本實用新型涉及到化工設(shè)備和蒸餾塔領(lǐng)域,特別涉及到一種低壓節(jié)能蒸餾塔。
背景技術(shù):
蒸餾水是化學、醫(yī)療、材料等試驗不可缺少的用水,小型實驗室常用電加熱的方法生產(chǎn)蒸餾水。眾所周知,液體在蒸發(fā)過程中,其沸點受到外界壓強的影響,其數(shù)據(jù)變化如表1中所示。如水在0.1MPa時,其沸點約99.6℃;壓強降為0.01MPa時,其沸點將降到約45.8℃。由此,我們可以通過降壓(降到0.01MPa左右)的方式實現(xiàn)較低溫度下(46℃左右)讓水沸騰,產(chǎn)生低溫蒸汽,制取蒸餾水,節(jié)約加熱所需能量和冷凝所需冷卻水,
。
常見蒸餾塔的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成如圖4所示。蒸餾塔下部(34)安裝有電加熱裝置和控制電路,中部(35)為貯水箱兼蒸汽發(fā)生器,上部(29)為冷凝裝置。冷卻水(30)流經(jīng)螺繞管熱交換器(29)從出水口(31)導出,低溫的冷卻水將(35)產(chǎn)生的高溫水蒸汽冷凝為液態(tài)水并從(36)導出。部分冷卻水在注水漏斗(32)經(jīng)管道與(35)內(nèi)部連通,進行補水,維持(35)中液面高度。這種結(jié)構(gòu)的蒸餾水發(fā)生器具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點,但也存在熱利用率不高和浪費大量冷卻水等不足,主要表現(xiàn)在:1)制取蒸餾水需加熱到100℃(標態(tài)下純水的沸點)左右才能沸騰和產(chǎn)生大量的水蒸汽,此過程需消耗大量熱量;2)冷凝高溫水蒸氣時需要大量的冷卻水,而后這些冷卻水被排放到下水道,浪費大量的水資源;3)進水漏斗(32)處的連通管道中的下層水溫高于上層水溫,在管道內(nèi)形成對流,隨冷卻水散失大量熱;蒸發(fā)室(35)沒有保溫外殼進行保溫,這些設(shè)計上的不足都導致了熱資源和水資源的大量浪費,亟待進行節(jié)能降耗方面的改進。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本實用新型的目的在于提供一種低壓節(jié)能蒸餾塔。其目的為解決現(xiàn)有小型蒸餾塔在制取蒸餾水存在的高耗能和水資源浪費等不足。
本發(fā)明利用了水流抽氣機制造低壓環(huán)境的原理,使用水流抽氣機和密閉容器實現(xiàn)可持續(xù)低壓環(huán)境,讓水在較低溫度下沸騰,其工作原理如下:根據(jù)伯努利流體力學方程(見式1)可知當流體在經(jīng)過截面積突變的界面時其壓強將產(chǎn)生明顯變化:
突然變小,使得該處其壓強與附近空氣存在壓力梯度,在該作用下周圍空氣持續(xù)向低壓處定向運動,隨后被水流裹挾帶走,直至壓力梯度消失,實現(xiàn)動態(tài)平衡。由上可知,可以通過流體截面積的突變,外加水泵增大界面兩側(cè)流速差異,可實現(xiàn)持續(xù)的低壓環(huán)境(現(xiàn)有實驗數(shù)據(jù)表明,加力后的水流抽氣機可產(chǎn)生小于0.01MPa的負壓)。
為實現(xiàn)上述目的,本實用新型所采用的技術(shù)方案為:
一種低壓節(jié)能蒸餾塔,包括基座、控制面板、控制器、保護傳感器、電加熱管、保溫外殼、浮球閥、觀察窗、蒸汽導管、冷卻管、水位計、水流抽氣機、水泵、蓄水池、冷凝水塔和蒸汽通管,所述蒸餾塔在基座上部裝有保溫外殼,基座上裝有控制機構(gòu),保溫外殼底部一側(cè)裝有排污閥,且底部裝有加熱機構(gòu),保溫外殼內(nèi)的上部裝有進水機構(gòu),并開有觀察窗,保溫外殼的頂部用蒸汽導管與冷凝水塔內(nèi)的蒸汽通管相連通,冷凝水塔的底部裝有蒸餾水排放閥,冷凝水塔的一側(cè)裝有水位計,冷凝水塔內(nèi)裝有冷卻機構(gòu),冷卻機構(gòu)的出水管與水泵的進水口相連通,水泵的排出口用水管與蓄水池相連通,可實現(xiàn)冷卻水的循環(huán)利用。
所述的控制機構(gòu)是在基座底部裝有控制器,基座的一側(cè)裝有控制面板,控制器用導線分別與控制面板、電加熱管、水位計和水泵相連接。
所述的加熱機構(gòu)是在保溫外殼的底部裝有電加熱管和保護傳感器,電加熱管用電源線與電源相連接。
所述的進水機構(gòu)是在進水管的端部裝有浮球閥。
所述的冷卻機構(gòu)是在冷凝水塔內(nèi)裝有蒸汽通管,蒸汽通管外部裝有冷卻管,冷卻管的一端與冷卻水進水管相連接,另一端用帶噴嘴的混合管與水流抽氣機相連通,水流抽氣機一側(cè)的抽氣管通入蒸餾水塔內(nèi),水流抽氣機的出水管與水泵相連接。
本實用新型的積極效果為:
1、節(jié)約大量熱能:通過水流抽氣機和水泵加力營造0.01MPa左右的低壓,大幅度降低水的沸點(在接近常壓的0.1MPa壓強下水的沸點約99.6℃;在壓強變?yōu)?.01MPa時,水的沸點降到約45.8℃),可以用較少熱量就可以使水沸騰,產(chǎn)生蒸汽;通過在加熱器外加裝保溫層減少熱量散失;
2、節(jié)約用水:通過循環(huán)利用冷卻水,可以節(jié)約大量水資源;
3、提高蒸餾水質(zhì)量:較低溫度對蒸餾塔容器和水體中雜質(zhì)離子的釋放有較大的抑制作用,在較低溫度下生產(chǎn)蒸餾水,可有效提高蒸餾水的制取質(zhì)量;
4、該蒸餾塔應用了浮球閥實現(xiàn)進水液面的自動化控制,并杜絕傳統(tǒng)漏斗式注水口存在管道回流帶走熱量的不足;
5、該蒸餾塔添加了多項節(jié)能設(shè)計,如:1)利用水流抽氣機和水泵加力進行密封容器降壓,降低水的沸點,減少加熱能量需求;2)給蒸餾水發(fā)生器的外殼加裝保溫材料,降低熱源對外熱量的散失;3)改變冷卻水和蒸汽的流向,實現(xiàn)更好的熱交換效率。
附圖說明
圖1、低壓節(jié)能蒸餾塔的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2、水流抽氣機結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3、低壓節(jié)能蒸餾塔的流程框圖;
圖4、現(xiàn)有技術(shù)蒸餾塔的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖1-3和實施例進一步對本實用新型的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述。
參見附圖1-3
1、控制機構(gòu)25的參數(shù)設(shè)置:
通過裝在基座1側(cè)面的控制面板2分別將電加熱管6的加熱溫度、保溫外殼8內(nèi)空間的最低水位、水位計14的最高和最低水位、水泵17的開啟關(guān)閉時間,以及保護傳感器5和電加熱管6干燒報警及斷電等參數(shù),輸入到控制器3中。
2、往保溫外殼8內(nèi)自動注水:通過進水機構(gòu)23中的進水管9和浮球閥10向保溫外殼8內(nèi)注水,當水位到達一定高度后,浮力將浮球閥10的浮球頂起,經(jīng)杠桿作用使浮球閥10關(guān)閉,停止注水。在液面下降時,浮球閥將在重力杠桿作用下重新打開,向內(nèi)注水,直至液面重新達到平衡。
3、加熱蒸發(fā):將電源線4與電源相連接,加熱機構(gòu)24中的電加熱管6在控制機構(gòu)25的作用下對保溫外殼8內(nèi)的水進行加熱和蒸發(fā)。觀察窗11用于監(jiān)測保溫外殼8內(nèi)所發(fā)生的情況。排污閥7用于排放保溫外殼8內(nèi)的污物。
4、蒸汽的冷卻:水在保溫外殼8內(nèi)經(jīng)加熱后產(chǎn)生水蒸氣,由于抽氣管28不斷抽出冷凝水塔21中的氣體,因此在冷凝水塔21可形成持續(xù)的低壓環(huán)境。在水流抽氣機15產(chǎn)生的負壓作用下,產(chǎn)生的水蒸氣通過蒸汽導管12進入到冷凝水塔21內(nèi)的蒸汽通管22中。冷卻水由冷卻水進水管16進入冷卻管13中,并與蒸汽通管22內(nèi)的水蒸氣進行熱交換,冷凝后的蒸餾水收集于冷凝水塔21下部。同時冷卻管13中的冷卻水通過混合管27進入水流抽氣機15中,水流抽氣機15中抽出來的水汽混合物,經(jīng)管道由水泵17通過冷卻水出水管19排入蓄水池20中。
5、蒸餾水的排放:產(chǎn)生的水蒸氣從蒸汽通管22的底部進入到冷凝水塔21中,當水位計14中的蒸餾水達到較高水位時,收集于冷凝水塔21中的蒸餾水可通過蒸餾水排放閥18放出。
6、報警顯示:當保溫外殼8內(nèi)的水位低于警戒水位時,保護傳感器5觸發(fā)報警信號,并通過控制器3產(chǎn)生聲光報警信號,同時切斷電加熱管6的電源,停止加熱。
本說明書中公開的所有特征,或公開的所有過程中的步驟,除了互相排斥的特征和/或步驟以外,均可以以任何方式組合。本說明書(包括權(quán)利要求、摘要)中公開的任一特征,除非特別敘述,均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即除非特別敘述,每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
以上所述僅是本發(fā)明的非限定實施方式,還可以衍生出大量的實施例,對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思和不作出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以做出若干變形和改進的實施例,這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。