一種含鹽水溶液的濃縮裝置和方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種含鹽水溶液的濃縮裝置和方法，包括強(qiáng)化噴霧冷凍濃縮單元和聚光太陽(yáng)能強(qiáng)化空氣加濕蒸發(fā)單元。強(qiáng)化噴霧冷凍單元由含鹽水溶液儲(chǔ)槽、加壓泵、噴嘴、振動(dòng)篩和冰液儲(chǔ)存槽組成；聚光太陽(yáng)能強(qiáng)化空氣加濕蒸發(fā)單元由風(fēng)機(jī)、聚光太陽(yáng)能集熱器、含有吸水材料的空氣加濕水溶液蒸發(fā)器組成。含鹽水溶液霧化成液滴，冰粒積聚在振動(dòng)篩的作用下，沉積在冰液儲(chǔ)存槽的一側(cè)，而通過(guò)篩網(wǎng)的液體得以濃縮并匯集在冰液儲(chǔ)存槽的另一側(cè)。聚光太陽(yáng)能集熱器將空氣加熱到60℃以上，通過(guò)冷凍法濃縮的含鹽水溶液在空氣加濕蒸發(fā)器中進(jìn)一步濃縮。本發(fā)明利用冷能和太陽(yáng)能完成含鹽水溶液濃縮，特別能為冬季鹽田、鹽湖的制鹽提供一種有效濃縮技術(shù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種含鹽水溶液的濃縮裝置和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于含鹽水溶液的溶質(zhì)和溶劑分離技術(shù)，特別是涉及一種利用自然冷能和太陽(yáng)能在特定環(huán)境下的含鹽水溶液的濃縮裝置和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)機(jī)電解液的濃縮涉及到各種分離技術(shù)，尤其以海水淡化技術(shù)為代表，如蒸餾法、膜法和冷凍法等，其中，熱法海水淡化技術(shù)包含了多級(jí)閃蒸(MSF)、多效蒸發(fā)(MED)、壓汽蒸餾(VC);而膜法海水淡化技術(shù)包括反滲透法(RO)、電滲析法(ED)和正滲透法(FO)。淡化和濃縮是伴隨發(fā)生的物理過(guò)程，在一定條件下，淡化技術(shù)可以應(yīng)用于濃縮過(guò)程，但是分離技術(shù)除了投入固定設(shè)備外，還需消耗大量的電能或(和)熱能，直接導(dǎo)致分離成本的提高。另夕卜，當(dāng)電解液溫度和濃度超過(guò)某種限定時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)用于濃縮會(huì)導(dǎo)致處理成本的極大提高，最終限制分離技術(shù)的推廣使用。利用清潔能源和較低的成本投入完成含鹽水溶液分離的技術(shù)有很大的利用空間。
[0003]墾畦澆曬法制鹽技術(shù)是河?xùn)|(今山西省運(yùn)城市)鹽池制鹽史上的一項(xiàng)突破性技術(shù)變革，它的成熟應(yīng)用大幅度提高了河?xùn)|池鹽的質(zhì)量和產(chǎn)量，增加了當(dāng)時(shí)朝廷的財(cái)政收入。這一完全依靠陽(yáng)光、風(fēng)力等自然能量完成結(jié)晶成鹽的制鹽技術(shù)，比海鹽和西歐的天日曬鹽技術(shù)早了近一千年，歷經(jīng)宋、元、明、清各個(gè)朝代沿用至今，造就了“千里中條一池雪”的壯觀(guān)景象。直到今天，鹽場(chǎng)的曬鹽仍然沿用這一技術(shù)。這一技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)就是完全依靠自然能量完成分離過(guò)程，固定設(shè)備投入少，基本無(wú)需消耗其他能量。但是，當(dāng)環(huán)境溫度降低到冰點(diǎn)以下時(shí)，只靠太陽(yáng)能和風(fēng)能完成鹽池水分的蒸發(fā)幾乎無(wú)法進(jìn)行。這是因?yàn)闇囟鹊偷目諝膺_(dá)到飽和濕度攜帶水分的能力非常低，比如在寒冷的冬季，基本不能再蒸發(fā)水分，直接影響了鹽田的產(chǎn)量，對(duì)于高附加值得無(wú)機(jī)鹽，如鋰鹽的結(jié)晶，會(huì)直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在有些地域，含有豐富的鹽田或鹽湖資源，也有海水淡化濃水進(jìn)一步濃縮的需要，這些地域在冬季氣溫在冰點(diǎn)以下，但太陽(yáng)能輻照強(qiáng)度和日照時(shí)間很長(zhǎng)，如何在冬季也能利用自然能量完成含鹽水溶液的濃縮是值得關(guān)注的技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種含鹽水溶液的濃縮裝置，主要是利用自然冷能和太陽(yáng)能完成含鹽水溶液的濃縮，應(yīng)用強(qiáng)化噴霧冷凍技術(shù)完成初步濃縮，再借助聚光太陽(yáng)能技術(shù)把環(huán)境空氣加熱到60°C以上，通過(guò)熱空氣的攜帶水分的能力和空氣加濕水溶液蒸發(fā)器中設(shè)有的吸水材料完成強(qiáng)化蒸發(fā)。
[0005]一種含鹽水溶液的濃縮裝置，能夠同時(shí)利用自然界提供的冷能和太陽(yáng)能，通過(guò)人為強(qiáng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自然能能量利用品位的提高，從而極大縮短含鹽水溶液的濃縮周期和降低濃縮成本。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是提供一種含鹽水溶液的濃縮裝置，所述含鹽水溶液的濃縮裝置，其特征是:加壓泵將含鹽水溶液儲(chǔ)槽中的水溶液送到噴嘴進(jìn)行霧化，在溫度低于水溶液的冰點(diǎn)溫度時(shí)，霧化后的液滴在空中進(jìn)行結(jié)冰過(guò)程，結(jié)成冰粒的顆?；旌衔锓e聚，在振動(dòng)篩的作用下，完成分離并沉積在冰液儲(chǔ)存槽的一側(cè)，而通過(guò)篩網(wǎng)的液體得以初步濃縮并匯集在冰液儲(chǔ)存槽的另一側(cè)，完成初步濃縮；同時(shí)，聚光太陽(yáng)能集熱器將環(huán)境空氣加熱到60°C以上，通過(guò)冷凍法濃縮的含鹽水溶液在設(shè)有吸水材料的空氣加濕水溶液蒸發(fā)器中進(jìn)一步濃縮，吸水材料部分浸沒(méi)在水溶液下面，另一端懸掛在空氣加濕水溶液蒸發(fā)器的上方，吸水材料會(huì)把水溶液自動(dòng)吸入高出液面的高度，借助其微觀(guān)毛細(xì)作用，增加熱空氣與蒸發(fā)溶液的接觸面積，溶液快速蒸發(fā)的水分由加濕空氣帶走并由濕空氣排空口排空，濃縮液體則由濃縮鹽水出口排出，完成濃縮操作。
[0007]本發(fā)明一種含鹽水溶液的濃縮裝置為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是:
[0008]一種含鹽水溶液的濃縮裝置，其特征是:該裝置由強(qiáng)化噴霧冷凍濃縮單元和聚光太陽(yáng)能強(qiáng)化空氣加濕蒸發(fā)單元，所述強(qiáng)化噴霧冷凍濃縮單元由含鹽水溶液儲(chǔ)槽、加壓泵、噴嘴、振動(dòng)篩和冰液儲(chǔ)存槽組成；所述聚光太陽(yáng)能強(qiáng)化空氣加濕蒸發(fā)單元包括風(fēng)機(jī)、聚光太陽(yáng)能集熱器、空氣加濕水溶液蒸發(fā)器；所述冰液儲(chǔ)存槽和空氣加濕水溶液蒸發(fā)器通過(guò)管道相連，所述空氣加濕水溶液蒸發(fā)器含有吸水材料、濕空氣排空口和濃縮鹽水出口 ；所述強(qiáng)化噴霧冷凍濃縮單元的噴嘴可以是壓力霧化，也可以是空氣二流體霧化；所述聚光太陽(yáng)能集熱器可以是槽式聚光集熱器或CPC聚光集熱器；所述空氣加濕水溶液蒸發(fā)器內(nèi)設(shè)有吸水材料。
[0009]利用上述含鹽水溶液的濃縮裝置的濃縮過(guò)程是:含鹽水溶液經(jīng)霧化噴嘴被霧化成微小液滴，液滴在下落過(guò)程中與周?chē)睦淇諝獍l(fā)生熱交換，并部分被冷凍成固體冰。在含鹽水溶液水和粗冰下落處，設(shè)有振動(dòng)篩將二者分離。因?yàn)殪F化冷凍的過(guò)程十分迅速，所以相當(dāng)一部分鹵水來(lái)不及脫離冰體，因此冰體中有一定的鹽分，但是溶液部分已經(jīng)濃縮。另外，利用聚光太陽(yáng)能集熱器的加熱特性，將環(huán)境溫度空氣加熱到60°C以上，熱空氣送入含鹽水溶液蒸發(fā)器，由于蒸發(fā)器中設(shè)有吸水材料，將液體通過(guò)毛細(xì)現(xiàn)象吸到液面上方，太陽(yáng)能聚光集熱器加熱的空氣直接與吸水材料的表面接觸，使液體中水分子在介觀(guān)尺度蒸發(fā)，蒸發(fā)出去的水分子進(jìn)入空氣中，空氣變成飽和濕空氣，同時(shí)含鹽水溶液蒸發(fā)器的電解液得以濃縮。
[0010]本發(fā)明的效果是:同時(shí)協(xié)同利用自然冷能和太陽(yáng)能，與自然冷凍相比，噴霧強(qiáng)化冷凍需要較高的冷凍溫度，冷凍速度更快；強(qiáng)化太陽(yáng)能聚光集熱可以快速將環(huán)境空氣溫度加熱到一定溫度；設(shè)有吸水材料的空氣加濕水溶液蒸發(fā)器能極大加快溶液的蒸發(fā)擴(kuò)散速度，強(qiáng)化水溶液的蒸發(fā)擴(kuò)散過(guò)程，這三種強(qiáng)化自然過(guò)程的聯(lián)合作用，使得分離過(guò)程投入低，效果明顯。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明含鹽水溶液的濃縮裝置示意圖；
[0012]圖中:
[0013]1、含鹽水溶液儲(chǔ)槽2、加壓泵3、冰液儲(chǔ)存槽4、空氣加濕水溶液蒸發(fā)器
[0014]5、濃縮鹽水出口 6、噴嘴7、振動(dòng)篩8、風(fēng)機(jī)9、聚光太陽(yáng)能集熱器
[0015]10、吸水材料11、濕空氣排空口

【具體實(shí)施方式】
[0016]結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的一種含鹽水溶液的濃縮裝置詳細(xì)加以說(shuō)明。
[0017]本發(fā)明的原理:噴霧冷凍是強(qiáng)化冷凍，需要較高的冷凍溫度，冷凍速度更快；聚光太陽(yáng)能集熱器是強(qiáng)化太陽(yáng)能聚光集熱，與一般太陽(yáng)能集熱不同，可以快速將環(huán)境空氣溫度加熱到一定溫度，同時(shí)由于加熱空氣，不存在同時(shí)利用太陽(yáng)能和冷能的集熱器防凍問(wèn)題；設(shè)有吸水材料的空氣加濕水溶液蒸發(fā)器能極大加快溶液的蒸發(fā)擴(kuò)散速度，強(qiáng)化水溶液的蒸發(fā)擴(kuò)散過(guò)程，這三種強(qiáng)化自然過(guò)程的聯(lián)合作用，完成含鹽水溶液快速濃縮過(guò)程。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明的一種含鹽水溶液的濃縮裝置，該裝置包括強(qiáng)化噴霧冷凍濃縮單元和聚光太陽(yáng)能強(qiáng)化空氣加濕蒸發(fā)單元，所述強(qiáng)化噴霧冷凍濃縮單元由含鹽水溶液儲(chǔ)槽1、加壓泵2、噴嘴6、振動(dòng)篩7和冰液儲(chǔ)存槽3組成；所述聚光太陽(yáng)能強(qiáng)化空氣加濕蒸發(fā)單元包括風(fēng)機(jī)8、聚光太陽(yáng)能集熱器9、空氣加濕水溶液蒸發(fā)器4 ;所述冰液儲(chǔ)存槽3和空氣加濕水溶液蒸發(fā)器4通過(guò)管道相連，所述空氣加濕水溶液蒸發(fā)器4含有吸水材料10、濕空氣排空口 11和濃縮鹽水出口 5 ;所述強(qiáng)化噴霧冷凍濃縮單元的噴嘴6可以是壓力霧化，也可以是空氣二流體霧化；所述聚光太陽(yáng)能集熱器9可以是槽式聚光集熱器或CPC聚光集熱器；所述空氣加濕水溶液蒸發(fā)器4內(nèi)設(shè)有吸水材料10。
[0019]利用上述含鹽水溶液的濃縮裝置的濃縮方法的濃縮過(guò)程是:加壓泵2將含鹽水溶液儲(chǔ)槽I中的水溶液送到噴嘴6進(jìn)行霧化，在溫度低于水溶液的冰點(diǎn)溫度時(shí)，霧化后的液滴在空中進(jìn)行結(jié)冰過(guò)程，結(jié)成冰粒的顆粒混合物積聚，在振動(dòng)篩7的作用下，完成分離并沉積在冰液儲(chǔ)存槽3的一側(cè)，而通過(guò)篩網(wǎng)的液體得以初步濃縮并匯集在冰液儲(chǔ)存槽的另一側(cè)，完成初步濃縮；同時(shí)，風(fēng)機(jī)8將環(huán)境空氣送入聚光太陽(yáng)能集熱器9將環(huán)境空氣加熱到60°C以上，通過(guò)冷凍法濃縮的含鹽水溶液在設(shè)有吸水材料10的空氣加濕水溶液蒸發(fā)器4中進(jìn)一步濃縮，同時(shí)溶液蒸發(fā)的水分由加濕空氣帶走并由濕空氣排空口 11排空，濃縮液體則由濃縮鹽水出口 5排出，完成濃縮操作。
[0020]實(shí)施例1
[0021]本發(fā)明的一種含鹽水溶液的濃縮裝置:鹽水溶液儲(chǔ)槽長(zhǎng)1000mm、寬1000mm、高500mm,加壓泵為格蘭富CRN1-36，設(shè)有循環(huán)回路以調(diào)節(jié)流量，噴嘴為Spray公司的LN-26，冰液儲(chǔ)存槽3長(zhǎng)1000mm、寬1000mm、高500mm,振動(dòng)篩規(guī)格為50目，風(fēng)機(jī)8是Ebmpapst軸流風(fēng)機(jī)DV6224，聚光太陽(yáng)能集熱器9為開(kāi)口兩米的槽式集熱器，焦距為300mm，空氣加濕水溶液蒸發(fā)器4規(guī)格是:長(zhǎng)1000mm、寬500mm、高500mm，外有保溫層，內(nèi)設(shè)吸水材料10、吸水材料為寬100mm，長(zhǎng)450mm的條狀吸水材料，均勻放置12片；攜帶水分的濕空氣有濕空氣排空口11排出，而濃縮溶液由濃縮鹽水出口 5排出。
[0022]實(shí)施例2
[0023]本發(fā)明的一種含鹽水溶液的濃縮方法:加壓泵2將含鹽量3%的含鹽水溶液儲(chǔ)槽I中的水溶液加壓到0.4MPa送到噴嘴6進(jìn)行霧化，在環(huán)境溫度為_(kāi)15°C時(shí)，霧化后的液滴在空中進(jìn)行結(jié)冰過(guò)程，結(jié)成冰粒的顆?；旌衔锓e聚，在振動(dòng)篩7的作用下，完成分離并沉積在冰液儲(chǔ)存槽3的一側(cè)，而通過(guò)篩網(wǎng)的液體得以初步濃縮并匯集在冰液儲(chǔ)存槽3的另一側(cè)，冰液儲(chǔ)存槽3中的液體含鹽量變?yōu)?%，完成初步濃縮；同時(shí)，風(fēng)機(jī)8將-15°C環(huán)境空氣送入聚光太陽(yáng)能集熱器9將環(huán)境空氣加熱到85°C，通過(guò)冷凍法濃縮的含鹽水溶液在設(shè)有吸水材料10的空氣加濕水溶液蒸發(fā)器4中進(jìn)一步濃縮，同時(shí)溶液蒸發(fā)的水分由加濕空氣帶走并由濕空氣排空口 11排空，出口空氣溫度為20°c，濃縮液體則由濃縮鹽水出口 5排出，含鹽量為8%，完成濃縮操作。
【權(quán)利要求】
1.一種含鹽水溶液的濃縮裝置，其特征是:該裝置由強(qiáng)化噴霧冷凍濃縮單元和聚光太陽(yáng)能強(qiáng)化空氣加濕蒸發(fā)單元，所述強(qiáng)化噴霧冷凍濃縮單元由含鹽水溶液儲(chǔ)槽(I)、加壓泵(2)、噴嘴￠)、振動(dòng)篩(7)和冰液儲(chǔ)存槽(3)組成；所述聚光太陽(yáng)能強(qiáng)化空氣加濕蒸發(fā)單元包括風(fēng)機(jī)(8)、聚光太陽(yáng)能集熱器(9)、空氣加濕水溶液蒸發(fā)器(4);所述冰液儲(chǔ)存槽(3)和空氣加濕水溶液蒸發(fā)器(4)通過(guò)管道相連，所述空氣加濕水溶液蒸發(fā)器(4)含有吸水材料(10)、濕空氣排空口(11)和濃縮鹽水出口(5)。
2.按照權(quán)利要求1所述的含鹽水溶液的濃縮裝置，其特征是:所述強(qiáng)化噴霧冷凍濃縮單元的噴嘴(6)可以是壓力霧化，也可以是空氣二流體霧化。
3.按照權(quán)利要求1所述的含鹽水溶液的濃縮裝置，其特征是:所述聚光太陽(yáng)能集熱器(9)可以是槽式聚光集熱器或CPC聚光集熱器。
4.按照權(quán)利要求1所述的含鹽水溶液的濃縮裝置，其特征是:所述空氣加濕水溶液蒸發(fā)器(4)內(nèi)設(shè)有吸水材料(10)。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鹽水溶液的濃縮方法，其特征是:加壓泵(2)將含鹽水溶液儲(chǔ)槽(I)中的水溶液送到噴嘴(6)進(jìn)行霧化，在溫度低于水溶液的冰點(diǎn)溫度時(shí)，霧化后的液滴在空中進(jìn)行結(jié)冰過(guò)程，結(jié)成冰粒的顆?；旌衔锓e聚，在振動(dòng)篩(7)的作用下，完成分離并沉積在冰液儲(chǔ)存槽的一側(cè)，而通過(guò)篩網(wǎng)的液體得以初步濃縮并匯集在冰液儲(chǔ)存槽的另一側(cè)，完成初步濃縮；同時(shí)，風(fēng)機(jī)(8)將環(huán)境空氣送入聚光太陽(yáng)能集熱器(9)將環(huán)境空氣加熱到60°C以上，通過(guò)冷凍法濃縮的含鹽水溶液在設(shè)有吸水材料(10)的空氣加濕水溶液蒸發(fā)器(4)中進(jìn)一步濃縮，同時(shí)溶液蒸發(fā)的水分由加濕空氣帶走并由濕空氣排空口(11)排空，濃縮液體則由濃縮鹽水出口(5)排出，完成濃縮操作。
【文檔編號(hào)】B01D1/26GK104353252SQ201410168237
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】蘇潤(rùn)西, 費(fèi)學(xué)寧, 苑宏英, 姜遠(yuǎn)光 申請(qǐng)人:天津城建大學(xué)