CN111807441A - 一种耐腐蚀的蒸发浓缩*** - Google Patents
一种耐腐蚀的蒸发浓缩*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种耐腐蚀的蒸发浓缩***,包括制热卡诺循环***、闪蒸器、料液泵和冷凝罐。所述闪蒸器的料液出口与料液泵的进料口相连通,料液泵的出料口与制热卡诺循环***中的冷凝器的吸热侧进口相连通。所述冷凝器的吸热侧出口与闪蒸器的进料口相连通,闪蒸器的蒸汽出口与制热卡诺循环***中的蒸发器的放热侧蒸汽进口相连通,所述蒸发器的放热侧的冷凝液出口与冷凝罐的进口相连通。所述冷凝器的换热面的吸热侧的内壁面均胶黏贴合PTFE薄膜,其它所有接触料液的管路内壁面均内衬PTFE衬层。本发明的蒸发浓缩***可用于蒸发浓缩强氧化性或强酸性或强碱性等危险废液,具有优良的化学稳定性和耐蚀性。
Description
技术领域
本发明涉及工业废水减量处理、料液浓缩处理和渗滤液减量处理技术领域,特别涉及一种耐腐蚀的蒸发浓缩***。
背景技术
在工业上极端应用情况,如浓铬酸废液、废酸液、废碱液或危险废液的减量处理后再委外处理。若采用蒸发浓缩,则因料液具强腐蚀性而采用方式有:表面搪瓷涂层的金属基材的蒸汽加热、表面搪瓷涂层的金属的电加热套管、换热管是PTFE材质的换热器加热方式等。但是表面搪瓷涂层的金属基材的蒸汽加热方式因搪瓷本身耐腐蚀性在某些应用领域受到限制,且蒸发一吨料液蒸汽需要耗近一吨的生蒸汽,能耗大,另外还要将料液蒸汽冷凝下来,且蒸发浓缩还必须一直有生蒸汽供应,不如使用电方便。表面搪瓷涂层的金属套管的电加热方式也因搪瓷本身耐腐蚀性在某些应用领域受到限制,且蒸发一吨料液蒸汽需要耗600多度电,电能大,另外还要将料液蒸汽冷凝下来。换热管是PTFE材质的换热器加热方式也因为蒸发一吨料液蒸汽需要耗近一吨的生蒸汽,能耗大,且PTFE束管因为PTFE导热系数小于0.3W(m.k)和壁厚厚导致传热系数低于170W(m2.k),要达到相同的换热效果增加3至5倍的换热面积,加之PTFE材料本身也是昂贵的,这大大增加了换热器的成本。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的在于提供一种能耗低且蒸发浓缩效果佳的耐腐蚀的蒸发浓缩***,该***可用于蒸发浓缩强氧化性或强酸性或强碱性等危险废液,具有优良的化学稳定性能。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种耐腐蚀的蒸发浓缩***,包括制热卡诺循环***、闪蒸器、料液泵和冷凝罐。所述闪蒸器的料液出口通过管道依次与料液泵、制热卡诺循环***中的冷凝器的吸热侧进口相连通。所述冷凝器的吸热侧出口与闪蒸器的进料口相连通,闪蒸器的蒸汽出口与制热卡诺循环***中的蒸发器的放热侧蒸汽进口相连通,所述蒸发器的放热侧的冷凝液出口与冷凝罐的进口相连通。所述冷凝器内换热面的吸热侧的内壁面均胶黏贴合PTFE薄膜,其它所有接触料液的管路内壁面均内衬PTFE衬层。
进一步地,为了实现不凝气的去除,还包括不凝气排出装置,所述不凝气排出装置的进气端通过管道与所述蒸发器的放热侧出口或者所述蒸发器与所述冷凝罐之间的连接管路或者所述冷凝罐顶部相连通。
进一步地,为了强氧化性/强腐蚀性的料液蒸汽或料液凝结水的不利影响,所述蒸发器内换热面的放热侧内壁面胶黏贴合PTFE薄膜,其它所有接触料液蒸汽或料液凝结水的管路内壁面均内衬PTFE衬层。
进一步地,所述的冷凝器为列管式换热器。
进一步地,所述的蒸发器为列管式换热器。
进一步地,为了使闪蒸器出口蒸汽实现更好的气液分离,所述闪蒸器上部蒸汽通道上并在所述蒸汽出口的前端设有用于去除微小液滴的除沫装置。
进一步地,所述闪蒸器下部设有饱和液与浓晶液分离装置,所述闪蒸器的料液出口位于所述饱和液与浓晶液分离装置的侧面。
进一步地,还包括冷凝液排出装置,所述冷凝液排出装置的进液口与冷凝罐下部相连通。
进一步地,所述的PTFE薄膜包括通过热熔紧密贴合的至少两层聚四氟乙烯材料层,所述PTFE薄膜与所述冷凝器的换热管的吸热侧内壁面相贴合的一面为改性面,所述改性面通过胶黏剂与所述换热管的吸热侧内壁面紧密粘合,所述的PTFE薄膜中至少有一层在热熔贴合前均采用熔融挤出成型工艺制得。
优选地,所述PTFE薄膜的厚度为20~100um。
本发明具有如下有益效果:
1、料液每蒸发凝结一吨,***耗电量在80度-230度,与陶瓷蒸发罐的一效蒸发相比,节能且运行费用低。
2、该***具有很好的耐酸碱性、耐腐蚀性、抗氧化性和耐高温性,不溶于强酸、强碱和有机溶剂(包括魔酸,即氟锑磺酸),能耐强氧化剂的腐蚀,耐高温—使用工作温度达250℃,可用在铬酸、盐酸、氯碱液、部分危废液等强腐蚀的蒸发浓缩减量上,有效抵抗料液的腐蚀。
3、通过在冷凝器换热管的内壁面、蒸发器换热管的内壁面以及所有接触料液的管路内壁面胶黏贴合PTFE薄膜,且优选PTFE薄膜的厚度为20~100um,使得换热管在具有优良耐化学性能的基础上,还具有较高传热系数,换热效果佳,相比于传统的采用PTFE材质制成的换热管来说,还可以大大节省原料成本和制作工艺成本。
附图说明
图1为本发明的***结构示意图。
图2为PTFE薄膜的结构示意图。
主要组件符号说明:1、制热卡诺循环***;11、压缩机;12、冷凝器;1202、干燥过滤器;1203、储液器;1204、油分离器;1205、回流管;1206、气液分离器;13、蒸发器;14、节流阀;140、液相冷媒管路;2、冷凝罐;3、不凝气排出装置;30、连接管路;4、闪蒸器;41、除沫装置;42、饱和液与浓晶液分离装置;5、料液泵;6、固液分离装置;61、饱和液出口;62、结晶物出口;7、冷凝液排出装置;9、PTFE薄膜;90、聚四氟乙烯材料层;900、改性面;901、胶黏剂层;902、换热管壁。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式,对本发明做进一步说明。
如图1、图2所示,一种耐腐蚀的蒸发浓缩***,包括制热卡诺循环***1、闪蒸器4、料液泵5、冷凝罐2、不凝气排出装置3和冷凝液排出装置7和固液分离装置6,其中制热卡诺循环***1组成部件中有压缩机11、冷凝器12、蒸发器13、节流阀14等
压缩机11的出气口与冷凝器12的冷媒进口相连通,冷凝器12的冷媒出口通过液相冷媒管路140与蒸发器13的冷媒进口相连通,液相冷媒管路140上设有节流阀14,液相冷媒管路140在节流阀14的前端设有干燥过滤器1202和储液器1203。压缩机11的出气口与冷凝器12的冷媒进口之间的管路上设有用于分离润滑油的油分离器1204,油分离器1204通过回流管1205与压缩机11相连。冷凝器12的吸热侧出口与闪蒸器4的进料口相连通。
蒸发器13的冷媒出口与压缩机11的进气口相连通,压缩机11的进气口与蒸发器13的冷媒出口之间的管路上设有用于分离冷媒蒸汽中液滴的气液分离器1206。蒸发器13的冷凝液出口与冷凝罐2的进口相连通,不凝气排出装置3的进气端通过管道与蒸发器13放热侧出口、或者蒸发器13与冷凝罐2之间的连接管路30、或者冷凝罐2顶部相连通。冷凝液排出装置7的进液口与冷凝罐2下部相连通。
闪蒸器4的料液出口通过管道依次与料液泵5、冷凝器12的放热侧进口相连通。闪蒸器4的蒸汽出口与蒸发器13的蒸汽进口相连通。闪蒸器4上部蒸汽通道上并在蒸汽出口的前端设有用于去除微小液滴的除沫装置41,闪蒸器4下部设有饱和液与浓晶液分离装置42,闪蒸器4的料液出口位于饱和液与浓晶液分离装置42的侧面。
冷凝器12的换热面内壁面吸热侧、蒸发器13的换热面内壁面放热侧均胶黏贴合PTFE薄膜9。所有其它及接触料液的管路内壁面均内衬PTFE衬层或胶黏贴合PTFE薄膜。PTFE薄膜9包括通过热熔紧密贴合的至少两层聚四氟乙烯薄膜层90,PTFE薄膜9与换热面的内壁面相贴合的一面为改性面900,改性面900通过胶黏剂层901与管路内壁面紧密粘合,PTFE薄膜9至少有一层采用熔融挤出成型工艺制得。PTFE薄衬层9的厚度为20~100um。
本发明的工作原理为:从蒸发器13中蒸发的冷媒,先经气液分离器1206分离出冷媒蒸汽中的液滴,接着被压缩机11抽吸压缩,排出的高温高压冷媒蒸汽流经油分离器1204时被分离出润滑油,接着流进高耐腐蚀列管式冷凝器12的壳程被冷凝器12的吸热侧料液吸热冷却冷凝成冷媒液,接着冷媒液流进冷媒储液器1203,根据工况变化流出冷媒液。接着冷媒液流经节流阀14。从节流阀14流出的冷媒液变成低温低压的液体,在蒸发器13吸收蒸发器13放热侧的料液蒸汽的冷凝热,从而蒸发成低温冷媒蒸汽,从而实现循环。
流进高耐腐蚀冷凝器12的料液,在被列管式换热器(冷凝器12)的管程中吸热后,流经闪蒸器4进行闪蒸放热。生成的蒸汽作为蒸汽冷凝***的起点,进入蒸汽冷凝***。而闪蒸后的降温料液从闪蒸器4的中下部流出并经料液泵5加压。加压后料液再次流进高耐腐蚀冷凝器12进行吸热,从而实现料液的蒸发浓缩减量。
在闪蒸器4中生成的料液蒸汽,经除沫装置41去除微小液滴,流进蒸发器13管程进行冷凝放热。料液蒸汽经冷凝放热生成料液汽的冷凝液,流入冷凝灌2,若料液蒸汽超过外界大气压,则不凝气靠料液蒸汽压力排到外界;若料液蒸汽低于外界大气压,则不凝气依靠不凝气排出装置3排到外界,不凝气排出装置3为真空抽吸装置或真空泵。
本发明中,换热管壁面传热系数下降有限,计算过程,从《热泵技术手册》(陈东主编,第1版)的P299的表11-29典型冷凝器的传热系数和热流密度的推荐值中,以氟利昂为冷媒的卧式壳管式水冷凝器,水温升ΔTw=4~6℃,传热温差ΔTM=7~9℃,水速VF=1.5~2.5m/s,低肋铜管,肋化系数≥3.5,传热系数800~1200W.m-2.K-1,若对所有换热管的铜管内壁均内衬20-100微米厚的PTFE内衬层,那么不考虑介于铜管内壁与PTFE薄衬层之间胶黏剂的传热阻力,将PTFE的导热系数取0.256W.m-1.K-1计,按理论计算,原先为传热系数800W.m-2.K-1,内衬20-100微米厚的PTFE内衬层后的传热系数为610~753W.m-2.K-1,传热系数下降率分别为5.9%~24.8%;要达到相同传热效果,须增加6.3%~31.3%的传热面积;原先为传热系数1200W.m-2.K-1,内衬20-100微米厚的PTFE内衬层后的传热系数为817~1097W.m-2.K-1,传热系数下降率分别为8.6%~31.9%,要达到相同传热效果,须增加9.4%~46.9%的传热面积。考虑到极端应用的料液,增加的传热面积还可接受。这其中还不考虑PTFE内衬层与料液接触的表面润滑性和摩擦系数,表面润滑性和超低摩擦系数有利于降低换热管内管壁壁面的层流层厚度,从而提高层流层传热系数。
由于列管式冷凝器12在换热内管壁增加了PTFE薄膜和其它壁面增加了PTFE内衬的工艺后制造成本增加不大。因此在极端应用中,如在铬酸、盐酸、氯碱液、部分危废液等强腐蚀性的蒸发浓缩减量上,仍具明显竞争优势。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明,但所属领域的技术人员应该明白,在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内,在形式上和细节上对本发明做出各种变化,均为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种耐腐蚀的蒸发浓缩***,其特征在于:包括制热卡诺循环***、闪蒸器、料液泵和冷凝罐,所述闪蒸器的料液出口通过管道依次与料液泵、制热卡诺循环***中的冷凝器的吸热侧进口相连通,所述冷凝器的吸热侧出口与闪蒸器的进料口相连通,闪蒸器的蒸汽出口与制热卡诺循环***中的蒸发器的放热侧蒸汽进口相连通,所述蒸发器的放热侧的冷凝液出口与冷凝罐的进口相连通,所述冷凝器内的换热面的吸热侧的内壁面均胶黏贴合PTFE薄膜,其它所有接触料液的管路内壁面均内衬PTFE衬层。
2.如权利要求1所述的一种耐腐蚀的蒸发浓缩***,其特征在于:还包括不凝气排出装置,所述不凝气排出装置的进气端通过管道与所述蒸发器的放热侧出口或者所述蒸发器与所述冷凝罐之间的连接管路或者所述冷凝罐顶部相连通。
3.如权利要求1所述的一种耐腐蚀的蒸发浓缩***,其特征在于:所述蒸发器内的换热面的放热侧内壁面胶黏贴合PTFE薄膜,其它所有接触料液蒸汽或料液凝结水的管路内壁面均内衬PTFE衬层。
4.如权利要求1所述的一种耐腐蚀的蒸发浓缩***,其特征在于:所述的冷凝器为列管式换热器。
5.如权利要求1所述的一种耐腐蚀的蒸发浓缩***,其特征在于:所述的蒸发器为列管式换热器。
6.如权利要求1所述的一种耐腐蚀的蒸发浓缩***,其特征在于:所述闪蒸器上部蒸汽通道上并在所述蒸汽出口的前端设有用于去除微小液滴的除沫装置。
7.如权利要求1所述的一种耐腐蚀的蒸发浓缩***,其特征在于:所述闪蒸器下部设有饱和液与浓晶液分离装置,所述闪蒸器的料液出口位于所述饱和液与浓晶液分离装置的侧面。
8.如权利要求1所述的一种耐腐蚀的蒸发浓缩***,其特征在于:还包括冷凝液排出装置,所述冷凝液排出装置的进液口与冷凝罐下部相连通。
9.如权利要求8所述的一种耐腐蚀的蒸发浓缩***,其特征在于:所述的PTFE薄膜包括通过热熔紧密贴合的至少两层聚四氟乙烯材料层,所述PTFE薄膜与所述冷凝器的换热管的吸热侧内壁面相贴合的一面为改性面,所述改性面通过胶黏剂与所述换热管的吸热侧内壁面紧密粘合,所述的PTFE薄膜至少有一层在热熔贴合前采用熔融挤出成型工艺制得。
10.如权利要求9所述的一种耐腐蚀的蒸发浓缩***,其特征在于:所述PTFE薄膜的厚度为20~100um。
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