双体系蒸发结晶装置及蒸发结晶方法
技术领域
本发明涉及一种蒸发结晶装置及方法,尤其涉及一种双体系蒸发结晶装置及蒸发结晶方法,属于蒸发结晶技术领域,尤其适用于含高浓度有机物及无机物的废液及复杂工业废水的预处理和减量。
背景技术
在含高盐、高有机物的液体结晶过程中,通常采用MVR蒸发器或三效蒸发器,这两种蒸发器都是利用在负压下将废液加热到沸点,然后通过沸腾将其中的水分生成水蒸汽的原理实现蒸发的,在盐化工行业中的应用非常广泛。但在复杂的工业废液处理过程中,由于液体的硬度较高,且COD、酸、碱等物质大量存在,因此结晶非常困难,易腐蚀、易堵塞、结焦等各种情况非常常见,以至于设备建成投产后,无法连续稳定的运行,会给企业造成一定的经济损失和较大的麻烦。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种双体系蒸发结晶装置及蒸发结晶方法,使用该装置进行的蒸发结晶,能够利用表面蒸发原理将废液浓缩至饱和状态后,再利用微负压沸腾蒸发方式加热结晶,结晶产生的二次蒸汽再回到表面蒸发段进行二次利用,达到节能的目的,同时解决了传统蒸发器使用过程中存在的问题。
本发明的技术方案是:
本发明公开了一种双体系蒸发结晶方法,该方法主要包括下述步骤:
废液泵送进入浓缩塔循环液循环管路中经预热及加热升温后自浓缩塔顶部进入浓缩塔内,循环空气自浓缩塔底部进入浓缩塔内与废液逆流接触,使废液中的水份向空气中转移实现浓缩;
浓缩塔顶部形成的饱和高温湿空气自冷凝塔组底部依次进入冷凝塔组中的各冷凝塔内进行冷凝,所形成的冷凝水经换热制冷后作为其他冷凝塔的喷淋水向该冷凝塔内喷淋;经冷凝处理后的空气作为所述循环空气通入所述浓缩塔的底部;
所得非饱和浓缩液排至浓缩塔循环液循环管路中与泵入的废液合并;
所得饱和浓缩液定时排至蒸发结晶釜内进行微负压沸腾蒸发,蒸发后所得的混合物排至离心设备中进行固液分离获得盐结晶。
其进一步的技术方案是:
所述浓缩塔循环液循环管路包括沿非饱和浓缩液流动方向依次连通设置的高温冷凝水预热换热器和蒸汽加热器,浓缩塔底部排出的非饱和浓缩液作为冷侧进入高温冷凝水预热换热器,冷凝塔所形成的一路高温冷凝水作为热侧进入高温冷凝水预热换热器,实现非饱和浓缩液的预热和该路高温冷凝水的制冷;经预热后的非饱和浓缩液作为冷侧进入蒸汽加热器,蒸发结晶釜微负压沸腾蒸发所得二次蒸汽经蒸汽喷射泵引射加压升温后作为热侧进入蒸汽加热器,能够将循环的非饱和浓缩液升温加热到80-85℃。
其进一步的技术方案是:
所述蒸发结晶釜内的饱和浓缩液在微负压沸腾蒸发下蒸发至30-40%的含固率后,排至外部离心设备进行固液分离,得到盐结晶;母液返回至蒸发结晶釜循环处置结晶或排放至蒸发结晶体系外。
其进一步的技术方案是:
所述浓缩塔内的底部处定位设有一液位传感器和一密度传感器,当浓缩塔底部液体的密度达到预设值后,控制浓缩塔向蒸发结晶釜内排出饱和浓缩液;当浓缩液底部液体的密度未达到预设值但达到设定最低工作液位以上时,控制浓缩塔向浓缩塔循环液循环管路中排出非饱和浓缩液。
本发明还公开了一种应用于上述方法的双体系蒸发结晶装置,该装置包括一浓缩塔,该浓缩塔底部的非饱和浓缩液排出口通过浓缩塔循环液循环管路与该浓缩塔的顶部连通;该浓缩塔底部的饱和浓缩液排出口通过管道与一结晶蒸发釜连通;该浓缩塔顶部的浓缩塔气体出口通过管道与一冷凝塔组底部的冷凝气体进口连通;
所述冷凝塔组包括至少两个冷凝塔,每个冷凝塔底部的冷凝液排出口均经管道和一换热装置后与其他一个冷凝塔的顶部连通;所述冷凝塔组中前一冷凝塔的冷凝气体出口通过管道与后一冷凝塔的冷凝气体进口连通,且处于尾端的冷凝塔的冷凝气体出口通过管道与浓缩塔气体进口连通构成空气循环回路。
其进一步的技术方案是:
所述浓缩塔循环液循环管路包括沿非饱和浓缩液流动方向依次连通设置的高温冷凝水预热换热器和蒸汽加热器,所述非饱和浓缩液排出口经管道和一蒸发塔循环泵与所述高温冷凝水预热换热器的冷侧进口连通,且该高温冷凝水预热换热器的冷侧出口经管道与所述蒸汽加热器的冷侧进口连通,且该蒸汽加热器的冷侧出口经管道与所述浓缩塔的顶部连通。
其进一步的技术方案是:
所述高温冷凝水预热换热器的冷侧进口处通过管道和一进水泵与待处理废液源连通。
其进一步的技术方案是:
所述冷凝塔组包括第一冷凝塔和第二冷凝塔,其中第一冷凝塔底部的冷凝液排出口经管道和一高温冷凝水循环泵后与高温冷凝水预热换热器的热侧管道入口连通,且热侧管道出口经管道与第二冷凝塔的顶部连通;第二冷凝塔底部的冷凝液排出口经管道和一低温冷凝水循环泵后与一冷却板式换热器的热侧管路入口连通,且该热侧管路的出口与位于第一冷凝塔的顶部连通。
其进一步的技术方案是:
所述冷却板式换热器的冷侧入口和冷侧出口分别与外界冷却循环水供、回水管道连通;所述浓缩塔、第一冷凝塔和第二冷凝塔的顶部均定位设有一用于喷洒液体的布水器。
其进一步的技术方案是:
所述结晶蒸发釜的二次蒸汽出口经管道与一蒸汽喷射泵的引射接口连通,且该蒸汽喷射泵的出口与所述蒸汽加热器的热侧进口连通;所述浓缩塔和冷凝塔组中的各冷凝塔的中段处均定位设有折板式规整填料。
本发明的有益技术效果是:
本发明利用循环气体在不同温度下饱和含湿量的差异对含高盐、高有机物的废液进行浓缩,其利用表面蒸发原理,即利用空气携湿的能力将原料中的水分提取出来,达到浓缩目的;浓缩后续使用至少两个冷凝塔联用,结合浓缩塔一并采用微正压,因此可以采用板式换热器等多种形式的换热器,通过大流速来减少换热器内出现堵塞、结垢的频率,从而能够保证该套设备稳定运行;
本发明采用微负压沸腾蒸发方式对经浓缩后的废液进行蒸发结晶,产生的高温二次蒸汽利用蒸汽喷射泵对其引射和加压升温,对废液和循环液进行加热升温,此外***还利用冷凝塔组产生的高温冷凝液经换热冷却后作为冷凝塔组内其他冷凝塔顶部的喷淋水,能够实现物料和能量的循环利用,从而达到节能的目的。
蒸汽喷射泵的使用一方面使得高温二次蒸汽得到加压升温,被100%回收并高效地用于表面蒸发设备的循环液升温,换热部件无须承受负压,因而可以使用经济高效的板式换热器,另一方面也取代了水环式真空泵或水喷射真空泵,降低了***的动力消耗,达到节能的目的。
附图说明
图1是本发明所述装置的整体结构示意图;其中虚线表示循环空气流动路线;
其中:
1、进水泵;
2、蒸发塔循环泵;
3、高温冷凝水预热换热器;
4、浓缩塔;41、非饱和浓缩液排出口;42、饱和浓缩液排出口;43、浓缩塔气体出口;
5、折板式填料;
6、布水器;
7、冷凝塔组;71、第一冷凝塔;72、第二冷凝塔;
8、浓缩塔循环液循环管路;
9、排浓泵;
10、蒸汽加热器;
11、高温冷凝水循环泵;
12、低温冷凝水循环泵;
13、冷却板式换热器;
14、结晶蒸发釜;
15、蒸汽喷射泵;
16、循环风机。
具体实施方式
为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述,以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
本发明详细公开了一种双体系蒸发结晶装置,该装置主要由一浓缩塔4、结晶蒸发釜14、冷凝塔组7、浓缩塔循环液循环管路8和换热装置组成。
浓缩塔4的底部最低点处开设有非饱和浓缩液排出口41,该非饱和浓缩液排出口41通过浓缩塔循环液循环管路8与该浓缩塔的顶部连通,其中浓缩塔循环液循环管路8包括沿非饱和浓缩液流动方向依次连通设置的高温冷凝水预热换热器3和蒸汽加热器10。具体的连接方式为,非饱和浓缩液排出口41经管道和一位于该排出口处的蒸发塔循环泵2与高温冷凝水预热换热器3的冷侧进口连通,且该高温冷凝水预热换热器3的冷侧出口经管道与蒸汽加热器10的冷侧进口连通,且该蒸汽加热器10的冷侧出口经管道与浓缩塔4的顶部连通;此外,高温冷凝水预热换热器3的冷侧进口处通过管道和一进水泵1与待处理废液源连通。这样,非饱和浓缩液和待处理废液作为冷侧依次流经高温冷凝水预热换热器3和蒸汽加热器10,并被加热到预定温度后,从浓缩塔4的顶部喷洒下来。
浓缩塔4的底部靠上位置处开设有饱和浓缩液排出口42,该饱和浓缩液排出口42通过管道与结晶蒸发釜14连通。浓缩塔4内的底部处定位设有一液位传感器和一密度传感器,且浓缩塔的饱和液排出口外部的管路上定位设有一排浓泵9,当检测到浓缩液密度达到预设值后,排浓泵启动,将饱和浓缩液排向结晶蒸发釜,且通过液位传感器控制该浓缩塔底部的液位高低。
结晶蒸发釜14为夹套式蒸发釜或半盘管加热蒸发釜,该蒸发釜的夹套或外盘管上部设有供外界蒸汽源进入的蒸汽入口和供夹套或盘管内冷凝水排出的冷凝水出口,生蒸汽从该蒸汽入口进入夹套或盘管内,与蒸发釜进行换热形成蒸汽冷凝水后从冷凝水出口排出。该蒸发釜14的顶盖上开设有二次蒸汽出口,该二次蒸汽出口经管道与一蒸汽喷射泵15的引射进口连通,该蒸汽喷射泵的驱动蒸汽进口通过管道与外界蒸汽源连通,且该蒸汽喷射泵15的出口与前述蒸汽加热器10的热侧进口连通。混合产生的二次蒸汽作为蒸汽加热器10的热侧,预加热后的循环非饱和浓缩液和待处理废液作为蒸汽加热器10的冷侧,二者在蒸汽加热器10内进行热量交换。此外,结晶蒸发釜14内定位设有搅拌装置,且在釜体的底部位置处开设有一结晶盐排出口。
浓缩塔4的顶部最高点处开设有浓缩塔气体出口43,该浓缩塔气体出口43通过管道与冷凝塔组7底部的冷凝气体进口连通。冷凝塔组7包括至少两个冷凝塔,每个冷凝塔底部的冷凝液排出口均经管道和一换热装置后与其他一个冷凝塔的顶部连通;且冷凝塔组7中前一冷凝塔的冷凝气体出口通过管道与后一冷凝塔的冷凝气体进口连通,且处于尾端的冷凝塔的冷凝气体出口通过管道和一循环风机16与浓缩塔气体进口连通构成空气循环回路。
本具体实施例中,冷凝塔组7包括两个冷凝塔,即第一冷凝塔71和第二冷凝塔72。第一冷凝塔71底部的冷凝液排出口经管道和一高温冷凝水循环泵11后与高温冷凝水预热换热器3的热侧管道入口连通,且热侧管道出口经管道与第二冷凝塔的顶部连通,即第一冷凝塔内经冷凝形成的高温冷凝水作为热侧进入高温冷凝水预热换热器。第二冷凝塔底部72的冷凝液排出口经管道和一低温冷凝水循环泵12后与一冷却板式换热器13的热侧管路入口连通,且该热侧管路的出口与位于第一冷凝塔的顶部连通,其中冷却板式换热器13的冷侧入口和冷侧出口分别与外界冷却循环水源连通,即第二冷凝塔内经冷凝形成的低温冷凝水作为热侧进入冷却板式换热器内。第一冷凝塔71顶部的冷凝气体出口经管道与第二冷凝塔72底部的冷凝气体进口连通,第二冷凝塔72顶部的冷凝气体出口经管道和循环风机16与浓缩塔底部的气体进口连通。
本具体实施例中,浓缩塔4、第一冷凝塔71和第二冷凝塔72的顶部均定位设有一用于喷洒液体的布水器6,经管道进入上述塔顶部的液体,均经布水器在塔内自塔顶部向底部均匀布水。
本具体实施例中,浓缩塔4和冷凝塔组7中的各冷凝塔,如第一冷凝塔71和第二冷凝塔72的中段位置处均定位设有折板式规整填料5,该折板式规整填料能够提升水气接触面积,促进气液两相的转换。
本具体实施例中,主要采用耐腐蚀的高分子复合材料作为浓缩塔、冷凝塔及其它主要设备的接触介质部分及设备主体材料,其能够显著提高***的耐腐蚀性能,同时减少金属材质的应用,可以有效降低设备造价。
本发明还详细记载了一种双体系蒸发结晶方法,该方法主要包括下述步骤:
废液用进水泵1加压送到浓缩塔循环液循环管路8中。该浓缩塔循环液循环管路8主要由沿非饱和浓缩液流动方向依次连通设置的蒸发塔循环泵2、高温冷凝水预热换热器3和蒸汽加热器10组成,用于浓缩塔内非饱和浓缩循环液的循环。
非饱和浓缩循环液由浓缩塔4底部的非饱和浓缩液排出口流出后进入浓缩塔循环液循环管路8中。该非饱和浓缩循环液经蒸发塔循环泵2加压,送至高温冷凝水预热换热器3内,和前述的废液合并后作为冷侧被该高温冷凝水预热换热器3预热后,再经管道进入蒸汽加热器10内作为冷侧被该蒸汽加热器10加热,通过这两个换热装置将废液和非饱和浓缩循环液的温度升温加热到80-85℃后,再通过浓缩塔4内顶部的布水器6向浓缩塔4布水。浓缩塔4内部中段位置处设置折板式规整填料,用于提升气水接触面积,促进废液中的水份向气相中转移。当浓缩塔底部液体的密度达到预设值后,控制排浓泵9向蒸发结晶釜内排出饱和浓缩液;当浓缩液底部液体的密度未达到预设值但达到设最低工作液位以上时,控制浓缩塔向浓缩塔循环液循环管路中排出非饱和浓缩液。
循环风机16自浓缩塔底部向浓缩塔4内持续鼓入循环空气。在塔内,循环空气与高温废液不断的逆流接触,废液在折板表面形成液膜,与空气接触后,废液中的水份向空气中转移,形成浓缩过程。空气到达浓缩塔的顶部时形成饱和高温湿空气,该饱和高温湿空气自冷凝塔组7底部依次进入冷凝塔组中的各冷凝塔内进行冷凝;所形成的冷凝水经换热制冷后作为其他冷凝塔的喷淋水向该冷凝塔内喷淋;经冷凝处理后的空气作为循环空气通入浓缩塔的底部。
冷凝塔组7包括至少两个冷凝塔,本具体实施例中为第一冷凝塔71和第二冷凝塔72,每个冷凝塔内均设有布水器6和折板式填料5。饱和高温湿空气从第一冷凝塔的下部进入,与冷凝水在折板式填料处充分接触,空气中的水分遇到冷凝水温度降低,空气中的水分由气态转为液态,同时释放潜热,则冷凝水温度升高。第一冷凝塔的底部均设有冷凝液排出口,用于和高温冷凝水循环泵11连接,高温冷凝水通过高温冷凝水循环泵11向高温冷凝水预热换热器3进行输送提供热量,与冷凝塔浓缩循环液进行换热后,温度降低,再回送至第二冷凝塔72的顶部,通过布水器向塔内喷淋,然后与空气接触。
即,非饱和浓缩液排出后作为冷侧进入高温冷凝水预热换热器3,第一冷凝塔所形成的高温冷凝水作为热侧进入高温冷凝水预热换热器3,实现非饱和浓缩液的预热和该路高温冷凝水的制冷;经预热后的非饱和浓缩液作为冷侧进入蒸汽加热器10,蒸发结晶釜微负压沸腾蒸发所得二次蒸汽加压升温后作为热侧进入蒸汽加热器,能够将非饱和浓缩液升温加热到80-85℃。
经第一冷凝塔71降温后的空气,温度仍较高,一般达到60℃左右,为进一步回收空气中的水分,空气继续通过管道送至第二冷凝塔72,利用第二冷凝塔72顶部的喷淋液体进一步降温除湿。第二冷凝塔构造与第一级冷凝塔相同,底部冷凝水出口与低温冷凝水循环泵12及冷却板式换热器13组成循环管路,利用外部的冷却循环水给冷凝水降温,降温后的冷凝水输送至第一冷凝塔的顶部,通过布水器向塔内喷淋,回收空气中的水分冷凝的潜热形成高温冷凝水并输送至高温冷凝水预热换热器3。
浓缩塔4底部排出的饱和浓缩液送至蒸发结晶釜14中进行微负压沸腾蒸发。该蒸发结晶釜采用夹套式或外半盘管式,夹套或盘管内通入外界蒸汽,该外界蒸汽用于给釜内浓缩液升温直至沸腾,微负压沸腾蒸发中水分转为二次蒸汽,然后将该二次蒸汽送至蒸汽喷射泵15再次加压后,给蒸汽加热器10提供热量,用于非饱和浓缩液加热升温。随着蒸发结晶釜内14内的水分不断减少,最终达到过饱和,结晶盐析出,当蒸发至30-40%的含固率后,送至外部离心设备进行固液分离后,将盐结晶从***内拿出,得到盐结晶。
本发明的原理如下:
待处理废液由进水泵泵至浓缩塔循环液循环管路,通过串接的高温冷凝水预热换热器及蒸汽加热器进行加温,升至预设温度后由浓缩塔顶部进入浓缩塔;循环风机鼓入的空气由浓缩塔顶部进入浓缩塔,两者在塔内部逆流接触,循环液的热量向空气中转移,同时也将废液中的水分转移至气相中,实现浓缩。
经浓缩后的饱和液达到预设浓度后,定时排至结晶釜。结晶釜夹套或套管内通入生蒸汽,用于对饱和液进行加温蒸发,产生的二次蒸汽进入蒸汽喷射泵,利用生蒸汽再次给二次蒸汽升温及升压,并送至浓缩塔循环液循环管路上的蒸汽加热板换热,实现二次蒸汽的利用。蒸发结晶釜内的饱和溶液随着水分的不断减少,盐份不断析出,达到30%~40%的含固率后外排至离心设备。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,并不用于限制本发明,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。