CN104163460B - 浓盐水蒸发结晶系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种浓盐水蒸发结晶系统，包括：蒸发室(1)，具有第一入口(2)和第一出口(3)；冷凝室(4)，具有第二入口(5)和第二出口(6)，第一入口(2)与第二出口(6)连通、第一出口(3)与第二入口(5)连通；以及浓盐水槽(7)，浓盐水槽(7)通过泵(8)连通至蒸发室(1)；其中，在第一出口(3)处设置有引导蒸发室(1)中水蒸汽流向冷凝室(4)的风机(9)，蒸发室(1)中设置有对蒸发室(1)中浓盐水进行雾化的超声波雾化器(10)。本发明的目的在于提供一种高效、可靠，并且能够有效防止在处理过程中出现结垢的浓盐水蒸发结晶系统。

Description

浓盐水蒸发结晶系统

技术领域

本发明涉及一种浓盐水蒸发结晶系统。

背景技术

目前，关于超声雾化机理的研究还处在初级阶段，但它有着与其它雾化形式完全不同的本质。目前认为超声波雾化液体有两种因素起作用一个是高频、高振幅的气流所具有的剧烈紊流脉动将液膜拉成液丝，破碎成液滴而在气动力作用下进一步雾化成细雾。超声波雾化液体的另一个起作用的因素是高频、高振幅的气流具有线性运动动能，在与液滴碰撞时，能将能量传递给液滴，使其获得非常大的能量后，破碎成更细小的雾滴，因此又接近气动雾化。多种因素的作用使超声波雾化喷嘴可以获得中间直径小于60μm的雾滴，因此可节约能量。

传统的蒸发结晶系统中，对于浓盐水的蒸发结晶蒸发效率较低、能耗较大；此外，在基于零排放的浓盐水处理过程中，需尽量把盐浓缩到较高浓度再进行下一步的处理。一般采用膜技术对盐进行浓缩，浓缩过程中最容易出现的问题是在较高的盐浓度下出现膜表面结垢。采用传统控制结垢的方法，比如投加阻垢剂等与盐浓缩的目的相违背，而且在高盐浓度下阻垢剂的投加量过大，经济性差。

发明内容

针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高效、可靠，并且能够有效防止在处理过程中出现结垢的浓盐水蒸发结晶系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种浓盐水蒸发结晶系统，包括：蒸发室，具有第一入口和第一出口；冷凝室，具有第二入口和第二出口，第一入口与第二出口连通、第一出口与第二入口连通；以及浓盐水槽，浓盐水槽通过泵连通至蒸发室；其中，在第一出口处设置有引导蒸发室中水蒸汽流向冷凝室的风机，蒸发室中设置有对蒸发室中浓盐水进行雾化的超声波雾化器。

根据本发明，蒸发室的底部设置成阶梯状，阶梯状底部包括上阶梯底面、下阶梯底面和将二者相连接的过渡侧面，其中，超声波雾化器与下阶梯底面相间设置，浓盐水槽的出口与泵的入口连通，泵的出口连通至下阶梯底面。

根据本发明，蒸发室和浓盐水槽中均设置有超声波加热装置，超声波加热装置由超声波发生器和呈蜂窝状结构布置的加热管网构成，超声波发生器设置在加热管网端部。

根据本发明，泵的出口与蒸发室的下阶梯底面连通的连接管段中串联有换热器，换热器用于对流经该连接管段的浓盐水进行加热。

根据本发明，浓盐水蒸发结晶系统还包括：空气源热泵，空气源热泵具有热端和冷端，其中，换热器与热端之间通过第一换热管路连通，以构成第一换热回路；设置在冷凝室中的冷却器与冷端之间通过第二换热管路连通，以构成第二换热回路，其中，热端与冷端之间以彼此热交换地方式相互热耦合。

根据本发明，蒸发室中的过渡侧面设置有溢流口，溢流口通过溢流管与浓盐水槽连通。

根据本发明，相对于浓盐水槽的槽底，溢流管与浓盐水槽连通的连通位置，高于浓盐水槽出口的位置。

根据本发明，蒸发室中的上阶梯底面设置有盐分收集口。

根据本发明，在蒸发室中对浓盐水进行雾化的雾化温度为40～50℃，超声波加热装置的加热温度为80～100℃。

本发明的有益技术效果在于：

(1)在本发明的浓盐水蒸发结晶系统中，通过将蒸发室与冷凝室相互连通，从而构造成蒸发结晶系统的循环回路。进一步，在蒸发室中设置有对蒸发室中浓盐水进行雾化的超声波雾化器，从而可以对浓盐水进行超声雾化。在利用超声波对液体进行雾化时，液面受到声波振动产生网状波，随着超声波振动的加剧，在波峰处会有小液滴飞起，飞出的液滴又被超声波振动而进一步雾化。因此，本发明的加装有超声波雾化器的蒸发结晶系统能够提高浓盐水的蒸发能力，相应地提高浓盐水蒸发结晶的效率、降低能耗，并且相比于现有技术本发明的蒸发结晶系统更加安全可靠。

(2)另外，利用超声波处理流体时(例如，对浓盐水进行蒸发结晶)，在超声场的作用下，流体中成垢物质的物理形态和化学性能会发生变化，即，成垢物质出现会分散、粉碎、松散、松脱从而不易附着在蒸发结晶系统的管壁上而形成积垢。因此，本发明的蒸发结晶系统还能够有效地防止浓盐水蒸发结晶过程中产生的积垢。

(3)进一步，在本发明的浓盐水蒸发结晶系统中设置空气源热泵，换热器与热泵的热端构成第一换热回路；冷凝室中的冷却器与热泵的冷端构成第二换热回路，并且热端与冷端之间以彼此热交换地方式相互热耦合，从而使得能量可以在蒸发结晶系统中进行热传递，以使得能量可以得到充分利用。

附图说明

图1是本发明浓盐水蒸发结晶系统的结构示意图；

其中，图1中箭头所示为物料在蒸发结晶系统中的流向。

具体实施方式

现参照附图描述本发明的浓盐水蒸发结晶系统。应当指出的是，本发明中所涉及的浓盐水为电导率>5000μs/cm，并且TDS(总溶解固体)>4000mg/l的浓盐水。

如图1所示，是本发明浓盐水蒸发结晶系统的结构示意图，其包括蒸发室1、冷凝室4以及浓盐水槽7。其中，蒸发室1具有第一入口2和第一出口3，而冷凝室4具有第二入口5和第二出口6，并且蒸发室1的第一入口2与冷凝室4的第二出口6连通；而蒸发室1的第一出口3与冷凝室4的第二入口5连通，从而通过这种方式构造出本发明蒸发结晶系统的循环回路。

进一步，浓盐水槽7通过泵8连通至蒸发室1，以利用泵8将浓盐水槽7中的浓盐水输送至蒸发室1中进行蒸发结晶。其中，在蒸发室1的第一出口3处设置有风机9，风机9用于将蒸发室1中的水蒸气引导至冷凝室4中，而在蒸发室1中还设置有超声波雾化器10，其用于对蒸发室1中的浓盐水进行超声波雾化，从而使得蒸发室1中的浓盐水雾化成液滴，以进行蒸发结晶。可选地，在蒸发室1中对浓盐水进行雾化的雾化温度为40～50℃，当然应当理解，该温度可根据具体使用情况调整，本发明不局限于此。

在优选的实施例中，蒸发室1和浓盐水槽7中均可以设置超声波加热装置。其中，蒸发室1中的超声波加热装置用于对蒸发室1内的雾化浓盐水进行加热，而设置在浓盐水槽7中的超声波加热装置用于对浓盐水槽7中的浓盐水进行预热。

具体地，超声波加热装置由超声波发生器和呈蜂窝状结构布置的加热管网构成，并且超声波发生器设置在加热管网端部。在使用中，由超声波发生器产生的高频振动波传递到蜂窝状结构的加热管网中的每根加热管表面，通过超声波与加热管表面之间的振动摩擦从而实现加热的目的，此外这种摩擦的方式也可以有效地防止加热管网表面产生结垢。在可选的实施例中，超声波加热装置的加热温度可以为80～100℃，当然应当理解，该温度可以根据具体使用情况调整，本发明不局限于此。

在利用超声波对液体进行雾化时，液面受到声波振动产生网状波，随着超声波振动的加剧，在波峰处会有小液滴飞起，飞出的液滴又被超声波振动而进一步雾化。因此，在本发明的蒸发结晶系统中，浓盐水由浓盐水槽7经泵8泵送至蒸发室1中，然后超声波雾化器10对浓盐水进行雾化，从而使得浓盐水雾化成液滴，雾化液滴会快速地蒸发并在由风机9的作用下被抽吸至蒸发室1的第一出口3处，并进一步由第二入口5流动至冷凝室4中；而雾化后的盐分会结晶并滞留在蒸发室1中，从而实现浓盐水的蒸发结晶。也就是说，利用上述的超声波雾化可以有效地提高浓盐水的蒸发能力，相应地提高浓盐水蒸发结晶的效率、降低能耗，并且相比于现有技术本发明的蒸发结晶系统更加安全可靠。

另外，利用超声波处理流体时(例如，在本发明中对浓盐水进行蒸发结晶)，在超声场的作用下，流体中成垢物质的物理形态和化学性能会发生变化，即，成垢物质会出现分散、粉碎、松散、松脱从而不易附着在蒸发结晶系统的管壁上而形成积垢。因此，本发明的蒸发结晶系统还能够有效地防止浓盐水蒸发结晶过程中产生的积垢。

继续参照图1，在优选的实施例中，蒸发室1的底部可以设置成阶梯状，并且阶梯状底部包括上阶梯底面、下阶梯底面和将二者相连接的过渡侧面，从图1中可以看出，上述的上阶梯底面高于下阶梯底面。上述的超声波雾化器10可以与下阶梯底面相间设置，浓盐水槽7的出口与泵8的入口连通，而泵8的出口与下阶梯底面连通。

具体来说，将蒸发室1的底面设置成阶梯状可以有效地将超声波雾化过程与蒸发结晶过程分开，即，浓盐水进入蒸发室1后首先滞留在对应于下阶梯底面的蒸发室1的空间中，而超声波雾化器10也设置在该空间中。应当理解，超声波雾化器10与下阶梯底面相间设置，并且当浓盐水进入蒸发室1后，超声波雾化器10是浸入在浓盐水中的，此时才能够实现超声波雾化器10对浓盐水的超声波雾化。进一步，经超声波雾化器10雾化后的液滴会在风机9的作用下流动至对应于上阶梯底面的蒸发室1的空间中，在此处水蒸气液滴继续在风机9的作用下流出蒸发室1；而盐分结晶滞留在蒸发室1的下阶梯底面处，并如下文所述的由盐分收集口15排出系统之外进行收集。

此外，在优选的实施例中，泵8的出口与蒸发室1的下阶梯底面连通的连接管段中可以串联有换热器11，利用该换热器11可以对流经该管段的浓盐水进行预热。经预热后的浓盐水进入蒸发室1与超声波雾化器10作用时的温度已达到50～60℃。

再次参照图1，在本发明的蒸发结晶系统中还设置有空气源热泵12，该热泵12具有热端121和冷端122。具体地，换热器11与热端121之间通过第一换热管路连通，以构成第一换热回路；而设置在冷凝室4中的冷却器13与冷端122之间通过第二换热管路连通，以构成第二换热回路，并且空气源热泵12的热端121与冷端122之间以彼此热交换地方式相互热耦合。

也就是说，如图1所示，换热器11中具有第一支路，该第一支路分别与泵8和蒸发室1连通，其是用于对进入蒸发室1的浓盐水进行预热的支路；而换热器11中还具有第二支路，该第二支路通过两根连接管与空气源热泵12的热端121相连通以构成第一换热回路，从而从热端121中吸取热量来为第一支路提供热源；由于热端121与冷端122热交换地热耦合，因此热端121中第二支路的热源来自于与冷端122热交换后所吸取的热量。进一步，冷端122也通过两根连接管与冷却器13相连通以构成第二换热回路，蒸发结晶后的水蒸气进入冷凝室4后会被冷却器13冷却凝结，而冷却器13的冷源来自于空气源热泵12中的冷端122，冷源与水蒸气换热后温度升高并返回冷端122中，并将热量热交换至热端121，而冷源再次降温并流动至冷却器13中再次使用。

因此，通过上述方式，可以使得能量可以在蒸发结晶系统中进行热传递，以使得能量可以得到充分利用。

继续参照图1，在优选的实施例中，蒸发室1中的过渡侧面处可以设置有溢流口，并且溢流口通过溢流管14与浓盐水槽7连通。当进入蒸发室1中的浓盐水过多并且水位超过适当水位时，其会由溢流口流入溢流管14并回流至浓盐水槽7中。更具体地，相对于浓盐水槽7的槽底(即，以浓盐水槽7的槽底为基准)，溢流管14与浓盐水槽7连通的连通位置高于浓盐水槽出口的位置。

另外如上所述，在蒸发室1的上阶梯底面可以设置有盐分收集口15，以对蒸发分离出的盐分进行回收。

如图1所示，需要说明的是，蒸发室1的第一入口2与冷凝室4的第二出口6之间相互连通，而第一入口2和第二出口6分别在蒸发室1和冷凝室4上的设置位置，应分别高于蒸发室1中的下阶梯底面以及冷凝室4的底面。对于冷凝室4来讲，第二出口6的设置位置所在平面与冷凝室4底面之间的区域可以作为产品水的收集区域。也就是说，当蒸发室1中流至冷凝室4的水蒸气被冷却器13冷凝凝结后，会落入上述的产品水收集区域中，以进行收集和临时储存。

现结合附图对本发明的浓盐水蒸发结晶系统的工作过程进行描述。具体地，浓盐水首先由浓盐水槽7经泵8泵送至换热器11，经换热器11预加热后升温至50～60℃，然后进入蒸发室1中。在蒸发室1中，浸没在浓盐水中的超声波雾化器10对浓盐水进行超声波加热雾化，雾化液滴随后在风机9的作用下流动至蒸发室1中对应于上阶梯底面的区域蒸发区域中，然后水蒸气继续在风机9的作用下上升并由第一出口3流出，然后流动至冷凝室4的第二入口5；而盐分会结晶并积聚在上阶梯底面上并由盐分收集口15收集。进入冷凝室4后的水蒸气会流过冷却器13并由冷却器13冷却降温，凝结成产品水液滴并积存在冷凝室4底部。上述过程中，在换热器11中对浓盐水进行预热的热源来自于空气源热泵12的热端121；而在冷却器13中对水蒸气进行冷却降温的冷源来自于空气源热泵12的冷端122。热端121与冷端122之间发生热交换，从而对系统中的能量进行充分利用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种浓盐水蒸发结晶系统，其特征在于，包括：

蒸发室(1)，具有第一入口(2)和第一出口(3)，其中，所述蒸发室(1)的底部设置成阶梯状，所述阶梯状底部包括上阶梯底面、下阶梯底面和将二者相连接的过渡侧面，以将所述蒸发室(1)划分成包括所述上阶梯底面的蒸发结晶区域和包括所述下阶梯底面的超声波雾化区域，其中所述第一入口(2)位于所述超声波雾化区域，所述第一出口(3)位于所述蒸发结晶区域；

冷凝室(4)，具有第二入口(5)和第二出口(6)，所述第一入口(2)与所述第二出口(6)连通、所述第一出口(3)与所述第二入口(5)连通，其中，所述第一入口(2)和第二出口(6)分别在蒸发室(1)和冷凝室(4)上的设置位置，应分别高于蒸发室(1)中的下阶梯底面以及冷凝室(4)的底面；以及

浓盐水槽(7)，所述浓盐水槽(7)通过泵(8)连通至所述蒸发室(1)的所述超声波雾化区域；

其中，在所述第一出口(3)处设置有引导所述蒸发室(1)中水蒸汽流向所述冷凝室(4)的风机(9)，所述蒸发室(1)的所述超声波雾化区域中设置有对所述超声波雾化区域中浓盐水进行雾化的超声波雾化器(10)，并且所述超声波雾化器(10)浸入在所述超声波雾化区域内的浓盐水中。

2.根据权利要求1所述的浓盐水蒸发结晶系统，其特征在于，

所述超声波雾化器(10)与所述下阶梯底面相间设置，所述浓盐水槽(7)的出口与所述泵(8)的入口连通，所述泵(8)的出口连通至所述下阶梯底面。

3.根据权利要求1所述的浓盐水蒸发结晶系统，其特征在于，

所述蒸发室(1)和所述浓盐水槽(7)中均设置有超声波加热装置，所述超声波加热装置由超声波发生器和呈蜂窝状结构布置的加热管网构成，所述超声波发生器设置在所述加热管网端部。

4.根据权利要求1所述的浓盐水蒸发结晶系统，其特征在于，

所述泵(8)的出口与所述蒸发室(1)的所述下阶梯底面连通的连接管段中串联有换热器(11)，所述换热器(11)用于对流经该连接管段的浓盐水进行加热。

5.根据权利要求4所述的浓盐水蒸发结晶系统，其特征在于，还包括：

空气源热泵(12)，所述空气源热泵(12)具有热端(121)和冷端(122)，

其中，所述换热器(11)与所述热端(121)之间通过第一换热管路连通，以构成第一换热回路；设置在所述冷凝室(4)中的冷却器(13)与所述冷端(122)之间通过第二换热管路连通，以构成第二换热回路，

其中，所述热端(121)与所述冷端(122)之间以彼此热交换地方式相互热耦合。

6.根据权利要求2所述的浓盐水蒸发结晶系统，其特征在于，

所述蒸发室(1)中的所述过渡侧面设置有溢流口，所述溢流口通过溢流管(14)与所述浓盐水槽(7)连通。

7.根据权利要求6所述的浓盐水蒸发结晶系统，其特征在于，

相对于所述浓盐水槽(7)的槽底，所述溢流管(14)与所述浓盐水槽(7)连通的连通位置，高于所述浓盐水槽出口的位置。

8.根据权利要求2所述的浓盐水蒸发结晶系统，其特征在于，

所述蒸发室(1)中的所述上阶梯底面设置有盐分收集口(15)。

9.根据权利要求3所述的浓盐水蒸发结晶系统，其特征在于，

在所述蒸发室(1)中对所述浓盐水进行雾化的雾化温度为40～50℃，所述超声波加热装置的加热温度为80～100℃。