海水淡化的蒸馏法包括多级闪蒸、多效蒸馏和压汽蒸馏法。其中，多级闪蒸主要采用给原料水加热升温、然后分多级分步降压的方法使海水中的水分逐渐蒸发，然后冷却其水蒸气达到收集水的方法。多效蒸馏采用较高温度的水，随着其水分的蒸发和水温的降低，不断供应其热能的办法。压汽蒸馏法和多效蒸馏的原理相似。只是其热源是电能通过压缩机（机械能）压缩蒸发出来的蒸汽，使其冷凝所释放出来的热。

一般来说，相变所需或产生的能量较大，尤其涉及气相时。水分子是强极性分子，而且含有氢原子。所以在液体和固体状态下水分子之间存在很强的分子间作用力和强氢键。而在气体状态，水分子之间不存在分子间力。水的蒸发热是其溶解热的7倍左右，所以水的蒸发需要大量的热。因此在能源危机严重的现代，其发展受到很大的制约。当然如果能充分利用蒸发出来的蒸汽冷凝时释放出来的巨大的相变热时，就能在很大程度上弥补了这一缺陷。

多效蒸馏法和压汽蒸馏法就巧妙地利用了这一点，使蒸发所耗的热能充分地得到再利用，蒸汽带出的热能传递给需要蒸发的进料水，以降低能耗，但没有有效解决蒸发过程的速度问题，到现在为止，其工艺还不大有利于大规模的工业生产。

1.多级闪蒸

多级闪蒸是目前最常用的海水淡化方法之一，该技术的开发使蒸馏法海水淡化在工业上的应用迈进了一大步。它技术成熟可靠，成本适中，适合大规模的海水淡化应用，在未来的海水淡化领域中将继续发挥重要的作用。料水被加热到一定温度之后被引入到一个闪蒸室，由于该室的压力控制低于受热原料水的温度所对应的饱和蒸汽压，此时原料水即作为过热水而急速地部分汽化，这就是所谓的闪蒸。

海水淡化的多级闪蒸主要分两步实现，即海水的蒸发和蒸汽的冷凝。当海水进入比其饱和蒸汽压低的第一个闪蒸室时，海水中的部分水会蒸发，直到海水的饱和蒸汽压等于闪蒸室的压力，所产生的蒸汽冷凝下来，成为蒸馏水。

图6-1所示为多级闪蒸淡化厂的工艺流程图。多级闪蒸装置主要由加热、热回收和热交换三个部分组成。热回收和交换在相互串联的多个闪蒸室内完成。

图6-1 多级闪蒸工艺流程

海水进入热交换部分，这一步骤用浓缩过程中释放出来的热预热进水，同时和辅助冷凝系统的水交换热量。循环的盐水由经过预处理的原料进水和最后一级的大量盐水混合而成，并进入热回收管（一系列水箱）。

虽然自上世纪末发明以来多级闪蒸得到了广泛的应用，并且目前在全世界范围内仍然是产水量最多、单台装机容量最大的方法，但多级闪蒸也有其技术缺陷：

1）操作温度高，设备的腐蚀和结垢速度快；

2）动力消耗大。根据国内外的统计资料，用多级闪蒸制造一吨淡水的动力消耗为3.5～4.5kW·h，电力紧张的地区难以接受；

3）设备的操作弹性小。多级闪蒸的操作弹性是其设计值的80%～110%，不适应造水量要求可变的场合；

4）传热管腐蚀污染水质。多级闪蒸的传热管内流动的是浓盐水，外侧冷凝的是蒸汽。传热管腐蚀穿孔后浓盐水将会泄漏到蒸汽侧，污染产品水。

20世纪80年代以后，由于新材料和新工艺的不断出现，反渗透和多效蒸馏技术发展迅速，多级闪蒸的市场份额不断减少，目前仅在沙特、卡塔尔、阿联酋和阿尔及利亚等国有新建项目。因此许多国际海水淡化供应商都不再进行多级闪蒸的设计开发。

2.多效蒸馏

多效蒸馏又叫多效蒸发，是一个典型的化工单元操作，其历史可追溯到制糖业兴起时对糖液的浓缩。多效蒸馏应用的范围比较广，任何溶液的浓缩都可以采用这种技术，海水淡化只是其中一个方面。它的主要原理就是将蒸馏产生的二次蒸汽再作为加热蒸汽对下一轮溶液进行加热。使蒸发所耗的热能充分得到再利用，以降低能耗。

多效蒸发的流程和设备按其某一方面的特征有不同的分类方法：

1）按多效蒸发的工艺流程有顺流、逆流和平流之分。(www.daowen.com)

2）按多效蒸发设备分类比较复杂，可以分为垂直管和水平管蒸发器、强制对流和膜式蒸发器、升膜式和降膜式蒸发器、垂直管降膜蒸发器和水平管降膜蒸发器、水平组合的蒸发器和竖直组合的塔式蒸发器。

3）按多效蒸发的最高沸腾温度，又可以分为低温多效蒸发和高温多效蒸发。目前低温多效蒸馏海水淡化是热法海水淡化的主流技术，下面介绍低温多效蒸馏的工艺。

图6-2所示为硫酸钙随温度变化的相图。硫酸钙是海水淡化中非常麻烦的结垢物，与碳酸钙相比，它的问题是结垢以后很难去除，因为它不能溶于酸也不能溶于碱，而且与换热器的结合非常牢固。从图中可以看出，硫酸钙有三种晶体，分别为CaSO₄·2H₂O、CaSO₄和CaSO₄·1/2H₂O。海水的浓缩倍数一般为2，如果再浓缩的话，硫酸钙将很容易沉淀。再看温度的影响，当温度超过70℃以后，硫酸钙的不同晶体也容易结晶沉淀。因此在70℃以下进行低温多效蒸馏可以有效地避免无机盐的结垢。

低温多效蒸发海水淡化流程如图6-3所示。其特征是将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来，用一定量的蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，后面一效的蒸发温度均低于前面一效，从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水。

图6-2 低温多效蒸发的操作原理

图6-3 低温多效蒸发海水淡化流程示意图

3.压汽蒸馏法

压汽蒸馏海水淡化技术的原理与低温多效技术相近，进行压气蒸馏的目的是要充分利用二次蒸汽中的焓值，蒸汽的焓值一般要比过热水高出许多，如果将其轻易地冷凝或者排放，将是能量的巨大浪费。压气蒸馏与低温多效的区别之处在于：将海水汽化后产生的二次蒸汽进行压缩，得到相对高压蒸汽，然后输送到传热管内对传热管外的海水进行加热蒸发，因此压汽蒸馏海水淡化正常工作时不需要外界提供加热蒸汽。根据二次蒸汽被压缩的方式，压汽蒸馏可以分为两种：机械压汽蒸馏（使用机械压缩机）和热压汽蒸馏（将少量高压蒸汽与二次蒸汽混合）。其中机械压缩是以电力作为整套装置的外加能量，而热压缩是采用高压蒸汽作为外加能量。

所谓的水平管低温压汽蒸馏是指通过水平管降膜喷淋蒸发器，使用热泵原理使二次蒸汽的潜热在蒸发器内连续循环并发生交换的淡化过程。这种淡化过程中的盐水最高蒸发温度低于70℃，由于蒸发温度低使得海水对设备的腐蚀和结垢速度得到了削减和控制，从而使维修周期加长，造水成本降低，使用寿命延长，并有可能使设备的设计和制造采用廉价传热材料。这种淡化过程的工艺流程如图6-4所示。

由于蒸发温度低，使得这种淡化设备十分节能。用特种铝合金做传热材料可以使这种蒸发器的传热面积安排得相当充分，再加上与蒸发器成一体的压缩机设计，使这种装置的性能更加理想。在制水过程中只要维持2.5℃的温差，设备就可以稳定地产水。

以蒸汽压缩回路和热量回收回路为主的两个回路构成了压汽蒸馏的操作过程。由此可知在系统散热不大的情况下，压汽蒸馏所需要的能量仅仅是驱动压缩机和工艺水泵的能量，不需要补充额外的能量，且其所需要的仅仅是电能，具有单一方便的特点。另外与多级闪蒸和多效蒸发不同，压汽蒸馏不需要冷却水。因此，压汽蒸馏适用于水源缺乏和供汽不便的地方以及中小规模的废水处理、化工蒸发和蒸馏水生产等用途。

由上可知，压汽蒸馏不仅不需要冷却水，而且通过简单的设备流程就可以达到像多级闪蒸和多效蒸发那样高的造水比；一般情况下，根据不同的操作温度和流程布置，压汽蒸馏的等效造水比可以达到15～24，因此具有设备简单紧凑、节能效益明显的特点。从中可以发现，压气蒸馏需要的外加能量非常少，因此压气蒸馏被认为是最有效率的蒸发技术。

低温压汽蒸馏的电力消耗依其装置规模的大小只有6～11kW·h/m³，因此在燃料和电力价格都较高的地区是有竞争性的。由于低温压汽蒸馏可以长期无故障运行，因此其造水成本中人工和维修费用很低，可靠性和信赖度高。

低温压汽蒸馏的产品水总含盐量小于5mg/L，它的后处理十分简单。对于数量有限的咸水资源地区，如海岛，可以把压汽蒸馏的产品水与苦咸水混合使用，同时达到提高水量和改善水质的双重目的，这是膜法脱盐无法比拟的。

图6-4 压汽蒸馏工艺流程图