專利名稱：優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于反向滲透的工作交換機(jī)系統(tǒng)的領(lǐng)域，具體來講，涉及ー種優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)，用于節(jié)省在反向滲透エ藝中所用的能量。
背景技術(shù)：
反向滲透是本領(lǐng)域中ー種已知過程，用于向世界上那些海水充足而淡水匱乏的地區(qū)提供水。反向滲透是ー種需要采用與正向滲透カ相反的力來使包含溶質(zhì)的溶液通過半透膜的過程。這個(gè)過程有將溶液流分成滲透流和廢液流的效果。滲透流的鹽分很低，通常適于飲用。廢液流的鹽分比溶液的鹽分高，被稱為“濃縮液”。反向滲透過程需要足夠的能量，采用半透膜將溶液分成滲透流和濃縮流。所需的·能量主要是對(duì)用來推動(dòng)液體通過半透膜的高壓泵供電。工作交換機(jī)是本領(lǐng)域現(xiàn)有的ー種能量恢復(fù)裝置，用于通過恢復(fù)包含在離開反向滲透膜(半透膜)模塊的濃縮液中的勢(shì)能(壓能)來減少反向滲透過程所需的凈能量。當(dāng)將反向滲透過程用于諸如海水之類的溶液時(shí)，包含在濃縮液流中的勢(shì)能的量通常占到反向滲透過程所需總能量的60%。工作交換能量恢復(fù)裝置具有通過恢復(fù)包含在濃縮液流中的多達(dá)98%的勢(shì)能來提高效率的潛能。通過采用多對(duì)以適當(dāng)順序工作的壓カ容器，工作交換機(jī)系統(tǒng)用來使從濃縮液流中恢復(fù)能量的過程連續(xù)。通常的工作交換機(jī)系統(tǒng)采用多個(gè)容器和多個(gè)貯液罐。貯液罐是填充了海水的低壓裝置。貯液罐可以被提升或者可以被加壓。提升了的貯液罐基本上處于大氣壓カ(I巴)，但因?yàn)橘A液罐被提升，位于貯液罐下方(即，位于被提升了的貯液罐下方)的處理設(shè)備中有落差(head)。如果在提升了的貯液罐中保持海水水平，落差(以米或英尺“水柱”為單位測(cè)得的壓カ)會(huì)保持恒定，液體水平中的微小變化會(huì)導(dǎo)致落差的輕微變化。通過采用在貯液罐中盡可能產(chǎn)生連續(xù)壓カ的泵(即由空氣或氮?dú)馓畛涞哪逸o助)，加壓的貯液罐仿真提升的效果?！皦毫Α焙汀奥洳睢笔潜绢I(lǐng)域中公知的直接相關(guān)的概念。容器是工作交換機(jī)中采用的部件。對(duì)于采用工作交換機(jī)的反向滲透過程來講本質(zhì)上有兩種容器膜壓カ容器和工作交換機(jī)壓力容器。膜壓カ容器包含反向滲透膜。工作交換機(jī)壓力容器包含溶質(zhì)和濃縮液，可以包含用于分離溶質(zhì)和濃縮液的界面(隔膜)。本領(lǐng)域已知的工作交換機(jī)容器被反向滲透膜所需的大約70巴的最大壓カ加壓和減壓。通過引導(dǎo)濃縮液流使之與低壓溶液方向相反實(shí)現(xiàn)了從濃縮液流中恢復(fù)能量的過程，低壓溶液要在接觸除鹽設(shè)備的反向滲透部件的膜吋/之前被除鹽。使充有處于大氣壓力或略高于大氣壓カ的溶質(zhì)的容器與處于高壓的濃縮液流接觸，可以實(shí)現(xiàn)除鹽操作。實(shí)際上，高壓被立即轉(zhuǎn)移到低壓溶質(zhì)，使得低壓溶質(zhì)被加壓至與高壓濃縮液流相同的壓力水平。通常由以適當(dāng)順序工作的成對(duì)壓カ容器組成的工作交換機(jī)系統(tǒng)使這個(gè)過程連續(xù)。
在兩沖程循環(huán)中采用的每個(gè)壓力容器具有至少兩個(gè)端ロ 一端的濃縮液端ロ以及另ー端的溶質(zhì)端ロ。每對(duì)容器還可以包括可以在這兩個(gè)端ロ之間自由滑動(dòng)的部件(本文中指的是隔膜)(或者，可替換地，高壓流體和低壓流體之間的界面可以起隔膜的作用)。閥系統(tǒng)將濃縮液端ロ連接至高壓廢液流濃縮液管道、低壓排放濃縮液管道、低壓溶質(zhì)(供料)管道和高壓溶質(zhì)(供料)管道，以及斷開濃縮液端ロ與高壓廢液流濃縮液管道、低壓排放濃縮液管道、低壓溶質(zhì)(供料)管道和高壓溶質(zhì)(供料)管道的連接。在第一沖程，濃縮液端ロ連接至高壓濃縮液管道，而供給端ロ連接至高壓供給管道。容器中充有高壓濃縮液，高壓濃縮液使隔膜回移至供給ロ，以將供料引導(dǎo)至高壓供給ロ，并流向反向滲透膜。在第二沖程，濃縮液端ロ連接至濃縮液排放管道，而供給ロ連接至低壓溶質(zhì)供給管道。容器中充有低壓供料，低壓供料使隔膜向濃縮液端ロ移動(dòng)，通過不加壓排放管道或低壓排放管道排放濃縮液。上述討論描述了兩容器兩端ロ實(shí)施例，但其他的實(shí)施例可以包括更多的容器或端·□。閥設(shè)計(jì)對(duì)于工作交換機(jī)設(shè)備而言很重要。通常的工作交換機(jī)系統(tǒng)包括控制加壓溶質(zhì)(通常是海水)流以及通過反向滲透過程的濃縮流并使過程連續(xù)的閥的各種配置。在下文中，討論會(huì)集中于作為溶質(zhì)的海水上。每個(gè)閥均采用至少兩個(gè)類型的閥海水閥類型和濃縮液閥類型。海水閥通常是響應(yīng)于通過控制濃縮液閥的濃縮液的壓カ和流而開和關(guān)的非控制止回閥。名為“用海水生產(chǎn)淡水的方法和設(shè)備”的專利公開W0/76639中公開了ー種不需要實(shí)體隔膜的系統(tǒng)，可以在不采用用作隔膜的物理構(gòu)造的情況下分離返回鹽水(濃縮液)和淡鹽水(溶質(zhì))。控制通過工作交換機(jī)壓カ閥的這兩種液體的流，在不采用實(shí)體膜的情況下可以實(shí)現(xiàn)這兩種液體的分離。專利公開W0/76639構(gòu)思了采用多孔板或多孔屏來更均勻地分布通過閥的流。不過，專利公開W0/76639并沒有具體指出設(shè)計(jì)多孔板的具體物理結(jié)構(gòu)或幾何結(jié)構(gòu)。而且，對(duì)于采用臥式容器和實(shí)體膜的系統(tǒng)而言有很多設(shè)計(jì)局限。這種分離(“實(shí)體膜”)的長度必須比壓力容器的直徑大，以防止在容器中產(chǎn)生粘結(jié)或梗塞，從而限制了容器的直徑。為了獲得適當(dāng)?shù)捏w積，増大長度使容器變得超乎尋常的長(通常有6.5米長，SP21英尺長)，來彌補(bǔ)直徑方面的欠缺。當(dāng)在工作交換機(jī)容器中采用隔膜來從濃縮液中分離溶質(zhì)時(shí)，必須提供使溶質(zhì)在“填充”沖程(fill stroke)的末端通過隔膜以實(shí)現(xiàn)本領(lǐng)域中公知的“后置(overflush)”的方法。當(dāng)后置可以被微調(diào)至零后置點(diǎn)時(shí)，必須提供溶質(zhì)通過隔膜的通道，或必須提供分割設(shè)備以防止過程停止和/或防止將隔膜推抵在閥的端部。類似地，在隔膜抵達(dá)閥的相對(duì)端，產(chǎn)生本領(lǐng)域公知的“混合”吋，必須提供ー種裝置來使?jié)饪s液在“動(dòng)力”沖程(power stroke)中通過隔膜。當(dāng)這是操作環(huán)境下的不理想狀態(tài)時(shí)，在反向滲透過程的啟動(dòng)階段，在設(shè)備的安裝和微調(diào)中是不可避免的，如果沒有提供使過程中涉及的液體通過隔膜的方法，系統(tǒng)會(huì)停止工作，并會(huì)導(dǎo)致有形損失。從而，采用實(shí)體隔膜的工作交換機(jī)必須合并有使液體雙向通過隔膜的方法，但這會(huì)產(chǎn)生額外的生產(chǎn)成本以及潛在故障。希望能夠?qū)崿F(xiàn)ー種工作交換機(jī)系統(tǒng)，使混合界面的監(jiān)控和控制得到優(yōu)化，從而產(chǎn)生本質(zhì)上可靠的虛擬隔膜，消除對(duì)實(shí)體隔膜的需要。
還希望能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中在利用實(shí)體隔膜時(shí)需要采用非常長的容器的限制，從而，能夠使用較大直徑的較短容器，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中允許更多的靈活性。還希望優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)來提供閥的同步和密封，以產(chǎn)生可靠的虛擬隔膜，有效地執(zhí)行兩沖程循環(huán)。還希望能夠測(cè)量和優(yōu)化混合界面的物理性能。還希望優(yōu)化流路通過工作交換機(jī)的噴嘴和頭部的入流路和出流路。還希望設(shè)計(jì)能夠優(yōu)化液體通過工作交換壓カ容器的流的多孔分流板或類似部件。還希望分流設(shè)備(例如，多孔分流板)以減小隔膜所占容積(其結(jié)果是產(chǎn)生虛擬隔膜所需的溶質(zhì)和濃縮液的容積)的方式產(chǎn)生虛擬隔膜。這樣產(chǎn)生的虛擬隔膜漂浮在濃縮液的頂部，溶質(zhì)漂浮在虛擬隔膜的頂部。
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還希望通過獨(dú)立操作容器的入流/出流的控制，優(yōu)化對(duì)雙端ロ閥的控制。還希望以允許虛擬隔膜在分流設(shè)備之間往復(fù)移動(dòng)的順序操作控制工作交換機(jī)容器的閥?？刂崎y的方法會(huì)發(fā)生變化(例如，時(shí)序或檢測(cè)虛擬隔膜的位置)，但不允許虛擬隔膜接觸到分流板，這會(huì)需要重建虛擬隔膜(這需要幾個(gè)閥循環(huán))。希望可以獲得足夠的溶質(zhì)來保證在工作交換機(jī)的循環(huán)操作中總是有適當(dāng)?shù)膲毫?。在溶質(zhì)壓カ中的不必要的波動(dòng)或流會(huì)影響到虛擬隔膜的穩(wěn)定。還希望用一個(gè)或多個(gè)溶質(zhì)貯液器來提高溶質(zhì)的泵吸容積，(在工作交換的濃縮液填充循環(huán))通過提升或者泵吸使這些貯液器保持在適當(dāng)?shù)膲毫?。術(shù)語表本文中所用的術(shù)語“控制閥”指的是由激勵(lì)器控制的通用閥的實(shí)施例(例如，包括但不限于在本文的示例性實(shí)施例中討論的濃縮液閥)。打開和關(guān)閉控制閥(即，濃縮液閥)來控制高壓濃縮液進(jìn)入容器以及控制減壓濃縮液的排放。濃縮液閥可以是本領(lǐng)域已知的提升型閥、蝶形閥、球閥、軸向滑動(dòng)閥或其他類型的閥。這些閥由電動(dòng)激勵(lì)器、液壓激勵(lì)器、氣動(dòng)激勵(lì)器或任意其他實(shí)用型的閥激勵(lì)器控制。本文中所用的術(shù)語“激勵(lì)器”指的是移動(dòng)閥部件的任何機(jī)械方法，包括但不限于液壓激勵(lì)器、氣動(dòng)激勵(lì)器或本領(lǐng)域已知的任意其他激勵(lì)器。本文中所用的術(shù)語“擋板”指的是用來均勻分配液體流的結(jié)構(gòu)部件。本文中所用的術(shù)語“平衡”指的是向壓カ均衡或平衡的狀態(tài)移動(dòng)的狀況。本文中所用的術(shù)語“補(bǔ)充”指的是與另一個(gè)部件或特征一起工作來增強(qiáng)功能的部件或特征。本文中所用的術(shù)語“濃縮液”指的是反向滲透脫鹽過程的廢液副產(chǎn)品。本文中所用的術(shù)語“能量恢復(fù)裝置”指的是本領(lǐng)域公知的被專門設(shè)計(jì)來用于采用反向滲透的海水脫鹽過程中的等壓設(shè)備。本文中所用的術(shù)語“供料”指的是要被脫鹽的溶質(zhì)流(海水)。本文中所用的術(shù)語“(應(yīng)用于閥的)功能”指的是閥的實(shí)用特征，包括它是否調(diào)節(jié)海水、濃縮液或其他液體的流；它是否被制動(dòng)或沒有被制動(dòng)；閥在工作交換機(jī)中的位置；閥是否作為提升閥或止回閥工作，是多向的或單向的；或其他的與功能相關(guān)的閥特征。本文中所用的術(shù)語“幾何形狀優(yōu)化”指的是幾何結(jié)構(gòu)(其中，多孔分流板的孔沒有對(duì)齊)，引導(dǎo)流水的擋板、結(jié)節(jié)、角度或其他特征或結(jié)構(gòu)。
本文中所用的術(shù)語“混合界面”指的是虛擬隔膜，是兩種液體(即，溶質(zhì)和濃縮液)被兩種液體在其中得到混合的薄區(qū)域隔離的界面。本文中所用的術(shù)語“混合界面物理性質(zhì)”指的是混合界面的任何可測(cè)量的物理性質(zhì)，包括但不限于傳導(dǎo)性。本文中所用的術(shù)語“多孔分流板”指的是包含幾何形狀來引導(dǎo)液體并使它們均勻分布在工作交換機(jī)壓力容器的橫截面上以及有助于形成虛擬隔膜的板。本文中所用的術(shù)語“非控制閥”是不被激勵(lì)器控制的通用閥(包括但不限于響應(yīng)于通過控制濃縮液閥的濃縮液的壓カ和流而開和關(guān)的海水閥)的實(shí)施例。本文中所用的術(shù)語“提升閥”指的是具有桿組件、底座和閥盤的閥。本文中所用的術(shù)語“加壓”和“減壓”指的是工作交換機(jī)容器、閥、管道和/或任何其他的工作交換機(jī)部件的壓カ狀態(tài)的受控變化?！け疚闹兴玫男g(shù)語“結(jié)節(jié)”指的是與孔結(jié)合有助于加壓和減壓的任何突出的結(jié)構(gòu)配置。本文中所用的術(shù)語“反向滲透膜”或“半透膜”指的是現(xiàn)有技術(shù)已知的反向滲透脫鹽過程中采用的半透膜或膜陣列。本文中所用的術(shù)語“隔膜”指的是在工作交換機(jī)容器內(nèi)隔開溶質(zhì)和濃縮液的部件或物理存在。隔膜可以是實(shí)體部件或由溶質(zhì)和濃縮液之間的界面產(chǎn)生的混合界面。隔膜可以是實(shí)體隔離物(實(shí)體隔膜)或者沒有實(shí)體隔離物的區(qū)域(虛擬隔膜)，該沒有實(shí)體隔離物的區(qū)域是在沒有實(shí)體隔離物的情況下在溶質(zhì)和濃縮液之間工作的界面。本文中所用的術(shù)語“管狀”指的是細(xì)長形部件，包括圓筒形、方形、中空、實(shí)心或其他細(xì)長形結(jié)構(gòu)部件。本文中所用的術(shù)語“雙端ロ閥”指的是具有兩個(gè)端ロ的閥，每個(gè)端ロ可以是入口、出口，閥是單向閥或雙向閥。本文中所用的術(shù)語“通用閥”指的是可以與各種互換部件組合在一起產(chǎn)生能夠適于各種過程控制的閥的閥。本文中所用的術(shù)語“容器”指的是工作交換過程中采用的結(jié)構(gòu)。例如，容器包括但不局限于膜壓力容器和工作交換機(jī)壓力容器。膜壓カ容器包括反向滲透膜。膜壓カ容器可以是垂直或水平結(jié)構(gòu)。工作交換機(jī)壓力容器包含溶質(zhì)和濃縮液，還可以包含虛擬隔膜或?qū)嶓w隔膜。本文中所用的術(shù)語“工作交換機(jī)”或“等壓工作交換機(jī)”指的是用于從過程中恢復(fù)能量并在過程中對(duì)能量進(jìn)行再用的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是ー種優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)，該工作交換機(jī)系統(tǒng)具有裝入了至少兩種由虛擬隔膜隔開的液體的容器，所述工作交換機(jī)系統(tǒng)還包括采用了偏置幾何形狀定位的成對(duì)多孔分流板。


圖I是集成在通常的海水反向滲透系統(tǒng)中的示例性的優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)1000的框圖；圖2示出了優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)的實(shí)施例，工作交換機(jī)系統(tǒng)采用了通用閥系統(tǒng)，以更進(jìn)一歩地優(yōu)化該工作交換機(jī)系統(tǒng)；圖3示出了包括虛擬隔膜的工作交換機(jī)容器的截面圖；圖4示出了ー對(duì)多孔分流板。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，參照了通用閥的實(shí)施例的文字說明，其中，只有一些實(shí)施例在附圖中得到描述。這些說明不應(yīng)當(dāng)被視為是對(duì)本發(fā)明范圍的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，有很多功能性的等價(jià)變換，例如，部件的大小、尺寸以及形狀。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，包含其他的元件是顯而易見的。所有與附圖中的部件和說明書中所述的部件有等價(jià)關(guān)系的部件沒有脫離本發(fā)明的精神和范圍。在下文的說明中提到了一些可行的改進(jìn)。從而，本文示出的示例性實(shí)施例不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制，而只是權(quán)利要求的基礎(chǔ)，以及教·導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員在任意適當(dāng)?shù)木唧w設(shè)備中或以適當(dāng)?shù)姆绞讲捎帽景l(fā)明的典型基礎(chǔ)。應(yīng)當(dāng)理解的是，這些圖沒有必要按照比例繪制，重點(diǎn)是要說明本發(fā)明的原則。另夕卜，在本文所示的實(shí)施例中，在不同的附圖中用同樣的附圖標(biāo)記來表示同樣結(jié)構(gòu)或相似結(jié)構(gòu)的元件。另外，術(shù)語“基本上”或“大約”可以應(yīng)用于任何量化表示，只要不導(dǎo)致量化表示所涉及的基本功能的變化。例如，本文中所公開的通用閥的ー個(gè)實(shí)施例可以包括ー些部件，這些部件起提升閥、止回閥、控制閥、非控制閥、海水閥或濃縮液閥的與這些術(shù)語定義相同的作用。出于增進(jìn)對(duì)本發(fā)明原則的理解的目的，參照附圖中所示出的示例性實(shí)施例，并用特定的語言來描述它們。這些不應(yīng)當(dāng)作為對(duì)本發(fā)明的限制。圖I是在反向滲透過程中用于能量恢復(fù)的示例性的優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)1000的框圖。在所示的實(shí)施例中，工作交換機(jī)1000采用工作交換機(jī)容器30、35，這些交換交換機(jī)容器包括多個(gè)工作交換機(jī)隔膜40。在所示的實(shí)施例中，隔膜是虛擬隔膜。圖I還示出了非控制閥101、102、103和104(作為ー個(gè)止回閥)以及具有激勵(lì)器170、172、174和176的控制閥210、220、230和240，這些閥與高壓供料泵10、半透膜20和高壓提升泵60協(xié)作工作。圖I進(jìn)ー步示出了供料箱33，供料箱33提供了低壓海水貯液池，而不單是依靠供料泵來提供用于反向滲透過程的海水供應(yīng)。在所示的實(shí)施例中，閥101、102、103和104開和關(guān)增大了工作交換機(jī)閥的入流和出流，產(chǎn)生壓カ的變化。采用供料箱33減小了當(dāng)閥101、102、103和104打開時(shí)的壓カ變化。工作交換機(jī)系統(tǒng)的各種實(shí)施例可以包括更多或更少的供料箱33，或不同定位和配置的供料箱，而不像現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣依賴泵(未示出)。供料箱33可以位于提供自然落差的高度和不同的位置，不需要単獨(dú)的泵。在優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)1000的示例性實(shí)施例中，容器30和35的直徑的量級(jí)為24-36英寸，在現(xiàn)有技術(shù)中，由于水平布置的容器需要液體之間的實(shí)體間隔，從而要求容器異乎尋常的長(通常為21英尺長)，這樣的內(nèi)在限制使得在現(xiàn)有技術(shù)中不能獲得這樣的直徑量級(jí)。其他的實(shí)施例可以是兩個(gè)或多個(gè)的標(biāo)準(zhǔn)直徑(現(xiàn)有技術(shù)中公知的參數(shù)設(shè)計(jì))。在圖I所不的實(shí)施例中，容器30和35以垂直配置布置。這種垂直配置具有將壓力容器的高度限制在與非定制架構(gòu)一致的實(shí)際尺寸(直徑24-36英寸)的優(yōu)勢(shì)。這符合標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，使得可以采用市場上的標(biāo)準(zhǔn)部件(即，管道)，產(chǎn)生等壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。容器的尺寸是控制給定時(shí)間內(nèi)工作交換機(jī)可以執(zhí)行的循環(huán)的頻率或次數(shù)的因素。標(biāo)準(zhǔn)工作交換機(jī)系統(tǒng)1000中的容器可以被制作成實(shí)現(xiàn)循環(huán)的最大頻率所需的確切長度(高度)。優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)1000采用比現(xiàn)有技術(shù)中的本質(zhì)上要求采用實(shí)體隔膜的壓カ容器更大尺寸的壓カ容器30、35。在所示的實(shí)施例中，隔膜40是虛擬隔膜。虛擬隔膜40是密度較小的溶質(zhì)(海水)位于密度較大的濃縮液上部產(chǎn)生的。由于與不同的密度結(jié)合所呈現(xiàn)的重力會(huì)在沿水平壓カ容器的長度方向上撕裂海水和濃縮液，這會(huì)對(duì)目的產(chǎn)生負(fù)面影響，采用現(xiàn)有技術(shù)中已知的水平壓カ容器不會(huì)產(chǎn)生這種虛擬隔膜的效果?！DI所示的優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)1000的實(shí)施例采用較大直徑的垂直壓カ容器30、35，與水平工作交換配置相比，這在經(jīng)濟(jì)上更可行，從工程角度而言更有效率。采用實(shí)體隔膜的現(xiàn)有技術(shù)中存在的ー個(gè)問題是隔膜必須比容器的直徑長，以在容器中不粘結(jié)或梗塞。由于在垂直優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)1000的實(shí)施例中沒有實(shí)體隔膜，可以使容器的直徑最大。隨之而來的阻力減小了液體在壓カ容器中的速度，直徑的増大進(jìn)ー步増大了優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)1000的效率。另外，實(shí)體隔膜必須提供使溶質(zhì)和/或濃縮液在兩個(gè)方向上通過隔膜的方法，以避免過程停止以及避免對(duì)隔膜的損壞。由于出現(xiàn)的液體包括由混合界面中的液體組成的虛擬隔膜，可以很容易地通過多孔分流板和閥系統(tǒng)，采用虛擬隔膜不再有這種需要。在海水反向滲透過程的起動(dòng)過程中，在所有的等壓工作交換機(jī)中都會(huì)出現(xiàn)這種不希望的意外情況，從而要求在短時(shí)期內(nèi)提供液體通過實(shí)體隔膜，直到建立均衡和穩(wěn)定。圖I中所示的優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)1000的實(shí)施例采用了雙端ロ閥。采用雙端ロ閥而不是三端ロ閥使優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)1000工作更流暢。圖2示出了優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)1000的兩個(gè)容器的實(shí)施例，該實(shí)施例采用了通用閥，通過減小膜系統(tǒng)或膜陣列中的瞬態(tài)壓カ(這是所有反向滲透膜制造商提出的設(shè)計(jì)要求)來更進(jìn)ー步地優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)。在所示的實(shí)施例中，在移動(dòng)閥盤的重要部分或主要部分離開閥座之前，通過采用合并在閥桿中的較小的閥，合并減輕/均衡閥兩側(cè)的壓カ的系統(tǒng)，通用閥使得現(xiàn)有技術(shù)中已知的大提升閥可以毫不費(fèi)力地移動(dòng)。圖3是閥的截面圖，示出了兩對(duì)多孔分流板68、69的關(guān)系。具體地，圖3示出了虛擬隔膜40、溶質(zhì)45、濃縮液50以及多孔分流板68、69。在所示的實(shí)施例中，不需要實(shí)體隔離物或?qū)嶓w隔膜。圖中還示出了非控制閥103、104以及濃縮液50。在水平工作交換容器配置中，實(shí)體隔膜要求實(shí)體隔膜的長度直徑比(長寬比)比直徑長，這具有減弱水平壓カ容器的工作長度(有效容積)的效果。圖2中所示的實(shí)施例是垂直壓カ容器，不需要實(shí)體隔膜。由于混合界面所產(chǎn)生的虛擬隔膜的厚度(長度)小于容器的直徑，在増大直徑的情況下，虛擬隔膜40提供了更大的有效容積。在圖3所示的實(shí)施例中，采用虛擬隔膜40(而不是實(shí)體隔膜)進(jìn)ー步提供了減小阻力和增大效率的優(yōu)點(diǎn)。在壓カ容器更大直徑以及受益于較短/較薄的虛擬隔膜的情況下，減小了在壓カ容器中傳輸?shù)囊后w的速度。較低的速度產(chǎn)生了較小的湍流(雷諾氏數(shù)，即，液體流速率)，較小的湍流使阻カ減小以及效率提高。采用虛擬隔膜40 (而不是實(shí)體隔膜)進(jìn)ー步提高了優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)1000的可靠性和耐久性。本領(lǐng)域中的其他等壓工作交換機(jī)設(shè)備中出現(xiàn)的實(shí)體隔膜已經(jīng)驗(yàn)證了在容器中出現(xiàn)梗塞并需要拆解的傾向，導(dǎo)致工作交換系統(tǒng)故障。圖3示出了優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)1000中的容器的實(shí)施例，圖中還示出了通過容器壁放置在多孔分流板68上方以及多孔分流板69下方的傳導(dǎo)率監(jiān)控探頭71和72。在所示的實(shí)施例中，傳導(dǎo)率監(jiān)控探頭71和72位于容器30中，不斷地測(cè)量與傳導(dǎo)率探頭接觸的液體的鹽度。在所示的實(shí)施例中，傳導(dǎo)率監(jiān)控探頭71和72用來測(cè)量傳導(dǎo)率(鹽分)并探測(cè)虛擬隔膜40的移動(dòng)和位置。
·
在不同的實(shí)施例中，傳導(dǎo)率監(jiān)控探頭71和72可以被配置和集成有軟件，來監(jiān)控虛擬隔膜的混合界面的物理性質(zhì)。傳導(dǎo)率監(jiān)控探頭71和72提供的信息可以被軟件解讀，并被用來指導(dǎo)控制閥210和220的打開和關(guān)閉，這反過來指導(dǎo)能量恢復(fù)過程并使過程連續(xù)。圖4示出了ー對(duì)具有偏置幾何形狀的多孔分流板68的示例性實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)，其包括 至少一個(gè)容器，所述容器裝有至少兩種由虛擬隔膜隔離的液體； 至少一個(gè)貯液罐； 至少一個(gè)閥，所述閥控制所述至少一種液體進(jìn)和出所述至少一個(gè)容器的流； 第一多孔分流板和第二多孔分流板。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)，其中，所述第一多孔分流板和所述第二多孔分流板是偏置的，使得所述第一多孔分流板的孔不與所述第二多孔分流板的孔對(duì)齊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)，其中，所述至少一對(duì)多孔分流板中的每一個(gè)的幾何形狀都得到優(yōu)化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)，其中，所述至少一對(duì)多孔分流板中的每一個(gè)至少具有一種幾何形狀優(yōu)化特征，所述幾何形狀優(yōu)化特征選自直徑范圍在八分之一英寸到一英寸的多個(gè)孔組成的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)，所述優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)包括多對(duì)多孔分流板，多對(duì)多孔分流板中的至少一對(duì)多孔分流板是偏置的。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)容器的長度小于21英尺。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)容器的直徑大于18英寸。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)容器是垂直的。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)，其還包括至少一個(gè)傳感器，用來測(cè)量所述混合界面的至少一種物理性能。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的傳感器，其中，鹽度被測(cè)量。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的傳感器，其中，所述鹽度是傳導(dǎo)率的量度標(biāo)準(zhǔn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)，其還包括至少一個(gè)雙端口閥。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)，其還包括至少一個(gè)供料罐。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)，其還包括至少兩個(gè)供料罐，所述至少兩個(gè)供料罐中的每一個(gè)都位于不同的高度。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)，其還包括至少一個(gè)通用閥。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)通用閥選自控制閥和非控制閥所組成的組中。
17.一種制作優(yōu)化工作交換機(jī)系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟 在所述至少一個(gè)容器中的每一個(gè)中放置至少一個(gè)多孔分流板； 選擇至少一個(gè)容器具有24至36英寸的直徑；以及 在所述至少一個(gè)容器的每一個(gè)中產(chǎn)生虛擬隔膜。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其還包括將至少兩個(gè)多孔分流板放置在幾何形狀偏置位置上。
19.一種優(yōu)化工作交換機(jī)設(shè)備，其包括 至少一個(gè)容器，所述容器裝有由虛擬隔膜隔離的至少兩種液體；至少一個(gè)貯液罐； 至少一個(gè)閥，用來控制至少一種液體進(jìn)和出所述至少一個(gè)容器的流。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的優(yōu)化工作交換機(jī)設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)容器還包括至少一對(duì)多孔分流板。
全文摘要
一種用于節(jié)省在反向滲透過程中所用的能量的優(yōu)化系統(tǒng)，所述優(yōu)化系統(tǒng)產(chǎn)生、控制和測(cè)量能量恢復(fù)工作交換機(jī)中的虛擬隔膜，多孔分流板、不同尺寸的容器和貯液罐放置在最佳高度。
文檔編號(hào)B01D61/06GK102791362SQ200980161989
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者林·雷格納, 費(fèi)爾南多·哈維爾·佩雷斯-費(fèi)爾南德斯, 阿恩·弗里特多夫·默納 申請(qǐng)人:阿奎林有限公司