CN101683569B - 水溶液的蒸发浓缩装置和蒸发浓缩方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够以低成本、高效地将水溶液蒸发浓缩成高浓度的水溶液的蒸发浓缩装置。所述水溶液的蒸发浓缩装置具备水溶液蒸发器(10)、热媒蒸发器(40)、以及压缩装置(50)，水溶液蒸发器(10)具备一次浓缩部(20)和二次浓缩部(30)，压缩装置(50)具备一次压缩机(51)和二次压缩机(52)，将经二次压缩机(52)压缩的热媒蒸汽导入到二次浓缩部(30)，并且将经一次压缩机(51)压缩的热媒蒸汽分流并导入一次浓缩部(20)。

Description

水溶液的蒸发浓缩装置和蒸发浓缩方法

技术领域

本发明涉及水溶液的蒸发浓缩装置和蒸发浓缩方法。

背景技术

作为将含具有与水共沸性的成分的水溶液进行蒸发浓缩的装置，已知例如专利文献1的结构。如图2所示，蒸发浓缩装置200具备一次蒸发器210、二次蒸发器220和水蒸发器230，经水蒸发器230加热而生成的热媒蒸汽被喷射器240压缩，作为加热源被供给到一次蒸发器210的加热器212中。经一次蒸发器210加热而生成的水溶液的蒸汽，作为加热源被供给到二次蒸发器220的加热器222中。经二次蒸发器220加热而生成的水溶液的蒸汽，作为加热源被供给到水蒸发器230的热交换器232中，对水蒸发器中存积的热媒液进行加热生成热媒蒸汽。生成的热媒蒸汽被导入到喷射器240中而再循环。

关于该蒸发浓缩装置200，在一次蒸发器210中经加热、蒸发而被浓缩的水溶液介由移送管202被供给到二次蒸发器220中，经二次蒸发器220的加热、蒸发而进一步被浓缩，从排出管204排出。这样，水溶液和热媒液不会混合，能够将水溶液浓缩成高浓度。

专利文献1：特开2000-24403号公报

发明内容

然而，当水溶液不仅含有共沸性成分，还含有铝离子等金属离子、无机盐类那样的使沸点大幅升高的成分时，经蒸发浓缩而浓度升高，随之沸点大幅升高，因此对于上述以往的蒸发浓缩装置而言，尤其是在进行高浓度的浓缩的二次蒸发器中所必须的加热源的热能增加，从节能化的观点出发还有进一步改良的余地。

因此，本发明的目的在于，提供一种能够将水溶液以低成本、高效率蒸发浓缩成高浓度的水溶液的蒸发浓缩装置和蒸发浓缩方法。

本发明的上述目的通过下述水溶液的蒸发浓缩装置来实现，即上述水溶液的蒸发浓缩装置具备：使水溶液加热蒸发的水溶液蒸发器；将经所述水溶液蒸发器生成的水溶液蒸汽作为加热源，对热媒液进行加热，由此生成热媒蒸汽的热媒蒸发器；以及将经所述热媒蒸发器生成的热媒蒸汽进行压缩，并将其作为加热源供给到所述水溶液蒸发器的压缩装置。所述水溶液蒸发器具备将供给的水溶液进行蒸发浓缩的一次浓缩部、和将被所述一次浓缩部浓缩的水溶液进一步蒸发浓缩的二次浓缩部；所述压缩装置具备将由所述热媒蒸发器供给的热媒蒸汽进行压缩的一次压缩机、和将被所述一次压缩机压缩的热媒蒸汽进一步进行压缩的二次压缩机；并以如下方式构成：将被所述二次压缩机压缩的热媒蒸汽导入到所述二次浓缩部，并且将被所述一次压缩机压缩的热媒蒸汽分流而导入到所述一次浓缩部。

该水溶液的蒸发浓缩装置优选为，所述热媒蒸发器具备：汲取存积于底部的热媒液并从上方进行散布的热媒液散布喷嘴、由所述一次浓缩部生成的水溶液蒸汽通过的第1传热管组、以及由所述二次浓缩部生成的水溶液蒸汽通过的第2传热管组；并以如下方式构成：热媒液被供给到所述第1传热管组和第2传热管组的外表面。进而优选，将通过所述第1传热管组和第2传热管组而生成的水溶液的冷凝液分离而排出。

此外，本发明的上述目的通过如下的水溶液蒸发浓缩方法来实现，即，是将含具有与水共沸性的成分的水溶液进行蒸发浓缩的方法，具备下述步骤：将在水溶液蒸发器内经加热而生成的水溶液的蒸汽作为加热源，在热媒蒸发器中对热媒液进行加热，由此生成热媒蒸汽的蒸发步骤；以及将由所述热媒蒸发器生成的热媒蒸汽在压缩装置中进行压缩，将其作为加热源供给到所述水溶液蒸发器的压缩步骤。所述蒸发步骤具备将供给的水溶液进行蒸发浓缩的一次浓缩步骤、和将在所述一次浓缩步骤中被浓缩的水溶液进一步进行蒸发浓缩的二次浓缩步骤；所述压缩步骤具备将由所述热媒蒸发器供给的热媒蒸汽进行压缩的一次压缩步骤、和将在所述一次压缩步骤中被压缩的热媒蒸汽进一步进行压缩的二次压缩步骤；将在所述二次压缩步骤中被压缩的热媒蒸汽作为所述二次浓缩步骤的加热源来使用，并且将在所述一次压缩步骤中被压缩的热媒蒸汽的一部分作为所述一次浓缩步骤的加热源来使用。

根据本发明的水溶液的蒸发浓缩装置和蒸发浓缩方法，能够以低成本且高效地将水溶液蒸发浓缩成高浓度。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式所涉及的蒸发浓缩装置的结构示意图。

图2是以往的蒸发浓缩装置的结构示意图。

符号说明

1 蒸发浓缩装置

10 水溶液蒸发器

20 一次蒸发釜(一次浓缩部)

30 二次蒸发釜(二次浓缩部)

40 热媒蒸发器

45 热媒液散布喷嘴

48 第1传热管组

49 第2传热管组

50 压缩装置

51 一次压缩机

52 二次压缩机

54 分流管路

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是本发明的一个实施方式所涉及的蒸发浓缩装置的结构示意图。如图1所示，蒸发浓缩装置1具备使水溶液加热蒸发的水溶液蒸发器10、使热媒液加热蒸发的热媒蒸发器40、和将由热媒蒸发器40生成的热媒蒸汽进行压缩而供给到水溶液蒸发器10的压缩装置50。

水溶液蒸发器10具备将介由水溶液供给管路11而从外部供给的水溶液进行蒸发浓缩的一次蒸发釜20、和将由一次蒸发釜20蒸发浓缩的水溶液进一步进行蒸发浓缩的二次蒸发釜30，且各自由一次浓缩部和二次浓缩部构成。作为水溶液，可以例示如醇水溶液、盐酸废水、氨废水等那样的含具有与水共沸性的成分，进而，在含有铝离子等金属离子、无机盐类那样使沸点上升的成分时，特别有效。但是，水溶液的种类，不限于此处例示的种类。

一次蒸发釜20和二次蒸发釜30，均由同样的结构构成，具备水溶液散布装置21、31，间接式加热器22、32，水溶液蒸汽移送管路23、33以及热媒液移送管路24、34。间接式加热器22、32具备由一个或多个传热管构成的传热管组29、39，以如下方式构成：被导入到入口集管29a、39a的热媒蒸汽通过传热管组29、39时与水溶液发生热交换，并在出口集管29b、39b中作为热媒液而存积。

水溶液散布装置21、31是将在一次蒸发釜20和二次蒸发釜30的底部存积的水溶液分别向传热管组29、39的外表面供给的供给装置，具备配置在蒸发釜内的上部且将水溶液进行散布的水溶液散布喷嘴25、35，以及连接水溶液散布喷嘴25、35和蒸发釜底部的循环管路26、36。在一次蒸发釜20和二次蒸发釜30的底部存积的水溶液，通过循环泵26a、36a的工作并介由循环管路26、36而被汲取，从水溶液散布喷嘴25、35向传热管组29、39散布。

一次蒸发釜20的循环管路26上，分支连接有将被一次浓缩的水溶液导入到二次蒸发釜30的水溶液移送管12。此外，二次蒸发釜30的循环管路36上，分支连接有将被二次浓缩的浓缩液排出到外部的水溶液排出管13。

关于热媒蒸发器40，在蒸发釜44的内部具备蒸发釜热媒液散布装置41、间接式加热器42和热媒蒸汽移送管路43。间接式加热器42具备均由一个或多个传热管构成的第1传热管组48和第2传热管组49。

第1传热管组48和第2传热管组49分别对应于一次蒸发釜20和二次蒸发釜30而设置，两者分离以使得通过内部的水溶液的蒸汽不发生混合。第1传热管组48以如下方式构成，即从一次蒸发釜20经由水溶液蒸汽移送管路23被导入到入口集管48a的水溶液蒸汽，在通过内部时与热媒液发生热交换，在出口集管48b以低浓度的冷凝液而存积。此外，第2传热管组49以如下方式构成，即从二次蒸发釜30经由水溶液蒸汽移送管路33被导入到入口集管49a的水溶液蒸汽，在通过内部时与热媒液发生热交换，在出口集管49b以高浓度的冷凝液而存积。分别存积在出口集管48b、49b的冷凝液，利用回收泵16a、17a的工作，介由回收管路16、17被排出到外部。

热媒液散布装置41是将从热媒液供给管路14供给而存积在蒸发釜44底部的热媒液向第2传热管组49的外表面供给的供给装置，具备配置在蒸发釜44上部且将热媒液进行散布的热媒液散布喷嘴45、以及连接热媒液散布喷嘴45和蒸发釜44底部的循环管路46。在蒸发釜44底部存积的热媒液，通过循环泵46a的工作并介由循环管路46而被汲取，从热媒液散布喷嘴45向间接式加热器42散布。循环管路46上连接有将热媒液的一部份排出的喷管15。

关于第1传热管组48和第2传热管组49，以从热媒液散布喷嘴45能向双方的外表面供给热媒液的方式来配置即可，在本实施方式中，虽然是在第1传热管组48的上方设置第2传热管组49的结构，但也可以采用在第1传热管组48的下方设置第2传热管组49的结构、将管内分为左右而使第1传热管组48和第2传热管组49一体化的结构。

压缩装置50具备夹有热媒蒸汽移送管路43的一次压缩机51和二次压缩机52，将通过热媒蒸汽移送管路43的热媒蒸汽进行压缩。一次压缩机51和二次压缩机52可以使用鼓风机、压缩机等将气体机械地压缩的装置，优选是容易控制的电动式。此外，一次压缩机51和二次压缩机52可以是单段或多段，以获得所需的压缩比。在本实施方式中，作为一次压缩机51使用2段式鼓风机(热泵)，作为二次压缩机52使用单段式鼓风机(热泵)。一次压缩机51和二次压缩机52，未必限定于机械的压缩装置，例如可以将一次压缩机51置换成喷射器，通过向该喷射器中导入驱动蒸汽，从而向热媒蒸汽移送管路43吸引热媒蒸汽而进行压缩。

热媒蒸汽移送管路43具备从一次压缩机51和二次压缩机52之间进行分支的分流管路54，不通过二次压缩机52而被供给到分流管路54的热媒蒸汽，被供给到一次蒸发釜20的入口集管29a，另一方面，通过二次压缩机52而直接流过热媒蒸汽移送管路43的热媒蒸汽被供给到二次蒸发釜30的入口集管39a。

接下来，对具有上述结构的蒸发浓缩装置1的工作进行说明。首先，从水溶液供给管路11向一次蒸发釜20供给盐酸废液等的水溶液。在一次蒸发釜20的底部存积的水溶液，经过循环泵26a的工作并通过循环管路26而被供给到水溶液散布喷嘴25，向传热管组29的外表面散布。

由热媒蒸发器40生成而被一次压缩机51压缩后，经由分流管路54供给的水蒸汽等的高温热媒蒸汽通过传热管组29的内部。这样，利用在传热管组29内外的热交换使一部分水溶液蒸发。这样生成的水溶液蒸汽，从一次蒸发釜20的上部被排出，经由水溶液蒸汽移送管路23供给到热媒蒸发器40的第1传热管组48。

在传热管组29的外表面未蒸发的水溶液沿着传热管组29的外表面流下而存积在一次蒸发釜20的底部，再次经由循环管路26由水溶液散布喷嘴25散布。这样，在一次蒸发釜20中进行水溶液的蒸发浓缩。从循环管路26的中途，使一部分被浓缩的水溶液分流到水溶液移送管12中，从而被供给到二次蒸发釜30中。

在二次蒸发釜30底部存积的水溶液，利用循环泵36a的工作通过循环管路36而被供给到水溶液散布喷嘴35，向传热管组39的外表面散布。

在被一次压缩机51压缩后，被二次压缩机52进一步压缩的热媒蒸汽通过传热管组39的内部，利用传热管组39内外的热交换使一部分水溶液蒸发。生成的水溶液蒸汽从二次蒸发釜30的上部被排出，经由水溶液蒸汽移送管路33供给到热媒蒸发器40的第2传热管组49。

在传热管组39的外表面未蒸发的水溶液沿着传热管组39的外表面流下而存积在二次蒸发釜30的底部，再次经由循环管路36由水溶液散布喷嘴35散布。这样，在二次蒸发釜20中进一步进行水溶液的蒸发浓缩。从循环管路36的中途可以将一部分被浓缩的水溶液分流到水溶液排出管13中，从而排出到外部。

在热媒蒸发器40中，利用循环泵46a的工作将存积在蒸发釜44底部的热媒液，从热媒液散布喷嘴45供给到第1传热管组48和第2传热管组49的外表面。分别由一次蒸发釜20和二次蒸发釜30供给的水溶液的蒸汽通过第1传热管组48和第2传热管组49的内部，通过第1传热管组48和第2传热管组49内外的热交换使一部分热媒液蒸发。生成的热媒蒸汽从蒸发釜44上部被排出到热媒蒸汽移送管路43，经一次压缩机51压缩而升温后，一部分经由分流管路54被导入到一次蒸发釜20的入口集管29a。残留的热媒蒸汽，经二次压缩机52被进一步压缩而升温后，被导入二次蒸发釜30的入口集管39a。通过循环管路46的一部分热媒液，可以介由喷管15被排出到外部。

如此，关于热媒蒸发器40，将水溶液蒸发器10的一次蒸发釜20和二次蒸发釜30中生成的水溶液的蒸汽作为加热源，对热媒液进行加热从而生成热媒蒸汽。另一方面，被一次压缩机51和二次压缩机52压缩的热媒蒸汽，被用作在水溶液蒸发器10的一次蒸发釜20和二次蒸发釜30中用于使水溶液蒸发的加热源。

通过第1传热管组48和第2传热管组49的水溶液的蒸汽，分别在出口集管48b、49b中变成冷凝液而存积。这些出口集管48b、49b，优选通过同一个真空泵(未图示)吸引进行减压，由此，能够将第1传热管组48和第2传热管组49的水蒸汽维持在相同温度·压力。

通过第2传热管组49的蒸汽与通过第1传热管组48的蒸汽相比是使高浓度的水溶液蒸发而得到的蒸汽，因此经过回收泵16a、17a的工作，从回收管路16中排出低浓度的冷凝液，从回收管路17排出高浓度的冷凝液。

根据本实施方式所涉及的蒸发浓缩装置1，由于采用如下构成，即，将经二次压缩机52压缩的热媒蒸汽导入到二次蒸发釜30，并且将经一次压缩机51压缩的热媒蒸汽进行分流而导入一次蒸发釜20，因此能够确保根据经一次蒸发釜20和二次蒸发釜30浓缩的水溶液浓度的传热温度差。

即，经二次蒸发釜30加热蒸发的水溶液的浓度比经一次蒸发釜20加热蒸发的水溶液的浓度高，为此沸点上升多，因而必须使向二次蒸发釜30的传热管组39供给的热媒蒸汽的温度比向一次蒸发釜20的传热管组29供给的热媒蒸汽的温度高。因此，通过仅仅将向二次蒸发釜30供给的热媒蒸汽利用二次压缩机52进一步压缩而升温，从而能够以根据一次蒸发釜20和二次蒸发釜30的各水溶液浓度的必要最小限的热媒热量来分别进行水溶液的蒸发浓缩，因此能够实现节能化，并且以低成本高效地将水溶液蒸发浓缩成高浓度。

分别向一次蒸发釜20和二次蒸发釜30供给的热媒蒸汽的温度，通过调整一次压缩机51和二次压缩机52的压缩比、分流管路54的分流比例等，可以确保相应于沸点上升的增大部分的所期待的温度差。此外，以一次蒸发釜20和二次蒸发釜30中的水溶液的浓度为大致一定的方式，调整通过水溶液移送管12、水溶液排出管13的水溶液的流量等，可以连续处理大量的水溶液。

此外，在热媒蒸发器40中，使由一次蒸发釜20和二次蒸发釜30生成的水溶液的蒸汽通过第1传热管组48和第2传热管组49从而能够进行一体地冷凝，因此可以实现低成本化，将水溶液和热媒液完全地分离。

进而，水溶液的蒸汽通过第1传热管组48和第2传热管组49而生成的冷凝液，介由回收管路16、17分离而被排出，因此例如在水溶液为盐酸废液时，可以得到酸浓度不同的2种冷凝液，并且能够高效地回收仅为高浓度的酸溶液。

以上，对本发明的一个实施方式进行了详细说明，本发明的具体方式不限于上述实施方式。例如，可以是利用分别设置的一次蒸发釜20和二次蒸发釜30来构成水溶液蒸发器10的一次浓缩部和二次浓缩部，也可以将一次浓缩部和二次浓缩部设置在一个蒸发釜内，从而一体化。

此外，水溶液蒸发器10还可以如下来构成，即，除了一次浓缩部和二次浓缩部以外，还可以进一步具备高次浓缩部，结合浓缩部的数量配置压缩机，越是高浓度的浓缩部越是导入高压缩的热媒蒸汽。

Claims (6)

1.一种水溶液的蒸发浓缩装置，其特征在于，具备：

水溶液蒸发器，其使水溶液加热蒸发，

热媒蒸发器，将由所述水溶液蒸发器生成的水溶液蒸汽作为加热源对热媒液进行加热，由此生成热媒蒸汽，以及

压缩装置，将由所述热媒蒸发器生成的热媒蒸汽进行压缩，作为加热源供给到所述水溶液蒸发器；

所述水溶液蒸发器具备将供给的水溶液进行蒸发浓缩的一次浓缩部、和将被所述一次浓缩部浓缩的水溶液进一步蒸发浓缩的二次浓缩部，

所述压缩装置具备将由所述热媒蒸发器供给的热媒蒸汽进行压缩的一次压缩机、和将被所述一次压缩机压缩的热媒蒸汽进一步进行压缩的二次压缩机，

以如下方式构成：将被所述二次压缩机压缩的热媒蒸汽导入到所述二次浓缩部，并且将被所述一次压缩机压缩的热媒蒸汽分流而导入到所述一次浓缩部。

2.根据权利要求1所述的水溶液的蒸发浓缩装置，其中，所述热媒蒸发器具备汲取存积于底部的热媒液并从上方进行散布的热媒液散布喷嘴、由所述一次浓缩部生成的水溶液蒸汽通过的第1传热管组、以及由所述二次浓缩部生成的水溶液蒸汽通过的第2传热管组；并以如下方式构成：热媒液被供给到所述第1传热管组和第2传热管组的外表面。

3.根据权利要求2所述的水溶液的蒸发浓缩装置，其中，将通过所述第1传热管组和第2传热管组而生成的水溶液的冷凝液分离而排出。

4.根据权利要求1所述的水溶液的蒸发浓缩装置，其中，上述一次浓缩部和上述二次浓缩部各自具备汲取存积于底部的水溶液并从上方进行散布的水溶液散布喷嘴和由上述热媒蒸发器生成的热媒液的蒸汽通过的传热管组；

水溶液被供给至上述传热管组的外表面。

5.根据权利要求1所述的水溶液的蒸发浓缩装置，其中，上述水溶液包含使沸点升高增大的成分。

6.一种水溶液的蒸发浓缩方法，其特征在于，是将含具有与水共沸性的成分的水溶液进行蒸发浓缩的方法，具备下述步骤：

蒸发步骤，将水溶液蒸发器内经加热而生成的水溶液蒸汽作为加热源，在热媒蒸发器中对热媒液进行加热，由此生成热媒蒸汽，以及

压缩步骤，将由所述热媒蒸发器生成的热媒蒸汽在压缩装置中进行压缩，将其作为加热源供给到所述水溶液蒸发器；

所述蒸发步骤具备将供给的水溶液进行蒸发浓缩的一次浓缩步骤、和将在所述一次浓缩步骤中被浓缩的水溶液进一步进行蒸发浓缩的二次浓缩步骤，

所述压缩步骤具备将由所述热媒蒸发器供给的热媒蒸汽进行压缩的一次压缩步骤、和将在所述一次压缩步骤中被压缩的热媒蒸汽进一步进行压缩的二次压缩步骤，

将在所述二次压缩步骤中被压缩的热媒蒸汽作为所述二次浓缩步骤的加热源来使用，并且将所述一次压缩步骤中被压缩的热媒蒸汽的一部分作为所述一次浓缩步骤的加热源来使用。