多效蒸发器

摘要

本发明提供了一种多效蒸发器(10)，其具有上游端和下游端，适于对水进行蒸馏。该蒸发器包括以串联方式连接并成组布置的多个效应器(20a至20d)。各个组均具有适于为该组的所有效应器供应供给水的共用并行供给水入口。所述蒸发器还包括与最上游组流体连通的主供水线(11)。沿着所述线布置有一排加热器(24)，所述加热器适于在供给水进入后一组效应器内之前对其进行加热。各效应器均包括用于使第二排出蒸汽前进到其中一个加热器内以加热供给水的装置。各个组包括泵(21)，所述泵适于从该组效应器中抽取浓缩物(23)并将其泵入相邻下游组的共用并行供给水入口。

权利要求

1.一种多效蒸发器，该蒸发器适于对水进行蒸馏，该蒸发器包括以串联方式连接并成组布置的多个效应器，所述组包括最上游组和后续的下游组，各个组均具有最上游效应器、最下游效应器和适于为所述组中的所有效应器供应供给水的共用并行供给水入口；该蒸发器还包括与所述最上游组的共用并行供给水入口流体连通的主供水线；沿着所述主供水线布置有一排加热器，所述加热器适于在所述供给水进入所述最上游组的共用并行供给水入口内之前对其进行加热；各效应器均包括热传递装置，所述热传递装置适于在其上接收来自所述共用并行供给水入口的供给水，且在其内接收进入蒸汽，并从所述供给水产生第一排出蒸汽，剩下残余的供给水作为浓缩物，并且使所述进入蒸汽的一部分冷凝以产生蒸馏水，剩下残余的进入蒸汽作为第二排出蒸汽；各效应器还包括用于使所述第一排出蒸汽前进到相邻的下游效应器内的装置以及用于使所述第二排出蒸汽前进到所述加热器之一内以借此加热在所述主供水线内的供给水的装置，所述第一排出蒸汽在所述相邻的下游效应器处构成进入蒸汽；各个组还包括泵，所述泵适于从所述组的效应器抽取所述浓缩物并将其泵入相邻下游组的共用并行供给水入口中；以及用于收集蒸馏水的装置。

2.根据权利要求1所述的蒸发器，其中，各效应器中的所述热传递装置包括多个管，在这些管之间具有管间间隔，所述管适于接收所述进入蒸汽并与所述供给水接触以在它们之间产生热传递，从而致使所述管间间隔中的一部分供给水蒸发以产生所述第一排出蒸汽，剩下残余的供给水作为浓缩物，并致使所述管中的一部分进入蒸汽冷凝以产生所述蒸馏水，剩下残余的进入蒸汽作为所述第二排出蒸汽。

3.根据权利要求2所述的蒸发器，其中，所述管还适于从所述效应器的一侧向另一侧引导所述冷凝水和所述第二排出蒸汽。

4.根据权利要求1所述的蒸发器，其中，各效应器组中的所述并行供给水入口包括分散装置，所述分散装置适于将所述供给水引入该组的各个所述效应器中从而使所述供给水与所述管接触。

5.根据权利要求4所述的蒸发器，其中，所述供给水以薄膜形式被引入所述分散装置中。

6.根据权利要求1所述的蒸发器，其中，在一个组中所含的效应器数量可变。

7.根据权利要求1所述的蒸发器，其中，所述效应器的总数超过20个。

8.根据权利要求1所述的蒸发器，其中，所述蒸发器包括不可冷凝气体去除线。

9.根据权利要求2或权利要求3所述的蒸发器，其中，所述管由金属或金属合金制成。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的蒸发器，其中，各个组还包括与所述泵流体连通的浓缩物排放线。

11.根据权利要求2所述的蒸发器，其中，各效应器具有上游端和下游端，并且所述管倾斜从而使所述管内的所述蒸馏水在重力作用下向下流动到所述效应器的下游端。

12.根据权利要求2所述的蒸发器，其中，所述管利用弹性体垫圈而电绝缘。

13.根据权利要求2所述的蒸发器，其中，所述管为椭圆形。

14.根据权利要求1所述的蒸发器，所述蒸发器还包括用于从水中去除重金属的离子收集器。

15.根据权利要求1所述的蒸发器，所述蒸发器还包括用于对所述供给水进行预除气的钦管。

16.根据权利要求1所述的蒸发器，其中，各个效应器包括构成所述效应器的浸在水中的部分的收集器以及结合在其内的牺牲铝镁阳极。

17.根据权利要求1所述的蒸发器，其中，所述效应器的总数超过25个。

18.根据权利要求1所述的蒸发器，其中，所述效应器的总数超过30个。

说明书

多效蒸发器

技术领域

[0001] 本发明涉及蒸馏设备和方法，特别是利用多效蒸发器的方法。

背景技术

[0002] 对水进行蒸馏是从包含例如盐、杂质等各种可容物质的水中去除这些物质，而留下通常可饮用的清洁水的过程。实现这种蒸馏的一种公知方法是靠水的蒸发，在水蒸发之后许多像盐和水垢的物质会积聚在电壶的底部上。在该过程中，在水蒸发期间，不挥发性的可容物以固态残留物的形式(通常以盐和水垢的形式)残留并被处理。然后使蒸汽冷凝回到液态，从而形成无污染的水。

[0003] 授予本申请人的US 3868308公开了一种多效蒸发器系统，其包括外壳和彼此串联的多个效应器(effect)，每个效应器均具有多束管。该系统构造成将高温蒸汽引入第一效应器的管中，同时对着这些管的外部喷洒非蒸馏水，致使管中的蒸汽冷凝同时蒸发掉一部分非蒸馏水。来自第一效应器的管中的残余蒸汽与管外部的蒸发水一起进入相邻的下游效应器的管中，同时未蒸发的残余非蒸馏水以浓缩物的形式积聚在效应器外壳的底部，并进行运动以对着相邻的上游效应器的管的外部喷洒，等等。

[0004] 一旦水经过了蒸发器系统的所有效应器而完成其通路，该过程就会在蒸发器的下游端上产生蒸馏水，并在上游端产生可溶物质的高浓缩水溶液形式的热浓缩物(warm concentrate)。

发明内容

[0005] 根据本发明，提供一种多效蒸发器，该蒸发器适用于对水进行蒸馏，该蒸发器包括以串联方式连接并成组布置的多个效应器，所述组包括最上游组和后续的下游组，各个组均具有最上游效应器和最下游效应器，并具有适于为所述组中的所有效应器供应供给水的共用并行供给水入口；该蒸发器还包括与所述最上游组流体连通的主供水线；沿着所述线布置有一排加热器，所述加热器适于在所述供给水进入所述最上游组的效应器内之前对其进行加热；各效应器均包括热传递装置，所述热传递装置适于接收进入蒸汽并从所述供给水产生第一排出蒸汽，剩下残余的供给水作为浓缩物，并且使所述进入蒸汽的一部分冷凝以产生蒸馏水，剩下残余的进入蒸汽作为第二排出蒸汽；各效应器均包括用于使所述第一排出蒸汽前进到相邻的下游效应器内的装置以及用于使所述第二排出蒸汽前进到所述加热器之一内以借此加热所述供给水的装置，所述第一排出蒸汽在所述相邻的下游效应器处构成所述第一进入蒸汽；各个组还包括泵，所述泵适于从所述组的效应器抽取浓缩物并将其泵入相邻下游组的共用并行供给水入口中；以及用于收集蒸馏水的装置。

[0006] 在本发明的一个实施方式中，各效应器中的所述热传递装置包括多个管，在这些管之间具有管间间隔，所述管适于接收所述进入蒸汽并与所述供给水接触以在它们之间产生热传递，从而致使所述管间间隔中的一部分供给水蒸发以产生所述第一排出蒸汽，剩下残余的供给水作为浓缩物，并致使所述管中的一部分进入蒸汽冷凝以产生所述蒸馏水，剩下残余的进入蒸汽作为所述第二排出蒸汽。所述管还适于从所述效应器的一侧向另一侧引导所述冷凝水和所述第二排出蒸汽。

[0007] 各效应器组中的所述并行供给水入口可包括分散装置，所述分散装置适于将所述供给水引入该组的各个所述效应器中从而使所述供给水与所述管接触。所述供给水可以以各种形式(例如，薄膜形式)和各种温度被引入所述分散装置中，从而能优化热传递和整个脱盐过程。

[0008] 一组中所含的效应器数量可根据供给水速度、水温和其他参数而改变。所述组的形成可具有多达30个效应器，从而维持高效率参数。

[0009] 管束可以由允许在管内的蒸汽和该管外部上的水之间进行合理热传递的任何材料制成，例如铝或其他金属或者金属合金。在操作中，所述管可水平定位，或者以一角度倾斜定位从而有助于所述管内的冷凝蒸汽在重力作用下向下流动到所述效应器的相反端。所述管的形状不限于圆形截面，而是可为其他形状，例如椭圆形。

[0010] 还可对所述蒸发器进行其他修改，例如电镀冷凝管、增设离子收集器、利用各种合金用于冷凝管等。

附图说明

[0011] 为了理解本发明并了解其如何在实践中实施，以下参照附图仅以非限制性实施例的方式描述本发明的一个实施方式，在附图中：

[0012] 图1是根据本发明一个实施方式的多效蒸发器的示意图，其仅示出了各组的第一个效应器和最后一个效应器；

[0013] 图2是图1所示的蒸发器的组20c以及相邻组20b、20d的上游效应器和下游效应器的放大图；以及

[0014] 图3是图1和图2所示的多效蒸发器中所用的给水加热器的示意图。

具体实施方式

[0015] 图1和图2示出了多效蒸发器系统10及其主供水线11，该主供水线在上方沿着蒸发器10从其下游端10b延伸至其上游端10a，并且其主供汽线12与该蒸发器的上游端10a相连。蒸发器10适用于利用从主供汽线12进入其中的蒸汽对从主供水线11进入其中的水进行蒸馏。

[0016] 蒸发器10包括外壳8和布置在其中的以20a至20d表示的四组效应器，组20a是最上游组，而组20d是最下游组。蒸发器10还包括适于使从蒸馏过程残留的蒸汽冷凝的冷凝器13、适于收集由蒸发器产生的蒸馏水的蒸馏水主线16、适于从蒸发器抽取蒸馏水的产品泵14以及适于从蒸发器抽取蒸馏后留下的盐水的盐水泵15。冷凝器和两个泵都位于系统的下游端。

[0017] 供水线11设有多个加热器24，每个加热器均具有加热器蒸汽入口41，其适于接收来自各个组20的蒸汽，并借此对供水线11中的水进行加热。各加热器24还包括用于去除不可冷凝的气体(NCG)并保留蒸汽的第一出口27(在图3和图1中仅示出了分别用于组20a的最上游加热器和组20d的最下游加热器的第一出口)和供抽水用的第二出口44，该第一出口与NCG和蒸汽去除线17流体连通。

[0018] 各效应器组20a至20d包括多个效应器30和多个进入室40，所述进入室与效应器串联连接，从而各效应器30在其上游侧都具有进入室40。将效应器表示成E1至E20，各效应器组20的最上游效应器和最下游效应器分别以30h和30t表示。组20a、20b、20c和20d内分别具有效应器E1至E6、E7至E11、E12至E16和E17至E20。

[0019] 各效应器组20还包括分成多个分散装置26的共用并行进水口25，每个分散装置均适于将供给水以薄膜形式引入其中一个效应器30中。各个组20还包括浓缩物排放线23和与其相连的浓缩物泵21，二者均适于从组20抽取浓缩物，泵21适于将浓缩物引入后续的下游组的进水口25中。

[0020] 各效应器30包括：在其顶部的主进水口31，该主进水口适于从分散装置26接收待蒸馏的水；位于效应器的上游侧的蒸汽入口32；以及在效应器底部的浓缩物收集器33，其与效应器组的浓缩物排放线23流体连通。第一组20a的最上游效应器30h的蒸汽入口32与主蒸汽线12流体连通，而各组的其他效应器中的每个效应器的蒸汽入口32均适于接收经过该效应器前方的进入室40并来自于前方紧邻的上游效应器30的蒸汽。

[0021] 效应器30内定位有管束35，其包括截面为椭圆形或圆形的水平共同延伸的冷凝管35a，在这些管之间具有间隔35b。管35a的上游端构成效应器的蒸汽入口32，而管35a的下游端构成效应器的第一、水和蒸汽出口34，该出口用于使蒸汽和蒸馏水流出管，同时管之间的间隔35b构成效应器的第二、蒸汽出口36，该出口用于由管35a之间的间隔35b中的供给水产生的蒸汽。所述管从效应器的上游侧向其下游侧略向下倾斜，从而利用重力作用使水在其内流动。所述管位于主入口31下方以允许在其上喷洒来自分散装置26的供给水，从而在喷洒的水和管内流动的蒸汽之间产生热传递。管35的端部布置在垂直管板39内并由其支撑。

[0022] 各效应器还包括浓缩物流出线37，其使各效应器30的浓缩物收集器33与浓缩物排放线23相连。各个组20的浓缩物泵21与排放线23的下游端相连。

[0023] 如以上所述，进入室40布置在每一对相邻的效应器30之间，其中一个效应器位于该室的上游侧，而另一个效应器位于该室的下游侧。室40适于从位于该室上游侧的效应器的第一出口34和第二出口36接收水和蒸汽。该室设计成允许蒸汽从出口34流入位于该室下游侧的效应器30的蒸汽入口32。该室还具有位于其顶部的蒸汽出口43，来自出口36的蒸汽经由该蒸汽出口被引向相应加热器24的蒸汽入口41。室40还包括位于各效应器的蒸汽出口34、36处的分滴器38和位于该室底部的蒸馏水收集器42，该蒸馏水收集器42适于接收来自该室上游侧的效应器的第一出口34的蒸馏水。各蒸馏水收集器42连接有引向蒸馏水主线16的蒸馏水流出线47。

[0024] 应当理解，尽管这里对于浓缩物和蒸馏水都描述成使用共用并行排放装置，然而浓缩物收集器33可彼此串联连接，且蒸馏水收集器42也可以以串联方式彼此连接。

[0025] 加热器24均可与一个组20相连或者与各组20的一个进入室40相连，如图中所示。

[0026] 主供水线11和供汽线12与第一组20a的第一效应器30h相连。冷凝器13经由管路13a与最后一组20d的最后一个效应器30t的水和蒸汽出口34流体连通，而盐水泵15经由管路15a与最后一组20d的浓缩物排放线23流体连通。

[0027] 在操作中，在系统的下游端将大约25℃的供给水从外部水源引入到供水线11中，使其沿供水线11穿过加热器24。在供给水被引入第一组20a的共用并行进水口25和分散装置26之前，加热器24逐渐加热供给水。这样对水进行加热，使得水以其最高温度到达第一组20a的第一效应器30h，该最高温度可达82℃至85℃。此时，将温度略高于85℃的蒸汽引入第一效应器的蒸汽入口32中，即引入第一组20a的管35a的上游端。

[0028] 利用分散装置26从主进水口25向下喷洒来自供水线的水，该分散装置以薄膜的形式，即大约0.2mm至0.3mm厚的薄膜，将水喷洒到第一组20a的各效应器30的管35a上。当水膜与管35a接触时，在该膜与管35a内流动的蒸汽之间产生热传递过程，从而致使管35中的蒸汽部分冷凝且管之间的间隔35b中的供给水部分蒸发。

[0029] 在管35a中冷凝的蒸汽形成蒸馏水并在重力作用下向倾斜的管下方流动，流入位于管的下游端的进入室40中，该蒸馏水在该进入室中向下滴落到蒸馏水收集器42上。蒸馏水经由流出线47从各进入室40的收集器42向下流动到蒸馏水主线16。未在管35a中冷凝的残余蒸汽流到进入室40中，并经由蒸汽出口43被吸到相应加热器24的蒸汽入口41中，该加热器利用该热蒸汽加热主供水线11中的供给水。

[0030] 在效应器的管35a之间的间隔35b中变成蒸汽的供给水经由室40前进到紧邻的下一效应器的蒸汽入口32和管35a的上游端。未蒸发的供给水(即，浓缩物)向下滴落到效应器30底部处的浓缩物收集器33上，冷凝物从该收集器向下流到第一组20a的冷凝物排放线23中。

[0031] 然后，利用浓缩物泵21将浓缩物从浓缩物排放线23经由管路22泵入到第二组20b的共用并行进水口25中，在该组和后续组中重复所述过程，第一组20a和所有后续组
20b至20d的不同之处仅在于，第一组20a接收来自主供水线11的供给水，而其他组接收来自浓缩物泵21的供给水。因而，在该过程期间，供给水和蒸汽都向下游流动，因而所述蒸发器系统是向前供流的多效蒸发器。

[0032] 图3中所示的给水加热器24适于通过入口11a接收供给水和通过入口41接收带有NCG的热蒸汽，并允许在二者之间进行热传递。该过程产生通过出口11b离开加热器24的加热供给水和通过出口44离开加热器24并构成蒸馏水的冷凝蒸汽。经由NCG和蒸汽线17通过出口27去除未冷凝的蒸汽。出口44可以与进入室40的蒸馏水收集器42或者与蒸馏水主线16流体连通。

[0033] 由于向前供流，上述过程产生了蒸馏水，并获得了处于其最低温度的最高浓缩的盐水，这与其中在最高温度时产生盐水的向后供流相反。低温盐水能防止产生水垢和腐蚀设备的危险。利用盐水泵15经由与最后的浓缩物排放装置23d相连的管线15a移除盐水。在系统的下游端，来自蒸馏水主线16的蒸馏水经由管线13a被引入冷凝器13中，在该冷凝器中利用该蒸馏水冷凝来自最后一组20d的最后效应器30t的蒸汽。产品泵14利用管线
14a从冷凝器13中抽出蒸馏水。

[0034] 还可通过各种手段来改变和增强上述多效应蒸发器10的操作，这些手段例如为，用于重金属的离子收集器，在钛管中对水进行预除气，通过弹性体垫圈使管与管板电绝缘以及在各个效应器的浸在水中的部分中结合有牺性铝镁阳极。而且，所述过程使用各种类型的水，最常见的是海水。此外，为了产生不同效果，可在各组中使用不同数量的效应器，以及使用总量不同的效应器。

[0035] 本发明所属领域的技术人员容易理解在已做必要修正的情况下，可不背离本发明范围而进行多种改变、变型和修改。