CN107913526A

CN107913526A - 高盐溶液蒸发结晶设备及工艺方法

Info

Publication number: CN107913526A
Application number: CN201711454774.1A
Authority: CN
Inventors: 刘燕; 裴程林; 张少峰; 王德武; 赵桂锋; 颜开红; 赵建军
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2018-04-17
Anticipated expiration: 2037-12-27
Also published as: CN107913526B

Abstract

本发明提供了一种高盐溶液蒸发结晶设备及工艺方法，涉及蒸发结晶的技术领域，包括：降膜加热室设有降膜加热室液体出料口，降膜加热室液体出料口与汽液分离器的汽液分离器液体进料口连接；汽液分离器设有汽液分离器第一液体出料口，从汽液分离器出来的一部分液体通过汽液分离器第一液体出料口进入结晶分离器；结晶分离器上设置有结晶分离器循环出料口，结晶分离器循环出料口与强制循环加热室连接；通过强制循环加热室加热后的料液进入液固分离器内进行固液分离；经过液固分离器固液分离的液体中固相循环进入强制循环加热室，经过液固分离器固液分离的液体中液相进入结晶分离器，解决了能耗高结垢的技术问题。

Description

高盐溶液蒸发结晶设备及工艺方法

技术领域

本发明涉及蒸发结晶技术领域，尤其是涉及一种高盐溶液蒸发结晶设备及工艺方法。

背景技术

蒸发蒸馏广泛应用于污、废水处理、化工、制药、食品、海水淡化、制盐等涉及蒸发工艺的诸多行业。蒸发蒸馏是个高能耗的过程，蒸发工艺是这些行业中的耗能大户。这些行业的主要生产消费在于能源消耗费用。

除一些特殊工艺要求、沸点升特别高、物料波动大的工艺，目前新建的蒸发过程大多采用MVR蒸发工艺。

而MVR现在存在的问题主要集中在：压缩机升温能力受限制，国内目前稳定运行的大流量压缩机温升基本在20℃以下，进口风机温升在8℃，采用两级到三级串联，所能应对的沸点升有限；蒸发过程受加热室结垢影响大，结垢影响传热，进而影响蒸发MVR蒸发***的动态平衡，导致整个MVR***运行崩溃；稳定可靠性，涉及压缩机的机械性能的稳定，蒸发器传热性能的稳定，压缩机与蒸发器匹配的稳定。

机械蒸汽再压缩(Mechanical Vapor Recompression，MVR)热泵技术，是目前国内外蒸发领域最先进最节能的技术。其原理是利用蒸汽压缩机压缩蒸发产生的二次蒸汽，把电能转换成热能，提高二次蒸汽的焓，被提高热能的二次蒸汽回到蒸发室进行加热，以达到循环利用二次蒸汽的潜能，从而可以不需要外部生蒸汽，依靠蒸发器自循环来实现蒸发浓缩的目的。可以说，MVR蒸发器是一个自产自销的过程。在实际操作中，通过PLC、单片机、组态等形式来控制***温度、压力马达转速，保持***蒸发平衡。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供高盐溶液蒸发结晶设备及工艺方法，以缓解了现有技术中存在的能耗高、易结垢的技术问题。

第一方面，本发明提供的一种高盐溶液蒸发结晶设备，包括：降膜加热室、汽液分离器、结晶分离器、强制循环加热室和液固分离器；

用于加热原料的所述降膜加热室设有降膜加热室液体出料口，所述降膜加热室液体出料口与所述汽液分离器的汽液分离器液体进料口连接；

用于汽液分离的所述汽液分离器设有汽液分离器第一液体出料口，从所述汽液分离器出来的一部分液体通过所述汽液分离器第一液体出料口进入所述结晶分离器；

所述结晶分离器上设置有结晶分离器循环出料口，所述结晶分离器循环出料口与所述强制循环加热室连接；

通过所述强制循环加热室加热后的料液进入所述液固分离器内进行固液分离；

经过所述液固分离器固液分离的液体中固相循环进入所述强制循环加热室；

经过所述液固分离器固液分离的液体中液相进入所述结晶分离器；在所述结晶分离器中进行汽液分离，晶体颗粒结晶后排出。

进一步地，在进入所述强制循环加热室之前添加有惰性颗粒，使所述惰性颗粒在所述强制循环加热室和所述液固分离器之间进行循环。

进一步地，所述惰性颗粒为不与原料进行反应的材料。

进一步地，在所述汽液分离器第一液体出料口进入所述结晶分离器的流通通道上设置有过料泵。

进一步地，所述结晶分离器循环出料口与所述强制循环加热室通过二级循环泵连接。

进一步地，从所述汽液分离器出来的另一部分液体通过所述汽液分离器第二液体出料口返回至所述降膜加热室。

进一步地，所述汽液分离器和所述结晶分离器进行汽液分离后，在所述汽液分离器上部设置有汽液分离器蒸汽出口，在所述结晶分离器上部设置有结晶分离器蒸汽出口；

所述汽液分离器蒸汽出口和结晶分离器蒸汽出口出来的蒸汽混合后进入一级压缩机进行压缩，压缩后的一部分蒸汽进入所述降膜加热室。

进一步地，在所述降膜加热室的下部设置有降膜加热室冷凝水出口，从所述降膜加热室冷凝水出口流出的冷凝水通过一级冷凝水预热器对原料进行加热。

第二方面，本发明提供的一种工艺方法，包括：第一方面所述的高盐溶液蒸发结晶设备；

原料从原料罐经过进料泵进入，经一级冷凝水预热器和二级冷凝水预热器加热后进入降膜加热室加热后进入汽液分离器进行汽液分离；经过汽液分离器汽液分离后的一部分液体经一级循环泵返回至降膜加热室，另一部分液体经过料泵进入结晶分离器，从结晶分离器中出来的料液通过二级循环泵与惰性颗粒混合后进入强制循环加热室，通过加热室加热后的料液进入液固分离器进行液固分离，固相循环至强制循环加热室中，进入强制循环加热室中的惰性颗粒分离，液相进入结晶分离器进行汽液分离；

原料在汽液分离器和结晶分离器中进行汽液分离后，二次蒸汽混合进入一级压缩机进行压缩，经压缩后的蒸汽一部分进入降膜加热室作为加热热源，产生的冷凝水经一级冷凝水预热器对原料进行预热，另一部分进入二级压缩机进一步压缩，再次压缩后的蒸汽进入强制循环加热室作为加热热源，产生的冷凝水经二级冷凝水预热器对原料进行预热。

采用本发明提供的一种高盐溶液蒸发结晶设备，包括：降膜加热室、汽液分离器、结晶分离器、强制循环加热室和液固分离器；用于加热原料的降膜加热室设有降膜加热室液体出料口，降膜加热室液体出料口与汽液分离器的汽液分离器液体进料口连接；用于汽液分离的汽液分离器设有汽液分离器第一液体出料口，从汽液分离器出来的一部分液体通过所述汽液分离器第一液体出料口进入所述结晶分离器；结晶分离器上设置有结晶分离器循环出料口，结晶分离器循环出料口与强制循环加热室连接；通过强制循环加热室加热后的料液进入液固分离器内进行固液分离；经过液固分离器固液分离的液体中固相循环进入强制循环加热室，且进入强制循环加热室后的固相结晶后排出；经过液固分离器固液分离的液体中液相进入结晶分离器。

这里的高盐溶液蒸发结晶设备，比目前市面上的普通MVR蒸发***的蒸发沸点升在15℃以内的溶液，本发明提供的高盐溶液蒸发结晶设备应对沸点升15℃以上的溶液，因此提高了效率，并且相对于现有技术中也具有更好的抗结垢效果。设备紧凑，占地面积小、所需空间小，蒸发产生的二次蒸汽经压缩后送到蒸发器的加热室当作加热蒸汽使用，使料液维持沸腾状态，而加热蒸汽本身则冷凝成水。原来要废弃的蒸汽都得到了充分的利用，回收了潜热，又提高了热效率。本发明在现有技术的基础上，进行合理设计，进一步提高了蒸发结晶技术的节能经济性、整体性、合理性、灵活性。

本发明提供的工艺方法，具有上述高盐溶液蒸发结晶设备具有的一切优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的工艺流程图。

图标：100－降膜加热室；110－降膜加热室液体出料口；120－降膜加热室冷凝水出口；200－汽液分离器；210－汽液分离器液体进料口；220－汽液分离器第一液体出料口；230－汽液分离器第二液体出料口；240－汽液分离器蒸汽出口；300－结晶分离器；310－结晶分离器循环出料口；320－结晶分离器蒸汽出口；400－强制循环加热室；410－强制循环加热室冷凝液出口；500－液固分离器；600－过料泵；700－二级循环泵；800－一级压缩机；900－一级冷凝水预热器；1000－二级压缩机；1100－二级冷凝水预热器；1300－进料泵；1400－一级循环泵。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

请参照图1，下面将结合附图对本发明实施例提供的高盐溶液蒸发结晶设备及工艺方法做详细说明。

本发明提供的一种高盐溶液蒸发结晶设备，包括：降膜加热室100、汽液分离器200、结晶分离器300、强制循环加热室400和液固分离器500；

用于加热原料的所述降膜加热室100设有降膜加热室液体出料口110，降膜加热室液体出料口110与汽液分离器200的汽液分离器液体进料口210连接；

用于汽液分离的汽液分离器设有汽液分离器第一液体出料口220，从汽液分离器出来的一部分液体通过汽液分离器第一液体出料口220进入结晶分离器300；

结晶分离器300上设置有结晶分离器循环出料口310，结晶分离器循环出料口310与强制循环加热室400连接；

通过强制循环加热室400加热后的料液进入液固分离器500内进行固液分离；

经过液固分离器500固液分离的液体中固相循环进入强制循环加热室400；

经过液固分离器500固液分离的液体中液相进入结晶分离器300；在结晶分离器300中进行汽液分离，晶体颗粒结晶后排出。

需要说明的是，这里的高盐溶液蒸发结晶设备，比目前市面上的普通MVR蒸发***的蒸发沸点升在15℃以下的溶液，本发明提供的高盐溶液蒸发结晶设备应对沸点升15℃以上的溶液，因此提高了效率。设备紧凑，占地面积小、所需空间小，蒸发产生的二次蒸汽经压缩后送到蒸发器的加热室当作加热蒸汽使用，使料液维持沸腾状态，而加热蒸汽本身则冷凝成水。原来要废弃的蒸汽都得到了充分的利用，回收了潜热，又提高了热效率。本发明至少一个实施例在现有技术的基础上，进行合理设计，进一步提高了蒸发结晶技术的节能经济性、整体性、合理性、灵活性。

强制循环加热室400与真空泵连接，使得将强制循环加热室400成为真空设备。

具体地，强制循环加热室中的固相分为两种：惰性颗粒和结晶颗粒，晶体颗粒要比惰性颗粒小的多，从强制循环加热室出来后的液体进入液固分离器，受液固分离器分离能力的限制，这个分离能力在在设计液固分离器时确定，晶体颗粒基本不会本分离出来，分离出来的基本为惰性颗粒，晶体颗粒随液相进入结晶分离器，在结晶分离器中进行汽液分离，从液固分离器中被分离的惰性颗粒进入循环管继续循环。

需要说明的是，在强制循环加热室中的下管板设置有粒子分布器，设置有粒子分布器后的强制循环加热室可以使惰性粒子分布更加均匀。这里的粒子分布器采用孔板式分布器，孔的分布呈中间孔径小，向四周孔径变大进行分布的。

另外，在进入强制循环加热室400之前添加有惰性颗粒，使惰性颗粒在强制循环加热室400和液固分离器500之间进行循环。

需要说明的是，添加惰性粒子后，惰性粒子在强制循环加热室400内循环，惰性粒子流动过程中产生的剪应力延缓垢层的形成，同时惰性粒子的流动过程强化传热，增加传热效率。

这里添加使用的惰性粒子不同于常规选择，选用的是混合惰性粒子，聚四氟乙烯和二氧化硅的混合物，且二氧化硅与聚四氟乙烯的比例为：4％—30％；如比例可以为：4％、8％、12％、16％、20％、24％、28％或30％，但是并不仅限于此。这样的混合惰性粒子既具有二氧化硅的硬度，但是密度小，从而循环时需要消耗的能量少。相对于聚四氟乙烯而比，聚四氟乙烯虽然腐蚀性好，但是硬度耐磨性差。所以本发明选用的惰性粒子不但硬度好同时还具有较强的耐腐蚀性，因此能够适应更多的工况。

这里的惰性粒子的选择主要是通过在流动过程中产生扰流，从而产生的剪应力延缓垢层的形成，达到了防结垢的效果。

另外，惰性颗粒的粒径为1mm－5mm。

需要说明的是，惰性颗粒的粒径大小为：1mm、2mm、3mm、4mm或5mm，都在本发明提供的高盐溶液蒸发结晶设备选择的粒径范围内，并且这里选择的惰性颗粒的材料选择为与原料不发生反应的材料均可。

另外，在汽液分离器第一液体出料口220进入结晶分离器300的流通通道上设置有过料泵600。

具体地，结晶分离器循环出料口310与强制循环加热室400通过二级循环泵700连接。所汽液分离器出来的另一部分液体通过汽液分离器第二液体出料口230返回至降膜加热室100。汽液分离器200和结晶分离器300进行汽液分离后，在汽液分离器200上部设置有汽液分离器蒸汽出口240，在结晶分离器300上部设置有结晶分离器蒸汽出口320；

汽液分离器蒸汽出口240和结晶分离器蒸汽出口320出来的蒸汽混合后进入一级压缩机800进行压缩，压缩后的一部分蒸汽进入降膜加热室100。

降膜加热室100的下部设置有降膜加热室冷凝水出口120，从降膜加热室冷凝水出口120流出的冷凝水通过一级冷凝水预热器900对原料进行加热。

汽液分离器蒸汽出口240和结晶分离器蒸汽出口320出来的蒸汽混合后进入一级压缩机800进行压缩，压缩后的另一部分蒸汽通过二级压缩机1000压缩后的蒸汽进入强制循环加热室400。

强制循环加热室400的下部设置有强制循环加热室冷凝液出口410，强制循环加热室冷凝液出口410产生的冷凝水通过二级冷凝水预热器1100对原料进行二次预热。

本发明至少一种实施例提供的一种工艺方法，包括：第一方面所述的高盐溶液蒸发结晶设备；

原料从原料罐经过进料泵1300进入，经一级冷凝水预热器900和二级冷凝水预热器1100加热后进入降膜加热室100加热后进入汽液分离器200进行汽液分离；经过汽液分离器200汽液分离后的一部分液体经一级循环泵1400返回至降膜加热室100，另一部分液体经过料泵600进入结晶分离器300，从结晶分离器300中出来的料液通过二级循环泵700与惰性颗粒混合后进入强制循环加热室400，通过加热室加热后的料液进入液固分离器500进行液固分离，固相循环至强制循环加热室400中，进入强制循环加热室400中的惰性颗粒分离，液相进入结晶分离器300进行汽液分离；

需要说明的是，由于从液固分离器500内出来的直管段直接与二级循环泵700的出料管连接，但是由于二级循环泵700的压力过大，容易出现返流至液固分离器500内的现象，从而形成堆积，影响了工作效率，为了解决上述返流问题，在液固分离器500内出来的直管段上的一定高度处设计有喷嘴，这里的高度由不同的工况决定，通过喷嘴进行颈缩增加了返流入液固分离器500的阻力；另外，还可以选择弯头作为喷嘴的替代方案，将弯头设置在液固分离器500内出来的直管段，且弯管开口与物料流动方向一致，且弯管也有一定的颈缩，从而达到了防止返流的问题。

原料在汽液分离器200和结晶分离器300中进行汽液分离后，二次蒸汽混合进入一级压缩机800进行压缩，经压缩后的蒸汽一部分进入降膜加热室100作为加热热源，产生的冷凝水经一级冷凝水预热器900对原料进行预热，另一部分进入二级压缩机1000进一步压缩，再次压缩后的蒸汽进入强制循环加热室400作为加热热源，产生的冷凝水经二级冷凝水预热器1100对原料进行预热。

本发明至少一种实施例提供的高盐溶液蒸发结晶设备，与现有压缩机的性能相比，应对沸点升超过15℃的物料，应用MVR蒸发过程，不需要串联更多的压缩机，由于压缩机能耗随着进气压力增加而增加，因此进而使得整个***的能耗减小；进行蒸发的原料中增加入惰性粒子使得原本废水中杂质含量较多，蒸发过程容易形成结垢，影响传热的问题也得到了解决，因为，加入惰性粒子的原料因为扰流和碰撞使得结构大大减小，延长清洗周期。相对于现有普通全压串联MVR，能耗低，投资少。

以上对本发明的高盐溶液蒸发结晶设备及工艺方法进行了说明，但是，本发明不限定于上述具体的实施方式，只要不脱离权利要求的范围，可以进行各种各样的变形或变更。本发明包括在权利要求的范围内的各种变形和变更。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种高盐溶液蒸发结晶设备，其特征在于，包括：降膜加热室(100)、汽液分离器(200)、结晶分离器(300)、强制循环加热室(400)和液固分离器(500)；

用于加热原料的所述降膜加热室(100)设有降膜加热室液体出料口(110)，所述降膜加热室液体出料口(110)与所述汽液分离器(200)的汽液分离器液体进料口(210)连接；

用于汽液分离的所述汽液分离器(200)设有汽液分离器第一液体出料口(220)，从所述汽液分离器(200)出来的一部分液体通过所述汽液分离器第一液体出料口(220)进入所述结晶分离器(300)；

所述结晶分离器(300)上设置有结晶分离器循环出料口(310)，所述结晶分离器循环出料口(310)与所述强制循环加热室(400)连接；

通过所述强制循环加热室(400)加热后的料液进入所述液固分离器(500)内进行固液分离；

经过所述液固分离器(500)固液分离的液体中固相循环进入所述强制循环加热室(400)；

经过所述液固分离器(500)固液分离的液体中液相进入所述结晶分离器(300)；在所述结晶分离器(300)中进行汽液分离，晶体颗粒结晶后排出。

2.根据权利要求1所述的高盐溶液蒸发结晶设备，其特征在于，在进入所述强制循环加热室(400)之前添加有惰性颗粒，使所述惰性颗粒在所述强制循环加热室(400)和所述液固分离器(500)之间进行循环。

3.根据权利要求2所述的高盐溶液蒸发结晶设备，其特征在于，所述惰性颗粒为不与原料进行反应的材料。

4.根据权利要求1所述的高盐溶液蒸发结晶设备，其特征在于，在所述汽液分离器第一液体出料口(220)进入所述结晶分离器(300)的流通通道上设置有过料泵(600)。

5.根据权利要求1所述的高盐溶液蒸发结晶设备，其特征在于，所述结晶分离器循环出料口(310)与所述强制循环加热室(400)通过二级循环泵(700)连接。

6.根据权利要求1所述的高盐溶液蒸发结晶设备，其特征在于，从所述汽液分离器(200)出来的另一部分液体通过汽液分离器第二液体出料口(230)返回至所述降膜加热室(100)。

7.根据权利要求1所述的高盐溶液蒸发结晶设备，其特征在于，所述汽液分离器(200)和所述结晶分离器(300)进行汽液分离后，在所述汽液分离器(200)上部设置有汽液分离器蒸汽出口(240)，在所述结晶分离器(300)上部设置有结晶分离器蒸汽出口(320)；

所述汽液分离器蒸汽出口(240)和所述结晶分离器蒸汽出口(320)出来的蒸气混合后进入一级压缩机(800)进行压缩，压缩后的一部分蒸汽进入所述降膜加热室(100)。

8.根据权利要求1所述的高盐溶液蒸发结晶设备，其特征在于，在所述降膜加热室(100)的下部设置有降膜加热室冷凝水出口(120)，从所述降膜加热室冷凝水出口(120)流出的冷凝水通过一级冷凝水预热器(900)对原料进行加热。

9.根据权利要求7所述的高盐溶液蒸发结晶设备，其特征在于，在所述汽液分离器蒸汽出口(240)和所述结晶分离器蒸汽出口(320)出来的蒸汽混合后进入一级压缩机(800)进行压缩，压缩后的另一部分蒸汽通过二级压缩机(1000)压缩后的蒸汽进入所述强制循环加热室(400)。

10.一种工艺方法，其特征在于，包括：权利要求1－9任一项所述的高盐溶液蒸发结晶设备；

原料从原料罐(1200)经过进料泵(1300)进入，经一级冷凝水预热器(900)和二级冷凝水预热器(1100)加热后进入降膜加热室(100)加热后进入汽液分离器(200)进行汽液分离；经过汽液分离器(200)汽液分离后的一部分液体经一级循环泵(1400)返回至降膜加热室(100)，另一部分液体经过料泵(600)进入结晶分离器(300)，从结晶分离器(300)中出来的料液通过二级循环泵(700)与惰性颗粒混合后进入强制循环加热室(400)，通过强制循环加热室(400)加热后的料液进入液固分离器(500)进行液固分离，固相循环至强制循环加热室(400)中，进入强制循环加热室(400)中的惰性颗粒分离，液相进入结晶分离器(300)进行汽液分离；

原料在汽液分离器(200)和结晶分离器(300)中进行汽液分离后，二次蒸汽混合进入一级压缩机(800)进行压缩，经压缩后的蒸汽一部分进入降膜加热室(100)作为加热热源，产生的冷凝水经一级冷凝水预热器(900)对原料进行预热，另一部分进入二级压缩机(1000)进一步压缩，再次压缩后的蒸汽进入强制循环加热室(400)作为加热热源，产生的冷凝水经二级冷凝水预热器(1100)对原料进行预热。