流动闪蒸面闪蒸多级闪蒸技术及装置
阅读说明：本技术 流动闪蒸面闪蒸多级闪蒸技术及装置 (Multistage flash evaporation technology and device for flash evaporation of flow flash evaporation surface ) 是由 申杰涛 于 2019-10-12 设计创作，主要内容包括：流动闪蒸面闪蒸多级闪蒸技术及装置属于水处理技求领域,流动闪蒸面闪蒸多级闪蒸技术是一种闪蒸罐在工作中无需抽低压,闪急蒸发在流动的闪蒸面发生的多级闪蒸水净化技术,在流动闪蒸面闪蒸罐组成的蒸馏系统中,原料热水通过闪蒸循环获得蒸馏水,蒸汽液化放出的热能通过冷凝循环而被回收,原料水闪蒸需要的热能主要来源为回收热能,流动闪蒸面闪蒸采用流动闪蒸面闪蒸罐闪蒸,闪蒸产生的水蒸汽能迅速到达冷凝面,传热速度快,传热效率高,闪蒸罐工作中无需外力抽低压,动力消耗低,流动闪蒸面闪蒸多级闪蒸系统造水比大且受蒸馏规模的影响很少,蒸馏系统的蒸馏规模可大可小,适应范围广。(A multi-stage flash technology and a device for flash evaporation of a flow flash surface belong to the technical field of water treatment, the multi-stage flash technology for flash evaporation of the flow flash surface is a multi-stage flash water purification technology that a flash tank does not need to pump low pressure during working and flash evaporation occurs on the flow flash surface, in a distillation system consisting of the flow flash surface flash tank, raw material hot water obtains distilled water through flash evaporation circulation, heat energy released by steam liquefaction is recovered through condensation circulation, the main source of the heat energy required by flash evaporation of the raw material water is recovered heat energy, the flow flash surface flash evaporation adopts the flow flash surface flash tank to flash, water vapor generated by flash evaporation can rapidly reach the condensation surface, the heat transfer speed is high, the heat transfer efficiency is high, no external force is needed to pump low pressure during the working of the flash tank, the power consumption is low, the water making ratio of the flow flash surface flash evaporation multi-stage flash system is large and is rarely influenced by, the application range is wide.)
本发明涉及到水处理技术领域。
背景技术
关于净化水的背景技术：由于人类的活动以及工业化程度越来越高，水污染越来越严重。自来水，地表水甚至很多地下水都很难满足人们对高质量水的需求。人民迫切希望得到感观性更好、更安全的饮用水及高质量的用水。在这个背景下爆发了一场水革命。
罐装水的发展，各种净水机的出现就是这个时代的产物。罐装水虽然满足了部分饮用水的需求，但它的缺点也是显而易见的。
净水设备的出现一定程度改变了用水的问题，但净水机一般采用的是过滤方式，不论是哪种过滤方式都需要定期更换里面的滤心及滤料，麻烦的同时还产生相当多的垃圾。特别是缺少淡水资源的地区，要用上放心且充足的干净水更是难上加难。
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为了解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供流动闪蒸面闪蒸多级闪急蒸馏的方法：根据水在不同的温度下所具有的饱和蒸汽压不同的原理，将加热到设定温度值的原料水导入事先抽好真空的流动闪蒸面闪蒸的闪蒸罐内，使原料水送到闪蒸罐内设置的闪蒸台顶部，原料水自闪蒸台顶部沿具有70度左右的倾斜度的闪蒸台侧面下滑流动，形成流动的闪蒸面，由于闪蒸罐内压强低于热原料水的饱和蒸汽压，部分原料水在这流动的闪蒸面闪急蒸发，闪急蒸发使闪蒸罐内压强有增加的趋势，冷凝装置的冷凝面与闪蒸面设置成同一种平面，或同一种曲面，对应的冷凝面与闪蒸面平行或近似平行，两者距离近，冷凝面反倾，位于闪蒸面的斜上方，悬空罩向闪蒸面(如图2所示)，闪蒸面闪蒸产生的水蒸汽迅速对流达到冷凝面，水蒸汽在冷凝面遇冷液化成蒸馏水沿冷凝壁下滑聚集，由蒸馏水导出口导出，水蒸汽液化放出的热能由冷凝水回收，水蒸汽遇冷液化有使闪蒸罐内压强降低的趋势，当两种趋势处于动态平衡时，闪蒸罐内的压强到达动态平衡点压强，原料水不断导入，闪蒸与液化继续发生，闪蒸罐无须外力抽低压，工作中闪蒸罐能始终保持平衡点压强基本不变，原料水部分闪蒸后，剩余没有闪蒸的原料水温度降低，由原料水排水口排出，并自流送到下一级闪蒸罐的闪蒸台，下一级闪蒸罐重复上一级闪蒸罐的蒸馏过程，剩余没有闪蒸的原料水继续向下一级流动，直到最后一级变成温度略高于未作热处理前原料水温度的冷水排出，排出的原料冷水经水泵提升后，参于冷凝循环，变成蒸馏水而减少的那一部分原料水由新原料水补充一起参加冷凝循环，为了保证蒸馏速度，冷凝水与闪蒸罐内蒸汽要有一定的温度差，因此最后一级蒸汽需单独制冷，冷凝循环由倒数第二级开始，此级冷凝水水位要求为最高，冷凝水依次由后一级向前一级流动，冷凝水流到第一级时，回收了除最后一级外所有各级水蒸汽液化放出的热能，冷凝水变成热原料水，补充少部分热能，温度到达设定值后，继续第二次蒸馏循环，流动闪蒸面闪蒸多级闪蒸技术设置的多级闪蒸系统包括两条循环路径，如图 1所示，原料水闪急蒸馏获得蒸馏水的A循环路径，冷凝水热回收的B循环路径，A循环到达最后一级因蒸馏而减少的那部分原料水由新的原料水补充(补充原料水过程为a进程)后， A循环结束B循环开始，B循环到达末尾即冷凝水到达第一级时，冷凝水温度到达最高，但离热原料水的设定的温度值还有一定差距，补充少量热能(补充热能过程为b进程)后，原料水进入第二次A循环，两条循环路径首尾相接，形成闭合的蒸馏，热回收大循环，工作中所有各级闪蒸罐内原料水闪蒸和水蒸汽的液化进程同步进行，原料水闪蒸和水蒸汽液化处于动态平衡中，闪蒸罐内动态平衡点压强由罐内原料水水温和罐外冷凝水水温控制，同时与原料水流量，冷凝装置的导热性有关，因为热原料水是上一级向下一级流动的，上一级闪蒸罐原料水温度比下一级原料水温度要高，冷凝水是由下一级向上一级流动，上一级闪蒸罐冷凝装置外流动的冷凝水温度比下一级闪蒸罐冷凝装置外流动冷凝水温度也要高，因此上一级闪蒸罐工作的平衡点压强比下一级闪蒸罐工作的平衡点压强要大，上下级闪蒸罐存在压强差是原料水由上一级自流流入下一级闪蒸罐的动力。
本发明的另一目的在于提供由上述方法而针对于水净化的具体装置。
1.闪蒸罐和合成闪蒸罐装置的设置：
1-1根据流动闪蒸面闪蒸技术设置的流动闪蒸面闪蒸罐有两种设置形式：一种是冷凝罩闪蒸罐，冷凝装置在外，闪蒸台在内，冷凝面包围着闪蒸面，冷凝面面积大于闪蒸面面积，冷凝装置为冷凝罩，如图2(1)所示，所有冷凝面(为了便于蒸馏水收集，冷凝罩顶面不作为冷凝面)均向位于中心的闪蒸台倾斜，冷凝罩下大上小，闪急蒸馏在冷凝罩罩住的密闭空间中进行，需另设冷凝水容器，冷凝罩浸泡在冷凝水容器的冷凝水内；另一种是冷凝管闪蒸罐，冷凝管与辅助密封结构共同组成闪蒸罐的密封空间，闪急蒸馏在此密封的空间中进行，闪蒸面在外，闪蒸面包围冷凝面，冷凝管位于包围圈的中心，闪蒸面面积大于冷凝面面积，如图2(2)所示，因为冷凝面需向闪蒸面即向外倾斜，所以冷凝管口径上大下小，冷凝管两头的敞口露出到密封的空间外，冷凝管同时相当于冷凝水容器，冷凝水在冷凝管中流动，两种闪蒸罐的冷凝装置均使用易于导热且抗腐蚀性能强的金属材料制成，辅助密封部件、闪蒸台采用符合饮用水卫生标准的塑料制作，下面以冷凝罩闪蒸罐为例具体说明一下闪蒸罐的设置，冷凝罩闪蒸罐装置由三部分构成：(1)冷凝罩、(2)冷凝罩罩住部分、(3)冷凝水容器，冷凝罩罩住的部分位于冷凝罩下部(包括闪蒸台)，该部分设有原料水进排水孔，蒸馏水导出孔，闪蒸台占据了冷凝罩罩住的大部分空间，冷凝罩(1)与冷凝罩罩住部分(2)合在一起构成了冷凝罩闪蒸罐的主体。冷凝罩必须浸泡在冷凝水容器内的冷凝水中，才能正常工作，冷凝水容器(3)是冷凝罩闪蒸罐的附属结构，按理来说闪蒸罐主体与冷凝水容器是相互独立的，但是在组装成闪蒸系统时，冷凝罩闪蒸罐主体的原料水排水管，蒸馏水导出管要穿过冷凝水容器将闪蒸后剩余的原料水及获得的蒸馏水导出，本级闪蒸罐的原料水进水管也要穿过冷凝水容器将原料水导进，在制做冷凝水容器时在冷凝水容器底部留一个大的嵌入孔，如图3(3)所示，将闪蒸罐主体的底部，即冷凝罩罩住部分嵌入到冷凝水容器底部的嵌入孔中，在制做时嵌入孔周围连接镙孔，冷凝罩预留连接镙孔，冷凝罩罩住部分预留连接镙孔位置一一对应，嵌入连接时，一个镙杆同时连接冷凝罩、冷凝罩罩住部分、冷凝水容器三部分，将闪蒸罐主体与冷凝水容器连成一个整体后，各连接管的连接变得非常简单，冷凝水容器内冷凝水需要循环流动，因此冷凝水容器也要设置进排水口。
无论是冷凝罩闪蒸罐，还是冷凝管闪蒸罐，只要是根据流动闪蒸面闪蒸技术设置的闪蒸罐都有一个共同的特点：用于闪蒸的闪蒸罐密闭空间是由冷凝装置的冷凝面与其它辅助密封结构共同密封而成的，冷凝装置是作为密封壁而存在的，设置的冷凝装置的所有冷凝面均向与其对应的闪蒸面倾斜。
1-2合成闪蒸罐的设置：合成闪蒸罐包括合成冷凝罩闪蒸罐和合成冷凝管闪蒸罐。
合成冷凝罩闪蒸罐的设置：制作一个特大的冷凝水容器，然后将这个特大的冷凝水容器分成适度大的小冷凝水容器，相邻的上下级小冷凝水容器之间开设一个冷凝水进出的缺口，冷凝水通过缺口循环流动，每个小冷凝水容器底部都留有冷凝罩闪蒸罐主体嵌入孔；
合成冷凝管闪蒸罐的设置：制作好的合成冷凝管闪蒸罐象放大的蜂巢，由若干排冷凝管闪蒸罐构成，排与排之间最好并联，这种并联适好能满足分股蒸馏的设置要求，同一排上下闪蒸罐串联，这种连接原料水进排水更好设置，上一个闪蒸罐排出的原料水直接进入下一个闪蒸罐，中间不需管道连接，合成冷凝管闪蒸罐的冷凝水循环进排水设置与合成冷凝罩闪蒸罐进排水设置相似。
合成冷凝罩闪蒸罐上下级闪蒸罐也设置成直接进排水，但由于冷凝罩闪蒸罐需要设置冷凝水容器，设置直接进排水在结构上比合成冷凝管闪蒸罐要复杂了一点。由于单个两种闪蒸罐底面积即单个闪蒸罐的占地面积很少，由十几个或几十个单个闪蒸罐合成的合成闪蒸罐占地面积也不会太大，而合成闪蒸罐在连接成闪蒸系统时连接更简单，耗工更少，成本更低，优选的流动闪蒸面闪蒸多级闪蒸系统采用合成闪蒸罐闪蒸。
2.闪蒸台与冷凝面的设置及它们的相互位置关系：冷凝面、闪蒸台的高度根据闪蒸系统总级数及分股蒸馏的股数及其它相关数据计算原料水自流能达到的高度为参考而设置，冷凝面与闪蒸面之间在必要时还应设置水气分离网，冷凝罩闪蒸罐在冷凝罩罩住的空间部分设置闪蒸台，冷凝罩向闪蒸台倾斜，闪蒸面与对应的冷凝面平行或近似平行，冷凝面位于闪蒸面的斜上方，两种面的位置关系如图2(1)，闪蒸面与冷凝面的距离非常近，冷凝面倾斜的越多越有利于对流导热，但是倾斜的太多，蒸馏水就不会全部沿冷凝面下滑，部分蒸馏水会回落进入原料水中，造成蒸馏水浪费，倾斜度以70度左右为宜，闪蒸面闪蒸产生的水蒸汽能迅速对流到达到冷凝面冷凝，为了便于蒸馏水的收集，冷凝罩顶部不作为冷凝面使用，需作隔热处理或直接用其它隔热材料制作，冷凝管闪蒸罐的闪蒸台位于冷凝管周围，冷凝管设置成圆管承压能力更强，冷凝管上口径大于下口径，冷凝管上大下小使冷凝面向周围反倾，反倾倾角设置为70度左右(理由同上)，闪蒸台的闪蒸面也同样设置成与冷凝管管面平行的曲面，冷凝管闪蒸罐的冷凝面与闪蒸面的位置关系如图2(2)所示，两种闪蒸罐的闪蒸台顶部都通过一定的拦截方式使原料水在闪蒸台的闪蒸面分散流动更均匀，为使原料水在闪蒸面下滑过程中紧贴板面，不飞溅，单个闪蒸罐内原料水流量、流速不能过大，如果需要较大流量，可以采用多个合成闪蒸罐并联成一级。
3.多股蒸馏法分股蒸馏的设置，多级闪蒸的上一级闪蒸罐内的压强(闪蒸罐在工作中自动保持的平衡点压强)总是大于下一级闪蒸罐内的压强，原料水由上一级闪蒸罐流向下一级闪蒸罐时势能增加，整个闪蒸系统闪蒸级越多，上下级闪蒸罐压强阶梯差越少，从上一级闪蒸罐流到下一级闪蒸罐的原料水势能增加量就越少，要充分发挥流动闪蒸面闪蒸罐多级闪蒸系统的优势，闪蒸级数必须设置的足够多，级数足够多时，原料水向下一级闪蒸罐流动增加的势能就不足以向原料水提供足够的机械能使原料水送达闪蒸台的顶部，因此就必须采用多股蒸馏法分股蒸馏，采用多股蒸馏法分股蒸馏的闪蒸系统，闪蒸罐与闪蒸罐之间，闪蒸罐与其它装置之间的连接必须符合下列要求：将原料水分成多股，每股原料水越级向更下一级流动，冷凝水由确定的最后一级向确定的第一级循环流动顺序不变，即确定的上下级闪蒸级序号不变，每股原料水由一级越过几级后，原料水势能增加量就足够满足将原料水送到闪蒸台的顶端所需要消耗的机械能。
流动闪蒸面闪蒸罐多级闪蒸系统蒸馏过程如下：将设定温度值的热原料水分成多股分别引入第一级，第二级，第三级......闪蒸罐中，这多股原料水可以温度一致，可以温度稍有不同，温度不同时要求第一级的原料水温度不能低于第二级，第二级不能低于第三级......，以三股原料水为例：第一股送到第一级，第一级闪蒸剩余的原料水越过第二、第三级送到第四级，越过五、六级送到第七级......，第二股原料水由第二级越过三、四级送到第五级......，第三股原料水由三至六，由六至九，以此类推，热原料水由原料进水口进入，经过部分闪急蒸馏后，剩余没有蒸发的原料水自动向下一级流动，第一股原料水的下一级是第四级，再下一级是第七级......，第一股原料水最后一级是N级，则第二股原料水最后一级是N+1级，第三股原料水最后一级是N+2级，其中N+2级也是整个系统的最后一级，N+2级排出的尾水温度稍高于待净化的原料水温度，由N级，N+1级，N+2级排出的蒸馏剩余的原料水，经水泵混和提升后送到N+1级冷凝水容器内(冷凝管闪蒸罐冷凝水容器就是冷凝管)作为冷凝水参于冷凝循环，因蒸馏而减少的那部分原料水由新原料水补充后也送到N+1级参与冷凝循环，此级冷凝水水位要求为最高水位，冷凝水从该级冷凝水容器依次向前一级冷凝水容器流动，不跳级，最后到达第一级冷凝水容器，原料冷水从N+1级流到第一级，逐级叠加回收了第N+1级到第一级闪蒸罐中水蒸汽液化放出的热能，但比设定温度值稍低，需要补充少量热能后才能再次参于蒸馏循环，闪蒸系统最后一级(N+2级)排出的剩余原料水水温应高于待净化原料冷水水温，最后一级的水蒸汽需单独制冷。
如果原料水是海水的话，由于蒸馏的不断进行，盐水的浓度会不断升高，当超过饱和溶解度时，就会有盐淅出，淅出的盐沉积在闪蒸罐底部，本身对蒸馏的进行没有什么影响，但是要想将盐清理出来，几乎就不可能，在设计上就要有所变动，在闪蒸罐的下方设置沉积管或沉积容器，食盐及其它盐都会沉积到沉积管中，清理起来就容易得多，要设置便于清理的沉积管或沉积容器非常简单。
蒸馏水的收集及恒水位蒸馏水收集器的工作原理：流动闪蒸面闪蒸罐多级闪蒸系统中各级闪蒸罐内的压强都不一样，蒸馏水的导出就变得有点复杂，另外一点，蒸馏水的导出不能影响到各闪蒸罐内平衡点压强的稳定，如图4所示的恒水位蒸馏水收集器很好的解决了以上两个问题。将蒸馏水导出管依次连接到恒水位蒸馏水收集器的导入管上，相邻的闪蒸罐连接到相邻的导入管，以图4收集器为例，5管为基准压力管，5管以6管的溢流口为界分成两部分，上部为蒸汽管，下部为混合蒸馏水管，5管在工作前事先用灌水法排真空，其它导入管同所连接的闪蒸罐一起抽真空或排真空，工作时，5管下部的混合蒸馏水产生饱和蒸汽充满5管的上部，使5管上部具有一个基准压强，5管的水位高度为h0，当其中一根导入管连接的闪蒸罐内压强低于基准压强时，此管水位相对h0上升h，闪蒸罐内压强+水压h＝基准压，当某一根导入管连接的闪蒸罐内压强高于基准压时，此导入管水位相对于h0下降h′，闪蒸罐内压强-水压h′＝基准压，恒水位蒸馏水收集器内蒸馏水的流动方向是由1管底向2管底再依次流经3管4管底部到达5管，最后通过溢流口由6管导出，蒸馏水必须由低温向高温方向流出，否则就会产生对流，假设蒸馏水由高温向低温方向流动，比如1管水温高，2 管水温低，1管的水流到2管底部时，由于2管水温低，水温高的水与2管水温低的水产生对流，产生对流的2管蒸馏水水温升高，就有可能发生蒸馏水反向闪蒸蒸发，蒸馏水收集器可以设置多级，用二级恒水位蒸馏水收集器控制一级恒水位蒸馏水收集器溢流管蒸馏水的导出，用三级控制二级，恒水位蒸馏水收集器的水位由溢流管6的溢流口高低决定，当5管中的水位到达溢流管6的管口时，蒸馏水由溢流管流出，恒水位蒸馏水收集器事先已排真空，因此5管上部充满的气体为5管内混合蒸馏水的饱和水蒸汽，饱和蒸汽压由5管下部的蒸馏水水温确定，5管下部的蒸馏水由1.2.3.4管导入蒸馏水混合而成，温度是1.2.3.4管蒸馏水温度的平均值，恒水位蒸馏水收集器的1.2.3.4号导入管自动的用管内水位调节压强，以适用闪蒸罐内的压强，由于6管与5管的连接溢流口固定即5管下部的水位是一恒水位，1.2.3.4 管的水位虽然各不相同，但相应的1.2.3.4管的水位也就基本恒定了。
闪蒸系统的保温：为了防止热量的散失，所有可能发生散热的设备，包括连接管道，都要进行保温处理。
为了进一步提高热能再利用率，蒸馏水中的热能也需要回收利用。
闪蒸系统的排气：由于闪蒸罐，蒸馏水收集器都需要事先抽真空或灌水排真空，因此在设置闪蒸罐和设置蒸馏水收集器时，装置上都要设置排气孔，流动闪蒸面闪蒸罐在工作中一般不需要抽低压，但是由于原料水中存在微量的各种气体，随着闪蒸的不断进行，气体积累到一定程度后还是需要再次抽真空或灌蒸馏水排真空的，设置的排气孔位置要满足将相应装置灌满水后能将装置内的气体全部排尽。
工业适应性和最佳实施方案：本发明的水净化装置既可适应于大型化，工厂化海水淡化，污染水净化，也适应于个体家庭生活用水，饮用水净化，因此：1.生产和推广流动闪蒸面闪蒸多级闪蒸技术及推广流动闪蒸面闪蒸装置前程广阔；2.利用本发明技术进行大规模海水淡化，建造大型海水淡化工厂，不仅可以得到淡水，还可以获得副产物；3.建造罐装纯净水工厂；4.应用于其它必须使用高质量淡水或蒸馏水的设备，比如轮船，军舰及其它工业机器设备及医药领域。
附图说明：图1是流动闪蒸面闪蒸多级闪蒸系统蒸馏时原料水闪蒸、冷凝水热回收循环示意图，1为原料水闪蒸循环路径A，2为冷凝水热回收循环路径B，3为原料水闪蒸循环到达蒸馏系统最后一级后原料水因蒸馏而减少的那一部分原料水由新原料水补充的a进程， 4为冷凝水热回收循环到达最后一级即蒸馏系统的第一级后补充热能的b进程，5为各级闪蒸循环获得的蒸馏水，获得的蒸馏水由恒水位蒸馏水收集器收集。图2为流动闪蒸面闪蒸罐冷凝装置冷凝面与闪蒸台闪蒸面位置关系示意图，其中图2(1)为冷凝罩闪蒸罐冷凝罩与闪蒸台闪蒸面的位置关系示意图，3为冷凝罩闪蒸罐的冷凝面，4为冷凝罩闪蒸罐闪蒸台的闪蒸面，图2(2)为冷凝管闪蒸罐冷凝管与闪蒸台闪蒸面位置关系示意图，3为冷凝管闪蒸罐的冷凝面，4为冷凝管闪蒸罐闪蒸台的闪蒸面。图3为冷凝罩闪蒸罐的结构示意图，冷凝罩闪蒸罐由(1)冷凝罩、(2)冷凝罩罩住部分、(3)冷凝水容器三部分组成，4为原料水进水口，5为蒸馏水导出口，6为原料水排水口，7为冷凝罩闪蒸罐的排气孔，8为连接镙孔。图4为6管恒水位蒸馏水收集器示意图，实际制作时，可以是7管，8管......或者只有5管， 4管，增加设置或减少设置的只能是导入管，图4的1.2.3.4管为蒸馏水导入管，1.2.3.4管竖直放置且必须要有一定的长度，具有一定的长度才能自动适应所连接闪蒸罐内的压强，并自动调节管内水位的高低，1.2.3.4管连接的四个闪蒸罐中，蒸馏水温度高低排列是4管＞3 管＞2管＞1管，5管为基准压力管，5管以6管的溢流口为界分成两部分，上部为蒸汽管，下部为混合蒸馏水管，5管在工作前事先用蒸馏水排真空，工作时，下部的混合蒸馏水产生饱和蒸汽充满5管的上部，使5管上部具有一个基准压强，5管的水位高度为h0，当某导入管连接的闪蒸罐压强低于基准压强时，此导入管水位相对h0上升h，闪蒸罐压强+水压h等于基准压，当某导入管连接的闪蒸罐压强高于基准压强时，此导入管水位相对于h0下降h′，闪蒸罐压强-水压h′等于基准压，以此类推，6管为溢流管，6管与5管连接的溢流口高低决定着5管水位的高低，5管水位恒定后，1.2.3.4管的水位也就基本恒定了，6管连接到下一级恒水位蒸馏水收集器，7为5管的排气开关，灌水排气时将开关打开，排完气后关闭开关。