CN104857734A - 一种微波-蒸发装置、应用及应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微波-蒸发装置、应用及应用方法，属于微波设备技术领域。该微波-蒸发装置，包括原料罐、液滴产生装置、微波蒸发装置和蒸发水回收装置。该装置可以用于海水蒸发回收利用和拜耳法种分母液分解后得到的母液进行蒸发浓缩。该方法首先将微波蒸发装置和蒸发水回收装置的压力控制为0.01~0.03Mpa，将海水或拜耳法种分母液加入到原料罐中母液形成粒径1~3mm的液滴进入蒸发罐，然后进行微波蒸发得到的水蒸气冷凝后经蒸馏水收集罐回收，并获得浓缩海水或浓缩拜耳法种分母液。本装置取消了中间循环泵和蒸汽换热***，充分发挥微波选择性脱水的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种微波-蒸发装置、应用及应用方法，属于微波设备技术领域。
背景技术
蒸发过程是一个高能耗过程，生产中蒸发的目地通常是：（1）获得浓缩的溶液直接作为化工产品或者半成品；（2）籍蒸发以脱除溶剂，将溶液增浓至饱和状态，随后加以冷却，析出固体产物，即采用蒸发、结晶联合操作以获得固体溶质；（3）脱除杂质，制取纯净溶剂。
传统蒸发过程的实质是热量的传递，溶剂汽化的速率取决于传热速率，因此，蒸发操作应属于传热过程。目前常用的蒸发设备有：降膜式蒸发器、升膜式蒸发器、强制循环蒸发器、外加热式蒸发器、浸没燃烧蒸发器、中央循环管蒸发器等。
但是，传统蒸发过程由于只能采用蒸汽或其他热源换热来供给蒸发所需的能量，存在以下问题：
（1）蒸发效率低，往往需要采用多级或多效的复杂蒸发***，设备投资大；（2）浓溶液在沸腾汽化过程中常在加热表面上析出溶质而形成垢层，降低传热系数，使能耗增加；（3）溶剂蒸发汽化需吸收大量气化热，因此，蒸发操作是高耗能过程。4)传统蒸发设备需要经过复杂的原料液和各效之间料液加热的蒸汽换热***，并采用耐高温、耐腐蚀的中间循环泵阀，需频繁更换，投资和运行成本高。
微波是一种可以快速、原位传递能量的电磁波，也是一种绿色、快速、高效、易于自控的新型能源。利用微波作为能源实现海水淡化的报道较少，而利用方法大都是直接采用简单的蒸发罐模式，采用微波直接加热大体积溶液。
采用微波蒸发设备能对海水蒸发回收利用和在氧化铝在氧化铝生产过程中，拜耳法种分母液分解后得到的母液必须进行蒸发浓缩，排出多余的水分，以保持生产流程（循环***）中的水量平衡。
全球的水总储量为13.86亿km3，其中96.5％为海水，其他分布在陆地、大气和生物体中，约为2.53％，其中多存储于冰川、雪盖和750m深度以上的地下，而可取用的河水、湖水及浅层地下水等仅占0.2％左右，这里还包括相当大一部分的苦咸水。
多级闪蒸的海水淡化过程，在目前各种海水淡化技术中，多级闪蒸占有主导地位，其造水规模约占世界上总造水规模的60 %，技术比较成熟，而且特别适合热电厂进行电水联产。但该方法存在着设备投资高、蒸发效率低、能耗大、成本高腐蚀快、传热效率低及设备操作弹性小等缺点，无法实现低成本高效率的海水淡化处理。实用新型专利CN202744353U《一种微波加热海水淡化喷淋集气装置》，是采用微波首先加热海水，然后海水经过喷淋头以液滴形式进入蒸发室，实现海水淡化。该专利采用了微波加热海水，节省海水加热时间，并采用喷淋增加了水蒸汽汽化面积。但是，水的汽化潜热较大，在液滴蒸发过程中需要大量的热量，提供蒸发所需热量，而液滴在蒸发室中的蒸发过程中并没有额外热量供应，这将制约液滴的蒸发效果；另外，要达到较好的蒸发效果，海水需要加热到较高的温度。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种微波-蒸发装置、应用及应用方法。本发明的微波-蒸发装置能对海水蒸发回收利用和拜耳法种分母液分解后得到的母液进行蒸发浓缩，本装置取消了中间循环泵和蒸汽换热***，充分发挥微波选择性脱水的特点，本发明通过以下技术方案实现。
一种微波-蒸发装置，包括原料罐1、液滴产生装置、微波蒸发装置和蒸发水回收装置，液滴产生装置包括进料泵2、控制阀门和高压喷头12，微波蒸发装置包括磁控管3、除沫器4、热电偶5、蒸汽出口6、蒸发罐7、控制阀门11、出料泵13、蒸发床14、料液出口15、转轴16、轴承17和密封圈18，蒸发水回收装置包括蒸汽冷凝器8、蒸馏水收集罐9和真空泵10，原料罐1出料口依次与进料泵2、控制阀门和高压喷头12管道连接，高压喷头12通过管道从蒸发罐7侧边***位于蒸发罐7内部上端，蒸发罐7外部四周均匀设置磁控管3，蒸发罐7根据实际情况安装若干热电偶5，蒸发罐7内部高压喷头12正下方通过转轴16、轴承17和密封圈18设有蒸发床14，蒸发床14能通过转轴16在0°~90°内可调，通过调节蒸发床14的角度，控制液膜厚度和料液在蒸发室内停留时间，蒸发罐7底部设有料液出口15，料液出口15与两根管道连接，一根管道直接连接控制阀门，另一根管道通过控制阀门连接回高压喷头12管道，蒸发罐7内部上部设有除沫器4，蒸发罐7顶部设有蒸汽出口6，蒸汽出口6依次与蒸汽冷凝器8、蒸馏水收集罐9和真空泵10管道连接。
所述蒸发罐7与磁控管3之间设有保温层。
所述高压喷头12采用PTFE改性强化塑料王加工而成，它有极好的耐温性（-200到+260℃）、抗腐蚀性、抗老化性、憎水不耐粘性和机加工性；同时，它是透波材料基本不吸收微波，从而保证多模辐射下蒸发室空间微波的均匀。
所述蒸发床14采用由碳化硅、氮化硅、氧化铝、硼硅酸铝、钛酸钡、粘土或炭黑吸波陶瓷材料制成。
该装置对海水蒸发回收利用和拜耳法种分母液分解后得到的母液进行蒸发浓缩。
一种上述的微波-蒸发装置的应用方法，其具体步骤如下：
步骤1、压力调节：首先通过真空泵10将微波蒸发装置和蒸发水回收装置的压力控制为0.01~0.03Mpa；
步骤2、造滴：将海水或拜耳法种分母液加入到原料罐1中，然后海水或拜耳法种分母液通过进料泵2和高压喷头12中，使海水或拜耳法种分母液形成粒径1~3mm的液滴进入蒸发罐7；
步骤3、制膜：将步骤2得到的液滴下落到蒸发罐7内的蒸发床14形成液膜；
步骤4、微波蒸发：在进行步骤2和3的同时，开启蒸发罐7的磁控管3，采用微波直接加热蒸发罐7中的液滴和液膜，同时蒸发床吸收微波能，间接加热液膜和整个蒸发罐7获得水蒸气；
步骤5、产物收集：经步骤4得到的水蒸气经除沫器4后，通过负压方式快速从蒸发罐7中逸出，进入蒸汽冷凝器8冷凝，冷凝水经蒸馏水收集罐9回收得到蒸馏水，并获得浓缩海水或浓缩拜耳法种分母液。
其中料液出口15的应用过程：（1）海水或拜耳法种分母液一次蒸发达到标准：开启进料泵2，关闭出料泵13，同时开启阀门11a，关闭阀门11b和11c，待原料罐1中料液全部经微波蒸发浓缩后，关闭微波源3、真空泵10和进料泵2，并释放***中真空度，待整个***达到常压时，开启出料泵13，浓缩后料液经出口15进行回收；（2）海水或拜耳法种分母液需多次蒸发达到标准：同时开启进料泵2和出料泵13，并且打开阀门11a和11b，关闭阀门11c，由蒸发床14落于蒸发罐7底部的浓缩液经料液出口15，通过管道与原料罐中的稀料液混匀后，重新通过高压喷头12进入蒸发罐7，如此重复直至达到蒸发需求，待完成全部料液蒸发后，关闭微波源3、真空泵10和进料泵2，并释放***中真空度，同时开启阀门11c，关闭阀门11a和11b，待整个***达到常压时，开启出料泵13，浓缩后料液经出口15进行回收。
本发明的有益效果是：
（1）采用本装置能对海水蒸发回收利用和拜耳法种分母液分解后得到的母液进行蒸发浓缩，本装置取消了中间循环泵和蒸汽换热***，充分发挥微波选择性脱水的特点；
（2）本装置消除了循环泵和蒸汽换热***在高温高压苛刻条件下的严重腐蚀问题，且本发明由于设备腔体大，彻底解决原有的严重影响效率的换热、蒸发的结垢问题。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明蒸发罐结构示意图；
图3是本发明工艺流程图。
图中：1-原料罐，2-进料泵，3-磁控管，4-除沫器，5-热电偶，6-蒸汽出口，7-蒸发罐，8-蒸汽冷凝器，9-蒸馏水收集罐，10-真空泵，11-控制阀门，12-高压喷头，13-出料泵，14-蒸发床，15-料液出口，16-转轴，17-轴承，18-密封圈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1和2所示，该微波-蒸发装置，包括原料罐1、液滴产生装置、微波蒸发装置和蒸发水回收装置，液滴产生装置包括进料泵2、控制阀门11和高压喷头12，微波蒸发装置包括磁控管3、除沫器4、热电偶5、蒸汽出口6、蒸发罐7、控制阀门、出料泵13、蒸发床14、料液出口15、转轴16、轴承17和密封圈18，蒸发水回收装置包括蒸汽冷凝器8、蒸馏水收集罐9和真空泵10，原料罐1出料口依次与进料泵2、控制阀门和高压喷头12管道连接，高压喷头12通过管道从蒸发罐7侧边***位于蒸发罐7内部上端，蒸发罐7外部四周均匀设置磁控管3，蒸发罐7根据实际情况安装若干热电偶5，蒸发罐7内部高压喷头12正下方通过转轴16、轴承17和密封圈18设有蒸发床14，蒸发床14能通过转轴16在0°~90°内可调，蒸发罐7底部设有料液出口15，料液出口15与两根管道连接，一根管道直接连接控制阀门，另一根管道通过控制阀门连接回高压喷头12管道，蒸发罐7内部上部设有除沫器4，蒸发罐7顶部设有蒸汽出口6，蒸汽出口6依次与蒸汽冷凝器8、蒸馏水收集罐9和真空泵10管道连接。
其中蒸发罐7与磁控管3之间设有保温层；所述高压喷头12采用PTFE改性强化塑料王加工而成，它有极好的耐温性（-200到+260℃）、抗腐蚀性、抗老化性、憎水不耐粘性和机加工性；同时，它是透波材料基本不吸收微波，从而保证多模辐射下蒸发室空间微波的均匀；蒸发床14采用碳化硅吸波陶瓷材料制成。
如图3所示，该装置对海水蒸发回收利用进行蒸发浓缩，应用方法其具体步骤如下：
步骤1、压力调节：首先通过真空泵10将微波蒸发装置和蒸发水回收装置的压力控制为0.01Mpa；
步骤2、造滴：将30L海水加入到原料罐1中，然后海水通过进料泵2和高压喷头12中，使海水形成粒径1mm的液滴进入蒸发罐7；
步骤3、制膜：将步骤2得到的液滴下落到蒸发罐7内的蒸发床14形成液膜，其中蒸发床14调整倾斜角度为0°；
步骤4、微波蒸发：在进行步骤2和3的同时，开启蒸发罐7的磁控管3，采用微波直接加热蒸发罐7中的液滴和液膜，同时蒸发床吸收微波能，间接加热液膜和整个蒸发罐7获得水蒸气，其中微波功率为800W、频率为2.45GHz；
步骤5、产物收集：经步骤4得到的水蒸气经除沫器4后，通过负压方式快速从蒸发罐7中逸出，进入蒸汽冷凝器8冷凝，冷凝水经蒸馏水收集罐9回收得到20.1L蒸馏水，并获得浓缩海水。
其中料液出口15的应用过程：蒸发过程中开启进料泵2，关闭出料泵13，同时开启阀门11a，关闭阀门11b和11c，待原料罐1中料液全部经微波蒸发浓缩后，关闭微波源3、真空泵10和进料泵2，并释放***中真空度，待整个***达到常压时，开启出料泵13，浓缩后料液经出口15进行回收。
实施例2
如图1和2所示，该微波-蒸发装置，包括原料罐1、液滴产生装置、微波蒸发装置和蒸发水回收装置，液滴产生装置包括进料泵2、控制阀门和高压喷头12，微波蒸发装置包括磁控管3、除沫器4、热电偶5、蒸汽出口6、蒸发罐7、控制阀门11、出料泵13、蒸发床14、料液出口15、转轴16、轴承17和密封圈18，蒸发水回收装置包括蒸汽冷凝器8、蒸馏水收集罐9和真空泵10，原料罐1出料口依次与进料泵2、控制阀门和高压喷头12管道连接，高压喷头12通过管道从蒸发罐7侧边***位于蒸发罐7内部上端，蒸发罐7外部四周均匀设置磁控管3，蒸发罐7根据实际情况安装若干热电偶5，蒸发罐7内部高压喷头12正下方通过转轴16、轴承17和密封圈18设有蒸发床14，蒸发床14能通过转轴16在0°~90°内可调，蒸发罐7底部设有料液出口15，料液出口15与两根管道连接，一根管道直接连接控制阀门，另一根管道通过控制阀门连接回高压喷头12管道，蒸发罐7内部上部设有除沫器4，蒸发罐7顶部设有蒸汽出口6，蒸汽出口6依次与蒸汽冷凝器8、蒸馏水收集罐9和真空泵10管道连接。
其中蒸发罐7与磁控管3之间设有保温层；所述高压喷头12采用PTFE改性强化塑料王加工而成，它有极好的耐温性（-200到+260℃）、抗腐蚀性、抗老化性、憎水不耐粘性和机加工性；同时，它是透波材料基本不吸收微波，从而保证多模辐射下蒸发室空间微波的均匀；蒸发床14采用氮化硅吸波陶瓷材料制成。
如图3所示，该装置对拜耳法种分母液进行蒸发浓缩，应用方法其具体步骤如下：
步骤1、压力调节：首先通过真空泵10将微波蒸发装置和蒸发水回收装置的压力控制为0.03Mpa；
步骤2、造滴：将30L拜耳法种分母液加入到原料罐1中，然后拜耳法种分母液通过进料泵2和高压喷头12中，使拜耳法种分母液形成粒径3mm的液滴进入蒸发罐7；
步骤3、制膜：将步骤2得到的液滴下落到蒸发罐7内的蒸发床14形成液膜，其中蒸发床14调整倾斜角度为90°，蒸发床14采用氮化硅吸波陶瓷材料制成；
步骤4、微波蒸发：在进行步骤2和3的同时，开启蒸发罐7的磁控管3，采用微波直接加热蒸发罐7中的液滴和液膜，同时蒸发床吸收微波能，间接加热液膜和整个蒸发罐7获得水蒸气，其中微波功率为1200W、频率为2.45GHz；
步骤5、产物收集：经步骤4得到的水蒸气经除沫器4后，通过负压方式快速从蒸发罐7中逸出，进入蒸汽冷凝器8冷凝，冷凝水经蒸馏水收集罐9回收得到18.8L蒸馏水，并获得浓缩拜耳法种分母液。
其中料液出口15的应用过程：蒸发过程中开启进料泵2，关闭出料泵13，同时开启阀门11a，关闭阀门11b和11c，待原料罐1中料液全部经微波蒸发浓缩后，关闭微波源3、真空泵10和进料泵2，并释放***中真空度，待整个***达到常压时，开启出料泵13，浓缩后料液经出口15进行回收。
实施例3
如图1和2所示，该微波-蒸发装置，包括原料罐1、液滴产生装置、微波蒸发装置和蒸发水回收装置，液滴产生装置包括进料泵2、控制阀门和高压喷头12，微波蒸发装置包括磁控管3、除沫器4、热电偶5、蒸汽出口6、蒸发罐7、控制阀门11、出料泵13、蒸发床14、料液出口15、转轴16、轴承17和密封圈18，蒸发水回收装置包括蒸汽冷凝器8、蒸馏水收集罐9和真空泵10，原料罐1出料口依次与进料泵2、控制阀门和高压喷头12管道连接，高压喷头12通过管道从蒸发罐7侧边***位于蒸发罐7内部上端，蒸发罐7外部四周均匀设置磁控管3，蒸发罐7根据实际情况安装若干热电偶5，蒸发罐7内部高压喷头12正下方通过转轴16、轴承17和密封圈18设有蒸发床14，蒸发床14能通过转轴16在0°~90°内可调，蒸发罐7底部设有料液出口15，料液出口15与两根管道连接，一根管道直接连接控制阀门，另一根管道通过控制阀门连接回高压喷头12管道，蒸发罐7内部上部设有除沫器4，蒸发罐7顶部设有蒸汽出口6，蒸汽出口6依次与蒸汽冷凝器8、蒸馏水收集罐9和真空泵10管道连接。
其中蒸发罐7与磁控管3之间设有保温层；所述高压喷头12采用PTFE改性强化塑料王加工而成，它有极好的耐温性（-200到+260℃）、抗腐蚀性、抗老化性、憎水不耐粘性和机加工性；同时，它是透波材料基本不吸收微波，从而保证多模辐射下蒸发室空间微波的均匀；蒸发床14采用氧化铝吸波陶瓷材料制成。
如图3所示，该装置对海水进行蒸发浓缩，应用方法其具体步骤如下：
步骤1、压力调节：首先通过真空泵10将微波蒸发装置和蒸发水回收装置的压力控制为0.02Mpa；
步骤2、造滴：将30L海水加入到原料罐1中，然后海水通过进料泵2和高压喷头12中，使海水形成粒径2mm的液滴进入蒸发罐7；
步骤3、制膜：将步骤2得到的液滴下落到蒸发罐7内的蒸发床14形成液膜，其中蒸发床14调整倾斜角度为10°，蒸发床14采用氧化铝吸波陶瓷材料制成；
步骤4、微波蒸发：在进行步骤2和3的同时，开启蒸发罐7的磁控管3，采用微波直接加热蒸发罐7中的液滴和液膜，同时蒸发床吸收微波能，间接加热液膜和整个蒸发罐7获得水蒸气，其中微波功率为1200W、频率为2.45GHz；
步骤5、产物收集：经步骤4得到的水蒸气经除沫器4后，通过负压方式快速从蒸发罐7中逸出，进入蒸汽冷凝器8冷凝，冷凝水经蒸馏水收集罐9回收得到26.7L蒸馏水，并获得浓缩海水。
其中料液出口15的应用过程：蒸发过程中同时开启进料泵2和出料泵13，并且打开阀门11a和11b，关闭阀门11c，由蒸发床14落于蒸发罐7底部的浓缩液经料液出口15，通过管道与原料罐中的稀料液混匀后，重新通过高压喷头12进入蒸发罐，待完成全部料液蒸发后，关闭微波源3、真空泵10和进料泵2，并释放***中真空度，同时开启阀门11c，关闭阀门11a和11b，待整个***达到常压时，开启出料泵13，浓缩后料液经出口15进行回收。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种微波-蒸发装置，其特征在于：包括原料罐（1）、液滴产生装置、微波蒸发装置和蒸发水回收装置，液滴产生装置包括进料泵（2）、控制阀门（11）和高压喷头（12），微波蒸发装置包括磁控管（3）、除沫器（4）、热电偶（5）、蒸汽出口（6）、蒸发罐（7）、控制阀门、出料泵（13）、蒸发床（14）、料液出口（15）、转轴（16）、轴承（17）和密封圈（18），蒸发水回收装置包括蒸汽冷凝器（8）、蒸馏水收集罐（9）和真空泵（10），原料罐（1）出料口依次与进料泵（2）、控制阀门和高压喷头（12）管道连接，高压喷头（12）通过管道从蒸发罐（7）侧边***位于蒸发罐（7）内部上端，蒸发罐（7）外部四周均匀设置磁控管（3），蒸发罐（7）根据实际情况安装若干热电偶（5），蒸发罐（7）内部高压喷头（12）正下方通过转轴（16）、轴承（17）和密封圈（18）设有蒸发床（14），蒸发床（14）能通过转轴（16）在0°~90°内可调，蒸发罐（7）底部设有料液出口（15），料液出口（15）与两根管道连接，一根管道直接连接控制阀门，另一根管道通过控制阀门连接回高压喷头（12）管道，蒸发罐（7）内部上部设有除沫器（4），蒸发罐（7）顶部设有蒸汽出口（6），蒸汽出口（6）依次与蒸汽冷凝器（8）、蒸馏水收集罐（9）和真空泵（10）管道连接。
2.根据权利要求1所述的微波-蒸发装置，其特征在于：所述蒸发罐（7）与磁控管（3）之间设有保温层。
3.根据权利要求1所述的微波-蒸发装置，其特征在于：所述高压喷头（12）采用PTFE改性强化塑料王加工而成。
4.根据权利要求1所述的微波-蒸发装置的应用方法，其特征在于：所述蒸发床（14）采用由碳化硅、氮化硅、氧化铝、硼硅酸铝、钛酸钡、粘土或炭黑吸波陶瓷材料制成。
5.一种如权利要求1至4任意所述的微波-蒸发装置的应用，其特征在于：该装置可以用于海水蒸发回收利用和拜耳法种分母液分解后得到的母液进行蒸发浓缩。
6.一种如权利要求5所述的微波-蒸发装置的应用方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤1、压力调节：首先通过真空泵（10）将微波蒸发装置和蒸发水回收装置的压力控制为0.01~0.03Mpa；
步骤2、造滴：将海水或拜耳法种分母液加入到原料罐（1）中，然后海水或拜耳法种分母液通过进料泵（2）和高压喷头（12）中，使海水或拜耳法种分母液形成粒径1~3mm的液滴进入蒸发罐（7）；
步骤3、制膜：将步骤（2）得到的液滴下落到蒸发罐（7）内的蒸发床（14）形成液膜；
步骤4、微波蒸发：在进行步骤（2）和（3）的同时，开启蒸发罐（7）的磁控管（3），采用微波直接加热蒸发罐（7）中的液滴和液膜，同时蒸发床吸收微波能，间接加热液膜和整个蒸发罐（7）获得水蒸气；
步骤5、产物收集：经步骤4得到的水蒸气经除沫器（4）后，通过负压方式快速从蒸发罐（7）中逸出，进入蒸汽冷凝器（8）冷凝，冷凝水经蒸馏水收集罐（9）回收得到蒸馏水，并获得浓缩海水或浓缩拜耳法种分母液。
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