專利名稱：鹽水脫鹽產生淡水的方法
技術領域：
本發明涉及一種在常壓空氣條件下鹽水蒸發產生蒸汽，蒸汽冷凝產生淡水的方法。鹽水蒸發所需能量被循環使用，即鹽水蒸發所需的絕大部分能量來自于鹽水蒸發所產生的蒸汽冷凝的熱量。同時基于液體除濕劑對空氣的除濕升溫作用，為冷凝熱的回收創造條件。液體除濕劑被多級再生。
本發明旨在以盡可能少的能耗代價從鹽水(海水、苦咸水等)或廢水中獲取淡水，且裝置的成本較低；即實現一種經濟高效實用的從鹽水或廢水中產水的方法。
現有的主要方法包括兩大類，即熱過程和膜過程方法，前者有多級閃蒸、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、膜蒸餾和太陽能干燥等。主要方法的缺點是設備復雜，成本高，小型化困難，能耗也有待進一步降低。次要方法的缺點包括能耗大，難于大規模生產或有特定的適用場合等。
以多效蒸餾法為例，其能耗依賴于分級的多少，而過多的分級導致設備復雜程度和成本的增加，另一方面，增加分級的數量，勢必要求增加最高蒸發溫度或降低最低蒸發溫度。前者受到海水結垢溫度的制約；而對于后者，由于水蒸汽在溫度降低時比容增大等因素的影響，其經濟意義和實際意義都不大。此外，由于其要求在多個壓力下工作，其維護等較復雜。
圖1為該方法原理示意圖。1為主體部分，2為多級再生器部分。主體部分包括蒸發/冷凝裝置3、除濕熱交換器7、熱交換器9、冷凝水收集罐8、進鹽水裝置6及排鹽水裝置10。多級再生器部分包括多個串聯的階式蒸發冷凝器11、12、13、14(圖中有4個，但不限于4個，可多可少)和1個溶液爐23。完成整個循環，需要有風機、泵等裝置驅動流體，圖中未示出。
在圖1中，冷的空氣A4-1進入到蒸發室4，鹽水Ws也進入到蒸發室4并在其中噴淋，沿空氣流動方向，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。從鹽水中蒸發出的水分被空氣荷載。離開蒸發室4的空氣A4-2分為兩股，即A4-3和A4-4，分別進入除濕熱交換器的兩個通道。A4-3被鹽水繼續加濕，并升溫，形成A4-7；A4-4被來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與來自再生器的第一級的空氣A4-6(其與A4-7有相近的濕度和溫度)混合后形成A4-5，進入到冷凝室5。冷凝室5與蒸發室4通過傳熱壁隔離，兩者通過傳熱壁有熱的交換，沒有物質的交換。在冷凝室5中，A4-5在其流動方向上逐漸降溫，且其荷載的水蒸汽不斷冷凝，放出熱量供蒸發室4所需能量，同時產出可飲用的冷凝水Wp。A4-5經過冷凝室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，一股空氣經過熱交換器9被待蒸發的鹽水冷卻，形成A4-1；另一股空氣A4-11被送往再生器的第一級的蒸發器22。A4-2經過蒸發器22加濕升溫后形成A4-6。至此完成主體部分的整個循環。
除濕液的再生過程如下從除濕熱交換器7出來的稀溶液Dd進入到再生器多個串聯的階式蒸發冷凝器11、12、13、14的蒸發器16、18、20、22中經過蒸發后被部分濃縮，，離開蒸發器16、18、20、22的溶液相混合后形成部分再生除濕液Dp。前一級蒸發所需能量均來自后一級。以第一級為例，蒸發器22所需能量來自于在14與13之間循環的空氣A3，即A3在13的蒸發室20中被加濕升溫后進入14的冷凝室21中被冷凝，釋放熱量供蒸發室22所需能量。其它可照此分析。部分再生除濕液Dp進入溶液爐23，在其中被煮沸，進一步濃縮形成完全再生除濕液Dc，同時產生蒸汽S。蒸汽S進入串聯的階式蒸發冷凝器的最后一級11的冷凝室15被冷凝，并釋放熱量供蒸發室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。至此完成整個除濕液再生的循環。
圖2為以溴化鋰為除濕液進行海水淡化的實例。圖中列出了有關的參數。其造水比約為20。其每平方米傳熱面積的產水率可達6kg/hr。其設備成本及運行費用均低于目前其它設備，如反滲透膜裝置、多效蒸發裝置、蒸汽壓縮裝置及其混合形式的裝置等的設備成本及運行費用。從實例給出的參數可看出，其要求的最大蒸發溫度較低，既可避免海水的結垢，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單的再生裝置，相對較復雜的再生裝置，其效率較低，適用于生產能力較小的脫鹽設備。具有加工簡單、成本低、維護容易等特點。即使采用簡單的再生裝置，脫鹽設備在進行海水淡化時，其造水比仍可達20以上。
對于大型的脫鹽設備，如大型海水淡化廠，可采用較復雜的高效再生裝置。對于海水淡化而言，其造水比可達50以上。遠遠高于目前大型海水淡化裝置造水比(約20)的水平。
權利要求
1.一種鹽水脫鹽產生淡水的方法，一種常壓空氣條件下鹽水蒸發產生蒸汽，蒸汽冷凝產生淡水的方法，其特征為有一個蒸發/冷凝裝置3，其蒸發室4和冷凝室5通過傳熱壁隔離。在蒸發室4中，鹽水在流動的空氣中蒸發產生蒸汽，沿空氣流動的方向，空氣溫度升高，濕度增大；從蒸發室4中流出的空氣A4-2，部分或全部被加熱加濕后，進入冷凝室5。冷凝室5中的空氣被冷卻并向蒸發/冷凝裝置3的另一側蒸發室4放熱。冷凝室5中的空氣，沿空氣流動方向，溫度降低，濕度減小，空氣中的水蒸汽冷凝并產出冷凝水，即淡水。蒸發室4中鹽水蒸發所需能量的大部分來自于冷凝室5的空氣中水蒸汽冷凝所產生的冷凝熱。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于從冷凝室5中流出的空氣，經冷卻后又返回到蒸發室4中循環。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于從蒸發室4中流出的空氣，只有部分即A4-3，被加熱加濕后進入冷凝室5。
4.如權利要求1或3所述的方法，其特征在于將進入冷凝室5的空氣A4-3，其加熱加濕是通過除濕熱交換器7實現的，即在除濕熱交換器7的一個通道中，A4-3經加熱加濕變成A4-7，而加熱加濕所需能量來自除濕熱交換器7的另一個通道，在此通道中，從蒸發室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和非沸騰蒸發相結合。
8.如權利要求5或6或7所述的方法，其特征在于非沸騰蒸發是采用多級串聯，即前一級蒸發所需能量來自后一級。
9.如權利要求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蒸發室中的空氣將與A4-7混合后進入蒸發/冷凝裝置3的冷凝室5，其熱量得到回收。
全文摘要
本發明是有關基于在常壓條件下鹽水蒸發產生水蒸汽，水蒸汽冷凝，并回收其冷凝熱以供鹽水蒸發所需熱量的機理實現對苦咸水、海水等脫鹽產生淡水的方法。即鹽水在空氣中蒸發，同時蒸發出來水分又在一定的條件下冷凝，熱量可循環利用。同時基于除濕劑液體對空氣的除濕升溫作用，為冷凝熱的回收創造條件。該方法只消耗極少的能源用于除濕劑的再生。該方法包括兩個部分即主體部分和再生器部分。工藝簡單、維護容易、成本低廉，造水比可達20－50以上。
文檔編號C02F1/04GK1408647SQ01141939
公開日2003年4月9日 申請日期2001年9月25日 優先權日2001年9月25日
發明者袁一軍 申請人:袁一軍