JP2020500690A - 低重力場により強化される多段蒸発システム - Google Patents

Abstract

【課題】 座クッションを提供することを課題とする。【解決手段】 低重力場強化多段蒸発システムであって、多段蒸発構造で構成され、各段蒸発構造の空気及び溶液の異なる組み合わせタイプによって空気直列接続・溶液並列接続、空気直列接続・溶液直列接続及び空気並列接続・溶液直列接続という３つの操作モードに分けることができる。システムは、空気が湿気を運ぶ能力が温度上昇に伴い増大する特性を利用して蒸発操作を行い、蒸発室において溶液と空気が直接接触熱・物質交換を通じて溶液が回転している充填物に散布され、低重力場の作用下で均等に分布させ、熱・物質交換を強化し、同時にスケール付着現象を防止する。溶液は、自身の熱を吸収することによって気化され、同時に空気が溶液の加熱を通じて昇温した後、更に多くの水蒸気を運ぶことができることで、気化した溶液を連れ去り、したがって蒸発の目的を達成する。【選択図】 図１

Description

本発明は、蒸発処理分野に関し、特に、低重力場強化多段蒸発システムに関する。

蒸発プロセスは、化学工業、軽工業、食品、製薬、汚水処理等の工業プロセスにおいて、よく見られ主要なプロセスである。蒸発プロセスは、蒸気を大量に消費する必要があり、高いエネルギー消費プロセスである。蒸発プロセスは、プロセス産業に幅広く運用されているため、蒸発プロセスにおけるエネルギー利用率のアップは、石油化学、冶金等のプロセス産業の省エネや効率向上、産業競争力の向上にとって、非常に重要である。

現行において、蒸発法で溶液の濃縮を行う技術は、主に多重効用蒸発技術及び機械的蒸気再圧縮技術がある。多重効用蒸発は、前段蒸発器で発生した二次蒸気を熱源として次段の蒸発器を加熱し、複数の蒸発器を直列に接続して操作し、蒸気使用量を大幅に低下させることができ；機械的蒸気再圧縮技術では、蒸発器によって生成された二次蒸気は、その熱力学的品質を改善するために再圧縮され、一次蒸気を補充するかまたは完全に置き換えるために加熱蒸気として蒸発器に再び入る。

多重効用蒸発技術が一部の生蒸気を節約するが、第１効用に蒸気を絶え間なく供給する必要があり、最後の効用で発生した二次蒸気は基本的に直接凝縮するため、利用されることなく、かつ効用数が多ければ多いほど、設備の体積が益々巨大で、設備の投資が比較的大きくなり；機械的蒸気再圧縮技術は、多重効用蒸発の最後効用に残存した二次蒸気を直接凝縮して排出することで起きる無駄現象を克服し、その運行コストが主に蒸気圧縮機の電気エネルギー消費であるが、そのコア設備の蒸気圧縮機の防食・防錆保護及び長期運転条件における安全性や信頼性は、解決が待たれる難題であった。

本発明は、従来技術の不足について、空気が湿気を運ぶ能力により溶液内の純水を連れ去ることで、蒸発の目的を達成する低重力場強化多段蒸発システムを提供することにある。蒸発を実現する原理は、空気が湿気を運ぶ能力が温度上昇に伴い増大する特性を利用し、熱溶液を通じて空気と直接接触熱・物質交換を行い、昇温吸湿後の空気を復熱器に入って溶液と熱交換させることで、エネルギーを合理的に利用する。多段蒸発構造型を用いることで、風量を減少し、ファンのエネルギー消費が減らす目的を達成し；充填物の低速回転を通じて、低重力場を形成させ、溶液を充填物に均一に分布させ、熱・物質交換の効果を強化させ、溶液が充填物内において径方向に沿って周囲へ運動することで、スケール付着現象を防止する。

上記目的を達成するため、本発明は、以下の技術的解決策を用いた。

低重力場強化多段蒸発システムであって、貯液槽と予熱器と第１段蒸発構造と第２段蒸発構造と第３段蒸発構造とファンとフィードポンプと循環ポンプと循環タンクとを含み、前記第１段蒸発構造、第２段蒸発構造及び第３段蒸発構造は、いずれも蒸発室、凝縮復熱器及び凝縮除湿機を含み；前記貯液槽内の原料溶液及び循環タンク内の濃縮溶液は各々フィードポンプ及び循環ポンプの作用下で混合され、混合液を３分流して各々各段蒸発構造の凝縮復熱器内に入り、混合液が湿り空気の余熱を吸収した後で合流して予熱器に入り、蒸気で加熱された後、再度３分流して各々各段蒸発構造の蒸発室に入り、蒸発室において、循環空気と直接接触熱・物質交換を行い、蒸発室の底部から循環タンクに流入され；前記循環空気をファンの作用下で第１段蒸発構造、第２段蒸発構造及び第３段蒸発構造の順を通過させて、循環を繰り返すことを特徴とする。

低重力場強化多段蒸発システムであって、貯液槽とフィードポンプと循環ポンプと第１段蒸発構造と第２段蒸発構造と第３段蒸発構造とファンと循環タンクとを含み、前記第１段蒸発構造、第２段蒸発構造及び第３段蒸発構造は、いずれも蒸発室、凝縮復熱器、凝縮除湿機及び予熱器を含み；前記貯液槽内の原料溶液及び循環タンク内の濃縮溶液が各々フィードポンプ及び循環ポンプの作用下で混合され、混合液を第３段蒸発構造、第２段蒸発構造及び第１段蒸発構造に順次入り、各段蒸発構造内において各々凝縮復熱器及び予熱器で加熱された後で蒸発室に入り、蒸発室において循環空気と直接接触熱・物質交換を行うと共に蒸発室の底部から循環タンクに流入され；前記循環空気は、ファンの作用下で、第１段蒸発構造、第２段蒸発構造及び第３段蒸発構造の順を通過して循環を繰り返すことを特徴とする。

低重力場強化多段蒸発システムであって、貯液槽とフィードポンプと循環ポンプと第１段蒸発構造と第２段蒸発構造と第３段蒸発構造と除塵装置とファンと循環タンクとを含み、前記第１段蒸発構造、第２段蒸発構造及び第３段蒸発構造は、いずれも蒸発室、凝縮復熱器及び予熱器を含み；前記貯液槽内の原料溶液及び循環タンク内の濃縮溶液が各々フィードポンプ及び循環ポンプの作用下で混合され、混合液を第３段蒸発構造、第２段蒸発構造及び第１段蒸発構造に順次入り、各段蒸発構造内において各々凝縮復熱器及び予熱器で加熱された後で蒸発室に入り、蒸発室において循環空気と直接接触熱・物質交換を行うと共に蒸発室の底部から循環タンクに流入され；空気は、除塵装置及びファンの作用下で、各々第１段蒸発構造、第２段蒸発構造及び第３段蒸発構造に入って最終的に大気中に放出されることを特徴とする。

上記技術的解決策を最適化するため、講じる具体的措置は、更に次のものを含む。

前記混合液は、バルブを通じて各段蒸発構造の凝縮復熱器に入る流量が同じになるよう制御し；混合液が予熱器を通った時、バルブの制御を通じて３分流して各段蒸発構造の蒸発室に入らせる。

前記ファンは、循環空気を蒸発室の底部から吹き込み、循環空気が混合液で加熱された後、混合液中の水分を連れ去ると共に凝縮復熱器において混合液と熱交換し、循環空気の余熱を回収し、更に凝縮除湿機を経て冷却水と熱交換し、循環空気を蒸発室に入る前の状態に戻らせ、その後次段の蒸発構造に入らせて、閉ループ操作を行う。

前記凝縮除湿機は、循環冷却水を通じて循環空気を降温し、循環冷却水が循環空気の熱を吸収した後で冷却水塔を通じて降温され、循環ポンプで凝縮除湿機に送り込んで循環操作する。

前記蒸発室の上部に溶液流入管が設けられ、溶液流入管は予熱器と連なり、混合液の流入に用いられ；蒸発室の底部に溶液流出管が設けられ、溶液流出管は、循環タンクと連なり、濃縮溶液の流出に用いられ；蒸発室の下部に空気流入管が設けられ、空気流入管は、ファンと連なり、循環空気の流入に用いられ；蒸発室の頂部に空気流出管が更に設けられ、空気流出管は、凝縮復熱器と連なり、循環空気の流出に用いられ、循環空気の余熱が回収利用される。

前記蒸発室の上部に溶液流入管が設けられ、溶液流入管は予熱器と連なり、混合液の流入に用いられ；蒸発室の底部に溶液流出管が設けられ、溶液流出管は、循環タンクと連なり、濃縮溶液の流出に用いられ；蒸発室の下部に空気流入管が設けられ、空気流入管は、ファン、除塵装置と連なり、空気の流入に用いられ；蒸発室の頂部に空気流出管が更に設けられ、空気流出管は、凝縮復熱器と連なり、空気が凝縮復熱器から大気中に放出される。

前記蒸発室は、噴流式構造を用い、頂部に複数のノズルが設けられ、各ノズルから噴出される混合液が一定角度で円錐状を呈して落下し、溶液流入管が蒸発室に突入された後、蒸発室の頂部で円形サポータとなり、ノズルがサポータで均一に配置される。

前記蒸発室は、低重力場回転構造を用い、回転軸に固定された円筒型充填層を備え、熱溶液がまず蒸発室の頂部にあるノズルを通じて充填物に噴流され、モータがベルトを通じて回転軸を回転させ、充填物が回転軸に連動して低速回転することで、低重力場となって溶液が充填物内に均一に分布され、径方向に沿って中央から充填物の周囲までの運動を生じる。

処理が必要な溶液の処理量、濃度、処理要求の違い及び動作環境の差異に応じて異なる直列・並列接続タイプの蒸発システムを用いることができる。処理が必要な溶液の初期濃度が比較的低く、処理濃度の要求が比較的高い時、指定した処理要求に達するため、数回の循環操作が必要で、この場合において、溶液直列接続タイプを用いることが望ましく、多段蒸発室の直列接続操作を通じて、徐々に溶液を指定した処理要求まで濃縮し；処理が必要な溶液の処理量が比較的大きい時、処理効率をアップするため、この場合において、溶液の並列接続タイプを用いることが望ましく、多段蒸発室の並列接続操作を通じることで、ファン性能条件を高める必要がない状態において、溶液処理量を増大させ；周囲温度が適切し、変動範囲が比較的小さく、かつ制御精度の要求が高くない時、空気並列接続タイプを用いることができ、この場合において湿気を運ぶ空気は、外気から直接取り込むことができ、凝縮除湿装置を増設する必要がなく；周囲温度変動範囲が比較的大きい、或いは制御精度の要求が比較的高い時、空気直列接続タイプを用い、この場合において湿気を運ぶ空気を閉ループとし、外部環境と接触せず、システムの制御が便利になる。

本発明の実施例１（空気直列接続・溶液並列接続）の動作模式図である。 本発明の実施例２（空気直列接続・溶液直列接続）の動作模式図である。 本発明の実施例３（空気並列接続・溶液直列接続）の動作模式図である。 本発明の実施例１、実施例２における循環冷却システムの動作模式図である。

以下、添付図面を基に本発明について更なる説明をしていく。

図１に示すように、空気直列接続・溶液並列接続の低重力場強化多段蒸発システムは、貯液槽１１と予熱器１２と第１段蒸発構造１３と第２段蒸発構造１４と第３段蒸発構造１５とファン１６１、１６２、１６３とフィードポンプ１７１と循環ポンプ１７２と循環タンク１９とを含み、第１段蒸発構造１３、第２段蒸発構造１４及び第３段蒸発構造１５がいずれも蒸発室１３１、１４１、１５１、凝縮復熱器１３２、１４２、１５２及び凝縮除湿機１３３、１４３、１５３を含む。

蒸発室１３１、１４１、１５１の上部に溶液流入管１３１１、１４１１、１５１１が設けられ、溶液流入管１３１１、１４１１、１５１１は、予熱器１２と連なり、混合液の流入に用いられ、蒸発室１３１、１４１、１５１の底部に溶液流出管１３１２、１４１２、１５１２が設けられ、溶液流出管１３１２、１４１２、１５１２が循環タンク１９と連なり、濃縮溶液の流出に用いられ、蒸発室１３１、１４１、１５１の下部に空気流入管１３１３、１４１３、１５１３が設けられ、空気流入管１３１３、１４１３、１５１３がファン１６１、１６２、１６３と連なり、循環空気の流入に用いられ、蒸発室１３１、１４１、１５１の頂部に空気流出管１３１４、１４１４、１５１４が設けられ、空気流出管１３１４、１４１４、１５１４が凝縮復熱器１３２、１４２、１５２と連なり、循環空気の流出に用いられ、循環空気の余熱が回収利用される。蒸発室１３１、１４１、１５１は、噴流式構造を用い、頂部に複数のノズルが設けられ、各ノズルから噴出される混合液が一定角度で円錐状を呈して落下し、溶液流入管１３１１、１４１１、１５１１が蒸発室１３１、１４１、１５１に突入された後、蒸発室１３１、１４１、１５１の頂部で円形サポータとなり液滴の均一な散布のため、ノズルがサポータで均一に配置される。ノズルの下部にある円筒型充填物が回転軸に固定され、モータがベルトを通じて回転軸を駆動することで、充填物を低速回転させて低重力場となり、充填物に噴流された熱溶液が比較的弱い遠心力作用により、中央から周囲へ向けて散布する運動となり、充填物内に均一に分布し、空気が下から上へ充填物に入って溶液と向流接触熱・物質交換を行い、該構造の回転軸強度、剛性及び動的シールに対する要求が比較的低いため、容易に実現する。回転軸が円筒型充填物サポータと固定され、蒸発室１３１、１４１、１５１の底部から突出し、蒸発室１３１、１４１、１５１底部との接触部が動的シールを用いる。

貯液槽１１は、循環タンク１９と連なり、凝縮復熱器１３２、１４２、１５２まで接続し、各段凝縮復熱器１３２、１４２、１５２が予熱器１２を通じて各々蒸発室１３１、１４１、１５１また接続され、各段蒸発室１３１、１４１、１５１が循環タンク１９と連なる。ダクトファン１６１、１６２、１６３は、蒸発室１３１、１４１、１５１の循環空気流入管１３１３、１４１３、１５１３と順次連なり、循環空気流出管１３１４、１４１４、１５１４が各段凝縮復熱器１３２、１４２、１５２及び各段凝縮除湿機１３３、１４３、１５３と連なる。

システムのプロセス：フィードポンプ１７１及び循環ポンプ１７２を通じて貯液槽１１及び循環タンク１９内の溶液を混合させると共に凝縮復熱器１３２、１４２、１５２内に送り込んで循環空気と熱交換し、その後予熱器１２に入って蒸気と熱交換した後で各々蒸発室１３１、１４１、１５１内に入って循環空気と直接接触熱・物質交換を行い、濃縮後の混合液（濃縮溶液）を循環タンク１９内に入らせ、循環タンク１９中部の配管を通じて直接循環タンク１９の底部に入り、溶液出口が循環タンク１９の側面上部に設けられ、固体結晶、沈殿物を循環タンク１９の底部に滞留することを保証し、循環に用いられる溶液が上澄み液であり、一部の上澄み液と原料溶液を混合して再度循環させ、循環タンク１９の底部の一部溶液が導出されて結晶処理、固液分離を行う。ダクトファン１６１により、循環空気を蒸発室１３１に吹き込んで熱溶液と直接接触させ、昇温吸湿を行い、凝縮復熱器１３２による凝縮・熱交換を経た後、循環空気が初めて降温され、凝縮水が排出され、更に凝縮除湿機１３３内に入らせて冷却水と熱交換され、更に降温した後で循環空気に吸湿能力を改めて持たせ、再度第２段蒸発構造１４及び第３段蒸発構造１５に吹き込み、その吸湿除湿メカニズムが第１段蒸発構造１３と同一し、空気の各段蒸発構造において循環作用を繰り返す。循環タンク１９内の液面の高さを通じて、原料弁及び循環弁の開度を制御し、各々貯液槽１１及び循環タンク１９からの溶液流量を制御させ、またバルブ１８１、１８２、１８３を通じて各段凝縮復熱器１３２、１４２、１５２に入る溶液流量が同じになるよう制御することで、各段蒸発・凝縮・熱交換条件に同じさせる。混合液が予熱器１２を通った時、バルブ１８４、１８５、１８６の制御を通じて３分流して各段蒸発構造の蒸発室１３１、１４１、１５１内に入らせる。

蒸気を熱源として混合液を指定温度まで加熱し、空気を吸湿担体として選択し、循環空気はファン１６１、１６２、１６３の作用において蒸発室１３１、１４１、１５１に入らせ、混合液が蒸発室１３１、１４１、１５１内において空気と直接接触熱・物質交換を行い、空気温度が上昇し、混合液内の一部純水が気化し、空気がこの部分の水蒸気を連れ去って凝縮復熱器１３２、１４２、１５２内に入って溶液と熱交換し、初期凝縮を行って空気の余熱が回収利用され、同時に空気内の一部水蒸気を凝縮して析出し、その後、初期降温後、循環空気を凝縮除湿機１３３、１４３、１５３内に再度吹き込んで循環冷却水と熱交換した後、蒸発室１３１、１４１、１５１に入らせる前の状態に戻し、かつ次段蒸発室へ導入して、湿気の運び・除湿のサイクルを行い；多段蒸発構造の直列接続を用いて、空気使用量を節約し、ファンエネルギー消費を減少する目的を達成する。

システムの運転時、ファン１６１、１６２、１６３の作用において、循環空気がダクト、蒸発室１３１、１４１、１５１、凝縮復熱器１３２、１４２、１５２、凝縮除湿機１３３、１４３、１５３内において循環流動し；溶液は各段凝縮復熱器及び予熱器を通った後、指定温度に達し、蒸発室１３１、１４１、１５１の頂部に突入される溶液流入管１３１１、１４１１、１５１１、頂部の液体分配器を通じて各枝管内に入らせ、枝管に複数のノズルが均一に分布され、溶液がノズルを通じて噴出した後、円錐状で落下し、低重力場の弱遠心力作用を経た後充填物内に均一に分布され、空気がファン１６１、１６２、１６３を通じて蒸発室の底部にある空気流入管１３１３、１４１３、１５１３から蒸発室１３１、１４１、１５１内に吹き込まれ、空気と溶液が向流直接接触熱・物質交換を行い、濃縮液が蒸発室の底部にある溶液流出管１３１２、１４１２、１５１２から循環タンク１９内に流入し、湿気を運ぶ空気が蒸発室１３１、１４１、１５１の頂部にある空気流出管１３１４、１４１４、１５１４から凝縮復熱器１３２、１４２、１５２に導入して溶液と熱交換し、熱を回収し、加熱蒸気消費量を節約する。

駆動熱源は、工業製造プロセス中の低品位な熱エネルギーから提供でき、他の工業プロセスと聯合生産でき、工業廃熱を回収利用することで、エネルギー消費を減少し、溶液が凝縮復熱器１３２、１４２、１５２及び予熱器１２の加熱を経た後温度が処理条件に達する。

実際の操作において、蒸発プロセスは、スタートアップ段階及び安定的な運転段階に分かれる。スタートアップ段階の時、供給液は母液だけで、母液がシステムに流入された後、初回蒸発を経て溶液濃度が処理要求に達してない場合、母液の流入を停止し、溶液がシステム内で強制循環され、数回の蒸発後、処理濃度に達し；安定的な運転段階において、処理濃度に達する溶液の一部分をシステムから導出して次段の結晶プロセスへ進み、残存部分を母液と一定割合で混合して１回の蒸発操作を経た後、混合液の濃度を処理要求に達せさせることで、連続蒸発操作の目的を達成する。更に具体的に言えば、スタートアップ段階において、母液が各々蒸発構造１３、１４、１５内で蒸発濃縮させ、原料弁を閉めて母液を流入せず、また濃縮液を各蒸発構造内部で強制循環蒸発させ、処理要求に達した後、循環タンク１９に送り込み；安定的な運転段階において、原料弁及び循環弁を通じて貯液槽１１からの母液流量及び循環タンク１９からの濃縮液の流量を制御して配合して連続的に安定した蒸発操作が開始される。

その実施例において、溶液並列接続タイプは、溶液処理量が比較的大きな状態に適され、多段蒸発室の並列接続操作を通じて、ファンの性能条件を高める必要がない場合において、溶液処理量を増大させ、処理効率を向上させ；空気直列接続タイプは、周囲温度変動範囲が比較的大きい或いは制御精度要求が比較的高い時に適され、この時の湿気を運ぶ空気が閉ループで、外部環境と接触せず、安定した操作条件において、システム内の空気を循環操作し、蒸発室から吸湿した後の空気が凝縮復熱器及び凝縮除湿機を経由して降温・除湿した後、湿気を運ぶ能力を改めて持ち、再度蒸発室に入って吸湿し、システムの運転が安定し、制御し易くなる。

図２に示す空気直列接続・溶液直列接続の低重力場強化多段蒸発システムの循環空気構造及び原理は、実施例１と同じで、いずれも閉式構造であり、かつ実施例２内の各構成要素の構造機能も実施例１と同じであるため、ここでその説明を省略する。相違点は、接続方式及び動作原理であり、以下に相違点について説明する。

システムは、貯液槽２１とフィードポンプ２２１と循環ポンプ２２２と第１段蒸発構造２３と第２段蒸発構造２４と第３段蒸発構造２５とファン２６１、２６２、２６３と循環タンク２７とを含み、第１段蒸発構造２３、第２段蒸発構造２４及び第３段蒸発構造２５がいずれも蒸発室２３１、２４１、２５１、凝縮復熱器２３２、２４２、２５２、凝縮除湿機２３３、２４３、２５３及び予熱器２３４、２４４、２５４を含み；貯液槽２１内の原料溶液及び循環タンク２７内の濃縮溶液は、フィードポンプ２２１及び循環ポンプ２２２の作用下で混合され、混合液が第３段蒸発構造２５、第２段蒸発構造２４及び第１段蒸発構造２３の順に入り、各段蒸発構造内において各々凝縮復熱器２５２、２４２、２３２及び予熱器２５４、２４４、２３４で加熱した後、蒸発室２５１、２４１、２３１に入らせ、蒸発室２５１、２４１、２３１内において循環空気と直接接触熱・物質交換を行い、蒸発室２５１、２４１、２３１の底部から循環タンク２７に流入させ；循環空気は、ファン２６１、２６２、２６３の作用下で、第１段蒸発構造２３、第２段蒸発構造２４及び第３段蒸発構造２５の順を通過して循環を繰り返す。

溶液直列接続タイプの蒸発システムについて、スタートアップ段階において、母液が蒸発構造２５を経て蒸発濃縮された後、再度蒸発構造２４、２３内に順次導入され、多段蒸発濃縮を経た後の母液がいまだ配合濃度に達していない場合、原料弁を閉め、母液を流入せず、濃縮液を蒸発構造２５内に再度導入させて、強制循環蒸発させ、数回の循環後、溶液濃度が徐々に高まって要求に達した後、循環タンク２７に送り込まれ；安定的な運転段階において、原料弁及び循環弁を通じて各々貯液槽２１からの母液流量及び循環タンク２７からの流量を制御して配合し、連続的に安定した蒸発操作が開始される。

実施例２と実施例１を対比して相違点は、溶液直列接続タイプを用い、処理が必要な溶液の初期濃度が比較的低く、処理濃度の要求が比較的高い時に適し、指定処理要求に達するため、数回の循環操作を行わなければならず、多段蒸発室の直列接続操作を通じて、徐々に溶液を指定処理要求まで濃縮することである。

図４に示す循環冷却システムは、実施例１、実施例２に適され、循環冷却水が凝縮除湿機内の冷却媒体とし、循環ポンプで冷却水を循環させ、循環冷却水が吸熱した後、冷却塔に送り込まれて降温し、温水が塔頂から下向きに噴流して水滴状又は水膜状となり、冷却塔が通風式冷却搭を選択し、ファンの作用下で空気が下から上に流動し冷却水と対向流を形成し、冷却水と周囲空気に温度差及び湿度差が存在し、蒸発伝熱及び接触伝熱という２種の伝熱タイプを形成し、蒸発伝熱は、冷却水が冷却塔内において気化され、液相内から気相へ移る潛熱であり、熱移動の主要部分を占め；接触伝熱は、冷却水が空気と直接熱交換し、空気の温度上昇として現れる顕熱であり、熱移動の少量部分を占める。

図３に示す空気並列接続・溶液直列接続の低重力場強化多段蒸発システムの溶液循環構造及び原理は、実施例２と同じで、いずれも直列接続タイプであり、かつ実施例３内の各構成要素の構造機能も実施例１、実施例２と同じであるため、ここでその説明を省略する。相違点は、接続方式及び動作原理であり、以下に相違点について説明する。

システムは、貯液槽３１とフィードポンプ３２１と循環ポンプ３２２と第１段蒸発構造３３と第２段蒸発構造３４と第３段蒸発構造３５と除塵装置３３３、３４３、３５３、ファン３６１、３６２、３６３と循環タンク３７とを含み、第１段蒸発構造３３、第２段蒸発構造３４及び第３段蒸発構造３５がいずれも蒸発室３３１、３４１、３５１、凝縮復熱器３３２、３４２、３５２及び予熱器３３４、３４４、３５４を含み；貯液槽３１内の原料溶液及び循環タンク３７内の濃縮溶液は、各々フィードポンプ３２１及び循環ポンプ３２２の作用下で混合され、混合液を第３段蒸発構造３５、第２段蒸発構造３４と第１段蒸発構造３３の順に入らせ、各段蒸発構造内において各々凝縮復熱器３５２、３４２、３３２及び予熱器３５４、３４４、３３４で加熱した後、蒸発室３５１、３４１、３３１に入らせ、蒸発室３５１、３４１、３３１内において空気と直接接触熱・物質交換を行い、蒸発室３５１、３４１、３３１の底部から循環タンク３７に流入させ；空気がファン３６１、３６２、３６３の作用下で、除塵装置３３３、３４３、３５３により微小粒子状物質を除去した後、各々第１段蒸発構造３３、第２段蒸発構造３４及び第３段蒸発構造３５に入らせ、湿気を運ぶ操作を行う。空気流入管３３１３、３４１３、３５１３は、ファン３６１、３６２、３６３、除塵装置３３３、３４３、３５３と順次接続され、空気の流入に用いられ、空気流出管３３１４、３４１４、３５１４が凝縮復熱器３３２、３４２、３５２と連なると共に凝縮復熱器３３２、３４２、３５２から大気中に放出される。

実施例３と実施例２を対比して、相違点は空気並列接続タイプを用い、周囲温度変動範囲が比較的小さく、かつ制御精度要求が高くない時に適し、この時湿気を運ぶ空気は外気から取り入れることができるため、凝縮除湿設備を増設する必要がない。

以下に廃水処理を例にして、実施例１についてシステムのエネルギー消費を計算する。

処理目標：処理する工業廃水の蒸発量を５００ｔ／ｄと定め、原料廃水の濃度が２０％の硫酸マグネシウム溶液であり、蒸発処理を経た後の濃度が４０％に達し、その後システムから排出して結晶及び固液分離処理を行う。

システムエネルギー消費計算：廃水は、凝縮復熱器及び予熱器で加熱して９５℃まで昇温され、３５℃の飽和湿り空気が蒸発室の底部から入って蒸発室の頂部から流入された廃水と直接接触熱・物質交換を行い、濃縮後の廃水を４０℃まで降温し、蒸発室の底部から排出させ、空気を昇温して吸湿した後９０℃に達し、相対湿度が９５％で、蒸発室の頂部から排出させ；廃水が凝縮復熱器で８５℃まで加熱し、予熱器で９５℃まで加熱させると、蒸気から提供される熱量が２６９１．７９ｋＷ、水１ｔの蒸発が蒸気０．２１ｔを消費する必要があり、その費用が４２人民元である。

本発明は、印染め、化学工業、製紙、医薬、農薬、食品、海水淡化、ファインケミカル等の業界に幅広く適用され、異なる温度要求における蒸発操作を実現できる。

以上本発明につき好適な実施例を挙げて種々説明したが、本発明の保護範囲は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の思想に属する技術的解決策が本発明の保護範囲に属される。言及すべき点は、当業者であれば、本発明の原理を脱しない若干の改善及び修飾が本発明の保護範囲と見なすべきである。

１１、２１、３１ 貯液槽
１９、２７、３７ 循環タンク
１７１、２２１、３２１ フィードポンプ
１７２、２２２、３２２ 循環ポンプ
１３、２３、３３ 第１段蒸発構造
１４、２４、３４ 第２段蒸発構造
１５、２５、３５ 第３段蒸発構造
１６１、１６２、１６３、２６１、２６２、２６３、３６１、３６２、３６３ ファン
３３３、３４３、３５３ 除塵装置
１８１、１８２、１８３、１８４、１８５、１８６ バルブ
１３２、１４２、１５２、２３２、２４２、２５２、３３２、３４２、３５２ 凝縮復熱器
１３３、１４３、１５３、２３３、２４３、２５３ 凝縮除湿機
１２、２３４、２４４、２５４、３３４、３４４、３５４ 予熱器
１３１１、１４１１、１５１１、２３１１、２４１１、２５１１、３３１１、３４１１、３５１１ 溶液流入管
１３１２、１４１２、１５１２、２３１２、２４１２、２５１２、３３１２、３４１２、３５１２ 溶液流出管
１３１３、１４１３、１５１３、２３１３、２４１３、２５１３、３３１３、３４１３、３５１３ 空気流入管
１３１４、１４１４、１５１４、２３１４、２４１４、２５１４、３３１４、３４１４、３５１４ 空気流出管

Claims (10)

1. 貯液槽（１１）と予熱器（１２）と第１段蒸発構造（１３）と第２段蒸発構造（１４）と第３段蒸発構造（１５）とファン（１６１、１６２、１６３）とフィードポンプ（１７１）と循環ポンプ（１７２）と循環タンク（１９）とを含み、前記第１段蒸発構造（１３）、前記第２段蒸発構造（１４）及び前記第３段蒸発構造（１５）は、いずれも蒸発室（１３１、１４１、１５１）、凝縮復熱器（１３２、１４２、１５２）及び凝縮除湿機（１３３、１４３、１５３）を含み；前記貯液槽（１１）内の原料溶液及び前記循環タンク（１９）内の濃縮溶液は各々前記フィードポンプ（１７１）及び前記循環ポンプ（１７２）の作用下で混合され、混合液を３分流して各々各段蒸発構造の前記凝縮復熱器（１３２、１４２、１５２）内に入り、混合液が湿り空気の余熱を吸収した後で合流して前記予熱器（１２）に入り、蒸気で加熱された後、再度３分流して各々各段蒸発構造の前記蒸発室（１３１、１４１、１５１）に入り、前記蒸発室（１３１、１４１、１５１）において、循環空気と直接接触熱・物質交換を行い、前記蒸発室（１３１、１４１、１５１）の底部から前記循環タンク（１９）に流入され；前記循環空気をファン（１６１、１６２、１６３）の作用下で前記第１段蒸発構造（１３）、前記第２段蒸発構造（１４）及び前記第３段蒸発構造（１５）の順を通過させて、循環を繰り返すことを特徴とする、低重力場強化多段蒸発システム。
2. 貯液槽（２１）とフィードポンプ（２２１）と循環ポンプ（２２２）と第１段蒸発構造（２３）と第２段蒸発構造（２４）と第３段蒸発構造（２５）とファン（２６１、２６２、２６３）と循環タンク（２７）とを含み、前記第１段蒸発構造（２３）、前記第２段蒸発構造（２４）及び前記第３段蒸発構造（２５）は、いずれも蒸発室（２３１、２４１、２５１）、凝縮復熱器（２３２、２４２、２５２）、凝縮除湿機（２３３、２４３、２５３）及び予熱器（２３４、２４４、２５４）を含み；前記貯液槽（２１）内の原料溶液及び前記循環タンク（２７）内の濃縮溶液が各々前記フィードポンプ（２２１）及び前記循環ポンプ（２２２）の作用下で混合され、混合液を前記第３段蒸発構造（２５）、前記第２段蒸発構造（２４）及び前記第１段蒸発構造（２３）に順次入り、各段蒸発構造内において各々前記凝縮復熱器（２５２、２４２、２３２）及び前記予熱器（２５４、２４４、２３４）で加熱された後で前記蒸発室（２５１、２４１、２３１）に入り、前記蒸発室（２５１、２４１、２３１）において循環空気と直接接触熱・物質交換を行うと共に前記蒸発室（２５１、２４１、２３１）の底部から前記循環タンク（２７）に流入され；前記循環空気は、前記ファン（２６１、２６２、２６３）の作用下で、前記第１段蒸発構造（２３）、前記第２段蒸発構造（２４）及び前記第３段蒸発構造（２５）の順を通過して循環を繰り返すことを特徴とする、低重力場強化多段蒸発システム。
3. 貯液槽（３１）とフィードポンプ（３２１）と循環ポンプ（３２２）と第１段蒸発構造（３３）と第２段蒸発構造（３４）と第３段蒸発構造（３５）と除塵装置（３３３、３４３、３５３）とファン（３６１、３６２、３６３）と循環タンク（３７）とを含み、前記第１段蒸発構造（３３）、前記第２段蒸発構造（３４）及び前記第３段蒸発構造（３５）は、いずれも蒸発室（３３１、３４１、３５１）、凝縮復熱器（３３２、３４２、３５２）及び予熱器（３３４、３４４、３５４）を含み；前記貯液槽（３１）内の原料溶液及び前記循環タンク（３７）内の濃縮溶液が各々前記フィードポンプ（３２１）及び前記循環ポンプ（３２２）の作用下で混合され、混合液を前記第３段蒸発構造（３５）、前記第２段蒸発構造（３４）及び前記第１段蒸発構造（３３）に順次入り、各段蒸発構造内において各々前記凝縮復熱器（３５２、３４２、３３２）及び前記予熱器（３５４、３４４、３３４）で加熱された後で前記蒸発室（３５１、３４１、３３１）に入り、前記蒸発室（３５１、３４１、３３１）において循環空気と直接接触熱・物質交換を行うと共に前記蒸発室（３５１、３４１、３３１）の底部から循環タンク（３７）に流入され；空気は、前記除塵装置（３３３、３４３、３５３）及び前記ファン（３６１、３６２、３６３）の作用下で、各々前記第１段蒸発構造（３３）、前記第２段蒸発構造（３４）及び前記第３段蒸発構造（３５）に入って最終的に大気中に放出されることを特徴とする、低重力場強化多段蒸発システム。
4. 前記混合液は、バルブ（１８１、１８２、１８３）を通じて各段蒸発構造の前記凝縮復熱器（１３２、１４２、１５２）に入る流量が同じになるよう制御し；混合液が前記予熱器（１２）を通った時、バルブ（１８４、１８５、１８６）の制御を通じて３分流して各段蒸発構造の前記蒸発室（１３１、１４１、１５１）に入らせることを特徴とする、請求項１に記載の低重力場強化多段蒸発システム。
5. 前記ファン（１６１、１６２、１６３、２６１、２６２、２６３）は、循環空気を前記蒸発室（１３１、１４１、１５１、２３１、２４１、２５１）の底部から吹き込み、循環空気が混合液で加熱された後、混合液中の水分を連れ去ると共に前記凝縮復熱器（１３２、１４２、１５２、２３２、２４２、２５２）において混合液と熱交換し、循環空気の余熱を回収し、更に前記凝縮除湿機（１３３、１４３、１５３、２３３、２４３、２５３）を経て冷却水と熱交換し、循環空気を前記蒸発室（１３１、１４１、１５１、２３１、２４１、２５１）に入る前の状態に戻らせ、その後次段の蒸発構造に入らせて、閉ループ操作を行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載の低重力場強化多段蒸発システム。
6. 前記凝縮除湿機（１３３、１４３、１５３、２３３、２４３、２５３）は、循環冷却水を通じて循環空気を降温し、循環冷却水が循環空気の熱を吸収した後で冷却水塔を通じて降温され、前記循環ポンプで前記凝縮除湿機（１３３、１４３、１５３、２３３、２４３、２５３）に送り込んで循環操作することを特徴とする、請求項５に記載の低重力場強化多段蒸発システム。
7. 前記蒸発室（１３１、１４１、１５１、２３１、２４１、２５１）の上部に溶液流入管（１３１１、１４１１、１５１１、２３１１、２４１１、２５１１）が設けられ、前記溶液流入管（１３１１、１４１１、１５１１、２３１１、２４１１、２５１１）は前記予熱器（１２、２３４、２４４、２５４）と連なり、混合液の流入に用いられ；前記蒸発室（１３１、１４１、１５１、２３１、２４１、２５１）の底部に溶液流出管（１３１２、１４１２、１５１２、２３１２、２４１２、２５１２）が設けられ、前記溶液流出管（１３１２、１４１２、１５１２、２３１２、２４１２、２５１２）は、前記循環タンク（１９、２７）と連なり、濃縮溶液の流出に用いられ；前記蒸発室（１３１、１４１、１５１、２３１、２４１、２５１）の下部に空気流入管（１３１３、１４１３、１５１３、２３１３、２４１３、２５１３）が設けられ、前記空気流入管（１３１３、１４１３、１５１３、２３１３、２４１３、２５１３）は、前記ファン（１６１、１６２、１６３、２６１、２６２、２６３）と連なり、循環空気の流入に用いられ；前記蒸発室（１３１、１４１、１５１、２３１、２４１、２５１）の頂部に空気流出管（１３１４、１４１４、１５１４、２３１４、２４１４、２５１４）が更に設けられ、前記空気流出管（１３１４、１４１４、１５１４、２３１４、２４１４、２５１４）は、前記凝縮復熱器（１３２、１４２、１５２、２３２、２４２、２５２）と連なり、循環空気の流出に用いられ、循環空気の余熱が回収利用されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の低重力場強化多段蒸発システム。
8. 前記蒸発室（３３１、３４１、３５１）の上部に溶液流入管（３３１１、３４１１、３５１１）が設けられ、前記溶液流入管（３３１１、３４１１、３５１１）は前記予熱器（３３４、３４４、３５４）と連なり、混合液の流入に用いられ；前記蒸発室（３３１、３４１、３５１）の底部に溶液流出管（３３１２、３４１２、３５１２）が設けられ、前記溶液流出管（３３１２、３４１２、３５１２）は、前記循環タンク（３７）と連なり、濃縮溶液の流出に用いられ；前記蒸発室（３３１、３４１、３５１）の下部に空気流入管（３３１３、３４１３、３５１３）が設けられ、前記空気流入管（３３１３、３４１３、３５１３）は、前記ファン（３６１、３６２、３６３）、前記除塵装置（３３３、３４３、３５３）と連なり、空気の流入に用いられ；前記蒸発室（３３１、３４１、３５１）の頂部に空気流出管（３３１４、３４１４、３５１４）が更に設けられ、前記空気流出管（３３１４、３４１４、３５１４）は、前記凝縮復熱器（３３２、３４２、３５２）と連なり、空気が前記凝縮復熱器（３３２、３４２、３５２）から大気中に放出されることを特徴とする、請求項３に記載の低重力場強化多段蒸発システム。
9. 前記蒸発室（１３１、１４１、１５１、２３１、２４１、２５１、３３１、３４１、３５１）は、噴流式構造を用い、頂部に複数のノズルが設けられ、各前記ノズルから噴出される混合液が一定角度で円錐状を呈して落下し、前記溶液流入管（１３１１、１４１１、１５１１、２３１１、２４１１、２５１１、３３１１、３４１１、３５１１）が前記蒸発室（１３１、１４１、１５１、２３１、２４１、２５１、３３１、３４１、３５１）に突入された後、前記蒸発室（１３１、１４１、１５１、２３１、２４１、２５１、３３１、３４１、３５１）の頂部で円形サポータとなり、前記ノズルがサポータで均一に配置されることを特徴とする、請求項１又は２又は３に記載の低重力場強化多段蒸発システム。
10. 前記蒸発室（１３１、１４１、１５１、２３１、２４１、２５１、３３１、３４１、３５１）は、低重力場回転構造を用い、回転軸に固定された円筒型充填層を備え、熱溶液がまず前記蒸発室の頂部にある前記ノズルを通じて充填物に噴流され、モータがベルトを通じて回転軸を回転させ、前記充填物が前記回転軸に連動して低速回転することで、低重力場となって溶液が前記充填物内に均一に分布され、径方向に沿って中央から前記充填物の周囲までの運動を生じることを特徴とする、請求項９に記載の低重力場強化多段蒸発システム。
    

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