CN104225944A - 一种多效蒸发装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多效蒸发装置与方法，其中多效蒸发装置包括：料液槽(1)，通过管路与料液槽(1)依次连接的至少一支换热器，与组换热器对应连接的至少一支多效蒸发组件，设置在蒸发装置中的连通管路上的真空泵，设置在换热器出口的淡水收集罐；其中，多效蒸发组件为全塑料材料构成，具有塑料外壳(21)以及设置在外壳(21)内部的中空纤维多孔膜(23)、塑料格网(22)和塑料换热毛细管(24)，料液透过中空纤维多孔膜与塑料格网和塑料换热毛细管直接接触，从而料液在塑料换热毛细管表面均匀分配。本发明可以显著提高造水比，提高浓缩倍率，提高多效蒸发装置的功效。

Description

一种多效蒸发装置与方法

技术领域

本发明涉及一种多效蒸发装置与方法，尤其涉及水净化处理和化工分离的蒸发浓缩装置与方法。

背景技术

多效蒸发技术是已有的一种化工分离技术，可以处理高浓度液体，可以利用太阳能、地热、温泉、工厂余热和温热的工业废水等廉价能源。如可用于海水淡化、高盐度废水浓缩减排处理、化工产品浓缩。但存在金属材料在高盐度下的腐蚀与结垢问题、防腐蚀金属材料设备投资高、设备体积大等问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提出一种全塑料构成的多效蒸发装置与多效蒸发方法。

本发明提供一种多效蒸发装置，其特征在于，包括：料液槽，通过管路与料液槽依次连接的至少一支换热器，与组换热器对应连接的至少一支多效蒸发组件，设置在蒸发装置中的连通管路上的真空泵，设置在换热器出口的淡水收集罐；其中，多效蒸发组件为全塑料材料构成，具有外壳以及设置在外壳内部的中空纤维多孔膜、塑料格网和塑料换热毛细管，料液透过中空纤维多孔膜与塑料格网和塑料换热毛细管直接接触，从而料液在塑料换热毛细管表面均匀分配。

通过本发明取得如下效果：

本发明的多效蒸发装置，与普通多效蒸发装置比较，特征之一，是采用塑料换热毛细管，单位体积内的有效蒸发面积大；特征之二，采用中空纤维多孔膜替代喷淋机构，减少雾沫夹带，减小装置体积；特征之三，装置全部采用塑料材料，避免了金属材料在高盐度下的腐蚀问题、不易结垢、容易酸洗。同时，由于采用全塑料结构部件，避免了金属材料的结垢问题，可以将低温多效技术常规的初始蒸汽温度由70℃提高至90℃以上，从而可以显著提高造水比，提高浓缩倍率，提高多效蒸发装置的功效。

此外，本发明采用蒸汽与料液逆流方式，通过水蒸汽冷凝与料液加热蒸发过程的耦合，回收蒸发与冷凝过程中水蒸气的相变热，从而实现多效蒸发过程。

附图说明

图1是本发明多效蒸发方法及多效蒸发装置工艺流程示意图。

图2是本发明多效蒸发组件横截面结构示意图。

图3是本发明多效蒸发装置中多效蒸发组件排列方法示意图。

图1中，1为料液槽，2为进料阀门，3为进料流量计，4、5、6为换热器，7、8、9为多效蒸发组件，10、11、12为淡水收集罐，13为真空泵，14为料液浓水排出泵。20为料液预处理用的超微滤膜组件。71、81、91为多效蒸发组件料液入口，72、82、92为多效蒸发组件料液排污口，73、83、93为多效蒸发组件料液浓水出口，74、84、94为多效蒸发组件蒸汽入口，75、85、95为多效蒸发组件淡水出口，86、96为蒸汽出口。

图2中，21为多效蒸发组件塑料外壳，22为多效蒸发组件中塑料格网，23为中空纤维多孔膜，24为塑料换热毛细管。

图3中，51为由数个多效蒸发组件纵向排列构成的一组，52为由数个多效蒸发组件构成的另一组。31为多效蒸发组件，32为多效蒸发组件料液流向示意图。

具体实施方式

如图1所示，是本发明多效蒸发装置工艺流程示意图。本发明多效蒸发装置由料液槽1，进料阀门2，进料流量计3，多组换热器，多组多效蒸发组件，多个淡水收集罐，真空泵13，料液浓水排出泵14构成。其中，液料罐1中容纳待处理的液料。液料罐1中液料通过输液管在真空泵13的抽吸下进入到换热器中。输送管上设置进料阀门2和进料流量计3。

作为示例，图1中显示出设置三组换热器和多效蒸发组件。三组热交换器，分别是第一热交换器4，第二热交换器5，第三热交换6。三组热交换器的壳程相互联通。

三组多效蒸发组件分别是第一多效蒸发组件7，第二多效蒸发组件8，第三多效蒸发组件9，三组多效蒸发组件之间通过壳程相互联通。

具体来说，在真空泵13的抽吸作用下，料液从料液槽1，经由进料阀门2控制，通过进料流量计3，依此进入第一换热器4、第二换热器5、第三换热器6的壳程，逐级加热，再进入第一多效蒸发组件7的中空纤维多孔膜的管程。透过第一多效蒸发组件7的中空纤维膜壁后，进入第一多效蒸发组件7的壳程，在塑料换热毛细管外壁蒸发后，未蒸发的料液由第一多效蒸发组件7的壳下出口73流出，进入第二多效蒸发组8的中空纤维多孔膜的管程。同样，逐级完成在第二多效蒸发组8、第三多效蒸发组9中料液的蒸发，最后，由料液浓水排出泵14排出。

生蒸汽由蒸汽入口94进入第三多效蒸发组件9塑料换热毛细管的管程，蒸汽冷凝或部分冷凝后，在真空泵13的抽吸作用下，由塑料换热毛细管的管程出口95进入换热器4的管程。料液在塑料换热毛细管外壁蒸发后新生成的蒸汽，由第三多效蒸发组件9壳程上出口96抽出，再从蒸汽入口84进入第二多效蒸发组件8塑料换热毛细管的管程。同样，逐级完成在第二多效蒸发组件8、第三多效蒸发组件7中的蒸汽冷凝与新蒸汽生成过程，以及相应在换热器5、6的换热过程。

多效蒸发组件7、8、9产生的淡水及未冷凝的蒸汽，在真空泵13的抽吸作用下，分别由第一多效蒸发组件的淡水出口75(即塑料换热毛细管的管程出口)、第二多效蒸发组件的淡水出口85(即塑料换热毛细管的管程出口)、第三多效蒸发组件的淡水出口95(即塑料换热毛细管的管程出口)，相应进入第三换热器6、第二换热器5、第一换热器4的管程，与壳程的料液换热后，然后分别进入第一淡水收集罐10、第二淡水收集罐11、第三淡水收集罐12。

各支多效蒸发组件分别设置有料液排污口和浓水出口，分别用于排除杂质和浓水。第一多效蒸发组件7上设置料液排污口72(即中空纤维多孔膜管程出口)、第二多效蒸发组件8上设置料液排污口82(即中空纤维多孔膜管程出口)、第三多效蒸发组件9上设置料液排污口92(即中空纤维多孔膜管程出口)。第一多效蒸发组件7上设置浓水出口73(多效蒸发组件7壳程下出口)，浓水出口73连接到第二多效蒸发组件8中空纤维多孔膜的管程入口。同样，第二多效蒸发组件8上设置壳程浓水出口83，浓水出口83连接到第三多效膜蒸发组件9中空纤维多孔膜的管程入口。第三多效膜蒸发组件9的壳程浓水出口93，通过料液浓水排出泵14排出到系统外，或者循环处理。

第一多效蒸发组件7的浓水(即未蒸发的料液)在重力作用下，自流进入第二多效蒸发组件8的中空纤维多孔膜的管程入口。同样，第二多效蒸发组件8的浓水(即未蒸发的料液)在重力作用下，自流进入第三多效蒸发组件9的中空纤维多孔膜的管程入口，依此，由上至下，逐级自流。

依具体需要，可在料液槽1中设置浸没式超微滤膜组件20作为料液预处理，减少多效蒸发组件中空纤维多孔膜的污堵。也可将料液经超微滤膜预处理后，再放入料液槽1中。

依料液对中空纤维多孔膜管程的污堵情况，分别打开多效蒸发组件中空纤维多孔膜管程72、82、92出口的阀门，排出污染物。

图1所示的多效蒸发装置由三支多效蒸发组件串联构成，依具体需要，实际的多效蒸发装置可由至少一支、至多35支多效蒸发组件串联构成。

本发明的多效蒸发装置中，设置中空纤维多孔膜替代喷淋机构。如图2所示，作为示例，显示出多效蒸发组件包括塑料外壳21，在外壳21的内部，设置多层塑料格网22，在相邻两层塑料网格22之间，设置交替排列的中空纤维多孔膜23和塑料换热毛细管24。塑料格网22、中空纤维多孔膜23和塑料换热毛细管24的排列方式不限于交替排列方式，只要能够相互接触即可。

中空纤维多孔膜可以是超滤膜，也可以是微滤膜。中空纤维多孔膜材质最好是高分子材料，也可以是无机材料。中空纤维膜内径为0.5mm-5mm，最好为0.8mm-2mm。中空纤维膜和塑料换热毛细管为水平放置，若有倾斜，倾斜角不超过20度角。

塑料格网22材质可以是但不限于聚丙烯、尼龙。

料液透过中空纤维多孔膜后，与塑料格网和塑料换热毛细管直接接触，利用毛细润湿原理，简单地实现料液在塑料换热毛细管表面的均匀分配。蒸汽在塑料换热毛细管的管程中冷凝，料液在塑料换热毛细管的表面蒸发，塑料格网的主要作用是保障多效蒸发组件壳程内蒸汽的流道空间。蒸汽与料液在多效蒸发组件内和多效蒸发组件间为逆流方式，通过水蒸汽冷凝与料液加热蒸发过程的耦合，回收蒸发与冷凝过程中水蒸气的相变热，从而实现多效蒸发过程。由于采用全塑料结构部件，避免了金属材料的结垢与腐蚀问题，可以将低温多效技术常规的初始蒸汽温度，由70℃提高至90℃以上，从而可以显著提高造水比、提高浓缩倍率，提高多效蒸发装置的功效。初始蒸汽温度可以为50℃至110℃。

可以采用聚丙烯与聚四氟乙烯材料的多效蒸发换热管，以避免金属换热管的腐蚀与结垢问题，但聚丙烯与聚四氟乙烯材料的换热管比较粗，换热管内径一般在10mm以上。本发明的塑料换热毛细管内径为0.5mm-5mm。材料可以是聚丙烯或聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯材料，最好采用聚偏氟乙烯材料，最好采用溶液相分离法制备的聚偏氟乙烯换热毛细管。采用溶液相分离法制备的聚偏氟乙烯换热毛细管，不仅可以提高封装树脂环氧树脂与聚偏氟乙烯换热毛细管的粘接性，而且，聚偏氟乙烯换热毛细管孔隙率可以高达80-90％，使用时在换热毛细管的多孔表面一侧与水接触，在换热毛细管内部填充水，可以大幅提高换热毛细管的导热性。

如图3所示，每组五支多效蒸发组件纵向排列。结合图1进行说明：多效蒸发组件7的浓水在重力作用下，自流进入多效蒸发组件8，多效蒸发组件8的浓水在重力作用下，自流进入多效蒸发组件9，依此，由上至下，逐级自流。可以有35支多效蒸发组件依次连接、纵向排列。如图3所示，显示了为并行排列的两组多效蒸发组件51、52，依具体需要，多效蒸发装置由多组多效蒸发组件构成。

在本发明的系统中，料液可以是自来水、海水、冷却系统排出的热水或化工产品溶液等需要浓缩或淡化处理的液体。

Claims (9)

1.一种多效蒸发装置，其特征在于，包括：料液槽(1)，通过管路与料液槽(1)依次连接的至少一支换热器，与组换热器对应连接的至少一支多效蒸发组件，设置在蒸发装置中的连通管路上的真空泵，设置在换热器出口的淡水收集罐； 

其中，多效蒸发组件为全塑料材料构成，具有外壳(21)以及设置在外壳(21)内部的中空纤维多孔膜(23)、塑料格网(22)和塑料换热毛细管(24)，料液透过中空纤维多孔膜与塑料格网和塑料换热毛细管直接接触，从而料液在塑料换热毛细管表面均匀分配。 

2.根据权利要求1所述的多效蒸发装置，其特征在于：效蒸发装置由1-35支多效蒸发组件串联构成。

3.根据权利要求1所述的多效蒸发装置，其特征在于：塑料换热毛细管内径为0.5mm-5mm。 

4.根据权利要求1所述的多效蒸发装置，其特征在于：换热毛细管的材料为聚偏氟乙烯，孔隙率为80-90％。 

5.根据权利要求1所述的多效蒸发装置，其特征在于：多效蒸发组件的外壳(21)的内部，设置多列层塑料格网(22)，在相邻两层塑料网格(22)之间，设置交替排列的中空纤维多孔膜(23)和塑料换热毛细管(24)。 

6.根据权利要求1所述的多效蒸发方法，其特征在于：每组多效蒸发组件纵向排列，多效蒸发组件的浓水由上至下，逐级自流。 

7.根据权利要求5所述的多效蒸发方法，其特征在于：中空纤维膜和塑料换热毛细管为水平放置，倾斜角不超过20度角。 

8.一种采用权利要求1所述的多效蒸发装置的多效蒸发方法，其特征在于：在真空泵的抽吸作用下，料液从料液槽，依此进入换热器逐级加热，再逐级进入多效蒸发组件中蒸发，由料液浓水排出泵排出； 

蒸汽进入多效蒸发组件内的塑料换热毛细管内被冷凝，在塑料换热毛细管表面产生的蒸汽在真空泵的抽吸作用下，抽出多效蒸发组件，进入下一支多效蒸发组件； 

多效蒸发组件中产生的淡水及未冷凝的蒸汽，在真空泵的抽吸作用下，分别由多效蒸发组件淡水出口进入换热器，与料液换热，然后分别进入淡水 收集罐。 

9.根据权利要求7所述的多效蒸发方法，其特征在于：初始蒸汽温度为50℃至110℃。