超重力反渗透溶液分离装置及方法

摘要

本发明公开了一种超重力反渗透溶液分离装置；包括转轴(2)，所述转轴(2)上设置有高压泵(8)、反渗透器(7)、溶液泵(6)；所述溶液泵(6)液体进口通过管道A设置有稀溶液进口(3)；所述溶液泵(6)液体出口连接反渗透器(7)液体进口；所述反渗透器(7)出水口连接高压泵(8)液体进口；所述高压泵(8)液体出口通过管道C设置有纯水出口(5)；所述反渗透器(7)液体出口通过管道B设置有浓溶液出口(4)。

权利要求

1.一种超重力反渗透溶液分离装置，其特征是：包括转轴(2)，所述转轴(2)上设置有高压泵(8)、反渗透器(7)、溶液泵(6)；

所述溶液泵(6)液体进口通过管道A设置有稀溶液进口(3)；

所述溶液泵(6)液体出口连接反渗透器(7)液体进口；

所述反渗透器(7)出水口连接高压泵(8)液体进口；

所述高压泵(8)液体出口通过管道C设置有纯水出口(5)；

所述反渗透器(7)液体出口通过管道B设置有浓溶液出口(4)；

所述纯水出口(5)、稀溶液进口(3)、浓溶液出口(4)布置在转轴(2)的轴心位置；

溶液泵(6)布置在靠近转轴(2)一侧；

高压泵(8)、反渗透器(7)布置在转轴(2)的回转半径上。

2.根据权利要求1所述的超重力反渗透溶液分离装置，其特征是：所述转轴(2)上设置有底座(1)；

所述底座(1)上设置高压泵(8)、反渗透器(7)、溶液泵(6)、管道A、管道B、管道C。

3.根据权利要求2所述的超重力反渗透溶液分离装置，其特征是：反渗透器(7)的数量为一个或者多个。

4.根据权利要求2所述的超重力反渗透溶液分离装置，其特征是：所述反渗透器(7)的数量为多于一个，所述多个反渗透器(7)绕转轴(2)的轴心对称布置。

5.根据权利要求3或者4所述的超重力反渗透溶液分离装置，其特征是：所述高压泵(8)、反渗透器(7)、溶液泵(6)之间分别通过管道相互连接。

6.一种超重力反渗透溶液分离方法，包括超重力反渗透溶液分离装置；其特征是：转轴(2)带动高压泵(8)、反渗透器(7)、溶液泵(6)一定角速度旋转；

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；

所述溶液泵(6)流出的稀溶液在离心力和压差的共同作用下被增压到超高压；

超高压液体进入反渗透器(7)，在渗透膜的作用下，形成浓溶液和水；

所述浓溶液从液体出口流出，在管道B内经离心力和压差的共同作用下成为低压浓溶液，并通过浓溶液出口(4)流出；

所述水从反渗透器(7)出水口流出，进入高压泵(8)增压到超高压；

所述高压泵(8)流出的水在离心力和压差的共同作用下变成低压纯水，并通过纯水出口(5)排出。

7.根据权利要求6所述的超重力反渗透溶液分离方法，其特征是：所述高压泵(8)、反渗透器(7)、溶液泵(6)通过底座(1)实现平稳的旋转。

说明书

超重力反渗透溶液分离装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及动力设备技术领域，具体是一种超重力反渗透溶液分离装置及方法。

背景技术

[0002] 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，这个分离过程可以靠反渗透来完成，其原理是利用高压提高溶液中水的化学势，使得其可以通过渗透膜向膜的另外一侧转移，从而起到对溶液的分离作用。

[0003] 在反渗透时，一般要将稀溶液加压到Mpa级的高压，稀溶液中的水通过渗透膜渗透出去后剩下的浓溶液仍有较大的液体压力能，可以通过液体能量回收器来回收这部分能量，提高系统效率，增加系统的技术经济性，但液体能量回收器价格昂贵，如在海水淡化工程中，能量回收器的初投资费用就占总投资的10-15％，这使得液体能量回收器在反渗透溶液分离中应用得并不多。

[0004] 这样，有必要对现有的反渗透溶液分离装置进行改进，使得其不要能量回收器，又达到液体压力能的回收效果，以提高系统的技术经济价值和可行性。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单的超重力反渗透溶液分离装置。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种超重力反渗透溶液分离装置；包括转轴，所述转轴上设置有高压泵、反渗透器、溶液泵；所述溶液泵液体进口通过管道A设置有稀溶液进口；所述溶液泵液体出口连接反渗透器液体进口；所述反渗透器出水口连接高压泵液体进口；所述高压泵液体出口通过管道C设置有纯水出口；所述反渗透器液体出口通过管道B设置有浓溶液出口。

[0007] 作为对本发明所述的超重力反渗透溶液分离装置的改进：所述纯水出口、稀溶液进口、浓溶液出口布置在转轴的轴心位置；溶液泵布置在靠近转轴一侧；高压泵、反渗透器布置在转轴的回转半径上。

[0008] 作为对本发明所述的超重力反渗透溶液分离装置的进一步改进：所述转轴上设置有底座；所述底座上设置高压泵、反渗透器、溶液泵、管道A、管道B、管道C。

[0009] 作为对本发明所述的超重力反渗透溶液分离装置的进一步改进：反渗透器的数量为一个或者多个。

[0010] 作为对本发明所述的超重力反渗透溶液分离装置的进一步改进：所述反渗透器的数量为多于一个，所述多个反渗透器绕转轴的轴心对称布置。

[0011] 作为对本发明所述的超重力反渗透溶液分离装置的进一步改进：所述高压泵、反渗透器、溶液泵之间分别通过管道相互连接。

[0012] 一种超重力反渗透溶液分离方法；包括超重力反渗透溶液分离装置；所述转轴带动高压泵、反渗透器、溶液泵一定角速度旋转；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到超高压；所述超高压液体进入反渗透器，在渗透膜的作用下，形成浓溶液和水；所述浓溶液从液体出口流出，在管道B内经离心力和压差的共同作用下成为低压浓溶液，并通过浓溶液出口流出；所述水从反渗透器出水口流出，进入高压泵增压到超高压；所述高压泵流出的水在离心力和压差的共同作用下变成低压纯水，并通过纯水出口排出。

[0013] 作为对本发明所述的超重力反渗透溶液分离方法的改进：所述高压泵、反渗透器、溶液泵通过底座实现平稳的旋转。

[0014] 本发明与现有反渗透装置相比，具有以下优点：

[0015] 1)无需能量回收器，液体压力能可自动高效回收。

[0016] 2)系统构造简单，具有更高的技术经济价值。

附图说明

[0017] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

[0018] 图1是本发明的主要结构示意图。

具体实施方式

[0019] 实施例1、图1给出了一种超重力反渗透溶液分离装置及方法。超重力反渗透溶液分离装置包括转轴2，该转轴2上设置有底座1；在底座1上设置高压泵8、反渗透器7、溶液泵6、管道A、管道B、管道C(通过底座1可以稳定设置在转轴2上的高压泵8、反渗透器7、溶液泵
6、管道A、管道B、管道C)。

[0020] 溶液泵6液体进口通过管道A设置有稀溶液进口3；溶液泵6液体出口连接反渗透器7液体进口；反渗透器7出水口连接高压泵8液体进口；高压泵8液体出口通过管道C设置有纯水出口5；反渗透器7液体出口通过管道B设置有浓溶液出口4。

[0021] 纯水出口5、稀溶液进口3、浓溶液出口4布置在转轴2的轴心位置；溶液泵6布置在靠近转轴2的位置(如设置在转轴2的一侧)；高压泵8、反渗透器7布置在转轴2的回转半径上，兼顾动平衡。。

[0022] 以上所述的反渗透器7的数量可以为一个或者多个。当反渗透器7的数量为多于一个时，多个反渗透器7绕转轴2的轴心对称布置。以上所述高压泵8、反渗透器7、溶液泵6之间分别通过管道相互连接，为了方便表述，将该管道统称为管道D。

[0023] 超重力反渗透溶液分离方法：具体如下：

[0024] 1、通过转轴2带动底座1以一定角速度旋转；通过底座1带动高压泵8、反渗透器7、溶液泵6以一定的角速度稳定的旋转。

[0025] 2、稀溶液进口3经管道A通过溶液泵6的稀溶液进口导入低压稀溶液，该低压稀溶液通过溶液泵6增压，压力略增大用以克服流动过程中的阻力损失。

[0026] 3、从溶液泵6流出的稀溶液在管道D内，受到离心力和压差的共同作用，被增压到超高压，并通过反渗透器7的液体进口进入到反渗透器7内；在反渗透器7内，该稀溶液中的一部分水分通过渗透膜，稀溶液变为浓溶液；

[0027] 之后，浓溶液从反渗透器7的液体出口流出，在管道B内的离心力和压差的共同作用下变成低压浓溶液，并通过浓溶液出口4流出；

[0028] 另外通过渗透膜析出的水从反渗透器7的出水口流出后被高压泵8增压到超高压，然后在管道C中通过离心力和压差的共同作用下变成低压纯水，并通过纯水出口5排出。

[0029] 如此循环，可实现稀溶液中水的连续分离过程。

[0030] 以上实施例1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。

[0031] 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。

[0032] 实施实例1的计算参数见表1(针对1kg水)。设计条件为：系统回转半径0.5m，对海水进行反渗透，进料海水中钙离子含量为360ppm，镁离子含量为1176ppm，钠离子含量为10065ppm，钾离子含量为366ppm，硫酸根离子含量为2480ppm，氯离子含量为18152ppm，温度为25℃，海水渗透压为2.4Mpa，系统产水率为25％，排出的浓海水的渗透压为3.2Mpa，反渗透过程的平均驱动压差为2.95Mpa，系统转速为2004转/分，高压泵和溶液泵功耗分别为
6.88kJ/kg和2.5kJ/kg，系统火用效(定义为进料海水最小分离功和泵总功耗之比)为32％。
本系统无需能量回收器，海水增加的液体压力能全部回收，实施环节简单，技术经济性好，有效实现了本发明的初衷。

[0033] 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。

[0034] 表1 实施实例1的计算结果(针对1kg水)

[0035]项目 实施实例1 单位
温度 25 ℃
回转半径 0.5 m
海水钙离子浓度 360 ppm
海水镁离子浓度 1176 ppm
海水钠离子浓度 10065 ppm
海水钾离子浓度 366 ppm
海水硫酸根离子浓度 2480 ppm
海水氯离子浓度 18152 ppm
海水渗透压 2.4 Mpa
浓海水钙离子浓度 535 ppm
浓海水镁离子浓度 1575 ppm
浓海水钠离子浓度 13461 ppm
浓海水钾离子浓度 486 ppm
浓海水硫酸根离子浓度 2353 ppm
浓海水氯离子浓度 24255 ppm
浓海水渗透压 3.2 Mpa
产水率 25 ％
海水循环倍率 4 -----
海水进口绝对压强 0.1 Mpa
浓海水出口绝对压强 0.1 Mpa
纯水出口绝对压强 0.1 Mpa
反渗透器海水侧压损 0.5 Mpa
反渗透器水侧压损 0.3 Mpa
反渗透平均驱动压差 2.95 Mpa

[0036]泵效率 80 ％
溶液泵功耗 2.5 kJ/kg
高压泵功耗 6.88 kJ/kg
转速 2004 转/分
系统火用效 25.6 ％

[0037] 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。