CN105347413B - 一种板式疏水性聚合物双效mvr***及废水浓缩方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种板式疏水性聚合物双效MVR***。该双效MVR***中的一效MVR蒸发器和二效MVR蒸发器均为一反应器，被板式蒸发器分隔成一效蒸发单元和一效冷凝单元，板式蒸发器中的板片为疏水性聚合物膜。该疏水性聚合物膜的厚度为15～60μm；接触角为110°～150°，吸水率为0.0042％～0.41％，20℃热膨胀系数为44.1～100μm/(m·℃)，100℃热膨胀系数为39.2～140μm/(m·℃)，熔点为330～340℃，玻璃态转变温度为140～220℃，导热系数为0.2～0.35W/(m·K)。将该聚合物膜作为换热面基材，可在有限容积内放置更多的换热面，该膜厚下聚合物膜产生的热阻仅与0.75‑1.5mm 316L不锈钢的热阻相当，可实现2‑3℃的低温差换热，减少热量补充，减轻MVR装置重量，同时利用聚合物膜中C‑N键等柔性基团的存在，造成十倍于不锈钢的热膨胀率，可加速垢层的脱落，减少传热温差损失。

Description

一种板式疏水性聚合物双效MVR***及废水浓缩方法

技术领域

本发明涉及一种板式疏水性聚合物双效MVR***及废水浓缩方法，属于水处理技术领域。

背景技术

MVR是机械蒸汽再压缩技术(Mechanical Vapor Recompression)的简称，基本原理就是对从蒸发单元蒸发得到蒸汽进行压缩并提高热焓，作为热源进行再次利用。采用MVR技术的好处是：MVR***中的蒸发一效相当于多效蒸发中的20至30效，经济性好，运行成本仅在传统多效蒸发器的30％左右；无需外来蒸汽，单机独立性好；采用低温蒸发技术，蒸发温度55-60℃，比低温多效蒸发装置中的顶温还要低10℃以上，***结垢量进一步减少。

目前的MVR***，依然存在能耗较高、换热面抗结垢抗腐蚀性能较差、无法实现污水零排放、水处理量较小等问题，同时，蒸汽压缩机能耗较高且造价高有待于进一步改进。比如，当前的MVR***中使用的板式蒸发器多采用S316L不锈钢作为换热面基材，一方面由于不锈钢板片较厚，导致热阻大，热损失多；另一方面，为了实现滴状冷凝，通常在不锈钢基材的表面涂抹高聚合物涂层，增加了涂层脱落的风险。再比如，当前的多效MVR***中，一效浓缩液的回收和二效浓缩液的回收是独立的，水处理量小。

发明内容

本发明的目的是提供一种板式疏水性聚合物双效MVR***及废水浓缩方法，该双效MVR***中，在所述MVR蒸发单元中采用板式蒸发器，所述板式蒸发器中的板片为疏水性聚合物，极大的减少需要补充的热量和传热温差损失。

本发明提供的一种双效机械蒸汽再压缩***，它包括原料储液罐、增压装置、预热器、一效混流器、一效MVR装置、二效混流器、二效MVR装置、浓缩液回收罐和冷凝水回收装置；

所述增压装置包括原料泵、一效循环泵、效间增压泵和二效循环泵；

所述一效MVR装置包括一效MVR蒸发器和压缩机；所述一效MVR蒸发器为一反应器，被板式蒸发器分隔成一效蒸发单元和一效冷凝单元，所述板式蒸发器中的板片为疏水性聚合物膜；所述一效蒸发单元上的蒸汽出口通过设有压缩机的管路与所述一效冷凝单元的蒸汽入口相连通；

所述二效MVR装置包括二效MVR蒸发器和压缩机；所述二效MVR蒸发器为一反应器，被板式蒸发器分隔成二效蒸发单元和二效冷凝单元，所述板式蒸发器中的板片为疏水性聚合物膜；所述二效蒸发单元上的蒸汽出口通过设有压缩机的管路与所述二效冷凝单元的蒸汽入口相连通；

所述冷凝水回收装置包括储液罐和冷凝水回收罐；

所述原料储液罐通过设有所述原料泵的管路与所述预热器的进料口相连通；所述预热器的出料口与所述一效混流器相连通；所述一效混流器通过设有所述一效循环泵的管路与所述一效蒸发单元的进料口相连通，且所述一效蒸发单元的出料口与所述一效混流器相连通；所述一效混流器通过设有所述效间增压泵的管路与所述二效混流器相连通；所述二效混流器通过设有所述二效循环泵的管路与所述二效蒸发单元的进料口相连通，且所述二效蒸发单元的出料口分成2个支路，1个支路与所述二效混流器相连通，另1个支路与所述浓缩液回收罐相连通；

所述一效冷凝单元的冷凝水出口和所述二效冷凝单元的冷凝水出口均与所述储液罐相连通；所述储液罐与所述冷凝水回收罐相连通。

优选地，上述蒸汽再压缩***中，所述疏水性聚合物膜的厚度可为15～60μm。

优选地，上述蒸汽再压缩***中，所述疏水性聚合物膜的接触角可为110°～150°，吸水率可为0.0042％～0.41％，热膨胀系数(20℃)可为44.1～100μm/(m·℃)，热膨胀系数(100℃)可为39.2～140μm/(m·℃)，熔点可为330～340℃，玻璃态转变温度可为140～220℃，导热系数可为0.2～0.35W/(m·K)；满足上述条件的疏水性聚合物膜可使用，包括但不限于：聚碳酸脂膜(PC膜)、聚醚醚酮膜(PEEK膜)、聚苯砜膜(PPSU膜)、聚砜膜(PSU膜)或聚四氟乙烯膜(PTFE膜)，相关参数如表1所示。

表1、本发明采用的疏水性聚合物膜基材的相关参数

优选地，上述蒸汽再压缩***中，所述板式蒸发器可为插件式可拆装板式蒸发器；所述板式蒸发器由1～10个可单独拆装的膜片组构成；每个所述膜片组的规格可为：长0.3～0.8m，宽0.15～0.3m，高0.8～1.2m；每个膜片组可由30～60张疏水性聚合物膜膜片叠加而成。

优选地，上述蒸汽再压缩***中，所述板式蒸发器的上方还设有布液器，所述布液器可为溢流式布液器。板式蒸发器和溢流式布液器的设备配置模式，可节省若装载喷淋式布液器而产生的额外能耗(1kW/m³)，同时可避免管壳式蒸发器中液滴撞击管壁对液膜造成的破坏，蒸发单元内溶液成膜率高。

优选地，上述蒸汽再压缩***中，所述一效混流器可为调节式一效混流器，比如三通流量控制阀，通过所述一效混流器对进入所述一效蒸发单元和所述二效蒸发单元的料液的比例进行控制，从而调节一、二效溶液处理量。

优选地，上述蒸汽再压缩***中，所述二效MVR装置还包括闪蒸器和离心机；所述二效蒸发单元的蒸汽出口和出料口为同一出口，所述闪蒸器的进料口和该出口相连通；所述闪蒸器的蒸汽出口和所述压缩机相连通；所述的闪蒸器的出料口和所述离心机相连通；所述离心机的出口分成2个支路，其中1个支路与所述二效混流器相连通，另外1个支路与所述浓缩液回收罐相连通。所述闪蒸器的设置一方面可提高蒸发量，另一方面可避免二效蒸发单元中的溶液由于过饱和而析出晶体，降低结垢的风险；所述离心机的设置可实现对结晶盐分的压力式驱离和水分100％回收。

优选地，上述蒸汽再压缩***中，所述储液罐还通过设有冷凝水回抽电磁阀的管路与所述一效蒸发单元的进料口相连通。通过该冷凝水回抽电磁阀，可通过向所述一效蒸发单元中补充冷凝水，防止一效蒸发单元中溶液浓度过高引起的沸点提升(BPE值过大)。

优选地，上述蒸汽再压缩***中，所述压缩机可为离心式风机(轴流风机)，有助于降低能耗，并减少喷淋水降低蒸汽过热度的实施环节。

本发明进一步提供了一种利用上述任一种的蒸汽再压缩***对无机盐废水进行浓缩的方法，包括如下步骤：

(1)将储存于原料液储罐中的废水原料液在原料泵的作用下输送至预热器内；经过预热的料液进入一效混流器，在一效循环泵的作用下进入一效蒸发单元进行蒸发；蒸发得到的蒸汽升压后进入一效冷凝单元；所述蒸发过程中，所述一效蒸发单元内的料液与所述一效冷凝单元中的蒸汽通过板式蒸发器中的疏水性聚合物薄膜换热；

(2)在所述一效蒸发单元蒸发浓缩后的料液通过一效混流器，分成2股，分别记为A股和B股；A股料液在一效增压泵的作用下回流至一效蒸发单元内与原料液混合参与蒸发，B股料液通过效间增压泵和二效混流器进入二效蒸发单元内进行蒸发；蒸发得到的蒸汽升压(优选采用轴流式风机升压至接近饱和)后进入二效冷凝单元；所述蒸发过程中，所述二效蒸发单元内的料液与所述二效冷凝单元中的蒸汽通过板式蒸发器中的疏水性聚合物薄膜换热；换热得到的冷凝水通过储液罐被回收至冷凝水回收罐中；

(3)在所述二效蒸发单元蒸发浓缩后的料液通过二效混流器，分成2股，分别记为C股和D股；C股料液在二效增压泵的作用下回流至二效蒸发单元内与从一效蒸发单元内流出的料液混合参与蒸发，D股料液被浓缩液回收罐回收；换热得到的冷凝水通过储液罐被回收至冷凝水回收罐中。

优选地，上述的方法中，由电磁阀控制所述储液罐中的冷凝水进入所述一效蒸发单元的循环管路中，使得进入一效蒸发单元内的料液的总溶解固体含量值为0～3.5％，但不为0。

优选地，上述的方法中，所述一效混流器为调节式一效混流器，控制A股和B股的体积比为(1～5)：1，更优选3：1。

优选地，上述的方法中，控制所述一效蒸发单元中的蒸发温度可为54～57℃。

优选地，上述的方法中，所述一效蒸发器中，所述疏水性聚合物膜两侧的换热温差可为1.1～3.1℃。

优选地，上述的方法中，包括一效蒸发单元、二效蒸发单元和预热器在内的***总换热面积可为190～250m²。

优选地，上述的方法中，所述无机盐废水的质量浓度可为1％～15％；所述废水可为含有Cr、SQ4^2-、Na⁺、Ca²⁺等离子的高浓度溶解性无机盐类的废水(如氯化钠水溶液、氯化钾水溶液、氯化钙水溶液、硝酸铵水溶液等)。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明通过采用板式聚合物膜代替传统的S316L不锈钢作为换热面基材，25-50μm的膜厚可以在有限的容积内放置更多的换热面，该膜厚下聚合物膜产生的热阻仅与0.75-1.5mm 316L不锈钢的热阻相当，可实现2-3℃的低温差换热，减少需要补充的热量，并可极大地减轻MVR装置的重量，同时利用聚合物膜中C-N键等柔性基团的存在，造成的十倍于不锈钢的热膨胀率，可以加速垢层的脱落，减少传热温差损失。

(2)本发明通过采用疏水性聚合物膜，可以在冷凝侧实现滴状冷凝或部分滴状冷凝，并减小冷凝侧冷凝液滴的脱落直径，增强冷凝传热效果，避免了传统的滴状冷凝实现方法(金属表面涂抹高聚合物)常见的涂层脱落的风险。

(3)本发明通过采用可调节式一效混流器，可对从一效蒸发单元流出的溶液进行再分配，从而调节一、二效溶液处理量。

(4)本发明在二效MVR装置中设置了一台闪蒸器，可提升蒸发量，同时处理液仅在闪蒸器内处于过饱和状态，蒸发单元中处理液的溶质含量未达到饱和溶解度，可避免由于过饱和而析出晶体，从而降低二效蒸发单元结垢的风险；在设备维护上，后期仅需对闪蒸器清洗，可降低维护费用和延长高聚物膜的使用寿命；在闪蒸器液体出口处设置了一台离心机，可实现对结晶盐分的压力式驱离和水分100％回收。

(5)本发明在一、二效MVR装置中采用板式蒸发单元(传统为管式)和溢流式布液器的设备配置模式，可节省若装载喷淋式布液器而产生的额外能耗(1kW/m3)，同时可避免管壳式蒸发器中液滴撞击管壁对液膜造成的破坏，蒸发单元内溶液成膜率高。

(6)本发明在一、二效MVR装置采用插件式可拆装的膜片组，只需针对损坏的膜片组进行更换，可降低后期维护费用，且插件式的布局方式有利于后期的更换与维护。

(7)本发明在一、二效MVR装置采用轴流风机代替传统压缩机，有助于降低能耗，并减少喷淋水降低蒸汽过热度的实施环节，从而简化设备的复杂程度并降低造价。

(8)本发明在储液罐和一效MVR装置循环管路间设置了冷凝水回抽电磁阀，可在循环浓缩液浓度偏高时，向一效蒸发单元补充冷凝水，消除了由于浓度升高引起沸点提升(BPE)值过大的风险。

(9)采用本发明***和方法对氯化钠水溶液进行浓缩，能耗低(较传统金属MVR装置(30kW·h/m³)节能超过70％)。

附图说明

图1是本发明双效MVR***流程示意图。

图2是蒸发器整体结构布局图。

图3是插件式可拆装板式蒸发器中的膜片组布局示意图。

图4是溢流式布液器工作原理图。

图5是蒸发器顶部溢流式布液器与聚合物膜的布局图(局部)。

图6是一效循环泵功耗与一效蒸发单元内溶液温升的关系图。

图7是***总换热面积与一效蒸发单元内溶液中溶质含量(以NaCl为例)的关系图。

图8是***单位处理能耗、***总换热面积与聚合物膜两侧换热温差的关系图。

图1中各标记如下：

1 原料液储罐、2-1 原料泵、2-2 一效循环泵、2-3 效间增压泵、2-4 二效循环泵、3 预热器、4-1 一效混流器、4-2 二效混流器、5-1 一效冷凝单元、5-2 一效疏水性聚合物膜、5-3 一效蒸发单元、5-4 一效离心式风机、6-1 二效冷凝单元、6-2 二效疏水性聚合物膜、6-3 二效蒸发单元、6-4 二效离心式风机、6-5 闪蒸器、7-1 离心机、7-2 浓缩液回收罐、8-1 储液罐、8-2 真空泵、8-3 冷凝水回抽电磁阀、9 冷凝水回收罐。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下面结合说明书附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

实施例1、板式聚合物双效MVR***

如图1所示，本发明双效MVR***，它包括原料储液罐(1)、增压装置、预热器(3)、可调节式一效混流器(三通流量控制阀)(4-1)、一效MVR装置、二效混流器(4-2)、二效MVR装置、浓缩液回收罐(7-2)和冷凝水回收装置；增压装置包括原料泵(2-1)、一效循环泵(2-2)、效间增压泵(2-3)和二效循环泵(2-4)；预热器上设有进料口、出料口、冷凝水进口和冷凝水出口；一效MVR装置包括一效MVR蒸发器和离心式风机(5-4)；一效MVR蒸发器为一反应器，***件式可拆装板式蒸发器分隔成一效蒸发单元(5-3)和一效冷凝单元(5-1)，板式换热器中的板片为疏水性聚合物膜(5-2)；插件式可拆装板式蒸发器的上方设有一效溢流式布液器，如图2蒸发器整体结构布局图所示；一效蒸发单元(5-3)上设有进料口、出料口和蒸汽出口；一效冷凝单元(5-1)上设有蒸汽入口和冷凝水出口；一效蒸发单元(5-3)上的蒸汽出口和一效冷凝单元(5-1)的蒸汽入口通过设有离心式风机(5-4)的管路相连通；二效MVR装置包括二效MVR蒸发器、离心式风机(6-4)和闪蒸器(6-5)；二效MVR蒸发器为一反应器，***件式可拆装板式蒸发器分隔成二效蒸发单元(6-3)和二效冷凝单元(6-1)，板式蒸发器中的板片为疏水性聚合物膜(6-2)，插件式可拆装板式蒸发器的上方设有一效溢流式布液器，如图2蒸发器整体结构布局图所示；二效蒸发单元(6-3)上设有进料口和出料口；二效冷凝单元(6-1)上设有蒸汽入口和冷凝水出口；二效蒸发单元(6-3)的蒸汽出口和二效冷凝单元(6-1)的蒸汽入口通过设有离心式风机(6-4)的管路相连通；闪蒸器上(6-5)设有进料口、蒸汽出口和出料口；冷凝水回收装置包括储液罐(8-1)和冷凝水回收罐(9)。

原料储液罐(1)通过原料泵(2-1)与预热器(3)的进料口相连通，预热器(3)的出料口与一效混流器(4-1)相连通；一效混流器(4-1)通过设有一效循环泵(2-2)的管路与一效蒸发单元(5-3)的进料口相连通，且一效蒸发单元(5-3)的出料口与一效混流器(4-1)相连通；一效混流器(4-1)和二效混流器(4-2)通过设有效间增压泵(2-3)的管路相连通；二效混流器(4-2)通过设有二效循环泵(2-4)的管路与二效蒸发单元(6-3)的进料口相连通，且二效蒸发单元(6-3)的出料口与闪蒸器(6-5)的进料口相连通，闪蒸器(6-5)的蒸汽出口与离心式风机(6-4)相连通，闪蒸器(6-5)的出料口和离心机(7-1)相连通，离心机(7-1)分成2个支路，1个支路与与二效混流器(4-2)相连通，另1个支路与浓缩液回收罐(7-2)相连通；一效冷凝单元(5-1)的冷凝水出口和二效冷凝单元(6-1)的冷凝水出口均与储液罐(8-1)相连通；储液罐(8-1)的出口分成3个支路，第1个支路与预热器(3)的冷凝水进口相连通，预热器(3)的冷凝水出口与冷凝水回收罐(9)相连通，第2个支路与一真空泵(8-2)相连通，第3个支路通过设有冷凝水回抽电磁阀的管路与一效蒸发单元(5-3)的进料口相连通。

上述一效蒸发器和二效蒸发器中，插件式可拆装板式蒸发器的结构示意图如图3所示，它由10个膜片组构成，每个膜片组可单独拆卸，每个膜片组的规格为：长700mm、宽300mm、高1400mm，每个膜片组由80张聚合物膜叠加而成(本实例采用改性聚醚醚酮膜，即改性PEEK膜，由静电纺丝法制得，该膜成分含有50％的聚脲)，该聚合物膜的参数如下：热导率为0.25W/(m·K)、吸水率为0.21％、CET(20℃)为44.1μm/(m·℃)、CET(20℃)为39.2μm/(m·℃)、熔点为358℃、玻璃态转变温度为143℃、比热为2J/g·℃、接触角为145.7°。在溶液载荷为0.145kg/(m·s)的实验条件下，溶液成膜率为0.47±0.03时，平均总传热系数可达1570±181W/(m²·K)；溶液成膜率为1时，理论平均总传热系数可达3375W/(m²·K)。同时，在膜片顶部连接盖板上刻槽，保证了喷淋过程中料液能够均匀流下，每张膜片两侧均由环氧树脂封口，保证了一效蒸发单元与一效冷凝单元的密封效果和隔离效果。按照单位膜处理料液0.26m³/(m²·d)计算，单个膜片组每天可处理20.4m³料液。

本实施例中的一效MVR装置中的插件式可拆装膜片组个数为10个，但在实际装置生产时，可根据料液处理量需要进行改变，同时，单个膜片组的尺寸和每张膜片的尺寸均可进行改变，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

本实施例中溢流式布液器的工作原理图如图4所示，蒸发器顶部溢流式布液器与疏水性聚合物膜的布局图如图5所示。由图4和图5可以看出，板式蒸发单元和溢流式布液器的配合设置，避免了传统管式蒸发单元对液膜的损坏，同时节省了额外设置喷淋式布液器产生的能耗。

本实施例所采用的可调节式一效混流器(三通流量控制阀)具体可为发明名称为“三通流量控制阀”，申请号为01109412.5中公开的三通流量控制阀，其结构如下：该控制阀包括一个两端开口的中空圆柱形壳体。分别支撑在壳体第一和第二端内的一个第一和第二阀室，第一阀室具有一个第一制冷剂排放孔和一个第一孔口，第二阀室具有一个第二制冷剂排放孔和一个制冷剂进入孔，及二者之间的一个第二孔口。第一和第二阀门装置分别轴向可移动地放置在两个阀室内以控制第一和第二孔口的开口比例。致动装置安装在两个阀室之间用于控制两个阀门装置并使两个阀室相互连通。通过该三通控制阀可对进入所述一效蒸发单元和所述二效蒸发单元的料液的比例进行控制，从而调节一、二效溶液处理量。

上述MVR装置在使用时，工艺流程如下：

原料储液泵(1)中的原料液在原料泵(2)的作用下进入预热器(3)中，原料液的温度升高。升温后的料液通过一效循环泵(2-2)进入一效蒸发单元，通过蒸发器表面的聚合物膜(5-2)与一效冷凝单元(5-1)中的蒸汽进行换热，料液吸收热量升温至沸点后蒸发形成蒸汽，经离心式风机(5-4)升压后送至一效冷凝单元(5-1)中冷凝放热。一效蒸发单元(5-3)中的浓缩液经一效混流器(4-1)分流，大部分作为循环液与原料液混合后，进入一效蒸发单元(5-3)中进行喷淋，小部分经过效间增压泵(2-3)进入二效蒸发单元(6-3)中通过蒸发器表面的聚合物膜(6-2)与二效冷凝单元(6-1)中的蒸汽进行换热，料液在二效蒸发单元(6-3)中吸热升温至接近沸点，进入闪蒸器(6-5)部分闪蒸为蒸汽，蒸汽经离心式风机(6-4)升压后送至二效冷凝单元(6-1)中冷凝放热。一二效冷凝单元中的蒸汽冷凝生成冷凝水后，进入储液罐(8-1)中去除不凝气，在经过预热器(3)回收热量后，进入冷凝水回收罐(9)。闪蒸器(6-5)中未蒸发的料液经离心机(7-1)除去结晶物后，经二效混流器(4-2)与一效混流器输送来的料液混合后继续进入二效蒸发单元(6-3)参与蒸发。

实施例2、料液总溶解固体含量的控制

采用实施例1中的双效MVR***对料液进行浓缩时，料液的BPE值即沸点提升值在0-2.1℃范围内。依据溶液沸点上升定律(拉乌尔定律的推论，计算式

其中，ΔT为沸点升，K；R为气体常数，对于水蒸气，R为0.462kJ/(kg·K)；T₀为纯溶剂的沸点温度，K；γ⁰为纯溶剂在T₀时的摩尔蒸发潜热，kJ/kg；为稀溶液中溶质的摩尔分数增量。

由于此处计算的是相对于纯溶液的沸点升，因此可看成向浓度为0的纯溶剂添加溶质，即溶质的摩尔分数增量与溶质的摩尔分数(x₂)大小一致。)，

由本发明设定的初始计算条件，T₀为328K(55℃)，γ⁰为2595.84kJ/kg，溶液中质量浓度为13.89％的氯化钠的摩尔浓度x₂为0.047，计算可得，一效蒸发单元内的氯化钠溶液的平均沸点升不超过0.95℃，二效蒸发单元内的氯化钠溶液的平均沸点升不超过1.15℃，故认为料液的BPE值即沸点提升值在0-2.1℃范围内。

因此，进入一效蒸发器中料液中的总溶解固体含量(TDS)值需控制在0-3.5％的范围内。

具体实施时可通过以下方法来实现：

通过一效混流器控制调节一、二效料液的分配比例，同时若TDS仪表检测出***内料液TDS值过高，可通过输出信号控制冷凝水回抽电磁阀(8-3)对一效MVR装置中的循环管路进行补水，从而在料液进入一效蒸发单元(5-3)前完成稀释。

实施例3、一效循环泵功率与一效蒸发单元内溶液温升大小的关系

以溶质质量分数为5％的NaCl溶液为例进行说明，如图6所示，一效循环泵(2-2)功耗随着一效蒸发单元(5-3)内溶液温升的提高而降低，原因是温升越高，所需要的循环溶液量越少；同时，温升1.5-2.5℃时，泵功下降较为明显，因此较为适合的温升范围应该为2.5-5.5℃；从图3还可以看出一效蒸发单元(5-3)中溶液的蒸发温度(图中三条曲线的蒸发温度分别为50℃、60℃和70℃)对泵功无明显影响。

实施例4、***总换热面积与一效蒸发单元中溶质含量的关系

以溶质质量分数为5％的NaCl溶液为例进行说明，如图7所示，包括一效蒸发单元(5-3)、二效蒸发单元(6-3)和预热器(3)在内的***总换热面积，随一效蒸发单元(5-3)中浓缩液的NaCl溶解量的增大而减小，即提高一效蒸发单元(5-3)中溶质的浓缩倍数有利于降低换热面积，这主要是由于一效MVR装置溶液处理量远高于二效MVR装置；同时，提高一效蒸发单元(5-3)中溶液的蒸发温度可以降低***总换热面积，有助于减少材料的使用和降低成本，但增加了聚合物表面结垢的风险。

实施例5、***单位处理能耗、***总换热面积与聚合物膜两侧换热温差之间的关系

以溶质质量分数为5％的NaCl溶液为例进行说明，如图8所示，随着聚合物膜两侧换热温差的降低，***单位处理面积的能耗降低，但是***的总换热面积升高，因此，降低聚合物膜两侧的换热温差有助于***单位处理能耗的降低，但会增加对***总换热面积的需求，如何在运行成本和一次建造成本之间找到平衡，在***设计过程中比较关键。

实施例6、关于降低能耗

本实例以处理风量(22454m³/h)和风压(1800Pa)为例进行说明，风机选用淄博传益通风设备有限公司的4-72-8D-1450型风机，参数如表2所示。

表2、建议改用的离心风机(4-72-8D-1450型)参数

由表2知，最大风机轴功率为18.5kW，原液量处理量为2.41m³/h，则单位体积原料液处理能耗最多为7.68kW·h/m³，而选用的其他能耗设备(进料泵、真空泵、循环泵)的单位体积原料液处理能耗之和不超过1kW·h/m³，即MVR***总的单位体积原料液处理能耗不超过8.68kW·h/m³，较传统金属MVR装置(30kW·h/m³)节能超过70％。

实施例7、利用本发明双效MVR***对5％的氯化钠(NaCl)料液进行浓缩

利用实施例1中的双效MVR***对质量浓度为5％的氯化铵(NaCl)溶液进行蒸发结晶，工艺条件控制如下：

1)利用一效混流器控制调节一、二效料液的分配比例为3：1，同时若TDS仪表检测出***内料液TDS值过高，可通过输出信号控制冷凝水回抽电磁阀(8-3)对一效MVR装置中的循环管路进行补水，从而在料液进入一效蒸发单元(5-3)前将5％的氯化钠稀释在3.5％以下。

2)一效蒸发单元中的氯化钠料液的蒸发温度为55℃，温升控制在2.5-5.5℃的范围内。

3)聚合物膜两侧的换热温差为0～0.95℃，***总换热面积为784m²。

4)选用淄博传益通风设备有限公司的4-72-8D-1450型风机作为压缩机。

本实施例中，在上述工艺条件下，处理1m³含盐水需要消耗电能8.68度，同时产生冷凝水0.93t。本实施例中，盐水浓度浓缩至64％后，经离心机分离析出，所产生的冷凝水中所含盐分不超过0.05wt％。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种双效机械蒸汽再压缩***，它包括原料储液罐、增压装置、预热器、一效混流器、一效MVR装置、二效混流器、二效MVR装置、浓缩液回收罐和冷凝水回收装置；

所述增压装置包括原料泵、一效循环泵、效间增压泵和二效循环泵；

所述一效MVR装置包括一效MVR蒸发器和压缩机；所述一效MVR蒸发器为一反应器，被板式蒸发器分隔成一效蒸发单元和一效冷凝单元，所述板式蒸发器中的板片为疏水性聚合物膜；所述一效蒸发单元上的蒸汽出口通过设有压缩机的管路与所述一效冷凝单元的蒸汽入口相连通；

所述二效MVR装置包括二效MVR蒸发器和压缩机；所述二效MVR蒸发器为一反应器，被板式蒸发器分隔成二效蒸发单元和二效冷凝单元，所述板式蒸发器中的板片为疏水性聚合物膜；所述二效蒸发单元上的蒸汽出口通过设有压缩机的管路与所述二效冷凝单元的蒸汽入口相连通；

所述一效MVR装置和所述二效MVR装置中，所述疏水性聚合物膜的厚度为15～60μm；所述疏水性聚合物膜的接触角为110°～150°，吸水率为0.0042％～0.41％，20℃热膨胀系数为44.1～100μm/(m·℃)，100℃热膨胀系数为39.2～140μm/(m·℃)，熔点为330～340℃，玻璃态转变温度为140～220℃，导热系数为0.2～0.35W/(m·K)；

所述一效MVR装置和所述二效MVR装置中，所述疏水性聚合物膜为聚碳酸脂膜、聚醚醚酮膜、聚苯砜膜、聚砜膜或聚四氟乙烯膜；

所述冷凝水回收装置包括储液罐和冷凝水回收罐；

所述原料储液罐通过设有所述原料泵的管路与所述预热器的进料口相连通；所述预热器的出料口与所述一效混流器相连通；所述一效混流器通过设有所述一效循环泵的管路与所述一效蒸发单元的进料口相连通，且所述一效蒸发单元的出料口与所述一效混流器相连通；所述一效混流器通过设有所述效间增压泵的管路与所述二效混流器相连通；所述二效混流器通过设有所述二效循环泵的管路与所述二效蒸发单元的进料口相连通，且所述二效蒸发单元的出料口分成2个支路，1个支路与所述二效混流器相连通，另1个支路与所述浓缩液回收罐相连通；

所述一效冷凝单元的冷凝水出口和所述二效冷凝单元的冷凝水出口均与所述储液罐相连通；所述储液罐与所述冷凝水回收罐相连通；

所述一效混流器为调节式一效混流器，对进入所述一效蒸发单元和所述二效蒸发单元的料液的比例进行控制；

所述二效MVR装置还包括闪蒸器和离心机；所述二效蒸发单元的蒸汽出口和出料口为同一出口，所述闪蒸器的进料口和该出口相连通；所述闪蒸器的蒸汽出口和所述压缩机相连通；所述的闪蒸器的出料口和所述离心机相连通；所述离心机的出口分成2个支路，其中1个支路与所述二效混流器相连通，另外1个支路与所述浓缩液回收罐相连通。

2.根据权利要求1所述的蒸汽再压缩***，其特征在于：所述一效MVR装置和所述二效MVR装置中，所述板式蒸发器为插件式可拆装板式蒸发器；所述板式蒸发器由1～10个可单独拆装的膜片组构成；每个所述膜片组的规格为：长500～1500mm，宽200～600mm，高1000～3000mm；每个膜片组由50～100张疏水性聚合物膜膜片叠加而成；

所述板式蒸发器的上方还设有布液器，所述布液器为溢流式布液器。

3.根据权利要求1或2所述的蒸汽再压缩***，其特征在于：所述储液罐还通过设有冷凝水回抽电磁阀的管路与所述一效蒸发单元的进料口连通；

所述一效MVR装置和所述二效MVR装置中，所述压缩机为离心式风机。

4.一种利用权利要求1-3中任一种的蒸汽再压缩***对无机盐废水进行浓缩的方法，包括如下步骤：

(1)将储存于原料液储罐中的废水原料液在原料泵的作用下输送至预热器内；经过预热的料液进入一效混合流器，在一效循环泵的作用下进入一效蒸发单元进行蒸发；蒸发得到的蒸汽升压后进入一效冷凝单元；所述蒸发过程中，所述一效蒸发单元内的料液与所述一效冷凝单元中的蒸汽通过板式蒸发器中的疏水性聚合物膜换热；

(2)在所述一效蒸发单元蒸发浓缩后的料液通过一效混流器，分成2股，分别记为A股和B股；A股料液在一效循环泵的作用下回流至一效蒸发单元内与原料液混合参与蒸发，B股料液通过效间增压泵和二效混流器后依次进入二效蒸发单元和闪蒸器进行蒸发；蒸发得到的蒸汽升压后进入二效冷凝单元；所述蒸发过程中，所述二效蒸发单元内的料液与所述二效冷凝单元中的蒸汽通过板式蒸发器中的疏水性聚合物膜换热；换热得到的冷凝水通过储液罐被回收至冷凝水回收罐中；

(3)在所述二效蒸发单元蒸发浓缩后的料液通过离心机，分成2股，分别记为C股和D股；C股料液在二效循环泵的作用下回流至二效蒸发单元内与从一效蒸发单元内流出的料液混合参与蒸发，D股料液被浓缩液回收罐回收；换热得到的冷凝水通过储液罐被回收至冷凝水回收罐中。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：由电磁阀控制所述储液罐中的冷凝水进入所述一效蒸发单元的循环管路中，使得进入一效蒸发单元内的料液的总溶解固体含量值为0～3.5％，但不为0；所述一效混流器为调节式一效混流器，控制A股和B股的体积比为(1～5)：1。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：控制所述一效蒸发单元中的蒸发温度为54～57℃；所述一效蒸发器中，所述疏水性聚合物膜两侧的换热温差为1.1～3.1℃；所述双效机械蒸汽再压缩***的总换热面积为190～250m²。