CN101935079A - 一种真空闪蒸强化传质脱氧设备和脱氧工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种真空闪蒸强化传质脱氧设备和脱氧工艺，工艺流程是，预热到一定温度的含氧水由进料泵进入强化传质脱氧机，水从进料口进入后通过喷淋管喷入转鼓的内筒壁上并进入填料层；在真空泵的作用下，压力降至该温度下的饱和蒸气压，在此温度下，水开始沸腾并产生蒸汽，在强化脱氧机中，由高速旋转的填料层将水打成液膜或液滴，气相和液相在此过程中反复传质，水和蒸汽从转鼓外筒壁甩出；沸腾产生的蒸汽和解吸出的氧气被真空泵通过出气口迅速带走，蒸汽的不断产生造成溶解氧不断降低，底部脱氧水通过出液口由出料泵排出。本工艺将真空闪蒸、蒸汽气提、强化传质结合在一起，其除氧效率高，运行成本低，体积小，节能、环保、适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及一种真空闪蒸强化传质脱氧设备和利用该设备进行水脱氧的工艺。
背景技术
水是人类生产活动中的重要物质资源，现代化生产中很多地方都需要用到水，在很多领域中，对水的含氧量有较高的要求，例如油田注水，需要将氧含量降至50～100mg/m3以下，蒸汽锅炉用水需将水中溶氧含量降低至50mg/m3以下，甚至7mg/m3以下以降低溶氧对设备的腐蚀。而在食品工业中，也需要对饮料，啤酒等进行脱氧处理，以提高品质，延长保质期和减少防腐剂的使用。
水体在开放环境下，会溶解空气中的氧气，这个溶解平衡符合亨利定律，随着气相氧气分压和温度的改变而改变。
目前工业领域采用的脱氧技术主要有真空脱氧，不含氧的气体吹脱脱氧，热力学脱氧，脱氧剂脱氧，铁离子脱氧等《锅炉(给)水脱氧技术研究的进展》(腐蚀科学与防护技术，第19卷第6期2007年11月)。各种脱氧方式均有其应用范围和优缺点。
传统的蒸汽脱氧装置，需要体积庞大的气提塔(也可以用超重力机)，如专利CN 201280447Y中所述，包含连通的解吸塔和吸收塔，但均需要蒸汽发生装置，且消耗大量的蒸汽，传质效率低，且温度较高，难以应用在食品饮料行业。
传统的真空脱氧装置，如专利CN 2060626U所述，采用喷淋进料，由于被动的蒸发产生的水蒸气只产生在水表面，且水蒸汽量小，传质效率低，需要的真空度高，无法达到很高的除氧量。
传统的化学脱氧剂(或配合其他脱氧方式)，需要消耗大量的脱氧剂，且会对水造成二次污染，难以应用在食品饮料行业。
专利CN86101425提到了一种利用变压降温蒸发产生蒸汽除氧的设备，但由于其温度高，压力大，且传质效率不高，应用仍然受到限制。
专利CN 1064338A中用到的利用超重力旋转床通入不含氧的N2或天然气进行脱氧，需要的气量很大，不含氧的气体也不易得到，且难以达到很低的含氧量，而采用蒸汽脱氧时，则同样需要蒸汽发生装置，如文献《用超重力技术进行锅炉给水脱氧》中(化工进展，2002年第21卷第6期)，也需要较高的温度，能量消耗大，应用范围窄。
因此传统的除氧方式均有一定的应用缺陷，尽管某些现有传统脱氧方式可以达到应用要求，但均存在成本高的问题，难以推广应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种真空闪蒸强化传质脱氧设备，和一种真空闪蒸强化传质脱氧工艺，其结合了真空闪蒸，强化传质和蒸汽气提，可提高除氧效率并减小设备体积。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案得以解决：
本发明第一方面，一种真空闪蒸强化传质脱氧设备，包括：
一强化传质脱氧机，所述的强化传质脱氧机包括圆柱体形外壳；穿过外壳底部中央的轴，其与外壳底部之间为机械密封；圆柱体形外壳中包含一个可高速旋转的转鼓，所述转鼓包括一圆形底板、外套筒、内套筒和一环形上板，底板中央和轴相连，外套筒和内套筒均为多孔板结构，其间设置填料层；所述的强化传质脱氧机上端设置有喷淋管，喷淋管的一端为进料口，转鼓内套筒上沿设置横向突出部件，与外壳之间为液环密封或填料密封；外壳顶部设置出气口，底部设置出液口；
与所述上端进料口连通有一进料泵或采用位差的形式进料；
与所述顶部出气口连通的一真空泵；
与所述底部出液口连通有一出料泵或采用位差的形式出料。
外壳与转鼓内筒上沿之间通过液环密封或填料密封，使得水和气只能通过内筒进入填料并从外筒排出，而不会通过转鼓上端和顶板之间的空间同时不阻止转鼓的转动并尽量减小阻力。
所述进料泵可为离心泵、轴流泵或容积泵。
所述真空泵可为水环式真空泵、往复式真空泵或水力喷射泵等能耐受水汽的真空泵。
所述填料层可采用不锈钢波纹丝网，聚丙烯纤维，聚四氟乙烯纤维，玻璃纤维或其他材料；其压降范围为1～30KPa。
所述轴由电机带动，采用连轴传动、皮带轮传动或齿轮传动，转速为500～2000rpm；采用变频调速电机或变速箱实现调速。
强化传质脱氧设备需要在一定温度下工作，为了减少热损耗，可采用保温材料包覆或夹套的方式实现保温。
本发明第二方面，一种真空闪蒸强化传质脱氧工艺，包括：
A.使预热到一定温度的含氧水从进料泵进入强化传质脱氧机，从进料口进入后通过喷淋管喷入转鼓的内筒壁上并进入填料层；
B.在真空泵的作用下，压力降至该温度下的饱和蒸气压，在此温度下，水开始沸腾并产生蒸汽，在强化传质脱氧机中，由高速旋转的填料层将水打成液膜或液滴，气相和液相在此过程中反复传质，水和蒸汽从转鼓外筒壁甩出；
C.沸腾产生的蒸汽和解吸出的氧气被真空泵通过出气口迅速带走，蒸汽的不断产生造成溶解氧不断降低，底部脱氧水通过出液口由出料泵排出。
所述进料水温为20-100℃，出口水温为10-95℃，进出口水温差为5-30℃。以保证足够的温度梯度且可产生足够的水蒸汽。
所述真空装置需保证系统的压力和与对应水温下的水的饱和蒸气压一致，以保证水的沸腾状态，其压力范围为1.23KPa～101.325KPa。上面应设测量压力和温度的仪表(也可设置在相应管道上)。
含氧水通过进料泵进入真空强化传质脱氧机后，由于填料层的压降，越接近填料外层的水压力越低，而由于沸腾产生的蒸汽需要吸收大量的热，水温也同步降低，这样就同时产生了压差和温度梯度，保证了气液之间的传质作用，从而使水中的溶解氧能更好的被带走。底部出液口由于高位位差和泵的作用，能够及时的将设备中的脱氧水排出，因此可以保持脱氧设备中的持液量和气体比例，并保证流程的连续运行。
可采用流量计控制阀门开度来控制进水量，以保证强化传质脱氧机的稳定运行。为加强出水的控制，采用液位计控制泵来排放脱氧水。由于强化传质设备的传质速度非常快，液体在其中的停留时间很短，因此可以用很小的体积实现很大的处理量。在工艺路线上设置采样点监控水中的溶解氧含量。
本发明同时包括强化传质，真空闪蒸和蒸汽气提的功能。采用高温水自带的能量产生足够蒸汽，且产生的蒸汽和水反复高速混合传质，由于气氛中氧气分压的降低使得溶解氧解吸出来，真空泵不断把产生的蒸汽(夹带氧气)带走使得溶解氧可以到达很低的水平。强化传质设备的传质速度非常快，液体在其中的停留时间很短，设备体积小；由于溶解氧的绝对量很低，因此在充分传质的条件下，采用很少量的蒸汽即可将其带走，最终水中的含氧量最低可低于7ug/L，达到饮料、食品或者锅炉水的要求。本发明除氧效率高，运行成本低，体积小，节能、环保、适用范围广。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
图1为本发明的真空闪蒸强化传质脱氧工艺示意图；
图2为本发明的真空强化传质脱氧机结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施例，进一步阐述本发明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，一种真空闪蒸强化传质脱氧设备，包括：
一强化传质脱氧机1，所述的强化传质脱氧机1包括圆柱体形外壳5；穿过外壳5底部中央的轴11，其与外壳5底部之间为机械密封；圆柱体形外壳5中包含一个可高速旋转的转鼓9，所述转鼓包括一圆形底板18、外套筒15、内套筒16和一环形上板17，底板18中央和轴11相连，外套筒15和内套筒16均为多孔板结构，其间设置填料层8；所述的强化传质脱氧机1上端设置有喷淋管12，喷淋管的一端为进料口6，转鼓内套筒16上沿设置横向突出部件7，与外壳5之间为液环密封；外壳5顶部设置出气口14，底部设置出液口13；
一与所述上端进料口6连通的进料泵2；
一与所述顶部出气口14连通的真空泵3；
一与所述底部出液口13连通的出料泵4。
进料泵2为离心泵。
真空泵3为水环式真空泵。
填料层8采用不锈钢波纹丝网，其压降为7.59KPa。
轴11由电机(图中未给出)带动，采用连轴传动，转速为500～2000rpm；调速装置采用变频调速电机(图中未给出)实现。
强化传质脱氧机1采用保温材料包覆的方式实现保温。
实施例2
在水环式真空泵3的作用下，强化传质脱氧机1压力降至12.34KPa，转鼓外筒壁15压力与之相当，此时水的沸点为50度，而由于不锈钢丝网填料层8的压降为7.59KPa，因此转鼓内筒16的压力为19.93KPa。加热至60℃的含氧水从进料泵2进入强化传质脱氧机1，从进料口6进入后通过喷淋管12喷入转鼓的内筒壁16上并进入填料层8，压力降至60℃下的饱和蒸气压19.93KPa，水开始沸腾并产生蒸汽；轴11和调速电机直接相连，置于转鼓9中的填料8在轴11的带动下高速旋转，其转速范围500～2000rpm，将水打成液膜或液滴，气相和液相在此过程中反复传质，水和蒸汽从转鼓外筒壁15甩出，此时压力12.34KPa，对应水的温度为50℃，水仍处于沸腾状态。沸腾产生的蒸汽和解吸出的氧气被真空泵3通过出气口14迅速带走，蒸汽的不断产生造成溶解氧不断降低。底部脱氧水通过出液口13由出料泵4的抽吸下不断排出。
经上述脱氧工艺处理后的水中的溶解氧含量为：5ug/L，达到饮料、食品或者锅炉水的要求。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种真空闪蒸强化传质脱氧设备，包括：
一强化传质脱氧机，所述的强化传质脱氧机包括圆柱体形外壳；穿过外壳底部中央的轴，其与外壳底部之间为机械密封；圆柱体形外壳中包含一个可高速旋转的转鼓，所述转鼓包括一圆形底板、外套筒、内套筒和一环形上板，底板中央和轴相连，外套筒和内套筒均为多孔板结构，其间设置填料层；所述的强化传质脱氧机上端设置有喷淋管，喷淋管的一端为进料口，转鼓内套筒上沿设置横向突出部件，与外壳之间为液环密封或填料密封；外壳顶部设置出气口，底部设置出液口；
与所述上端进料口连通有一进料泵或采用位差的形式进料；
与所述顶部出气口连通的一真空泵；
与所述底部出液口连通有一出料泵或采用位差的形式出料。
2.如权利要求1所述的一种真空闪蒸强化传质脱氧设备，其特征在于，所述进料泵为离心泵、轴流泵或容积泵。
3.如权利要求1所述的一种真空闪蒸强化传质脱氧设备，其特征在于，所述真空泵为水环式真空泵、往复式真空泵或水力喷射泵。
4.如权利要求1所述的一种真空闪蒸强化传质脱氧设备，其特征在于，所述填料层采用不锈钢波纹丝网，聚丙烯纤维，聚四氟乙烯纤维或玻璃纤维；其压降范围为1～30KPa。
5.如权利要求1所述的一种真空闪蒸强化传质脱氧设备，其特征在于，轴由电机带动，采用连轴传动、皮带轮传动或齿轮传动，转速为500～2000rpm；采用变频调速电机或变速箱实现调速。
6.如权利要求1所述的一种真空闪蒸强化传质脱氧设备，其特征在于，强化传质脱氧机采用保温材料包覆或夹套的方式实现保温。
7.一种真空闪蒸强化传质脱氧工艺，其特征在于，包括：
A.使预热到一定温度的含氧水从进料泵进入强化传质脱氧机，从进料口进入后通过喷淋管喷入转鼓的内筒壁上并进入填料层；
B.在真空泵的作用下，压力降至该温度下的饱和蒸气压，在此温度下，水开始沸腾并产生蒸汽，在强化传质脱氧机中，由高速旋转的填料层将水打成液膜或液滴，气相和液相在此过程中反复传质，水和蒸汽从转鼓外筒壁甩出；
C.沸腾产生的蒸汽和解吸出的氧气被真空泵通过出气口迅速带走，蒸汽的不断产生造成溶解氧不断降低，底部脱氧水通过出液口由出料泵排出。
8.如权利要求7所述的一种真空闪蒸强化传质脱氧工艺，其特征在于，进料水温为20-100℃，出口水温为10-95℃，进出口水温差为5-30℃。
9.如权利要求7所述的一种真空闪蒸强化传质脱氧工艺，其特征在于，真空系统压力范围为1.23KPa～101.325KPa。
10.如权利要求7所述的一种真空闪蒸强化传质脱氧工艺，其特征在于，采用流量计控制阀门开度来控制进水量，采用液位计控制泵来排放脱氧水。
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