离心力场下渐进式约束的热驱动溶液分离方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种离心力场下渐进式约束的热驱动溶液分离方法和装置，所述方法构建渐进式约束分离单元，利用压力随半径增加而升高的原理，在离心力场环境下使水分子逐渐沿离心力方向迁移并被排出，从而实现溶液的分离和提纯。本发明专利技术利用饱和状态下水分子的无束缚状态，对溶液中的水分子进行渐进式约束分离，克服背景技术中存在的问题。

【技术实现步骤摘要】
离心力场下渐进式约束的热驱动溶液分离方法及装置
本专利技术涉及热力学领域，尤其涉及一种利用热力学原理进行溶液分离和提纯的方法和装置。
技术介绍
溶液分离、提纯技术在众多行业都有应用，比如海水淡化、污水处理、吸收式制冷等等，现有技术中溶液分离和提纯的工艺多种多样，能耗需求也各不相同，比如电渗析、反渗透、吸收式制冷的热分离等；其中在吸收式制冷中因为对热能的高度消耗，有“节电不节能”一说，而其他相对节能的分离方法，如电渗析因会改变溶液性质、反渗透因超高的操作压等原因，应用上受到了一定的限制。实际上，在现有技术中，大多数的提纯都需要将水分子汽化或气化后实现溶液的浓度提升或者溶质分子和水分子的分离，也就是说，改变了水的物理形态从而达到溶液的分离或提纯，而使水分子汽化或气化的这部分能量便产生了多余的能量损失，因此，对于倡导节能减排的今天，设计出节能、适用的溶液分离方法来替代高能耗的分离技术显然更具有重大意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种离心力场下渐进式约束的热驱动溶液分离方法和装置，利用饱和状态下水分子的无束缚状态，对溶液中的水分子进行渐进式约束分离，克服
技术介绍
中存在的问题。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种离心力场下渐进式约束的热驱动溶液分离方法，其特征是，所述方法构建渐进式约束分离单元，利用压力随半径增加而升高的原理进行渐进式约束，在离心力场环境下使水分子逐渐沿离心力方向迁移并被排出，从而实现溶液的分离和提纯，所述溶液分离方法具体包括以下步骤：(1)建立离心力场下的分离环境；(2)在分离环境中布置沿离心力方向的渐进式约束分离单元；(3)向分离环境中通入待分离溶液，待分离溶液中的溶质分子和水分子在渐进式约束单元的作用下发生分离，其中水分子能够沿离心力方向进入渐进式约束分离单元；(4)渐进式约束分离单元对水分子进行逐级约束和传递；(5)被约束的水分子在离心力场的作用下在渐进式约束分离单元中沿离心力方向迁移直至以纯水的形式被排出渐进式约束分离单元。在一些优选的方式中，当不断通入新的溶液时，分离方法会不断重复步骤(3)-(5)。进一步地，所述渐进式分离约束单元中设有能够对水分子进行约束的渐进式约束分离结构。进一步地，所述结构包括能够被固定在所述渐进式约束分离单元中且能够吸附或固定水分子的溶质分子、离子或者其他吸水基团。如同强吸水性树脂。进一步地，所述结构包括柔性多孔材料，所述柔性多孔材料中可以固定吸水性的溶质分子、离子或者其他吸水基团。具体地说，渐进式约束分离结构可以采用柔性多孔材料制成，柔性多孔材料的孔的大小满足能够允许水分子通过，在刚性支撑的起始端不允许溶液中的溶质分子通过，这样，当溶液通入时，就只有水分子能够进入到柔性多孔材料内，在压力状态下，溶液处于饱和状态，此时水分子处于无束缚的状态，因此，当饱和溶液通入时，柔性多孔材料能够允许无束缚的水分子进入，但是阻挡了溶质分子，实现初步的分离。当然，在本专利技术中，主要靠离心力产生的压力使溶液达到饱和状态，实际上，溶液达到饱和状态也需要一定的温度，例如室温就可以实现，因此，在本专利技术中所需的热量可以从常温环境中直接获取，不需要其他的能量消耗。在柔性多孔材料中可以设置能够对水分子进行吸附或者固定的材料或者结构。例如高吸水性树脂材料，在树脂中交联合适的亲水基团，与水分子形成对等的吸附状态，从而约束水分子。实现对无束缚状态的水分子的约束，防止水分子气化，从而避免了水分子由液态向气态转化，实现了水分子在饱和状态的直接分离，从而避免了气化时的能量消耗。并且，柔性多孔材料中沿离心力的方向设置多个层级的约束结构，在沿离心力方向的不同半径位置处(也即不同压力下)分别对水分子进行约束(吸附)，在最佳状态下，下一层级的约束结构能够约束上一层级无法约束的水分子，从而形成对水分子的渐进式约束，直至水分子聚集形成纯水状态被排出。进一步地，所述渐进式分离约束单元的起始端设置刚性支撑半透膜结构，能够阻挡溶液中的溶质分子但允许水分子通过。进一步地，所述渐进式分离约束结构的起始位置随溶液浓度的增加而逐渐向离心力的质心靠近。进一步地，所述渐进式分离约束结构的排出位置沿离心力场的某个周向均布，最终在周向上实现纯水的统一排出。本专利技术还提供一种离心力场下渐进式约束的热驱动溶液分离装置，所述装置以实现上述的离心力场下渐进式约束的热驱动溶液分离方法为目的，所述装置包括主轴，所述主轴能够被驱动而转动，所述主轴的外侧设有能够随之转动的转筒；所述转筒内沿周向均布设置设有渐进式约束单元，所述转筒包括溶液入口和溶液出口，所述溶液从溶液入口进入转筒后被所述渐进式约束单元进行分离或提纯，再从所述溶液出口被排出；所述转筒上设有排水口，所述排水口与所述渐进式约束单元连通，用于排出所述渐进式约束单元分离出的纯水；所述渐进式约束单元包括约束单元主体和导热外壳，所述导热外壳包裹在所述约束单元主体外部，所述约束单元主体设有水分子进口和水分子出口，所述导热外壳在所述水分子进口和所述水分子出口所在的侧面留空。进一步地，所述渐进式约束单元在所述水分子进口处设有刚性支撑半透膜结构，所述刚性支撑半透膜结构能够允许所述水分子通过并阻挡所述溶液中的溶质分子。进一步地，所述约束单元主体采用柔性多孔材料制成，所述约束单元主体内设有多个能够用于约束水分子的约束结构，多个所述约束结构沿离心力方向依次设置，且下一个约束结构能够约束上一个约束结构释放出来的水分子。进一步地，所述渐进式约束单元分层布置，且沿溶液的流向依次向轴心方向增加尺寸。由于溶液在分离过程中浓度是依次升高的，所以相应地，渐进式约束单元的尺寸也要依次增加，以适应不同的浓度下都提供适合的初始压力值。进一步地，在本专利技术的装置中，主轴可以是中空结构，能够用于通入补充的换热液，以弥补有些情况下环境热量的不足，或者在环境热量无法迅速补充温度的时候，可以通入换热液以维持整个装置中的温度恒定，所述中空主轴的两端分别设有换热液入口和换热液出口，所述换热液入口和所述换热液出口分别通过轴封和换热液管道连通。进一步地，所述转筒的两端分别设置溶液出口和溶液入口，所述溶液的通入方向与所述换热液的通入方向相反。进一步地，所述溶液入口和所述溶液出口分别通过轴封连接溶液接入管道和溶液接出管道。进一步地，所述中空主轴的两端分别设置支撑轴承，所述中空主轴的一端设有传动轮，用于向中空主轴传递动力。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术分离方法设计了能够对水分子进行传质分离的渐进式分离单元，在渐进式分离单元中，水分子受到离心力的作用，在不同的压力下，逐渐由内而外地积聚(或被吸附/固定)直至形成纯水，从而实现无物理状态变化的水和溶质的分离，特别适用于需要溶液分离的场合，如污水处理、溶液提纯等等。(2)在本专利技术的装置中，换热液体从中空主轴的轴心位置流入，通过换热液通道流向渐进式约束单元的外侧间隙，热交换后从轴心流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.离心力场下渐进式约束的热驱动溶液分离方法，其特征是，所述方法构建渐进式约束分离单元，利用压力随半径增加而升高的原理进行渐进式约束，在离心力场环境下使水分子逐渐沿离心力方向迁移并被排出，从而实现溶液的分离和提纯，所述溶液分离方法具体包括以下步骤：/n(1)建立离心力场下的分离环境；/n(2)在分离环境中布置沿离心力方向的渐进式约束分离单元；/n(3)向分离环境中通入待分离溶液，待分离溶液中的溶质分子和水分子在渐进式约束单元的作用下发生分离，其中水分子能够沿离心力方向进入渐进式约束分离单元；/n(4)渐进式约束分离单元对水分子进行逐级约束和传递；/n(5)被约束的水分子在离心力场的作用下在渐进式约束分离单元中沿离心力方向迁移直至以纯水的形式被排出渐进式约束分离单元。/n

【技术特征摘要】
20201104 CN 20201121799061.离心力场下渐进式约束的热驱动溶液分离方法，其特征是，所述方法构建渐进式约束分离单元，利用压力随半径增加而升高的原理进行渐进式约束，在离心力场环境下使水分子逐渐沿离心力方向迁移并被排出，从而实现溶液的分离和提纯，所述溶液分离方法具体包括以下步骤：
(1)建立离心力场下的分离环境；
(2)在分离环境中布置沿离心力方向的渐进式约束分离单元；
(3)向分离环境中通入待分离溶液，待分离溶液中的溶质分子和水分子在渐进式约束单元的作用下发生分离，其中水分子能够沿离心力方向进入渐进式约束分离单元；
(4)渐进式约束分离单元对水分子进行逐级约束和传递；
(5)被约束的水分子在离心力场的作用下在渐进式约束分离单元中沿离心力方向迁移直至以纯水的形式被排出渐进式约束分离单元。


2.根据权利要求1所述的离心力场下渐进式约束的热驱动溶液分离方法，其特征是，所述渐进式分离约束单元中设有能够对水分子进行约束的渐进式约束分离结构。


3.根据权利要求2所述的离心力场下渐进式约束的热驱动溶液分离方法，其特征是，所述结构包括能够被固定在所述渐进式约束分离单元中且能够吸附或固定水分子的材料，如同强吸水性树脂。


4.根据权利要求3所述的根据权利要求2所述的离心力场下渐进式约束的热驱动溶液分离方法，其特征是，所述结构包括柔性多孔材料，所述柔性多孔材料中可以固定能够吸附水分子的溶质分子、离子或者其他吸水基团。


5.根据权利要求2所述的离心力场下渐进式约束的热驱动溶液分离方法，其特征是，所述渐进式分离约束单元的起始端设置半透膜结构并刚性支撑，能够阻挡溶液中的溶质分子但允许水分子通过。


6.根据权利要求1所述的离心力场下渐进式约束的热驱动溶液分...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学文，
申请(专利权)人：张学文，
类型：发明
国别省市：浙江;33