CN101954199A

CN101954199A - 溶液、废液的固态化装置及溶液、废液的固态化方法

Info

Publication number: CN101954199A
Application number: CN2010102314999A
Authority: CN
Inventors: 前田光男; 石田和彦; 西村靖史; 井上智裕; 前田直忠
Original assignee: Sasakura Engineering Co Ltd
Current assignee: Sasakura Engineering Co Ltd
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2011-01-26
Also published as: JP5599168B2; JP2011020074A

Abstract

本发明提供溶液、废液的固态化装置及固态化方法，通过组合作为前级浓缩装置的能量效率高的蒸汽压缩型蒸发浓缩装置和作为后级晶析装置的冷却式晶析装置，从而几乎不使用蒸汽即可实现大幅节能化。固态化装置具有：将所供给的溶液、废液浓缩至趋近饱和的蒸汽压缩型蒸发浓缩装置；对由蒸汽压缩型蒸发浓缩装置生成的浓缩液进行冷却而降低溶解度，使蒸发浓缩液中的溶质结晶析出的冷却式晶析装置；将利用冷却式晶析装置析出的结晶从液体中分离的固液分离装置。将分离去除固态物后的滤液送回蒸汽压缩型蒸发浓缩装置侧的返回管路与固液分离装置连接。经由返回管路送回的滤液与处理液混合，混合液经由预热器与来自蒸汽压缩型蒸发浓缩装置的冷凝水热交换。

Description

溶液、废液的固态化装置及溶液、废液的固态化方法

技术领域

本发明涉及从溶液、废液生成高浓度溶液，并从该高浓度溶液中固态化分离结晶的装置及其方法，特别是涉及提高能量效率，实现节能化的溶液、废液的固态化装置及溶液、废液的固态化方法。

背景技术

包含氯化铵的废液等的固态化装置公知的有在前级浓缩使用浓缩装置，并利用加热蒸汽式晶析装置将浓缩液进行结晶化的结构。在使用该加热蒸汽式结晶装置的工艺中作为前级浓缩使用的是，使用多重效用蒸发器或从外部注入新蒸汽的结构等。另外，还公知有为了提高能量效率，使用蒸汽压缩型蒸发浓缩装置的例子(例如，参照下述专利文献1)。但是，在使用该加热蒸汽式晶析装置的工艺中，即使使用具有前级浓缩的任何方式，在晶析工序中都需要大量的蒸汽，因此系统整体的能量效率恶化。

另一方面，公知的是对包含如氯化铵那样的因温度差而溶解度差大的物质的溶液、废液进行处理时，使用冷却式晶析装置的结构。因通过溶解度差的利用来实现结晶化，所以与使用上述的加热蒸汽式晶析装置的工艺相比，实现节能化。但是，在使用该冷却式晶析装置的工艺中，现状是前级浓缩使用多重效用蒸发器或注入新蒸汽，但无论是哪种方式，都使用蒸汽，从节能化的观点来看还不是充分的。

专利文献1：日本特开昭62-136204号公报。

于是，期望可以实现节能化的溶液、废液的固态化装置及溶液、废液的固态化方法。

发明内容

本发明是鉴于上述课题而创立的，其目的是提供一种溶液、废液的固态化装置及溶液、废液的固态化方法，其通过组合作为前级浓缩装置的能量效率高的蒸汽压缩型蒸发浓缩装置和作为后级结晶装置的冷却式晶析装置，可以在几乎不使用蒸汽的情况下，实现大幅度的节能化。

为了实现上述目的，本发明提供溶液、废液固态化装置，其特征在于，具有：蒸汽压缩型蒸发浓缩装置，其具备使所供给的处理液蒸发的蒸发罐和对产生蒸汽进行隔热压缩的压缩机，以将利用压缩机使温度和压力上升的蒸汽返回蒸发罐作为用于使处理液蒸发的热源的方式使所供给的处理液蒸发浓缩；冷却式晶析装置，其对利用所述蒸汽压缩型蒸发浓缩装置得到的蒸发浓缩液进行冷却，降低溶解度，使蒸发浓缩液中的溶质结晶析出。

如上所述，通过利用蒸汽压缩型蒸发浓缩装置进行前级的浓缩，利用冷却式晶析装置进行后级的结晶化，能够几乎不使用蒸汽，从而实现大幅度节能化。即，由于使用冷却式晶析，所以需要将在前级生成的浓缩液提升至高温。该情况下，如现有的蒸汽加热的情况能量消耗大。另一方面，如本发明所示，利用蒸汽压缩的情况下，能量效率高，实现节能化。

本发明可以具备从液体中分离利用所述冷却式晶析装置析出的结晶的固液分离装置。可以提取结晶化的固态物，可以将该固态物用于例如肥料等。

本发明优选具备将由所述固液分离装置分离去除后的滤液送回所述蒸汽压缩型蒸发浓缩装置侧与处理液混合的返回管路。利用这种结构，可以降低废液的排出量。

本发明也可以具备预热器，其将由所述返回管路送回的滤液与处理液的混合液和由所述蒸汽压缩型蒸发浓缩装置得到的冷凝水进行热交换，利用冷凝水加热混合液。通过与冷凝水进行热交换，使处理液的温度上升，因此，热回收效率高，系统整体可以实现抑制蒸汽的使用量的节能化。

另外，本发明提供溶液、废液的固态化方法，其特征在于，包括：使用蒸汽压缩型蒸发浓缩装置对所供给的处理液进行蒸发浓缩的工序；使用冷却式晶析装置对在所述蒸发浓缩工序中得到的蒸发浓缩液进行冷却而降低溶解度，使蒸发浓缩液中的溶质结晶析出的工序。根据上述结构，能够几乎不使用蒸汽，从而实现大幅度的节能化。

根据本发明，通过组合冷却式晶析装置和作为前级浓缩装置的能量效率高的蒸汽压缩型蒸发浓缩装置，能够几乎不使用蒸汽，从而实现大幅度的节能化的溶液、废液的固态化装置及溶液、废液的固态化方法。

附图说明

图1是实施方式的溶液、废液的固态化装置的整体结构图；

图2是实施例的溶液、废液的固态化装置的整体结构图。

符号说明

1：溶液、废液的固态化装置

2：蒸汽压缩型蒸发浓缩装置

2A：真空蒸汽压缩型蒸发浓缩装置

3：冷却式晶析装置

4：固液分离装置

5：返回管路

6：预热器

具体实施方式

以下，根据实施方式对本发明进行详述。另外，本发明不限于以下的实施方式。

图1是实施方式的溶液、废液的固态化装置的整体结构图。溶液、废液的固态化装置1是浓缩含有例如氯化铵的溶液、废液并提取固态成分的装置。该固态化装置1具有使所供给的溶液、废液浓缩趋近饱和的蒸汽压缩型蒸发浓缩装置2、对由蒸汽压缩型蒸发浓缩装置2生成的浓缩液进行冷却而降低溶解度并使蒸发浓缩液中的溶质结晶析出的冷却式晶析装置3、从液体中分离由冷却式晶析装置3析出的结晶的固液分离装置4。将分离去除固态物后的滤液送回蒸汽压缩型蒸发浓缩装置2侧的返回管路5与固液分离装置4连接。经由返回管路5送回的滤液与处理液(原液)混合，混合液经由预热器6与来自蒸汽压缩型蒸发浓缩装置2的冷凝水进行热交换。

蒸汽压缩型蒸发浓缩装置2具备使所供给的处理液蒸发的蒸发罐、对产生蒸汽进行隔热压缩的压缩机，将利用压缩机使温度和压力上升的蒸汽返回蒸发罐，形成用于对处理液进行蒸发的热源。压缩机可以是1台，另外，在无法得到一级压缩所需要的压缩温度差时，以2台串联设置的方式构成。另外，也有如3台串联的情况。

冷却式晶析装置3公知的有具备护罩及内部线圈的冷却方式的晶析装置、外部循环冷却式晶析装置等，没有特别地限制。护罩式晶析装置是在进行晶析的容器的周围具有护罩，在该护罩内通过冷水(或制冷剂)，经由该容器的壁面进行冷却的类型。内部线圈式晶析装置是在进行晶析的容器内配置冷却线圈，使来自冷机的冷水(或制冷剂)在冷却线圈内通过，对容器内的溶液进行冷却的类型。外部循环冷却式晶析装置在配管、阀门等构成的循环路径形成结晶槽和在其外部配置的冷却器，冷却器优选使用多管式冷却器。优选在容器内具备搅拌叶片及挡板，可以良好地搅拌内液。另外，无论何种类型，为了混合性的提高，优选内部具备引流管。另外，在后述的实施例中示例内部线圈式晶析装置。

固液分离装置4可以列举出例如离心分离机、旋转真空过滤器等。另外，在后述的实施例中例示离心分离机。

上述结构的固态化装置1的处理的概要如下。在本实施方式中，包括浓度13重量％左右的氯化铵的处理液(原液)按每一日约5t供给于固态化装置1。而且，在蒸汽压缩型蒸发浓缩装置2中浓缩趋近饱和，产生70℃左右的浓缩液(浓度37重量％左右)。在该前级浓缩中，通过使用蒸汽压缩型蒸发浓缩装置2，将在蒸发罐中产生的蒸汽利用压缩机隔热压缩提升至高温，因此与蒸汽加热的情况相比，能量效率高，可实现节能化。

接着，将浓缩液一直维持70℃左右的高温，并在此温度下向冷却式晶析装置3供给。冷却式晶析装置3将在蒸汽压缩型蒸发浓缩装置2中产生的浓缩液冷却至20℃左右而降低溶解度，使浓缩液中的溶质结晶析出。

接着，在固液分离装置4中，与液体分离提取氯化铵的结晶固态物(含水率5～10％)。该氯化铵的结晶固态物例如作为肥料使用。另外，分离去除固态物后的滤液经由返回管路5送回蒸汽压缩型蒸发浓缩装置2侧。由此，废液的排出量降低。另外，经由返回管路5送回的滤液与处理液(原液)混合，混合液经由预热器6与来自蒸汽压缩型蒸发浓缩装置2的冷凝水进行热交换。因此，可以使供给于蒸汽压缩型蒸发浓缩装置2的处理液的温度上升，可以建立热回收良好的系统。

这样，本实施方式的固态化装置1通过组合作为前级浓缩的能量效率高的蒸汽压缩型蒸发浓缩装置2和冷却式晶析装置3，能够几乎不使用蒸汽，从而实现大幅度的节能化。而且，将经由返回管路5送回的滤液和处理液(原液)混合，混合液以经由预热器6与来自蒸汽压缩型蒸发浓缩装置2的冷凝水进行热交换的方式构成，从而可以实现更节能化。

在上述处理液中优选包含具有温度上升的同时溶解度增加的特性，且溶解度差相对于温度差大的物质。在此，“溶解度”是指在饱和溶液100kg中溶解的无水化合物的质量kg(＝wt％)。另外，“溶解度差相对于温度差大”是指例如相对于70℃和20℃之间的温度差(即50℃的温度差)，溶解度差为10以上。溶解度差大的物质除氯化铵之外，例示有硫酸钠(Na₂SO₄)、硫酸铜(Cu₂SO₄)、硫酸镍(NiSO₄)等。另外，Na₂SO₄其溶解度在34℃附近存在峰值，但在本发明的晶析装置中因冷却至20℃左右，因此可以高效率地结晶化。

实施例

以下，根据实施例更具体地说明本发明。另外，本发明不受以下的实施例任何限定。

在下面的实施例中，作为溶液、废液的固态化装置1对含有氯化铵的溶液、废液进行浓缩提取固态成分的装置进行说明。另外，作为蒸汽压缩型蒸发浓缩装置2的一例，列举说明真空蒸汽压缩型蒸发浓缩装置2A。该溶液、废液的固态化装置1的真空蒸汽压缩型蒸发浓缩装置2A包含水平管型蒸发器10。水平管型蒸发器10包含蒸发罐11，该蒸发罐11形成为筒形，内部可以贮存处理液。用于供给废液等处理液的管12与蒸发罐11连接，在该管12配置有用于供给处理液的原液泵13。在蒸发罐11的上部设置有加热器14，该加热器14由左右一对集管14a、14b和连接该两集管14a、14b之间的多根水平传热管14c构成。集管14a配置于蒸汽进入侧，集管14b配置于蒸汽排出侧。集管14b上连接有用于排出加热蒸汽的冷凝水的管15，该管15上配置有用于排出冷凝水的冷凝水泵16。管15上配置有预热器6，该预热器6利用冷凝水的热预热通过管12的处理液。预热器6是热交换器。

处理液(原液)被向原液箱20供给，与经由返回管路6送回的滤液混合，并利用原液泵13向水平管型蒸发器10供给。

本实施方式的水平管型蒸发器10包含处理液的循环流路。在循环流路配置有循环泵22及散布器23。循环泵22与蒸发罐11的底部连接。循环泵22通过管24可以将贮存在蒸发罐11的处理液25移送到散布器23。另外，循环泵22通过管26可以将处理液25的一部分移送至浓缩液箱30。散布器23以将处理液25从水平传热管14c的上方向水平传热管14c散布的方式形成。

水平管型蒸发器10具备用于将处理液的蒸汽向外部排出的作为排出管的管31。管31与蒸发罐11的上部连接。水平管型蒸发器10包含作为蒸汽压缩机的热泵32。热泵32与管31连接。热泵32的出口侧与加热器14的集管14a连接，可以将蒸发罐11的上部的蒸汽移送至集管14a。热泵32以吸入蒸发罐11的内部的蒸汽进行压缩升温的方式形成。真空泵33与加热器14的集管14b连接。利用该真空泵33将蒸发罐11的内部保持为真空。另外，将供给蒸汽的管35与连结热泵32的出口侧和集管14a的管34连接，在起动时及需要用于维持运转温度的辅助热源时可以供给外部热。

冷却式晶析装置3包含结晶罐40。结晶罐40内配置有内部线圈60。该内部线圈60与冷机61连接，来自冷机61的冷水通过内部线圈60。结晶罐40内的溶液用的循环流路41与结晶罐40连接。结晶罐循环泵42配置于循环流路41上。利用晶析装置供给泵43将贮存于浓缩液箱30内的浓缩液供给于循环流路41。而且，由结晶罐循环泵42向结晶罐40的底部供给浓缩液，从结晶罐40的侧壁的上部侧排出并循环。

另外，用于排出包含结晶化的溶质的浆液的管44与结晶罐40连接，在该管44上配置有将浆液向离心分离机4A(相当于固液分离装置4)供给的浆液泵45。另外，将结晶罐40内的蒸汽导入冷凝器46的管47与结晶罐40的上部连接。向冷凝器46供给冷水，利用晶析装置冷凝水泵48从冷凝器46的贮液的底部将冷凝水向系统外排出。另外，真空泵49与冷凝器46连接，冷凝器46及结晶罐40保持为负压状态。

利用浆液泵45从结晶罐40向离心分离机4A供给浆液。利用离心分离机4A将从液体中分离的结晶固态物从管50排出。另外，将分离去除固态物后的滤液送回真空蒸汽压缩型蒸发浓缩装置2A侧的返回管路5与离心分离机4A连接。在返回管路5上配置有滤液箱51、滤液泵52。将在滤液箱51内贮存的滤液利用滤液泵52经由返回管路5送回原液箱20内。另外，利用滤液泵52排出排放液。

接着，对上述结构的固态装置1的处理操作进行说明。包含每一日约5t的浓度13重量％左右的氯化铵的处理液(原液)供给于原液箱20。另一方面，经由返回管路5将液体送回原液箱20内。在原液箱20内搅拌混合后的处理液经由管12向保持为真空的蒸发罐11内供给。另外，处理液在通过管12途中，利用预热器6与冷凝水进行热交换，使温度上升。

接着，通过循环泵22的驱动将贮存在蒸发罐11内的处理液25通过管24向散布器23供给，从散布器23向水平传热管14c散布。由散布器23散布的处理液在水平传热管14c的表面薄膜蒸发。在水平传热管14c的表面蒸发的蒸汽通过管31被热泵32抽吸，利用热泵32隔热压缩并使温度及压力上升后，送至集管14a。进入集管14a的蒸汽导入水平传热管14c内侧，与使在水平传热管14c的外侧散布的循环液蒸发的同时冷凝，成为冷凝水流入集管14b。而且，冷凝水利用冷凝水泵16导入预热器6，利用预热器6冷却并排出。通过反复进行该工艺，循环液浓缩趋近饱和(70℃，浓度37重量％左右)，作为浓缩液从循环泵22的出口移送至浓缩液箱30。

浓缩液箱30内的浓缩液利用晶析装置供给泵43向循环流路41供给，由结晶罐循环泵42导入结晶罐40的底部。结晶罐40内的循环液(浓缩液)由结晶罐循环泵42向结晶罐40的底部供给，从结晶罐40的侧壁上部侧排出并循环。而且，结晶罐40内的循环液(浓缩液)利用通过内部线圈60的冷水(7～11℃)冷却至20℃，溶解度下降，浓缩液中的溶质结晶化析出。

另外，结晶罐40内的蒸汽导入冷凝器46而冷凝，冷凝水由冷凝水泵48向系统外排出。

将结晶罐40内的包含结晶化的溶质的浆液用浆液泵45供给于离心分离机4A。而且利用离心分离机4A将与液体分离的结晶固态物向系统外排出。另一方面，将利用离心分离机4A将分离去除固态物后的滤液经由返回管路5送回原液箱20。

通过连续进行上述的处理，可以从包含氯化铵的废液中产生高浓度溶液，并从该高浓度溶液中固态分离结晶，并提取结晶固态物。而且，能够几乎不使用蒸汽，从而实现大幅度节能化。

产业上的可利用性

本发明可以应用于从溶液、废液中产生高浓度溶液，并从该高浓度溶液中固态分离结晶的装置及其方法。

Claims

1.一种溶液、废液的固态化装置，其特征在于，具有：

蒸汽压缩型蒸发浓缩装置，其具备使所供给的处理液蒸发的蒸发罐和对产生蒸汽进行隔热压缩的压缩机，以将利用压缩机使温度和压力上升的蒸汽返回蒸发罐作为用于使处理液蒸发的热源的方式使所供给的处理液蒸发浓缩；

冷却式晶析装置，其对利用所述蒸汽压缩型蒸发浓缩装置得到的蒸发浓缩液进行冷却，降低溶解度，使蒸发浓缩液中的溶质结晶析出。

2.如权利要求1所述的溶液、废液的固态化装置，其中，

具备从液体中分离利用所述冷却式晶析装置析出的结晶的固液分离装置。

3.如权利要求2所述的溶液、废液的固态化装置，其中，

具备返回管路，其将由所述固液分离装置分离去除后的滤液送回所述蒸汽压缩型蒸发浓缩装置侧并与处理液混合。

4.如权利要求3所述的溶液、废液的固态化装置，其中，

具备预热器，其将由所述返回管路送回的滤液与处理液的混合液和由所述蒸汽压缩型蒸发浓缩装置得到的冷凝水进行热交换，利用冷凝水加热混合液。

5.一种溶液、废液的固态化方法，其特征在于，包括：

使用蒸汽压缩型蒸发浓缩装置对所供给的处理液进行蒸发浓缩的工序；

使用冷却式晶析装置对在所述蒸发浓缩工序中得到的蒸发浓缩液进行冷却而降低溶解度，使蒸发浓缩液中的溶质结晶析出的工序。