一种超纯水制备装置及其超纯水制备方法.pdf

本发明涉及一种超纯水制备装置及其超纯水制备方法，其中，超纯水制备装置包括一级淡水系统和二级淡炎系统，一级淡水系统包括横向叠置的若干换热板片，各相邻换热板片间交错形成第一换热通道和第二换热通道，第一换热通道的上方设有集流通道一，集流通道一与冷水进水管连通，第二换热通道的下方设有集流通道二，集流通道二与热媒进口连接，第一换热通道的下方和第二换热通道的上方敞开，第一换热通道内的中部分别设有布液成膜装置，第二换热通道内的中部分别设有密封隔条将第二换热通道分隔成上部通道和下部通道，上部通道下侧一级淡水出口连通，下部通道的上侧与热媒出口连接，第一换热通道的下方开口与第二换热通道的上方开口通过连通腔连通。

权利要求书
1.  一种超纯水制备装置，包括壳体，所述壳体内部通过一中隔板将壳体分隔成上腔和下腔，所述上腔内设有一级淡水系统，所述下腔内设有二级淡水系统，所述一级淡水系统包括横向叠置的若干换热板片，各相邻换热板片间交错形成第一换热通道和第二换热通道，所述第一换热通道的上方设有集流通道一，所述集流通道一与冷水进水管连通，所述第二换热通道的下方设有集流通道二，所述集流通道二与热媒进口连接，所述第一换热通道的下方和第二换热通道的上方敞开，所述第一换热通道内的中部分别设有布液成膜装置，所述第二换热通道内的中部分别设有密封隔条将第二换热通道分隔成上部通道和下部通道，所述上部通道的下侧设有连通各通道的集流通道三，所述集流通道三与一级淡水出口连通，第二换热通道的下部通道的上侧设有连通各通道的集流通道四，所述集流通道四与热媒出口连接，所述第一换热通道的下方开口与第二换热通道的上方开口之间设有连通腔，所述连通腔之间设有捕沫网； 所述一级淡水出口与二级淡水进水口连通。

2.    根据权利要求1所述的超纯水制备装置，其特征在于，所述布液成膜装置包括固定设置在第一换热通道的换热板片之间的吸液金属海绵，所述吸液金属海绵与两侧的换热板片之间分别通过密封胶条密封连接，所述密封胶条的相对面下侧还对应设有卡槽，所述卡槽内卡装有微孔金属板，所述微孔金属板与吸液金属海绵紧密贴合，所述微孔金属板上侧的密封胶条上设有若干向外侧延伸的导液微孔，所述换热板片与密封胶条之间还设有与导液微孔连通的导液织物层。

3.  根据权利要求2所述的超纯水制备装置，其特征在于，所述换热板片叠置在壳体的上腔中部一侧，所述连通腔设置在上腔的另一侧，所述上腔顶部设有蒸汽空间，底部设有浓水存贮空间，所述壳体顶部设有不凝汽体排放口和备用接口，所述上腔的底部设有浓水排放口，所述上腔的壳体侧壁上还设有抽真空口。

4.  根据权利要求3所述的超纯水制备装置，其特征在于，所述二级淡水系统包括净水室，所述净水室交替通过阳离子膜和阴离子膜分隔为阴极水室、超纯水室一、浓水室、超纯水室二和阳极水室，所述阴极水室和阳极水室内分别设有阴极和阳极，所述超纯水室一和超纯水室二的二级进水口与一级淡水出口连接，所述超纯水室一和超纯水室二还设有超纯水出口；所述阴极水室、阳极水室和浓水室的进水口与一级淡水系统的浓水排放口连接，所述阴极水室、阳极水室和浓水室设还有二级浓水出口。

5.  根据权利要求3所述的超纯水制备装置，其特征在于，所述一级淡水和二级淡水系统的各进水口和出水口的连接管路上分别设有与控制系统连接流量计、控制阀和温度计，所述集流通道三内和浓水贮水空间内分别设有与控制系统连接液位计。

6.  一种采用权利要求5所述的超纯水制备装置制备超纯水的方法，包括一级淡化过程和二级淡化过程；
所述一级淡化过程中，热媒介质由热媒进口进入，经第二换热通道的下部通道，与第二换热通道的各换热板片热交换后从热媒出口排出，待淡化的海水从冷水进水管经集流通道一分别流入第一换热通道，海水在第一换热通道内与换热板片热交换后，初步预热，经布液成膜装置在第一换热通道下部的换热板表面均匀布液成膜，并与经热媒介质加热的换热板片加热，逐渐蒸发生成水蒸汽，未蒸发的浓水流入浓水存贮空间，定期排出，水蒸汽从下方开口经连通腔和捕沫网，向上部的蒸汽空间聚集，不凝汽体定期从不凝汽体排放口排出，其余的水蒸汽从第二换热通道的上方开口进入第二换热通道的上部通道，水蒸汽在第二换热通道的上部通道内与第二换热通道的板片热交换而冷凝成一级淡化水，汇集在集流通道三内定期经一级淡水口排出；
所述二级淡化过程中，经一级淡化的一级淡水从二级进水口进入超纯水室一和超纯水室二，同时阴极水室、阳极水室和浓水室的进水口与一级淡水系统的浓水排放口连接，超纯水室内，一级淡水中的阴离子和阳离子杂质经阴极电极、阳极电极、阴离子膜和阳离子膜吸附和选择性渗透作用下，逐渐净化为二级超纯水，定期从超纯水出口排出，阴极水室、阳极水室和浓水室的浓水定期从各自的出口排出。

说明书一种超纯水制备装置及其超纯水制备方法
技术领域
本发明涉及海水淡化技术领域，特别涉及一种超纯水制备装置及其超纯水制备方法。
背景技术
随着经济的发展和社会的进步，人类对资源的需求越来越大，自然资源本身所受的破坏和污染越来越大，淡水的供应量日益紧张。除了资源性缺水之外，水质性缺水地区日益扩大，如何从海水，苦咸水或者其他废水内获取可供人类使用的淡水资源成为人类目前需要解决的一个重大问题。
目前主流的淡化技术主要有RO膜法渗透，电渗析，蒸馏等方式，蒸馏法以其来水质量要求低，产水水质高，耗能低等特点成为具发展潜力的技术路线。目前主要的蒸馏法淡化技术一般采用管壳式的换热结构，金属需求量大，占地面积广，设备笨重，而且不适用于对自重和占空有特殊要求的场所。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种能源广、启动快、产水高、水质好、易拆卸清洗的超纯水制备装置。
本发明的上述目的是这样实现的，一种超纯水制备装置，包括壳体，所述壳体内部通过一中隔板将壳体分隔成上腔和下腔，所述上腔内设有一级淡水系统，所述下腔内设有二级淡水系统，所述一级淡水系统包括横向叠置的若干换热板片，各相邻换热板片间交错形成第一换热通道和第二换热通道，所述第一换热通道的上方设有集流通道一，所述集流通道一与冷水进水管连通，所述第二换热通道的下方设有集流通道二，所述集流通道二与热媒进口连接，所述第一换热通道的下方和第二换热通道的上方敞开，所述第一换热通道内的中部分别设有布液成膜装置，所述第二换热通道内的中部分别设有密封隔条将第二换热通道分隔成上部通道和下部通道，所述上部通道的下侧设有连通各通道的集流通道三，所述集流通道三与一级淡水出口连通，第二换热通道的下部通道的上侧设有连通各通道的集流通道四，所述集流通道四与热媒出口连接，所述第一换热通道的下方开口与第二换热通道的上方开口之间设有连通腔，所述连通腔之间设有捕沫网； 所述一级淡水出口与二级淡水进水口连通。
为便于待蒸发的海水在换热板片表面均匀成膜，所述布液成膜装置包括固定设置在第一换热通道的换热板片之间的吸液金属海绵，所述吸液金属海绵与两侧的换热板片之间分别通过密封胶条密封连接，所述密封胶条的相对面下侧还对应设有卡槽，所述卡槽内卡装有微孔金属板，所述微孔金属板与吸液金属海绵紧密贴合，所述微孔金属板上侧的密封胶条上设有若干向外侧延伸的导液微孔，所述换热板片与密封胶条之间还设有与导液微孔连通的导液织物层。
 为进一步改进本发明，所述换热板片叠置在壳体的上腔中部一侧，所述连通腔设置在上腔的另一侧，所述上腔顶部设有蒸汽空间，底部设有浓水存贮空间，所述壳体顶部设有不凝汽体排放口和备用接口，所述上腔的底部设有浓水排放口，所述上腔的壳体侧壁上还设有抽真空口。
作为本发明的二级淡水系统的改进，所述二级淡水系统包括净水室，所述净水室交替通过阳离子膜和阴离子膜分隔为阴极水室、超纯水室一、浓水室、超纯水室二和阳极水室，所述阴极水室和阳极水室内分别设有阴极和阳极，所述超纯水室一和超纯水室二的二级进水口与一级淡水出口连接，所述超纯水室一和超纯水室二还设有超纯水出口；所述阴极水室、阳极水室和浓水室的进水口与一级淡水系统的浓水排放口连接，所述阴极水室、阳极水室和浓水室设还有二级浓水出口。
为便于准确监控装置的运行，所述一级淡水和二级淡水系统的各进水口和出水口的连接管路上分别设有与控制系统连接流量计、控制阀和温度计，所述集流通道三内和浓水贮水空间内分别设有与控制系统连接液位计。
本发明的超纯水制备装置具有如下有益效果：
1)本发明一级淡水系统的蒸发端和冷凝端的冷凝板片为一体的整体结构，加工方便，定位准确，结构紧凑。蒸发冷凝过程分别在经分隔的不同腔室内进行，淡水品质高。叠加的换热板片结构拆装和清洗方便。并且通过在第一换热通道内设置布液成膜装置，可使海水在换热板片表面均匀成膜，以便于蒸发的过程的快递启动、并节约能源，降低蒸发系统对热媒介质的要求，并提高蒸发效率；
2)本发明二级淡水系统的离子交换系统的能耗低、无需化学再生、低电压、低能耗、管路连接简单、安装维护方便，产水水质高；
3)本发明利用一级淡水系统的淡水产水，作为二级淡水系统的进料水，进一步纯化，制备超纯水，实现装置的多元化产水；
4）本发明的二级淡水系统的极水室和浓水室的进水均采用一级淡水系统的排放浓水，无需外部输入，实现水资源的充分利用，并可减少排放。
本发明的另一个目的是提供一种采用上述超纯水制备装置制备超纯水的方法，包括一级淡化过程和二级淡化过程；所述一级淡化过程中，热媒介质由热媒进口进入，经第二换热通道的下部通道，与第二换热通道的各换热板片热交换后从热媒出口排出，待淡化的海水从冷水进水管经集流通道一分别流入第一换热通道，海水在第一换热通道内与换热板片热交换后，初步预热，经布液成膜装置在第一换热通道下部的换热板表面均匀布液成膜，并与经热媒介质加热的换热板片加热，逐渐蒸发生成水蒸汽，未蒸发的浓水流入浓水存贮空间，定期排出，水蒸汽从下方开口经连通腔和捕沫网，向上部的蒸汽空间聚集，不凝汽体定期从不凝汽体排放口排出，其余的水蒸汽从第二换热通道的上方开口进入第二换热通道的上部通道，水蒸汽在第二换热通道的上部通道内与第二换热通道的板片热交换而冷凝成一级淡化水，汇集在集流通道三内定期经一级淡水口排出；所述二级淡化过程中，经一级淡化的一级淡水从二级进水口进入超纯水室，同时阴极水室、阳极水室和浓水室的进水口与一级淡水系统的浓水排放口连接，超纯水室内，一级淡水内的阴离子和阳离子杂质经阴极电极、阳极电极、阴离子膜和阳离子膜吸附和选择性渗透作用下，逐渐净化为二级超纯水，定期从超纯水出口排出，阴极水室、阳极水室和浓水室的浓水定期从各自的出口排出。
本发明的超纯水制备方法中，一级淡化过程采用整体结构的换热板片，海水既是进料水，也是冷凝器的冷源，蒸发冷凝效率高，启动快，热媒要求低。二级淡化过程中的淡水、浓水和极水均采用一级淡火过程的淡水和浓水产物，实现资源的充分利，并减少废水排放。经过两级淡化处理的超纯水，超度高，两级用水可以分别满足不同的用水需求。
附图说明
图1为本发明的超纯水制备装置的结构示意图。
图2为二级淡水系统的运行原理图。
图3为布液成膜装置的结构示意图。
其中，1壳体；2冷水进水管；3第一换热通道；4第二换热通道；5一级淡水出口；6热媒出口；7密封隔条；8布液成膜装置；801吸液金属海绵；802密封胶条；803微孔金属板；804卡槽；805导液微孔；806导液织物层；9热媒进口；10浓水存贮空间；11浓水排放口；12中隔板；13捕沫网；14连通腔；15抽真空口；16换热板片；17蒸汽空间；18不凝汽体排放口；19备用接口；20净水室；21阴极；22阴极水室；23超纯水室一；24浓水室；25超纯水室二；26阳极水室；27阳极；28阳离水膜；29阴离子膜；30二级淡水进水口；31超纯水出口。
具体实施方式
如图1和图2所示为本发明的超纯水制备装置，包括壳体1，壳体1内部通过一中隔板12将壳体1分隔成上腔和下腔，上腔内设有一级淡水系统，下腔内设有二级淡水系统，一级淡水系统包括横向叠置的若干换热板片16，各相邻换热板片16间交错形成第一换热通道3和第二换热通道4，第一换热通道3的上方设有集流通道一，集流通道一与冷水进水管2连通，第二换热通道4的下方设有集流通道二，集流通道二与热媒进口9连接，第一换热通道3的下方和第二换热通道4的上方敞开，第一换热通道3内的中部分别设有布液成膜装置8，第二换热通道4内的中部分别设有密封隔条7将第二换热通道4分隔成上部通道和下部通道，上部通道的下侧设有连通各通道的集流通道三，集流通道三与一级淡水出口5连通，第二换热通道4的下部通道的上侧设有连通各通道的集流通道四，集流通道四与热媒出口6连接，第一换热通道3的下方开口与第二换热通道4的上方开口之间设有连通腔14，连通腔14之间设有捕沫网13； 一级淡水出口5与二级淡水进水口30连通。
为便于待蒸发的海水在换热板片16表面均匀成膜，布液成膜装置8包括固定设置在第一换热通道的换热板片16之间的吸液金属海绵801，吸液金属海绵801与两侧的换热板片16之间分别通过密封胶条802密封连接，密封胶条802的相对面下侧还对应设有卡槽804，卡槽804内卡装有微孔金属板803，微孔金属板803与吸液金属海绵801紧密贴合，微孔金属板803上侧的密封胶条802上设有若干向外侧延伸的导液微孔805，换热板片16与密封胶条802之间还设有与导液微孔805连通的导液织物层806。该导液织物层在海水的润湿作用下紧贴换热板片内壁，以便于在换热板片表面形成均匀的海水膜。
为进一步改进本发明，换热板片116叠置在壳体1的上腔中部一侧，连通腔14设置在上腔的另一侧，上腔顶部设有蒸汽空间17，底部设有浓水存贮空间10，壳体1顶部设有不凝汽体排放口18和备用接口19，其中不蒸汽体排放口用于定期排放蒸汽空间的不蒸汽体；上腔的底部设有浓水排放口11，上腔的壳体侧壁上还设有抽真空口15。
本发明二级淡水系统包括净水室20，净水室20交替通过阳离子膜28和阴离子膜29分隔为阴极水室22、超纯水室一23、浓水室24、超纯水室二25和阳极水室26，阴极水室22和阳极水室26内分别设有阴极21和阳极27，超纯水室一23和超纯水室二25的二级进水口30与一级淡水出口5连接，超纯水室一23和超纯水室二25还设有超纯水出口31；阴极水室22、阳极水室26和浓水室24的进水口与一级淡水系统的浓水排放口11连接，阴极水室22、阳极水室26和浓水室24设还有二级浓水出口。
为便于准确监控装置的运行，一级淡水和二级淡水系统的各进水口和出水口的连接管路上分别设有与控制系统连接流量计、控制阀和温度计，集流通道三内和浓水贮水空间内分别设有与控制系统连接液位计。
采用本发明的上述超纯水制备装置制备超纯水的方法为：包括一级淡化过程和二级淡化过程，一级淡化过程中，热媒介质由热媒进口9进入，经第二换热通道4的下部通道，与第二换热通道4的各换热板片热交换后从热媒出口6排出，待淡化的海水从冷水进水管2经集流通道一分别流入第一换热通道3，海水在第一换热通道3内与换热板片16热交换后，初步预热，经布液成膜装置8在第一换热通道3下部的换热板片表面均匀布液成膜，并与经热媒介质加热的换热板片加热，逐渐蒸发生成水蒸汽，未蒸发的浓水流入浓水存贮空间10，定期排出，水蒸汽从下方开口经连通腔14和捕沫网13，向上部的蒸汽空间17聚集，不凝汽体定期从不凝汽体排放口18排出，其余的水蒸汽从第二换热通道4的上方开口进入第二换热通道4的上部通道，水蒸汽在第二换热通道4的上部通道内与第二换热通道的板片热交换而冷凝成一级淡化水，汇集在集流通道三内定期经一级淡水口9排出；二级淡化过程中，经一级淡化的一级淡水从二级进水口30进入超纯水室一23和超纯水室二25，同时阴极水室22、阳极水室26和浓水室24的进水口与一级淡水系统的浓水排放口11连接，超纯水室一23和超纯水室二25内，一级淡水中的阴离子和阳离子杂质经阴极电极、阳极电极、阴离子膜29和阳离子膜28吸附和选择性渗透作用下，逐渐净化为二级超纯水，定期从超纯水出口31排出，阴极水室22、阳极水室26和浓水室24的浓水定期从各自的出口排出。
本发明的超纯水制备方法中，一级淡化过程采用整体结构的换热板片，海水既是进料水，也是冷凝器的冷源，蒸发冷凝效率高，启动快，对热媒要求低。二级淡化过程中的淡水、浓水和极水均采用一级淡火过程的淡水和浓水产物，提高海水的回收利用率，实现资源的充分利用，并减少废水排放。经过两级淡化处理的超纯水，超度高，两级用水可以分别满足不同的用水需求，大大提高制置使用范围。