优化工作交换机系统技术方案

一种用于节省在反向渗透过程中所用的能量的优化系统，所述优化系统产生、控制和测量能量恢复工作交换机中的虚拟隔膜，多孔分流板、不同尺寸的容器和贮液罐放置在最佳高度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于反向滲透的工作交換机系统的领域，具体来讲，涉及ー种优化工作交換机系统，用于节省在反向滲透エ艺中所用的能量。
技术介绍
反向渗透是本领域中ー种已知过程，用于向世界上那些海水充足而淡水匮乏的地区提供水。反向渗透是ー种需要采用与正向渗透カ相反的力来使包含溶质的溶液通过半透膜的过程。这个过程有将溶液流分成滲透流和废液流的效果。滲透流的盐分很低，通常适于饮用。废液流的盐分比溶液的盐分高，被称为“浓缩液”。反向渗透过程需要足够的能量，采用半透膜将溶液分成滲透流和浓缩流。所需的·能量主要是对用来推动液体通过半透膜的高压泵供电。工作交换机是本领域现有的ー种能量恢复装置，用于通过恢复包含在离开反向渗透膜(半透膜)模块的浓缩液中的势能(压能)来減少反向渗透过程所需的净能量。当将反向渗透过程用于诸如海水之类的溶液时，包含在浓缩液流中的势能的量通常占到反向渗透过程所需总能量的60%。工作交換能量恢复装置具有通过恢复包含在浓缩液流中的多达98%的势能来提高效率的潜能。通过采用多对以适当顺序工作的压カ容器，工作交換机系统用来使从浓缩液流中恢复能量的过程连续。通常的工作交換机系统采用多个容器和多个贮液罐。贮液罐是填充了海水的低压装置。贮液罐可以被提升或者可以被加压。提升了的贮液罐基本上处于大气压カ(I巴)，但因为贮液罐被提升，位于贮液罐下方(即，位于被提升了的贮液罐下方)的处理设备中有落差(head)。如果在提升了的贮液罐中保持海水水平，落差(以米或英尺“水柱”为单位测得的压カ)会保持恒定，液体水平中的微小变化会导致落差的轻微变化。通过采用在贮液罐中尽可能产生连续压カ的泵(即由空气或氮气填充的囊辅助)，加压的贮液罐仿真提升的效果。“压力”和“落差”是本领域中公知的直接相关的概念。容器是工作交換机中采用的部件。对于采用工作交換机的反向渗透过程来讲本质上有两种容器膜压カ容器和工作交换机压力容器。膜压カ容器包含反向滲透膜。工作交换机压力容器包含溶质和浓缩液，可以包含用于分离溶质和浓缩液的界面(隔膜)。本领域已知的工作交換机容器被反向滲透膜所需的大约70巴的最大压カ加压和减压。通过引导浓缩液流使之与低压溶液方向相反实现了从浓缩液流中恢复能量的过程，低压溶液要在接触除盐设备的反向滲透部件的膜吋/之前被除盐。使充有处于大气压力或略高于大气压カ的溶质的容器与处于高压的浓缩液流接触，可以实现除盐操作。实际上，高压被立即转移到低压溶质，使得低压溶质被加压至与高压浓缩液流相同的压力水平。通常由以适当顺序工作的成对压カ容器组成的工作交換机系统使这个过程连续。在两冲程循环中采用的每个压力容器具有至少两个端ロ 一端的浓缩液端ロ以及另ー端的溶质端ロ。每对容器还可以包括可以在这两个端ロ之间自由滑动的部件(本文中指的是隔膜)(或者，可替换地，高压流体和低压流体之间的界面可以起隔膜的作用)。阀系统将浓缩液端ロ连接至高压废液流浓缩液管道、低压排放浓缩液管道、低压溶质(供料)管道和高压溶质(供料)管道，以及断开浓缩液端ロ与高压废液流浓缩液管道、低压排放浓缩液管道、低压溶质(供料)管道和高压溶质(供料)管道的连接。在第一冲程，浓缩液端ロ连接至高压浓缩液管道，而供给端ロ连接至高压供给管道。容器中充有高压浓缩液，高压浓缩液使隔膜回移至供给ロ，以将供料引导至高压供给ロ，并流向反向滲透膜。在第二冲程，浓缩液端ロ连接至浓缩液排放管道，而供给ロ连接至低压溶质供给管道。容器中充有低压供料，低压供料使隔膜向浓缩液端ロ移动，通过不加压排放管道或低压排放管道排放浓缩液。上述讨论描述了两容器两端ロ实施例，但其他的实施例可以包括更多的容器或端·□。阀设计对于工作交換机设备而言很重要。通常的工作交換机系统包括控制加压溶质(通常是海水)流以及通过反向渗透过程的浓缩流并使过程连续的阀的各种配置。在下文中，讨论会集中于作为溶质的海水上。每个阀均采用至少两个类型的阀海水阀类型和浓缩液阀类型。海水阀通常是响应于通过控制浓缩液阀的浓缩液的压カ和流而开和关的非控制止回阀。名为“用海水生产淡水的方法和设备”的专利公开W0/76639中公开了ー种不需要实体隔膜的系统，可以在不采用用作隔膜的物理构造的情况下分离返回盐水(浓缩液)和淡盐水(溶质)。控制通过工作交換机压カ阀的这两种液体的流，在不采用实体膜的情况下可以实现这两种液体的分离。专利公开W0/76639构思了采用多孔板或多孔屏来更均匀地分布通过阀的流。不过，专利公开W0/76639并没有具体指出设计多孔板的具体物理结构或几何结构。而且，对于采用卧式容器和实体膜的系统而言有很多设计局限。这种分离(“实体膜”)的长度必须比压力容器的直径大，以防止在容器中产生粘结或梗塞，从而限制了容器的直径。为了获得适当的体积，増大长度使容器变得超乎寻常的长(通常有6.5米长，SP21英尺长)，来弥补直径方面的欠缺。当在工作交換机容器中采用隔膜来从浓缩液中分离溶质时，必须提供使溶质在“填充”冲程(fill stroke)的末端通过隔膜以实现本领域中公知的“后置(overflush)”的方法。当后置可以被微调至零后置点时，必须提供溶质通过隔膜的通道，或必须提供分割设备以防止过程停止和/或防止将隔膜推抵在阀的端部。类似地，在隔膜抵达阀的相对端，产生本领域公知的“混合”吋，必须提供ー种装置来使浓缩液在“动力”冲程(power stroke)中通过隔膜。当这是操作环境下的不理想状态时，在反向滲透过程的启动阶段，在设备的安装和微调中是不可避免的，如果没有提供使过程中涉及的液体通过隔膜的方法，系统会停止工作，并会导致有形损失。从而，采用实体隔膜的工作交換机必须合并有使液体双向通过隔膜的方法，但这会产生额外的生产成本以及潜在故障。希望能够实现ー种工作交換机系统，使混合界面的监控和控制得到优化，从而产生本质上可靠的虚拟隔膜，消除对实体隔膜的需要。还希望能够克服现有技术中在利用实体隔膜时需要采用非常长的容器的限制，从而，能够使用较大直径的较短容器，在系统设计中允许更多的灵活性。还希望优化工作交換机系统来提供阀的同步和密封，以产生可靠的虚拟隔膜，有效地执行两冲程循环。还希望能够测量和优化混合界面的物理性能。还希望优化流路通过工作交換机的喷嘴和头部的入流路和出流路。还希望设计能够优化液体通过工作交换压カ容器的流的多孔分流板或类似部件。还希望分流设备(例如，多孔分流板)以减小隔膜所占容积(其结果是产生虚拟隔膜所需的溶质和浓缩液的容积)的方式产生虚拟隔膜。这样产生的虚拟隔膜漂浮在浓缩液的顶部，溶质漂浮在虚拟隔膜的顶部。·还希望通过独立操作容器的入流/出流的控制，优化对双端ロ阀的控制。还希望以允许虚拟隔膜在分流设备之间往复移动的顺序操作控制工作交换机容器的阀。控制阀的方法会发生变化(例如，时序或检测虚拟隔膜的位置)，但不允许虚拟隔膜接触到分流板，这会需要重建虚拟隔膜(这需要几个阀循环)。希望可以获得足够的溶质来保证在工作交換机的循环操作中总是有适当的压力。在溶质压カ中的不必要的波动或流会影响到虚拟隔膜的稳定。还希望用一个或多个溶质贮液器来提高溶质的泵吸容积，(在工作交換的浓缩液填充循环)通过提升或者泵吸使这些贮液器保持在适当的压力。术语表本文中所用的术语“控制阀”指的是由激励本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿恩·弗里特多夫·默纳，林·雷格纳，费尔南多·哈维尔·佩雷斯费尔南德斯，
申请(专利权)人：阿奎林有限公司，
类型：发明
国别省市：