CN104386771B - 进料方式、效数可变的多效蒸发实验装置及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种进料方式和效数可变的多效蒸发实验装置及其应用方法。其装置的蒸发系统包括依次相连的蒸发器、闪蒸器和循环泵，一效蒸发器的上端分别与其他效蒸发器的上端相连，每效蒸发器的下端设有冷凝水排水管路，并最终与汽水分离器相连；进料管路分别与每效蒸发器相连；蒸汽管路分别与一效蒸发器和二效蒸发器相连，每一效闪蒸器分别与其后两效蒸发器相连；每效的循环泵与后一效的蒸发器进料管路相连，每路管路通过设有阀门实现控制。本装置采用了独立可控的进料系统，使进料方式多样化，实现顺流、逆流、平流和混流进料的方案；本发明采用了独立可控的进汽系统，使蒸汽能独立进入各效蒸发器，并且配合不同类型的蒸发器，多个操作流程方案，可使装置处理不同进料盐度和浓缩要求的废水，提高处理效果，节约能耗。

Description

进料方式、效数可变的多效蒸发实验装置及其应用方法

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体地说，涉及一种进料方式和效数可变的多效蒸发实验装置及其应用方法。

背景技术

高含盐废水作为油田、石化等企业废水中的一种难处理的特种废水，一直是制约企业“零排放”的重要瓶颈问题。目前，对于工业含盐废水的处理方法包括膜处理技术、嗜盐菌生化处理技术、高级闪蒸及多效蒸发处理技术等。其中，多效蒸发处理技术由于运行稳定性好，具有显著的经济效益和环境效益，在海水淡化方面已进行了广泛的尝试，并逐渐向各种工业含盐废水的处理上进行应用和推广。

由于不同的进料方式所对应的处理对象不同，相应的处理效果也会不一样，而传统的多效蒸发器大多采用一种进料方式，故使得装置无法应对复杂多变的废水水况。不同进料方式的多效蒸发系统特性比较见表1。

表1不同进料方式的多效蒸发系统特性

同时，在一定范围内，增大效数可以降低含盐废水的处理成本，但效数也受到设备投资和折旧费以及传热温差的限制，且不同效数的多效蒸发器对含盐废水的处理效果也不相同。因此，传统的固定进料方式和固定效数的多效蒸发装置的操作性能差，应用单一。

目前对多效蒸发系统脱盐的研究，主要集中于通过建立数学模型对过程运行参数影响的预测，对多效蒸发浓缩含盐废水的应用仅限于理论上的研究，无法为多效蒸发浓缩含盐废水的实际应用提供指导。

发明内容

根据上述不足之处，本发明的目的在于提供一种进料方式和效数可变的多效蒸发实验装置及其应用方法，通过对不同操作参数的研究优化，可为后续利用多效蒸发浓缩含盐废水的应用提供基础参考数据。

为实现上述目的，本发明的技术方案在于：一种进料方式、效数可变的多效蒸发实验装置，它包括若干级依次相连的蒸发系统，所述的蒸发系统前端与蒸汽发生器、进料管路相连，所述的蒸发系统的后端依次与汽水分离器、冷凝器和真空泵相连，所述的蒸发系统包括依次相连的蒸发器、闪蒸器和循环泵，所述的一效蒸发器的上端分别与其他效蒸发器的上端相连，每效蒸发器的下端设有冷凝水排水管路，并最终与汽水分离器相连；所述的进料管路分别与每效蒸发器相连；所述的蒸汽管路分别与一效蒸发器和二效蒸发器相连，所述的每一效闪蒸器分别与其后两效蒸发器相连；所述每效的循环泵与后一效的蒸发器进料管路相连，每路管路通过设有阀门实现控制。

通过本装置可以实现处理废水过程中的进料方式可变和效数可变，克服了传统蒸发系统由于进料方式单一、效数固定不能根据不同料液状况及时调整处理方案而造成处理效果不好和能耗浪费的缺陷，并且可以结合不同状况的料液，设计不同的处理方案，以寻求最佳的处理方案，将传统多效蒸发系统脱盐的理论研究改为实际操作研究，通过大量的实验数据，可以指导大型工业化处理，以提高处理效果和节约能耗。

优选的是：所述一效闪蒸器与二效蒸发器之间的管路和蒸汽管路与二效蒸发器之间的管路通过三通相连。

优选的是：所述一效闪蒸器与三效蒸发器之间的管路和二效闪蒸器与三效闪蒸器之间的管路通过四通相连。

优选的是：所述的进料管路上设有流量计。可以监控进入蒸发器的料液的流量，提供相应的实验数据，为实时调整方案提供基础。

优选的是：所述的进料管路上设有取样口。可以检测进料料液的指标，提供相应的实验数据，为实时调整方案提供基础。

优选的是：所述每效的循环泵与后一效的蒸发器进料管路之间设有取样口。可以检测处理后料液的指标，提供相应的实验数据，为实时调整方案提供基础。

本发明还提供一种进料方式、效数可变的多效蒸发实验装置的应用，其操作步骤如下：

(1)调节各阀门的开启和关闭，使得本装置达到所要研究的进料方式和效数；

(2)打开蒸汽发生器，将蒸汽通入蒸发器内进行预热；

(3)开启进料泵进料，当一效闪蒸器中有盐水出现，开启第一效循环泵将一效闪蒸器中盐水打入第二效蒸发器中，以此逐效进行；

(4)每隔0.3h从各效出料口取样，并测量其盐度；

(5)当出料口的料液盐度达到排放指标时，关闭系统，实验结束。

本发明和现有技术相比具有显著的特点与进步：

(1)传统的多效蒸发器大多采用一种进料方式，操作性能差，应用单一，无法应对复杂多变的废水水况，基于上述缺点，本装置采用了独立可控的进料系统，使进料方式多样化，不仅可以实现顺流进料的方案，同时还能实现逆流、平流和混流进料；

(2)传统的多效蒸发器是效数固定的，无法对不同进料盐度和浓缩要求进行选择，基于上述缺点，本发明采用了独立可控的进汽系统，使蒸汽能独立进入各效蒸发器，并且配合不同类型的蒸发器，可以实现一效升、降系统、二效升-升、降-升、降-降系统，三效降-降-升、升-升-降系统等多个操作流程方案，可使装置处理不同进料盐度和浓缩要求的废水，提高处理效果，节约能耗；

(3)考察不同的操作参数进料盐度、温度、流料和生蒸汽温度、流量对多效蒸发浓缩含盐废水的热性能的影响，并对其进行优化，可为后续多效蒸发浓缩含盐废水的应用提供基础参考数据；

(5)本发明装置流程简单，可操作性强，同时，可以根据处理废水的情况时时调节运营方案，同时也可为满足处理要求，适量的增加效数，以达到灵活处理废水的目的。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明应用实施例1的不同进料流量对浓缩比和造水比的影响规律图。

图3是本发明应用实施例1的不同进料流量对浓缩比和造水比的影响规律图。

图4是本发明应用实施例2的不同进料盐度对浓缩比和造水比的影响规律图。

图5是本发明应用实施例2的不同进料盐度对出料盐度的影响规律图。

图6是本发明应用实施例3的不同加热蒸汽流量对浓缩比和造水比的影响规律图。

图7是本发明应用实施例3的不同加热蒸汽耗量对出料盐度的影响规律图。

图8是本发明应用实施例4的不同进料温度对浓缩比和造水比的影响规律图。

图9是本发明应用实施例4的不同进料温度对出料盐度的影响规律图。

1-一效蒸发器；2-一效闪蒸器；3-二效蒸发器；4-二效闪蒸器；5-三效蒸发器；6-三效闪蒸器；7-四效蒸发器；8-四效闪蒸器；9-汽水分离器；10-冷凝器；11-真空泵；12-流量计；Tw1、2、3、4、5、6、7、8、9、10-料液管路阀门；Ts1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16-蒸汽管路阀门；a、b、c、d、e-取样口；A-蒸汽发生器；B-冷却水进口；C-冷却水出口；Ⅰ-一效蒸发系统；Ⅱ-二效蒸发系统；Ⅲ-三效蒸发系统；Ⅳ-四效蒸发系统；P1、2、3、4、5-循环泵。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示的一种进料方式、效数可变的多效蒸发实验装置可知，它包括若干级依次相连的蒸发系统Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，蒸发系统前端与蒸汽发生器A、进料管路相连，进料管路设有进料泵P1蒸发系统的后端依次与汽水分离器9、冷凝器10和真空泵11相连，冷凝器10设有冷却水进口B和冷却水出口C，蒸发系统包括依次相连的蒸发器1、3、5、7闪蒸器2、4、6、8和循环泵P2、3、4、5，一效蒸发器1的上端分别与其他效蒸发器的上端相连，每效蒸发器的下端设有冷凝水排水管路，并最终与汽水分离器9相连；进料管路分别与每效蒸发器相连；蒸汽管路分别与一效蒸发器1和二效蒸发器3相连，每一效闪蒸器分别与其后两效蒸发器相连；每效的循环泵与后一效的蒸发器进料管路相连，每路管路通过设有阀门实现控制。一效闪蒸器2与二效蒸发器3之间的管路和蒸汽管路与二效蒸发器3之间的管路通过三通相连。一效闪蒸器2与三效蒸发器5之间的管路和二效闪蒸器4与三效闪蒸器5之间的管路通过四通相连。进料管路上设有流量计12及取样口a。每效的循环泵与后一效的蒸发器进料管路之间设有取样口b、c、d、e。

装置实施例1

将本多效蒸发系统的一效蒸发器1选定为降膜蒸发器，二效蒸发器3为升膜蒸发器，三效蒸发器5为降膜蒸发器，四效蒸发器7为升膜蒸发器。

以此系统的三效顺流降-降-升处理方式为例，进料管路打开阀门Tw1、Tw4、Tw5、Tw9、Tw10，关闭阀门Tw2、Tw3、Tw6、Tw7、Tw8，蒸汽管路打开阀门Ts1、Ts16、Ts9、Ts10、Ts11、Ts12、Ts14、Ts15，关闭Ts4、Ts5、Ts6、Ts7、Ts8、Ts13。打开泵P1、P3、P4、P5和真空泵11，关闭泵P2。

装置实施例2

将本多效蒸发系统的一效蒸发器1选定为降膜蒸发器，二效蒸发器3为升膜蒸发器，三效蒸发器5为降膜蒸发器，四效蒸发器7为升膜蒸发器。

以此系统的三效顺流降-升-降处理方式为例，进料管路打开阀门Tw1、Tw9、Tw3、Tw5、Tw10，关闭阀门Tw2、Tw4、Tw6、Tw7、Tw8，蒸汽管路打开阀门Ts1、Ts16、Ts2、Ts3、Ts4、Ts5、Ts6、Ts7、Ts8、Ts9、Ts12、Ts13、Ts14，关闭Ts15、Ts11。打开泵P1、P2、P3、P4、P5和真空泵11。

装置实施例3

将本多效蒸发系统的一效蒸发器1选定为降膜蒸发器，二效蒸发器3为升膜蒸发器，三效蒸发器5为降膜蒸发器，四效蒸发器7为升膜蒸发器。

以此系统的三效混流方式为例，进料管路打开阀门Tw1、Tw9、Tw2、Tw3、Tw4、Tw5、Tw6、Tw10，关闭阀门Tw7、Tw8，蒸汽管路打开阀门Ts1、Ts16、Ts2、Ts3、Ts4、Ts5、Ts6、Ts7、Ts8、Ts9、Ts12、Ts13、Ts14，关闭Ts15、Ts11。打开泵P1、P2、P3、P4、P5和真空泵11。

应用实例1

以上述装置实施例1为例，考察不同进料流量对系统热性能的影响。调节进料泵阀门，使进料流量分别为75kg/h、87.5kg/h、100kg/h、120kg/h，温度和生蒸汽流量分别为25℃和15m³/h。操作步骤如下：系统开始运行前0.5h打开蒸汽发生器A生产饱和蒸汽，记录蒸汽发生器初始流量，当进料盐水和各阀门准备就绪，开始进蒸汽预热蒸发器，三分钟后开启进料泵开始进料，当一效闪蒸器中有盐水出现，开启第一效循环泵将一效闪蒸器中盐水打入第三效蒸发器中，以此逐效进行。从系统正常运行开始(正常出料0.5h后)，每隔0.3h从各效出料口取样，并测量其盐度。分析结果表明，系统的浓缩比、造水比和出料盐度随进料流量的增大而降低，以此可以得出适当降低进料流量可以提高系统的热性能。浓缩比、造水比和出料盐度变化趋势如图2、3所示。

应用实施例2

以上述装置实施例1为例，考察不同进料盐度对系统热性能的影响。分别配置不同盐度的进料盐水，盐度分别为6000ppt、8000ppt、10000ppt、20000ppt，进料流量、温度和生蒸汽流量分别为75kg/h、15℃和17m³/h。以3h为一个周期分别考察不同的进料盐度。其他操作同应用实施例1。结果表明，随着进料盐度的增大，浓缩比和造水比均呈下降趋势，即可得处理效果随着物料盐度的增加而降低。浓缩比和造水比变化趋势如图4、5所示。

应用实施例3

以上述装置实施例1为例，考察不同生蒸汽流量对系统热性能的影响。调节进蒸汽管阀门，使生蒸汽流量分别为6.5m3/h、10.0m3/h、13.5m3/h、17.0m3/h，进料流量和温度分别为75kg/h、15℃。其他操作同应用实施例1。分析结果表明，系统的浓缩比、造水比和出料盐度随进料流量的增大而增大，以此可以得出在一定范围内增大生蒸汽流量可以提高系统的热性能。浓缩比、造水比和出料盐度变化趋势如图6、7所示。

应用实施例4

以上述装置实施例1为例，考察不同进料温度对系统热性能的影响。利用预热器将配制好的盐度为6000ppt的进料盐水温度分别加热到为15℃、25℃、35℃、45℃作为进料温度，进料流量和生蒸汽流量分别为75kg/h和17m³/h，其他操作同应用实施例。分析结果表明，随着进料温度的增加，浓缩比、造水比和出料浓度逐渐增大，这是因为随着进料温度的提升，进料水的焓值增大；同时，由于进料温度越高，用于预热进料盐水的蒸汽将会减少，而更多的用于加热进料水到沸点，蒸发效率和热效率提高。因此，淡水产量增大，造水比、浓缩比和出料浓度也随之增大。故增大进料温度可显著提高多效蒸发器的性能。浓缩比、造水比和出料盐度变化趋势如图8、9所示。

Claims (7)

1.一种进料方式、效数可变的多效蒸发实验装置，它包括若干级依次相连的蒸发系统，所述的若干级依次相连的蒸发系统前端与蒸汽发生器(A)、进料管路相连，所述的若干级依次相连的蒸发系统的后端依次与汽水分离器(9)、冷凝器(10)和真空泵(11)相连，其特征在于：每一级蒸发系统包括依次相连的蒸发器、闪蒸器和循环泵，一效蒸发器(1)的上端分别与其他效蒸发器的上端相连，每效蒸发器的下端设有冷凝水排水管路，并最终与汽水分离器(9)相连；所述的进料管路分别与每效蒸发器相连；蒸汽管路分别与一效蒸发器(1)和二效蒸发器(3)相连，每一效闪蒸器分别与其后两效蒸发器相连；每效的循环泵与后一效的蒸发器进料管路相连，每效的循环泵与后一效的蒸发器进料管路之间的每路管路通过设有阀门实现控制。

2.根据权利要求1所述的进料方式、效数可变的多效蒸发实验装置，其特征在于：一效闪蒸器(2)与二效蒸发器(3)之间的管路和蒸汽管路与二效蒸发器(3)之间的管路通过三通相连。

3.根据权利要求1所述的进料方式、效数可变的多效蒸发实验装置，其特征在于：一效闪蒸器(2)与三效蒸发器(5)之间的管路和二效闪蒸器(4)与三效闪蒸器(6)之间的管路通过四通相连。

4.根据权利要求1所述的进料方式、效数可变的多效蒸发实验装置，其特征在于：所述的进料管路上设有流量计(12)。

5.根据权利要求1所述的进料方式、效数可变的多效蒸发实验装置，其特征在于：所述的进料管路上设有取样口(a)。

6.根据权利要求1所述的进料方式、效数可变的多效蒸发实验装置，其特征在于：所述每效的循环泵与后一效的蒸发器进料管路之间设有取样口。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的进料方式、效数可变的多效蒸发实验装置的应用，其特征在于：操作步骤如下：

(1)调节各阀门的开启和关闭，使得本装置达到所要研究的进料方式和效数；

(2)打开蒸汽发生器，将蒸汽通入蒸发器内进行预热；

(3)开启进料泵进料，当一效闪蒸器中有盐水出现，开启第一效循环泵将一效闪蒸器中盐水打入第二效蒸发器中，以此逐效进行；

(4)每隔0.3h从各效出料口取样，并测量其盐度；

(5)当出料口的料液盐度达到排放指标时，关闭系统，实验结束。