海水脱盐方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种海水脱盐的方法，其中，海水在第一套系统（１３）内蒸发和冷凝，第二介质（１４），最好为未处理水在包含一冷凝器（６６）的独立的第二套系统中蒸发和冷凝。第二套系统在空间上是和第一套系统分开的。第二介质预先在冷凝器（６６）中在过压状态下加热到较高温度，再用以加热蒸发海水。利用在第二套系统（１１）中海水蒸气冷凝所放出的热来蒸发第二介质。供给第一套系统的全部海水被分为流量大致相等的第一组分流（２３）和第二组分流（１４）。第一组分流在第一热交换器（２８）中用第一套系统产生的热蒸馏水加热到接近第一套系统的沸腾温度，第二组分流在第二热交换器（３８）中用排放出的热淤浆流也加热到这个温度。单位时间所供应的海水总量与单位时间排放的淤浆液量的比值（浓度因子ＣＦ）取大于１小于２。该过程适用于海水热脱盐，能用省能的方式生产高质量的无菌蒸馏水，同时还能蒸发低浓度的海水。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种分别如权利要求1的前序部分和权利要求9的前序部分所述的海水脱盐方法和装置。新鲜水和饮用水是一种宝贵资源，不仅是在干旱地区对它的需求相当迫切，就是在工业化国家，对它的需要量也与日俱增。天然水资源的日见缺乏促使人们去努力寻求新的饮用水资源，去处理净化非饮用水，如海水。尤其是在非常干旱的地区，非常需要一种由海水生产农业灌溉用水的方法。常用的海水脱盐法有逆渗透法(RO)，蒸汽再压缩-蒸发法(VR)，和多效蒸发法(MSF，ME)。在逆向渗透法中，海水在压力下通过一半透膜达到净化的目的。但是，RO法的缺点为对被污染水，尤其油污染水相当敏感，因此原料水需要控制其质量。在VR法中，海水不需要经高压，而是在减压下蒸发，然后再压缩冷凝。在负压下蒸发，在那些被细菌和有机质污染的沿海地区，要从海水中得到高质量的饮用水必须要很高的额外费用，尤其是化学品支出，其理由如下第一，在如此低的蒸发温度下，仅非挥发组份如盐类能从海水中分离，它们可通过相转移而提取出来。在多数情况下，仅用此法不可能从水中分离掉挥发性组份。第二，在观察到蒸馏水中的微生物时，真空蒸馏法的缺点就更明显了。从已发表的研究结果知道，微生物、细菌等仅能在一定的温度下，经过与温度相应的一定时间才能杀死。根据污染程度，这在从海水制取饮用水的过程中是一个很重要的方面，因为真空蒸馏法不能保证非蒸发水或杂质不进入蒸馏水中。第三，以类真空蒸馏法需要在蒸馏管线中有一个泵，以便在真空下从装置中抽出生产出的蒸馏水，只有这样才能克服真空和常压之间的压差。其结果必然造成蒸馏水被泵的运转部件再污染，增加装置费用和维修费用。多效蒸发法需要热蒸气作为热能能源，其缺点是需要连续消耗处理过的水以便产生蒸发过程所需要的热蒸气。在如沙漠之类的干旱地区，这种水一般得不到，或者会减小工厂的蒸馏能力。在海水脱盐中必须特别注意不能过过CaSO4(硫酸钙)的溶解度极限。但是，随着浓度和温度的增加，海水很快达到饱合，以致于在标准的海水含无水硫酸钙浓度情况下，110℃时就达到了溶解度极限。若海水的含盐度更高，达到溶解度极限的温度会更低(H.E.Hoenig，海水和海水蒸馏，68-69页，Fichtner手册，由Vulkan，Essen出版)。在蒸发过程中，海水脱盐过程进入高含盐量区越深，三种硫酸钙形态沉淀的趋向也越大。必须保证在上述过程中，沉淀不会堵塞半透膜，或堵住蒸发器。如果冲洗速度高，则可防止达到相应的浓度。通常，为防止沉积，海水中要加入添加剂，以阻止硫酸钙的各种形态(如无水硫酸钙，含水硫酸钙和石膏)结晶出来，或在硬化剂存在下产生“阀限”效应。使用高冲洗速度的缺点是要消耗额外的能量。对于RO工厂则需提高泵送能力，对于MSF和VR工厂，则因冲洗用水量增加并需要加热到相应的沸腾温度，使需加热的海水量也增加，从而增加了耗热量。DE2600398C2在其权利要求的前序部分提出了一种蒸馏未处理水的方法和装置。用该法处理预先脱去盐和矿物质的未处理水，生产高纯无菌蒸馏水，其量几乎与供给装置的未处理水量相同。但该蒸馏未处理水的方法和装置不能适用于海水脱盐。如果以海水为原料供应该装置，则在很短的时间内，整个系统就会被盐水中存在的三种硫酸钙形态和其他盐类所堵塞。因此，本专利技术的目的就是要开发一种如本说明书的开头所述的方法和装置，该方法和装置能适用于海水热脱盐，以生产高质量的无菌蒸馏水，同时较低浓度的海水也被蒸发，从而达到节能的目的。为解决此问题，在权利要求1和9中分别提供了本文开头提出的方法和装置。按照本专利技术，因为采用了较小的浓度因子CF值，在第一套系统中达到海水的低盐浓度是有可能的，这就意味着本专利技术提出的方法是在特定的硫酸钙形态(也包括海水中常见的其他盐类)的饱和浓度线以上一点的范围内进行的(该饱和浓度线是参照无水硫酸钙(在硫酸钙结晶中不含水)或锅炉沉淀结垢而得出的)。这也意味着，为防止无水硫酸钙在第一套系统中结晶出来，只需添加相当少量的添加剂就足够了，从而有利于环保。与高冲洗速率相联系的低盐浓度防止了第一套系统运行中沸腾温度的上升，从而又有利于第二套系统中冷凝器的设计。此类CF值特别适合低产量或中等产量的工厂。因为所用的双循环系统在过压下操作，不需要用泵抽出蒸馏水，因此蒸馏水的纯度能保持在离开第一套系统时的水平。冷凝过程进而产生高质量的新鲜水，比如其NaCl的含量小于5ppm。使用旋风沉降法生产蒸馏水的方法还能生产无菌蒸馏水。因为蒸馏水无菌无盐，经适当调配后，它可用于各种目的。按照权利要求2和10的特征，1.3和1.4之间已被证明是合适的CF值。其结果是，海水冷凝器可以在比蒸馏水量高3倍的流通量下操作。因此，冷凝器中液体的流速也可比无冲洗设施的蒸馏水生产厂(假设是非连续式或批式操作)高出三倍。蒸发器中液体流速增加，改进了蒸发器中的传热效率，降低了在蒸发器壁生成沉积物的倾向和被腐蚀倾向，因为防止了能引起裂缝腐蚀爆裂的沉积层生成。同时，它也减少了防垢添加剂的加入量，如果需要加入的话。它还能在不需增加循环泵的情况下提高蒸发器的循环因子。提高循环因子的结果使得海水能在蒸发温度下保持较长的时间，从而增加了F0值(衡量过程的灭菌质量的指标)。因此比起短的保持时间来，也就更能保证杀灭海水中的微生物。对比之下，CF值为2时，液体流速仅为两倍。CF值小于1.3(例如1.2)确实意味着进一步提高了液体流速，但它也增加了热交换单元的压力损失。但是，如果要保证冲洗水能自动排放，这种压力降又不允许太大。(自动排放要求110℃时蒸发器内过压约为0.3bar)如果出现故障，工厂自身可能会排于，对于可能在冷却过程中产生的各种各样的堵塞问题来说，这是非常重要的。要保证在高流通量下维持低压力降，热交换器就必须很大，费用也很高。采用低液体流速又有在器内形成沉淀或堵塞的危险。采用太高的流通量还会带来能耗问题，因为在蒸发器内的全部海水都必须加热到沸腾温度(如110℃)，因此必须增加额外的能耗。这反过来又会影响经济性。按照权利要求3和11的特征，热传递效率可以达到最佳水平。和MSF法相比，用VR法，所始能耗可节省2.5至1倍(W.Lorch，水净化手册，1987年第二版，由Ellis HorwardLimited，Chichester出版)。本专利技术所描述的方法，其总能耗大致和VR法相等。每小时产10m3蒸馏水耗能480kw/小时，相当于每千克蒸馏水耗能0.048kw，或耗热41.3kcal。在本专利技术的第一实施方案中，按照权利要求4和12的特征，借助于设置在双循环系统中的加热器，就可达到比预热过的组分流体温度稍高的沸腾温度。在本专利技术的第二实施方案中，按照权利要求5和13和/或14的特征，提供了一种参照双循环系统的外加热装置，以能与在装置上占优势的能量条件相适应。因为工厂的所有部件均暴露在腐蚀性的海水面前，按照权利要求15，所有传热装置要按耐腐蚀，耐坑蚀的要求设计。按照权利要求6和16的特征，进一步增加了蒸发器中的流速，因而进一步改进了上述过程的可变性。按照权利要求7和17的特征，提供了一个计量站，以能按比较低的用量加入添加剂。把蒸馏水用作饮用水时，需对蒸馏水作再生处理。因为饮用大量蒸馏水会干扰人体内的矿物质平衡。因此，必须在饮用水中加入某些本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海水脱盐方法，其中，海水在第一套系统中蒸发和冷凝，一种第二介质，它优选为未处理过的水，在与第一套系统分开的、带有一压缩机的、独立的第二套系统内蒸发和冷凝，第二介质在过压状态下在压缩机中予先加热，并用它来加热蒸发海水，第二介质又通过海水蒸气的冷凝放热在第二套系统内蒸发，其中海水蒸气被导入一旋风分离器，其特征在于，供给第一套系统的海水被分为第一组分流和第二组分流，两股组分流的流量至少是大致相等，第一组分流在第一热传输器中由第一套系统中产生的热蒸馏水、第二组分流在第二热传输器中由排放的热冲洗液，都加热到接近第一套系统沸腾温度的温度，单位时间所供给的总海水量与单位时间的冲洗液量之比选择为大于１小于２（浓度因子ＣＦ）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：雅各布霍伊斯，
申请(专利权)人：雅各布霍伊斯，
类型：发明
国别省市：DE[德国]