去濕淡化裝置與過(guò)程，屬于海水或苦咸水淡化技術(shù)。該裝置的主體為一個(gè)由換熱管和殼體構(gòu)成的立式換熱器，其上封頭設(shè)有輔助加熱連通管，封頭內(nèi)的換熱管端開(kāi)設(shè)小孔或管端開(kāi)設(shè)缺口，在換熱管與殼體之間間隙設(shè)置折流檔板，殼體的下封頭上設(shè)有載氣進(jìn)口和濃鹽水出口。換熱管采用高分子材料或金屬材料。實(shí)現(xiàn)海水或苦咸水的增濕－去濕淡化過(guò)程海水或苦咸水沿?fù)Q熱管內(nèi)壁自上而下流動(dòng)，載氣由換熱管下端引入，自下而上流動(dòng)并不斷被增濕，之后進(jìn)入殼程經(jīng)冷卻去濕得到淡水。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的增濕－去濕淡化工藝與裝置具有熱效率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、規(guī)模靈活、投資小、操作簡(jiǎn)單、利用太陽(yáng)能等低位熱能方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F1/20GK1583582SQ20041001944
公開(kāi)日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月28日
發(fā)明者王世昌, 熊日華, 王志, 解利昕, 李憑力, 徐世昌, 王紀(jì)孝, 王宇新, 朱愛(ài)梅, 丁濤 申請(qǐng)人:天津大學(xué)