CN108201703A - 液体蒸发装置和液体蒸发工艺 - Google Patents

Abstract

提供了液体蒸发装置和液体蒸发工艺，液体蒸发装置包括壳体和转子，壳体为开放式或封闭式，用于容纳待蒸发液体，在壳体的内部安装有转子，在壳体上配置有供待蒸发液体进入和排出的液体进口和液体出口；转子包括转动轴和固定在转动轴上的盘片，盘片的外表面能够被待蒸发液体的溶剂所湿润，使得待蒸发液体在盘片的外表面上形成一层液膜。本发明提供的液体蒸发装置可在液体非沸腾状态下实现高效蒸发。本发明的蒸发装置结构简单、易于制造、成本低。本发明可以用于低温液体物料的浓缩、结晶，也可以用于对液体物料进行蒸馏提纯；特别是可以用于对高浓度废水进行浓缩、结晶以实现废水零排放，或者从海水或苦咸水中制取淡水。

Description

液体蒸发装置和液体蒸发工艺

技术领域

本发明总体地涉及一种液体蒸发技术，特别是涉及无需使液体沸腾的液体蒸发装置及工艺，主要应用于化工和水处理领域。

背景技术

所谓蒸发，是指将要分离的混合液体加热(或同时采取减压措施)至沸腾，引出生成的蒸汽并冷凝得到冷凝液，剩余液体是与原混合液体不同的浓缩液。蒸发至最后可实现液体和溶解在液体中的固体物质的分离。蒸发工艺的要点：一是要维持物料的温度和压力在一定的范围内，通常是使物料连续或间歇沸腾；二是要及时把蒸汽从蒸发器排出，使得蒸发器内的蒸汽压低于操作条件下的物料溶剂的饱和蒸气压；三是要防止排出来的蒸汽夹带液体。

对于需要对液体物料(如海水和废水)进行蒸发浓缩或使其结晶从而提取其中的溶解固体的场合，目前常用的方法是把液体加热到其沸点，或同时采取减压措施，使其沸腾，从而得到浓缩液或溶解固体的结晶体(如浓缩海水或浓缩废水)，在此过程中可通过冷凝蒸汽的方式得到冷凝液(如冷凝水或蒸馏水/淡水)并回收一部分热量。具体的蒸发工艺有液膜蒸发工艺、闪蒸工艺、减压闪蒸工艺及多效蒸发工艺等，相应的设备包括升膜蒸发器、降膜蒸发器、闪蒸装置、减压闪蒸装置等。

在传统的加沸蒸发工艺中，为了维持蒸发的持续进行，液体物料需要不断通过热交换器换热来保持较高的温度。随着蒸发的进行，液体物料不断浓缩，至饱和溶液后溶质便开始析出。热交换器的传热面上由于局部过热，更易析出溶质导致传热面上结垢，从而造成传热效率急剧降低，为维持蒸发不得不频繁停机进行维护清洗。为了提高传热效率并延缓结垢造成的不利影响，一些场合采用多效蒸发工艺，但这又造成设备投资的大幅度增加。作为特别的例子，水作为溶剂或载体的各种溶液或混合液的蒸发浓缩(如污染物浓度很高的废水)，就面临着上述难题。

另外，在不具备相应的热源或待蒸发液体中有遇热易变性物质存在的场合，不允许把物料加热很高的温度。在这些情况下就要采用低温蒸发工艺，即在低于液体沸点的温度下使溶剂蒸发得到浓缩液或晶体，常用的是低温减压蒸发。减压闪蒸工艺是低温减压蒸发工艺的一种，是指维持蒸发器内压力不高于操作温度下液体的饱和蒸气压，从而使液体物料沸腾来达到较快蒸发目的。维持负压虽然能够在较低的温度下实现快速蒸发，但是维持负压的能耗很大，设备的造价也高。

不使物料沸腾的蒸发工艺能耗较低，但蒸发效率也低，具体表现在常压低温蒸发器在单位时间单位体积里的蒸发量极低。为达到与其它蒸发工艺相同的蒸发效果，常压低温蒸发工艺需要将蒸发器制造的十分巨大，设备及场地投资大大增加。

为提高常压低温蒸发效率，通常的做法是增加气液界面接触面积和气相流速，冷却塔就是按照这样思路设计的。利用水泵把水提升到高大的冷却塔顶部，然后喷淋到塔内的填料上，水在重力的作用下自上而下流过填料层并在填料的表面形成液膜。冷却塔顶部安装有风扇进行抽风，使空气夹带着水蒸气自下而上穿过填料里的间隙(通道)流动，溶液因此实现了降温和一定程度的浓缩。但是，冷却塔形式的蒸发器不能用于物料浓缩或结晶，因为随着蒸发的进行，溶液不断得到浓缩，粘度越来越大，循环输送物料的水泵能耗很大甚至使得物料的泵送变得无法实现，而且物料的温度也难以维持。

发明内容

鉴于现有的不使物料沸腾的蒸发工艺蒸发效率低、设备投资大以及不能用于物料浓缩或结晶等上述情况，提出了本发明。本发明的目的是提供一种可在液体非沸腾状态下实现高效蒸发的蒸发装置和蒸发工艺。本发明的蒸发装置结构简单、易于制造、成本低。本发明可以用于低温液体物料的浓缩、结晶，也可以用于对液体物料进行蒸馏提纯；特别是可以用于对高浓度废水进行浓缩、结晶以实现废水零排放，或者从海水或苦咸水中制取淡水。

根据本发明的一个方面，提供了一种液体蒸发装置，包括壳体(1)和转子(2)，其中壳体为开放式或封闭式，用于容纳待蒸发液体，在壳体(1)的内部安装有转子(2)，在壳体(1)上配置有供待蒸发液体进入和排出的液体进口(101)和液体出口(102)以及供排空液体使用的液体排空口(105)；所述转子(2)包括转动轴(201)和固定在转动轴(201)上的盘片(202)，盘片(202)的外表面能够被待蒸发液体的溶剂所湿润，使得待蒸发液体在盘片的外表面上形成一层液膜。

优选的，转子(2)在驱动机构(3)的带动下以一定的转速绕所述转动轴(201)的轴心旋转。

可选的，液体蒸发装置还包括风机(4)，以及液体蒸发装置的壳体(1)上还配置有气体进口(103)和气体出口(104)，气体进口(103)与风机(4)相连，当风机(4)运转时工作气体穿过盘片(202)的间隙，从气体出口出去。

可选的，液体蒸发装置还包括气体空腔(106)和气体分布器(1061)，气体进口(103)通过气体空腔(106)与气体分布器(1061)相连，当风机(4)运转时工作气体进入气体进口(103)，经过气体空腔(106)、气体分布器(1061)后均匀分布于蒸发装置的壳体(1)内。

可选的，工作气体为空气，气体温度为常温或在30～200℃范围内。

可选的，盘片(202)为圆形或正多边形，它们在转动轴(201)之上呈平行、等距布置，其基面垂直于转动轴(201)，相邻盘片(202)之间有一定的间隙可供气流通过，当转动轴(201)转动时盘片(202)作为整体随之一起转动。

可选的，盘片(202)的两侧表面是平滑面或带有凸起/褶皱的非平滑面。

可选的，液体蒸发装置还包括气体加热装置(5)和冷凝/干燥装置(6)，通过管道连接使得壳体(1)跟风机(4)、气体加热装置(5)、冷凝/干燥装置(6)形成一个气体回路，当风机运转时从气体出口出来的气体依次经过冷凝/干燥装置(6)、风机(4)、气体加热装置(5)，然后经气体进口回到壳体(1)。

可选的，液体蒸发装置的壳体内还安装有喷淋装置(7)，用于将待蒸发液体喷淋到盘片表面。

可选的，在液体蒸发装置的工作过程中，使得待蒸发液体的初始液面和/或工作中的液面处于转动轴的下缘位置。

可选的，液体蒸发装置用于盐水的浓缩，还配备有驱动机构(3)和风机(4)，其中在浓缩过程中，使得盐水液面高度高于盘片最低部位且低于等于转动轴的下缘位置；操作驱动机构(3)，使液体蒸发装置的转子(2)以预定速率转动；操作风机(4)，使空气被吹送到气体进口(103)并被导流片分散到转子(2)的盘片(202)的气体进口侧，气流穿过盘片(202)的间隙并吹扫过盘片的表面，然后经由另一侧的气体出口(104)排出液体蒸发装置。

可选的，在维持液体蒸发装置内的液位不变的前提下，通过控制盐水的补给量与浓缩后的浓盐水的排放量之间的比例来控制最终得到的浓缩的浓盐水的盐分浓度或者浓缩倍数，盐水的补给量/浓缩后的浓盐水的排放量＝浓缩倍数。

可选的，液体蒸发装置用于盐水的结晶，还配备有驱动机构(3)、风机(4)、气体加热装置(5)和液体喷淋装置(7)，液体喷淋装置(7)用于把待浓缩的浓盐水分散喷淋到盘片(202)的外表面，气体加热装置(5)用于预热工作气体，预热后的工作气体经风机通入到壳体的气体进口，其中盐水结晶过程如下：依次启动驱动机构(3)和风机(4)，然后开启喷淋装置(7)和气体加热装置(5)；待各设备达到稳定运行状态之后调整喷淋装置(7)的喷淋流量，使得壳体(1)的底部的积液低于预定量。

可选的，盐水结晶过程还包括：使得壳体(1)底部的积液经由壳体(1)底部的液体排空口(105)排出液体蒸发装置并送往为喷淋装置(7)供应浓盐水的容器或管道，使其得到循环蒸发。

可选的，每当盘片(202)上结晶的盐分达到一定厚度，则停机，对盘片(202)上结晶的盐分进行清洗或清理，以免盘片(202)过重和盘片(202)之间的间隙变得过小。

可选的，液体蒸发装置用于从海水中制取淡水，液体蒸发装置还配备有驱动机构(3)、风机(4)、气体加热装置(5)和气体冷凝/干燥装置(6)，从液体蒸发装置排出来的富含水蒸气的湿热气流把热量传递给冷凝/干燥装置(6)，再把热量转移到气体加热装置(5)释放出来，把热量再次传递给流经气体加热装置(5)的工作气体，与此同时，在气体冷凝/干燥装置(6)处，湿热气流中的水蒸气凝结成液态水，经收集后即为淡水。

可选的，液体蒸发装置用于蒸发废水并实现废水零排放，所述液体蒸发装置配备了驱动机构(3)、风机(4)、气体加热装置(5)、气体冷凝/干燥装置(6)以及废水加热装置(8)，蒸发工艺包括：经过预热的废水被喷淋到液体蒸发装置的盘片(202)上并在其外表面形成液膜，工作气体在风机(4)的推动下经过气体加热装置(5)升温后吹过盘片(202)的间隙，带走蒸发的水分，然后在经过气体冷凝/干燥装置(6)的时候把热量转移到气体加热装置(5)和/或废水加热装置(8)，在气体冷凝/干燥装置(6)处冷凝下来的水分即为干净的蒸馏水；以及定期清理和收集盘片上结晶下来的固体。

可选的，在液体蒸发装置中，气体加热装置(5)和气体冷凝/干燥装置(6)属于热泵系统的组成部分。

根据本发明的另一方面，提供了一种利用上述液体蒸发装置进行的液体蒸发工艺，包括：在壳体中容纳待蒸发液体，使得盘片的至少一部分被淹没在待蒸发液体中；使得转子带动盘片旋转，在旋转过程中盘片的不同部分顺次被待蒸发液体浸湿，从而盘片的外表面形成液膜，实现液体的蒸发。

可选的，所述液体蒸发装置还包括风机(4)，以及液体蒸发装置的壳体(1)上还配置有气体进口(103)和气体出口(104)，气体进口(103)与风机(4)相连，

可选的，液体蒸发工艺包括：风机(4)运转，使得工作气体穿过盘片(202)的间隙，从气体出口出去。

可选的，液体蒸发装置还包括气体空腔(106)和气体分布器(1061)，气体进口(103)通过气体空腔(106)与气体分布器(1061)相连，所述液体蒸发工艺包括：风机(4)运转时工作气体进入气体进口(103)，经过气体空腔(106)、气体分布器(1061)后均匀分布于蒸发装置的壳体(1)内。

可选的，所述液体蒸发装置还包括风机(4)、气体进口(103)、气体出口(104)、气体加热装置(5)和冷凝/干燥装置(6)，所述液体蒸发工艺包括：使得经气体加热装置(5)预热的工作气体经风机进入气体进口，从盘片的间隙穿过并吹扫过盘片的表面，经气体出口从液体蒸发装置排出，排出的湿热气流把热量传递给冷凝/干燥装置(6),再由热媒在热泵系统的压缩机的作用下把热量转移到气体加热装置(5)释放出来，从而把热量再次传递给流经气体加热装置(5)的工作气体。

可选的，液体蒸发工艺用于盐水浓缩工艺，其中液体蒸发装置还配备有驱动机构(3)和风机(4)，所述液体蒸发工艺包括：在浓缩过程中，使得盐水液面高度高于盘片最低位置且低于等于转动轴的下缘位置；操作驱动机构(3)，使液体蒸发装置的转子(2)以预定速率转动；操作风机(4)，空气被吹送到气体进口(103)并被导流片分散到转子(2)的盘片(202)的气体进口侧，气流穿过盘片(202)的间隙并吹扫过盘片的表面，然后经由另一侧的气体出口(104)排出液体蒸发装置。

可选的，在液体蒸发工艺中，通过在维持液体蒸发装置内的液位不变的前提下控制盐水的补给量与浓缩后的浓盐水的排放量之间的比例来控制最终得到的浓缩的浓盐水的盐分浓度或者浓缩倍数，盐水的补给量/浓缩后的浓盐水的排放量＝浓缩倍数。

可选的，所述液体蒸发工艺用于盐水的结晶，液体蒸发装置还配备有驱动机构(3)、风机(4)、气体加热装置(5)和液体喷淋装置(7)，液体喷淋装置(7)用于把要浓缩的浓盐水分散喷淋到盘片(202)的外表面，气体加热装置(5)用于预热工作气体，预热后的工作气体经风机(4)通入到壳体(1)的气体进口(103)，其中盐水结晶过程如下：依次启动驱动机构(3)和风机(4)，然后开启喷淋装置(7)和气体加热装置(5)；待各设备达到稳定运行状态之后调整喷淋装置(7)的喷淋流量，使得壳体(1)的底部的积液低于预定量。

可选的，盐水结晶过程还包括：使得壳体(1)底部的积液经由壳体(1)底部的液体排空口(105)排出液体蒸发装置并送往为喷淋装置(7)供应浓盐水的容器或管道，使其得到循环蒸发。

可选的，液体蒸发工艺还包括：每当盘片(202)上结晶的盐分达到一定厚度，则停机，让固体盐分脱离盘片(202)的表面以得到收集。

可选的，液体蒸发工艺用于从海水中制取淡水，液体蒸发装置还配备有驱动机构(3)、风机(4)、气体加热装置(5)和气体冷凝/干燥装置(6)，制备淡水过程包括：从液体蒸发装置排出来的富含水蒸气的湿热气流把热量传递给冷凝/干燥装置(6)，再把热量转移到气体加热装置(5)释放出来，把热量再次传递给流经气体加热装置(5)的工作气体，于此同时，在气体冷凝/干燥装置(6)处，湿热气流中的水蒸气凝结成液态水，经收集后即为淡水。

可选的，在液体蒸发工艺中，气体加热装置(5)和气体冷凝/干燥装置(6)是热泵系统的组成部分，其中通过热泵系统，从液体蒸发装置排出来的富含水蒸气的湿热气流把热量传递给冷凝/干燥装置(6)，再由热媒在热泵系统的压缩机的作用下把热量转移到气体加热装置(5)释放出来，把热量再次传递给流经气体加热装置(5)的工作气体。

可选的，所述液体蒸发工艺用于蒸发废水并实现废水零排放，所述液体蒸发装置配备了驱动机构(3)、风机(4)、气体加热装置(5)、气体冷凝/干燥装置(6)以及废水加热装置(8)，所述蒸发工艺包括：经过预热的废水被喷淋到液体蒸发装置的盘片(202)上并在其外表面形成液膜，工作气体在风机(4)的推动下经过气体加热装置(5)升温后吹过盘片(202)的间隙，带走蒸发的水分，然后在经过气体冷凝/干燥装置(6)的时候把热量转移到气体加热装置(5)和/或废水加热装置(8)，在气体冷凝/干燥装置(6)处冷凝下来的水分即为干净的蒸馏水；以及定期清理和收集盘片上结晶下来的固体。

当需要加快液体蒸发效率时，在液体蒸发装置的壳体(1)上配置气体进口(103)和气体出口(104)，气体进口(103)与风机(4)相连，当风机(4)运转时工作气体穿过盘片(202)的间隙，从气体出口出去。

如附图4所示，为使通入的工作气体能够均匀分布在蒸发装置的壳体(1)内，气体进口(103)可通过气体空腔(106)与气体分布器(1061)相连。当风机(4)运转时工作气体进入气体进口(103)，经过气体空腔(106)、气体分布器(1061)后均匀分布于蒸发装置的壳体(1)内。

以上所述的工作气体一般为空气，气体温度为常温或经过预热后在30～200℃范围内。

所述盘片(202)为圆形或多边形，它们在转动轴(201)之上呈平行、等距布置，其基面垂直于转动轴(201)，相邻盘片(202)之间有一定的间隙可供气流通过，当转动轴(201)转动时盘片(202)作为整体随之一起转动。盘片(202)的两侧表面可以是平滑面或带有凸起/褶皱的非平滑面。

在需要对工作气体预热及收集蒸汽冷凝液的场合，还包括气体加热装置(5)和冷凝/干燥装置(6)。通过管道连接使得壳体(1)跟风机(4)、气体加热装置(5)、冷凝/干燥装置(6)形成一个气体回路，当风机运转时从气体出口出来的气体依次经过冷凝/干燥装置(6)、风机(4)、气体加热装置(5)，然后经气体进口回到壳体(1)，如附图5所示。

在蒸发装置的壳体内还可以安装有喷淋装置(7)，用于将待蒸发液体喷淋到盘片表面。

为保证液体蒸发装置正常使用，在工作过程中，应使待蒸发液体的初始液面和/或工作中的液面处于转动轴的下缘位置。

上面所述的液体蒸发装置可以用于盐水浓缩、盐水结晶、海水中制取淡水及废水零排放等过程。

当将所述液体蒸发装置用于盐水浓缩时，最简单的情况只需要配备驱动机构(3)和风机(4)。盐水浓缩的过程及原理如下：启动驱动机构(3)，使液体蒸发装置的转子(2)以预定速率转动，然后启动风机(4)，使空气被吹送到气体进口(103)并被导流片分散到转子(2)的盘片(202)的气体进口侧，气流穿过盘片(202)的间隙并吹扫过盘片的表面，然后经由另一侧的气体出口(104)排出液体蒸发装置。在浓缩过程中保证盐水液面高度高于盘片最低位置且低于等于转动轴的下缘位置。在维持液体蒸发装置内的液位不变的前提下，通过控制盐水的补给量与浓缩后的浓盐水的排放量之间的比例来控制最终得到的浓缩的浓盐水的盐分浓度或者浓缩倍数，盐水的补给量/浓缩后的浓盐水的排放量＝浓缩倍数。

当把所述液体蒸发装置用于盐水的结晶时，可以配备驱动机构(3)、风机(4)、气体加热装置(5)和液体喷淋装置(7)。液体喷淋装置(7)用于把待浓缩的浓盐水分散喷淋到盘片(202)的外表面，气体加热装置(5)用于预热工作气体，预热后的工作气体经风机通入到壳体的气体进口。其中盐水结晶过程如下：依次启动驱动机构(3)和风机(4)，然后开启喷淋装置(7)和气体加热装置(5)；待各设备达到稳定运行状态之后调整喷淋装置(7)的喷淋流量，使得壳体(1)的底部的积液低于预定量。壳体(1)底部的积液通过液体排空口(105)排出液体蒸发装置并送往为喷淋装置(7)供应浓盐水的容器或管道，使其得到循环蒸发。当盘片(202)上结晶的盐分达到一定厚度，则停机，对盘片(202)上结晶的盐分进行清洗或清理，以免盘片(202)过重和盘片(202)之间的间隙变得过小。

所述液体蒸发装置用于从海水中制取淡水时，为液体蒸发装置配备驱动机构(3)、风机(4)、气体加热装置(5)和气体冷凝/干燥装置(6)。海水中制取淡水的过程及原理如下：从液体蒸发装置排出来的富含水蒸气的湿热气流把热量传递给冷凝/干燥装置(6)，然后热量经由热泵系统转移到气体加热装置(5)用于预热工作气体。与此同时，在气体冷凝/干燥装置(6)处，湿热气流中的水蒸气凝结成液态水，经收集后即为淡水。

所述液体蒸发装置用于蒸发废水并实现废水零排放过程时，可以配备驱动机构(3)、风机(4)、气体加热装置(5)、气体冷凝/干燥装置(6)以及废水加热装置(8)。具体过程包括：经过预热的废水被喷淋到液体蒸发装置的盘片(202)上并在其外表面形成液膜，工作气体在风机(4)的推动下经过气体加热装置(5)升温后吹过盘片(202)的间隙，带走蒸发的水分，然后在经过气体冷凝/干燥装置(6)的时候把热量转移到气体加热装置(5)和/或废水加热装置(8)，在气体冷凝/干燥装置(6)处冷凝下来的水分即为干净的蒸馏水，定期清理和收集盘片上结晶下来的固体。

当将上述液体蒸发装置用于盐水浓缩、盐水结晶、海水中制取淡水及废水零排放过程时，分别对应了盐水浓缩蒸发工艺、盐水结晶蒸发工艺、海水中制取淡水工艺以及废水零排放工艺。以上四种蒸发工艺与现有的对非沸腾液体进行蒸发的其它工艺相比具有流程短、效率高及设备投资低等优点。

综上所述，本发明各实施例的优点和积极效果包括以下各项中的一项或多项：

(1)盘片式设计，蒸发器单位体积内能形成的液膜表面积大，因此设备蒸发效率高。此外，设备构造简单，容易制造，设备投资费用低。

(2)可转动的盘片式设计，能够十分方便地维持盘片外表面上的液膜，成膜能耗低。

(3)传统的用于溶液非沸腾状态的冷却塔蒸发装置无法用于需要浓缩及结晶的场合。本装置不仅可用于蒸发、浓缩和结晶，还可同时回收溶剂。

(4)工作气体可以是天然空气，也可以是经过预热的空气，抑或是经过干燥的空气。

(5)在有热源的条件下，除了预热工作气体还可以同时加热液体物料使其维持合适的温度，以获得更高的蒸发效率。

(6)结晶/结垢主要发生在盘片上(尤其是只加热工作气体的情形)，对传热效率的影响小，后处理简单，节能降耗。

(7)液体物料可以维持较低的温度，能够满足一些特殊场合的需要，比如利用废热处理废水的情形，或者由于液体中含有特殊成分不允许高温的情形。

附图说明

从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：

图1示出了根据本发明示例性实施例的液体蒸发装置的概要示意性主视图；

图2示出了根据本发明示例性实施例的液体蒸发装置的示意性左侧视图；

图3示出了根据本发明示例性实施例的液体蒸发装置的示意性右侧视图；

图4示出了根据本发明示例性实施例的用于进行盐水浓缩的液体蒸发装置的结构和工艺的示意性示意图；

图5示出了示出了根据本发明示例性实施例的用于进行浓盐水结晶的液体蒸发装置的结构和工艺示意图；

图6示出了根据本发明示例性实施例的用于进行海水淡化的液体蒸发装置的结构和工艺示意图；

图7示出了根据本发明示例性实施例的用于进行海水淡化的液体蒸发装置的结构和工艺示意图。

图中：

1壳体、101液体进口、102液体出口、103气体进口、104气体出口、105液体排空口、2转子、201转动轴、202盘片、3驱动机构、4风机、5气体加热装置、6气体冷凝/干燥装置、106气体空腔、1061气体分布器、7液体喷淋装置、8废水加热装置、9热泵系统。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1示出了根据本发明示例性实施例的液体蒸发装置的概要示意性主视图；图2示出了根据本发明示例性实施例的液体蒸发装置的示意性左侧视图；图3示出了根据本发明示例性实施例的液体蒸发装置的示意性右侧视图。

如图1-3所示，根据本发明示例性实施例的液体蒸发装置包括壳体1和转子2。壳体1用于容纳待蒸发液体，可以为开放式的，例如壳体1上部敞开放置于空气中，或者壳体1可以为封闭式的，此时应配备有风气进入和排出通道。在壳体1上配置有供待蒸发液体进入和排出的液体进口101和液体出口102以及供排空液体使用的液体排空口105；在壳体1的内部安装有转子2，所述转子2包括转动轴201和固定在转动轴201上的盘片202，盘片202的外表面能够被待蒸发液体的溶剂所湿润，使得待蒸发液体在盘片的外表面上形成一层液膜。

壳体1还可以包括供排空液体使用的液体排空口(105)。

在一个示例中，转子2在驱动机构3的带动下以一定的转速绕所述转动轴201的轴心旋转。

在一个示例中，在液体蒸发装置的壳体1上配置有气体进口103和气体出口104，气体进口103与风机4相连，当风机4运转时工作气体穿过盘片202之间的间隙，从气体出口104出去。通入气体能够加快液体的蒸发。

在一个示例中，如图4所示，为使通入的工作气体能够均匀分布在蒸发装置的壳体1内，气体进口103可通过气体空腔106与气体分布器1061相连。当风机4运转时工作气体进入气体进口103，经过气体空腔106、气体分布器1061后均匀分布于蒸发装置的壳体1内。

以上所述的工作气体一般为空气，气体温度为常温或经过预热后在30～200℃范围内。

盘片202可以为圆形或多边形，优选地，它们在转动轴201之上呈平行、等距布置，其基面垂直于转动轴201，相邻盘片202之间有一定的间隙可供气流通过，当转动轴201转动时盘片202作为整体随之一起转动。盘片202的两侧表面可以是平滑面或带有凸起/褶皱的非平滑面。

在需要对工作气体预热及收集蒸汽冷凝液的场合，液体蒸发装置还可以配置有气体加热装置5和冷凝/干燥装置6。通过管道连接使得壳体1与风机4、气体加热装置5、冷凝/干燥装置6形成一个气体回路，当风机运转时从气体出口出来的气体依次经过冷凝/干燥装置6、风机4、气体加热装置5，然后经气体进口回到壳体1，如附图5所示。

在蒸发装置的壳体内还可以安装有喷淋装置7，用于将待蒸发液体喷淋到盘片表面。

为保证液体蒸发装置正常使用，在工作过程中，应使待蒸发液体的初始液面和/或工作中的液面处于转动轴的下缘位置。

上面所述的液体蒸发装置可以用于盐水浓缩、盐水结晶、海水中制取淡水及废水零排放等过程。

当将上述液体蒸发装置用于盐水浓缩、盐水结晶、海水中制取淡水及废水零排放过程时，分别对应了盐水浓缩蒸发工艺、盐水结晶蒸发工艺、海水中制取淡水工艺以及废水零排放工艺。以上四种蒸发工艺与现有的对非沸腾液体进行蒸发的其它工艺相比具有流程短、效率高及设备投资低等优点。

综上所述，本发明实施例的优点和积极效果如下：

(1)盘片式设计，蒸发器单位体积内能形成的液膜表面积大，因此设备蒸发效率高。此外，设备构造简单，容易制造，设备投资费用低。

(2)可转动的盘片式设计，能够十分方便地维持盘片外表面上的液膜，成膜能耗低。

(3)传统的用于溶液非沸腾状态的冷却塔蒸发装置无法用于需要浓缩及结晶的场合。本发明实施例的液体蒸发装置不仅可用于蒸发、浓缩和结晶，还可同时回收溶剂。

关于此点，详细解释如下。传统的冷却塔分为有填料的和无填料两种，前者是把热水用泵提升到冷却塔的顶部分布喷淋到填料的顶部，热水在填料的缝隙里自上而下流淌，空气则在塔顶的风机的作用下自下而上流动，也就是形成对流运动，气体带走蒸发的水分使得其余水得到降温；后者也是由水泵把热水分布喷淋到塔顶，像下暴雨一样倾泻而下，空气则在塔顶的风机作用下自下而上流动，同样是带走水分使水降温。理论上讲，这样的操作过程也能够使得留下来的液态水得到浓缩，但实际工程上没有把冷却塔用于这样的用途的。原因是，有填料的冷却塔因填料是固定填充的，而且堆积高度通常都比较高(为了充分利用空气的非饱和湿度)，结晶/结垢后填料层里的固体无法清理或者清理的代价太大。没有填料的冷却塔依靠水滴的比表面积来蒸发水分，效率较低，且小的水滴会被上升气流带走造成溶质损失。两种冷却塔没有用于浓缩/结晶场所的另一个主要原因是其蒸发效率低，蒸发少量的水分使得液态水温降低十来度是容易做到的，但是要把液体浓缩几倍或十几倍(比如浓缩10倍就需要把相当于原始液体重量的90％的水分蒸发掉)，需要把大部分水分蒸发掉，用冷却塔的话设备体积就太大了，造价也太大了。但是，冷却塔构造简单，可以建造成巨大体量的构筑物(如电厂的冷却塔都是几十米高)，比较适合用于大流量的循环冷却水的降温处理。

(4)工作气体可以是天然空气，也可以是经过预热的空气，抑或是经过干燥的空气。

(5)在有热源的条件下，除了预热工作气体还可以同时加热液体物料使其维持合适的温度，以获得更高的蒸发效率。

(6)结晶/结垢主要发生在盘片上(尤其是只加热工作气体的情形)，对传热效率的影响小，后处理简单，节能降耗。

(7)液体物料可以维持较低的温度，能够满足一些特殊场合的需要，比如利用废热处理废水的情形，或者由于液体中含有特殊成分不允许高温的情形。

以下分别以盐水浓缩、盐水结晶、海水中制取淡水及废水零排放过程为例描述本发明的应用实例。

应用例一：浓盐水的浓缩

本应用例属于本发明的最基本应用，是最简单的应用方式。如附图4所示，低温蒸发装置仅配置了最基本的配套设备——驱动机构3和风机4。本例中风机4置于低温蒸发装置的气体进口侧，风机4的出风口跟低温蒸发装置的气体进口103相连接。在本例中，浓盐水经低温蒸发装置的液体进口101注入低温蒸发装置并在其壳体1的下部贮存，形成一定液位。在本例中其液面高度为淹没盘片202的下部到接近转动轴201的下缘位置。启动驱动机构3，使低温蒸发装置的转子2以事先设定好的速率转动，在本例中其转速为1～30转/分钟。随后启动风机4，空气即被吹送到气体进口103并被导流片分散到转子2的盘片202的气体进口侧，气流穿过盘片202的间隙并吹扫过盘片的表面，然后经由另一侧的气体出口104排出低温蒸发装置并扩散到大气中。在这个过程中，由于盘片202的外表面是亲水性的，其跟浓盐水一接触即被润湿并在其外表面形成液膜。随着转子2的转动，浓盐水润湿了全部盘片的所有外表面并在其上布满液膜。转子的转动使得盘片202的不同部位循环交替地跟浓盐水接触然后被气流吹扫。盘片202的未被浓盐水淹没的部分则在气流的吹扫下蒸发掉其液膜中的部分水分，盐分则被保留在残留的液膜里。随着蒸发过程的进行，盘片202不间断地从浓盐水中以液膜的形式带走部分浓盐水，然后在气流的吹扫下蒸发掉部分水分，再把盐分浓度变大的浓盐水或部分结晶的盐粒带回壳体1下部贮存的浓盐水中，转动的盘片202再次带走稍稍变浓的浓盐水……这个过程持续下去，浓盐水就会不断失去水分，其盐分的浓度越来越大，即盐水被浓缩。要想控制最终得到的浓缩盐水的浓度或浓缩倍数，只需维持蒸发装置内液位不变的前提下控制好盐水的补给量与浓缩盐水的排放量之间的比例，盐水的补给量/浓缩盐水的排放量＝浓缩倍数。

在该应用例中，液体蒸发装置的蒸发效率受操作条件影响。空气越干燥、温度越高、空气流速越大则蒸发效率越高。因此该最基本应用是液体蒸发装置效率比较低下的应用，可在温暖、干燥的气候条件下用来强化高浓度废水的自然蒸发。在实验中，当水温为40～50℃、气温为15～17℃、盘片间隙中的风速为1～3m/s、空气湿度36％～75％的条件下，获得了1～2kg/m2/h的蒸发效率(每平方米盘片外表面积在一小时里蒸发的水量)。

应用例二：浓盐水的结晶

如附图5所示，本应用例是在有热源的条件下对浓盐水进行结晶处理的一种应用场景，属于低温蒸发装置的基本应用。

在本例中，为低温蒸发装置配备了驱动机构3、风机4、气体加热装置5。另外，本例中还为低温蒸发装置配备了液体喷淋装置7。本例中的液体喷淋装置7位于转子2的盘片202的间隙中，其作用是把要浓缩的浓盐水分散喷淋到盘片202的外表面。应用本发明的时候，喷淋装置的位置并不限于本例的布置方式，它可以布置在低温蒸发装置的其他任何合适的位置，只要能够把盘片的外表面淋湿即可。

如同实施例1一样，依次启动驱动机构3和风机4，然后开启喷淋装置7和气体加热装置5。待各设备达到稳定运行状态之后可以调整喷淋装置7的喷淋流量，使得壳体1的底部略有积液，以尽可能地发挥出低温蒸发装置的蒸发能力。壳体1底部的积液可经由其底部的液体排空口105排出低温蒸发装置并送往为喷淋装置7供应浓盐水的容器或管道，使其得到循环蒸发。控制得当的话，壳体1的底部基本没有或很少积液，此时浓盐水在盘片202上的喷淋速率跟它的蒸发速率大致取得平衡，水分基本全部被蒸发掉，盐分则结晶在盘片202的外表面上。待盘片202上结晶的盐分达到一定厚度，应当停机，采取措施让固体盐分脱离盘片202的表面从而得到收集，然后低温蒸发器可以再一次投入使用。

本应用例的运转原理和过程跟应用例1是一样的，差别是用来吹扫盘片外表面的气流是经过预热的空气，从而可以获得更高的蒸发效率，同样大小的低温蒸发装置能够发挥出更大的蒸发能力。

应用中，气体加热装置的加热能力或功率取决于工作气体的流量和温升，而进入低温蒸发装置的工作气体的温度应当不高于用来制作盘片和低温蒸发装置其他部件的材料的最高耐受温度。

应用例三：海水淡化

如附图6所示，在本应用例中，低温蒸发装置被用于从海水中制取淡水(蒸馏水)。为此给低温蒸发装置配备了驱动机构3、风机4、气体加热装置5和气体冷凝/干燥装置6，其中气体加热装置5和气体冷凝/干燥装置6采用热泵来提供，或者说气体加热装置5和气体冷凝/干燥装置6属于热泵系统的组成部分。其运行原理和过程跟前面的应用例大致是一样的。通过热泵，从低温蒸发装置排出来的富含水蒸气的湿热气流把热量传递给冷凝/干燥装置6，再由热媒在热泵系统的压缩机的作用下把热量转移到气体加热装置5释放出来，把热量再次传递给流经气体加热装置5的工作气体。与此同时，在气体冷凝/干燥装置6处，湿热气流中的水蒸气凝结成液态水，经收集后即为淡水。

在该应用例中，进入低温蒸发装置的海水可以是天然的海水，也可以是经过适当处理的海水，包括净化处理和/或加热处理。如包括对海水作加热处理，其加热源可以采用但不限于太阳能、电能或蒸汽。

应用例四：废水零排放处理

如附图7所示，该应用例中，低温蒸发装置被用于蒸发废水并实现废水零排放。

为此给低温蒸发装置配备了驱动机构3、风机4、气体加热装置5、气体冷凝/干燥装置6，以及废水加热装置8。其中气体加热装置5和气体冷凝/干燥装置6属于热泵的组成部分。废水加热装置8的热源可以是热泵系统，也可以是废热利用系统，或者其他热源。

运行时，经过预热的废水被喷淋到低温蒸发装置的盘片202上并在其外表面形成液膜，工作气体在风机4的推动下经过气体加热装置5升温后吹过盘片202的间隙，带走蒸发的水分，然后在经过气体冷凝/干燥装置6的时候把热量传递给热泵系统的热媒，然后这部分热量被转移到气体加热装置5和/或废水加热装置8。在气体冷凝/干燥装置6处冷凝下来的水分即为干净的蒸馏水，对于这部分水可回收利用或排放到环境中。在低温蒸发装置内部包括盘片上结晶下来的固体经定期清理、收集后作妥当处置即可。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种液体蒸发装置，包括壳体(1)和转子(2)，其中

壳体为开放式或封闭式，用于容纳待蒸发液体，在壳体(1)的内部安装有转子(2)，在壳体(1)上配置有供待蒸发液体进入和排出的液体进口(101)和液体出口(102)；

所述转子(2)包括转动轴(201)和固定在转动轴(201)上的盘片(202)，盘片(202)的外表面能够被待蒸发液体的溶剂所湿润，使得待蒸发液体在盘片的外表面上形成一层液膜。

2.根据权利要求1所述的液体蒸发装置，其特征在于：还包括驱动机构(3)，转子(2)在驱动机构(3)的带动下以一定的转速绕所述转动轴(201)的轴心旋转。

3.根据权利要求1所述的液体蒸发装置，还包括风机(4)，以及液体蒸发装置的壳体(1)上还配置有气体进口(103)和气体出口(104)，气体进口(103)与风机(4)相连，当风机(4)运转时工作气体穿过盘片(202)的间隙，从气体出口出去。

4.根据权利要求3所述的液体蒸发装置，还包括气体空腔(106)和气体分布器(1061)，气体进口(103)通过气体空腔(106)与气体分布器(1061)相连，当风机(4)运转时工作气体进入气体进口(103)，经过气体空腔(106)、气体分布器(1061)后均匀分布于蒸发装置的壳体(1)内。

5.根据权利要求3所述的液体蒸发装置，工作气体为空气，气体温度为常温或在30～200℃范围内。

6.根据权利要求1所述的液体蒸发装置，盘片(202)为圆形或正多边形，它们在转动轴(201)之上呈平行、等距布置，其基面垂直于转动轴(201)，相邻盘片(202)之间有一定的间隙可供气流通过，当转动轴(201)转动时盘片(202)作为整体随之一起转动。

7.根据权利要求1或6所述的液体蒸发装置，盘片(202)的两侧表面是平滑面或带有凸起/褶皱的非平滑面。

8.根据权利要求2到6任一项所述的液体蒸发装置，其特征在于，还包括气体加热装置(5)和气体冷凝/干燥装置(6)，通过管道连接使得壳体(1)跟风机(4)、气体加热装置(5)、冷凝/干燥装置(6)形成一个气体回路，当风机运转时从气体出口出来的气体依次经过冷凝/干燥装置(6)、风机(4)、气体加热装置(5)，然后经气体进口回到壳体(1)。

9.根据权利要求1到6任一项所述的液体蒸发装置，其中壳体内还安装有喷淋装置(7)，用于将待蒸发液体喷淋到盘片表面。

10.一种利用权利要求1的液体蒸发装置进行的液体蒸发工艺，在壳体中容纳待蒸发液体，使得盘片的至少一部分被淹没在待蒸发液体中；

使得转子带动盘片旋转，在旋转过程中盘片的不同部分顺次被待蒸发液体浸湿，从而盘片的外表面形成液膜，实现液体的蒸发。