热驱动的反渗透装置及方法

技术领域

本发明涉及动力设备技术领域，具体是一种热驱动的反渗透装置。

背景技术

在空调、动力、化工技术领域中常常涉及对溶液中水的分离，如在海水淡化工程中，要将水从海水中分离出来，这个分离过程通常采用两种技术方案来实现，一种是反渗透分离，它利用高压泵将待分离溶液加压到高压，驱动溶液中的水透过渗透膜，这种方式要消耗电能。另一种是热分离，它利用低品位热源将溶液中的水分蒸发出来完成分离。

以上两种方式各有优缺点，对于反渗透分离，其系统较简单，控制方便，但不能利用低品位热源，另外为提高效率通常还要使用价格昂贵的能量回收器。对于热分离，可以利用低品位热源，但需要蒸发器、冷凝器，通常还需要溶液回热器，若不采用回热器，又会增加额外的热能消耗，尤其在循环倍率较大时更为明显。

这样，有必要对现有的反渗透离装置进行改进，使其不要能量回收器，又能利用低品位热源进行热分离，同时不需要溶液回热器，也无回热损失。

发明内容

本要解决的技术问题是提供一种结构简单的热驱动的反渗透装置。

为了解决上述技术问题，本提供一种热驱动的反渗透装置；包括在转轴上设置的溶液泵、反渗透器、蒸发器、冷凝器、凝水泵；所述溶液泵的液体进口通过管道A设置稀溶液进口；所述溶液泵的液体出口与反渗透器的液体进口相连接；所述反渗透器的液体出口与通过管道B设置有浓溶液出口；所述反渗透器的出水口与蒸发器蒸发管道一端相连接；所述蒸发器蒸发管道的另外一端与冷凝器冷凝管道一端相连接；所述冷凝器冷凝管道的另外一端与凝水泵进水口相连接；所述凝水泵出水口通过管道C设置有纯水出口。

作为对本发明所述的热驱动的反渗透装置的改进：所述冷凝器、凝水泵、纯水出口、稀溶液进口布置在转轴的轴心位置；所述溶液泵布置在转轴的轴心一侧；反渗透器、蒸发器布置在转轴的回转半径上。

作为对本发明所述的热驱动的反渗透装置的进一步改进：所述转轴上设置底座，所述底座上侧面设置溶液泵、反渗透器、蒸发器、冷凝器、凝水泵、管道A、管道B、管道C。

作为对本发明所述的热驱动的反渗透装置的进一步改进：所述转轴的轴心上设置有第一滑动连接机构和第二滑动连接机构，所述反渗透器、蒸发器在转轴的回转半径上与转轴相连接；所述溶液泵、冷凝器、凝水泵通过第一滑动连接机构和第二滑动连接机构与转轴相连接。

作为对本发明所述的热驱动的反渗透装置的进一步改进：所述转轴上设置底座，所述底座上侧面固定反渗透器、蒸发器。

作为对本发明所述的热驱动的反渗透装置的进一步改进：所述反渗透器的数量为一个或者多个。

作为对本发明所述的热驱动的反渗透装置的进一步改进：所述反渗透器的数量多于一个；其多个反渗透器围绕转轴的轴心对称布置。

作为对本发明所述的热驱动的反渗透装置的进一步改进：所述溶液泵、反渗透器、蒸发器、冷凝器、凝水泵之间通过一定长度的管道相互连通。

一种热驱动的反渗透方法；包括热驱动的反渗透装置；转轴带动溶液泵、反渗透器、蒸发器、冷凝器、凝水泵及管道A、管道B、管道C以一定角速度旋转；所述稀溶液进口通过管道A导入低压稀溶液到溶液泵增压；所述溶液泵流出的稀溶液在离心力和压差的共同作用下被增压为超高压液体；所述超高压液体进入反渗透器，在反渗透器中，稀溶液通过渗透膜作用变为浓溶液和水；所述浓溶液流出反渗透器，在离心力和压差的共同作用下成为低压浓溶液，并从浓溶液出口排出；所述水进入蒸发器的蒸发管道，吸收外部高温热源提供的汽化潜热后变成高压水蒸汽；所述高压水蒸汽在离心力和压差的共同作用下变成低压水蒸汽；所述低压水蒸汽进入冷凝器的冷凝管道，向外部低温冷源放出冷凝潜热后变成低压冷凝水；所述低压冷凝水被凝水泵加压到常压，并从纯水出口排出。

作为对本发明所述的热驱动的反渗透方法的进一步改进：转轴通过底座带动溶液泵、反渗透器、蒸发器、冷凝器、凝水泵稳定的旋转。

本发明与现有溶液分离装置相比，具有以下优点：

1)与反渗透分离装置相比，无需能量回收器，液体压力能可自动回收，可利用低品位热源。

2)与热分离装置相比，无需溶液回热器，无回热损失。

3)系统具有更高效率。

附图说明

下面结合附图对本的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本的发明的主要结构示意图；

图2是本的发明的另外一种结构示意图。

具体实施方式

实施例1、图1给出了一种热驱动的反渗透装置及方法；热驱动的反渗透装置包括转轴2，在转轴2上固定有底座1，该底座1上设置溶液泵6、反渗透器7、蒸发器8、冷凝器10、凝水泵9、管道A、管道B、管道C。

而冷凝器10、凝水泵9、纯水出口5、稀溶液进口3布置在转轴2的轴心位置；溶液泵6布置在转轴2的轴心一侧；反渗透器7、蒸发器8布置在转轴2的回转半径上。

其中，溶液泵6的液体进口通过管道A设置稀溶液进口3，溶液泵6的液体出口与反渗透器7的液体进口相连接，反渗透器7的液体出口与通过管道B设置有浓溶液出口4，反渗透器7的出水口与蒸发器8蒸发管道一端相连接，蒸发器8蒸发管道的另外一端与冷凝器10冷凝管道一端相连接，冷凝器10冷凝管道的另外一端与凝水泵9进水口相连接，凝水泵9出水口通过管道C设置有纯水出口5。

以上所述的反渗透器7的数量为一个或者多个。当反渗透器7的数量多于一个的时候，其多个反渗透器7围绕转轴2的轴心对称布置。为了表述方便，将以上所述的溶液泵6、反渗透器7、蒸发器8、冷凝器10、凝水泵9之间相互连通的管道的统称管道D。

一种热驱动的反渗透方法；包括热驱动的反渗透装置；步骤如下：

1、通过转轴2带动底座1以一定角速度旋转，而底座1带动其上的溶液泵6、反渗透器7、蒸发器8、冷凝器10、凝水泵9及管道A、管道B、管道C稳定的以同样的角速度旋转。

2、稀溶液进口3通过管道A导入低压稀溶液到溶液泵6增压，用以克服流动过程中的阻力损失；

3、溶液泵6流出的稀溶液在离心力和压差的共同作用下，在管道D中流动到反渗透器7的液体进口时被增压到超高压；

4、超高压液体进入反渗透器7，在反渗透器7中，稀溶液中的一部分水分通过渗透膜，稀溶液变为浓溶液；

之后，浓溶液从反渗透器7的液体出口流出在离心力和压差的共同作用下，在管道B中流动到浓溶液出口4时，成为低压浓溶液，并通过浓溶液出口4排出；

而在反渗透器7中，通过渗透膜析出的另外一部分水则进入蒸发器8的蒸发管道，吸收外部高温热源提供的汽化潜热后变成高压水蒸汽；

5、高压水蒸汽在在离心力和压差的共同作用下在管道D中流动到冷凝器10的冷凝管道时变成低压水蒸汽，并进入到冷凝器10的冷凝管道；这个过程中析出来的少部分纯水在离心力的作用下被重新甩回蒸发器的蒸发管道。

6、在冷凝器10的冷凝管道，低压水蒸汽向外部低温冷源放出冷凝潜热后变成低压冷凝水；

7、低压冷凝水被冷凝泵加压到常压后，通过管道C从纯水出口5排出，如此循环，便实现了稀溶液的连续分离过程。

实施例2、图2给出了另外一种热驱动的反渗透装置及方法；热驱动的反渗透装置包括底座1、转轴2、溶液泵6、反渗透器7、蒸发器8、冷凝器10、凝水泵9、管道A、管道B、管道C。

其中，溶液泵6的液体进口通过管道A设置稀溶液进口3，溶液泵6的液体出口与反渗透器7的液体进口相连接，反渗透器7的液体出口与通过管道B设置有浓溶液出口4，反渗透器7的出水口与蒸发器8蒸发管道一端相连接，蒸发器8蒸发管道的另外一端与冷凝器10冷凝管道一端相连接，冷凝器10冷凝管道的另外一端与凝水泵9进水口相连接，凝水泵9出水口通过管道C设置有纯水出口5。

而转轴2的轴心设置有第一滑动连接机构11和第二滑动连接机构12，第一滑动连接机构11和第二滑动连接机构12上连接溶液泵6、冷凝器10、凝水泵9、管道A、管道B、管道C，在转轴2转动的时候，通过第一滑动连接机构11和第二滑动连接机构12使得以上所述的装置保持静止状态，而渗透器7、蒸发器8在转轴2的回转半径上与转轴2相互固定连接，而该固定连接通过底座1实现，即底座1与转轴2相互固定，而渗透器7、蒸发器8固定在底座1上。

以上所述的反渗透器7的数量为一个或者多个。当反渗透器7的数量多于一个的时候，其多个反渗透器7围绕转轴2的轴心对称布置。为了表述方便，将以上所述的溶液泵6、反渗透器7、蒸发器8、冷凝器10、凝水泵9之间相互连通的管道的统称管道D。

一种热驱动的反渗透方法；包括热驱动的反渗透装置；步骤如下：

1、通过转轴2带动底座1以一定角速度旋转，而底座1带动其上的反渗透器7、蒸发器8稳定的以同样的角速度旋转(此时，由于设置有第一滑动连接机构11和第二滑动连接机构12，使得在反渗透器7、蒸发器8转动的同时，溶液泵6、冷凝器10、凝水泵9保持静止状态)。

2、稀溶液进口3通过管道A导入低压稀溶液到溶液泵6增压，用以克服流动过程中的阻力损失；

3、溶液泵6流出的稀溶液在离心力和压差的共同作用下，在管道D中流动到反渗透器7的液体进口时被增压到超高压(因为反渗透器7在转轴2的回转半径上，且与转轴2相对固定，所以与其连接的管道D也会与反渗透器7做同样的运动)；

4、超高压液体进入反渗透器7，在反渗透器7中，稀溶液中的一部分水分通过渗透膜，稀溶液变为浓溶液；

之后，浓溶液从反渗透器7的液体出口流出在离心力和压差的共同作用下，在管道B中流动到浓溶液出口4时，成为低压浓溶液，并通过浓溶液出口4排出；

而在反渗透器7中，通过渗透膜析出的另外一部分水则进入蒸发器8的蒸发管道，吸收外部高温热源提供的汽化潜热后变成高压水蒸汽；

5、高压水蒸汽在在离心力和压差的共同作用下在管道D中流动到冷凝器10的冷凝管道时变成低压水蒸汽(因为蒸发器8在转轴2的回转半径上，且与转轴2相对固定，所以与其连接的管道D也会与蒸发器8做同样的运动)，并进入到冷凝器10的冷凝管道。

6、在冷凝器10的冷凝管道，低压水蒸汽向外部低温冷源放出冷凝潜热后变成低压冷凝水；

7、低压冷凝水被冷凝泵加压到常压后，通过管道C从纯水出口5排出，如此循环，便实现了稀溶液的连续分离过程。

本次实施例使用的过程中，由于只有反渗透器7、蒸发器8是在旋转运动，所以其使用更加方便。

以上实施例1跟实施例2中所述的旋转角速度一般不需要限定，高可到10000转/分，低可几百转/分，回转半径越大，旋转角速度可降低。

而其被分离工质一般就是盐溶液，但其渗透压最好不要太高，如不超过15Mpa，否则会损坏渗透膜。

实施实例1的计算参数见表1(针对每分离1kg水)。设计条件为：系统回转半径0.5m，对浓度为15.8％的氯化钙稀进行反渗透，系统产水率为10％，排出的氯化钙溶液的浓度为17.6％，反渗透过程的平均驱动压差为2.79Mpa，系统转速为2798转/分，溶液泵和冷凝泵功耗分别为0.81kJ/kg和0.12kJ/kg，蒸发器吸2435kJ/kg，冷凝器排热量为2430kJ/kg，蒸发温度为31.4℃，冷凝温度为30℃。本系统无需能量回收器和溶液回热器，液体压力能可以全部回收，无回热损失，实施环节简单，技术经济性好，有效实现了本发明的初衷。

以上实施实例中，可综合考虑具体的使用条件与要求、技术经济性能等因素合理确定系统的设计参数，以兼顾系统的适用性和经济性。

表1实施实例1的计算结果(针对每分离1kg水)

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。