CN106573186A - 浓缩器和结晶器蒸发系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开含水流结晶系统,该系统包括接收废液和/或浓缩的液体底部流并且排出循环流的循环泵。含水流净化系统还可以包括主热交换器。主热交换器可以具有多个热交换板,所述多个热交换板限定用于从馏出物流到循环流的热量传递的内表面积。多个热交换板可以间隔开以有助于循环流中的固体在多个热交换板之间的自由流动。循环流的质量流率和压力可以经配置最小化主热交换器中的固体的堆积并且最大化废物质的结晶。含水流净化系统可以进一步包括蒸发单元,以接收来自主热交换器的加热的循环流。

Description

浓缩器和结晶器蒸发系统
技术领域
[0001] 本发明总体涉及废料流净化装置、系统和相关联的方法,并且更具体地涉及用于浓缩、结晶和从含水废料流中去除污染物的改进系统。
背景技术
[0002] 废水通常是许多不同类型的工业操作的副产物。从制造和发电到采矿和钻探的各个部门经常在它们的各种活动中使用水。例如,在发电中,水被用于在称为烟道气脱硫的过程中洗涤烟道气空气排放物。在洗涤过程中去除硫化合物、重金属和其它污染物。由于环境问题,正在颁布新的法规,确保所产生的污染的洗涤器水不能简单地倾倒入水池或排放到接收蒸汽中。处理污染的洗涤器水的要求对于发电厂经营者而言是附加的操作和费用。处理废水通常涉及一个或多个单元操作,例如在处理列中的化学沉淀、沉淀和固体过滤以及溶解盐膜过滤。然而,连续操作的常规废水处理系统由于各种不同的原因是低效的。因此,认识到期望在废水处理工业使用的以简化和减少的单元操作方式操作的改进的装置和系统。
附图说明
[0003]图1是示出根据本公开的用于净化废料流的系统的一个实施例的示意性框图;
[0004]图2示出根据本公开的示例的主热交换器的某些方面;
[0005]图3是根据本公开的示例的储存装置的侧视图;
[0006]图4是根据本公开的循环栗的入口管道的侧视图;
[0007]图5是根据本公开的蒸发单元的入口的侧视图;
[0008]图6是根据本公开的蒸发单元的侧视图;以及
[0009]图7是根据本公开的鼓风机的一部分的侧视图。
具体实施方式
[0010]尽管下面的详细描述包含用于示出目的的许多细节,但是本领域技术人员将理解,以下细节的许多变更和改变可以被做出并且被认为本文包括对以下细节进行的许多变更和改变。因此,以下实施例在对所阐述的任何权利要求不损失任何一般性,并且不对所阐述的任何权利要求施加限制的情况下阐述。还应该理解,本文所使用的术语仅用于描述具体实施例的目的,而不旨在限制。除非另有限定,本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域的技术人员通常理解的相同的含义。
[0011]如在本说明书和所附权利要求中所使用的,除非上下文另有明确规定,单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指示物。因此,例如,提及“一层”包括多个这样的层。
[0012] 在本公开中,“包含”、“包含着”、“含有”和“具有”等可以具有美国专利法中赋予它们的含义且可以意指“包括”、“包括着”等,并且一般解释为开放式术语。术语“由……组成”或“是由……组成”是封闭术语,并且仅包括结合这些术语具体地列出的组件、结构、步骤等,以及根据美国专利法的那些术语。“基本上由……组成”或“基本上是由……组成”具有美国专利法通常赋予它们的含义。具体地,除了允许包括不会实质上影响与之关联使用的项目的基本和新颖特性或功能的附加项目、材料、组件、步骤或元件之外,此类术语通常是封闭术语。例如,如果在“基本上由……组成”语言的情况下,即使在该术语后的项目列表中没有明确地列举,在组分中存在的但不会影响组分性质或特性的微量元素也是允许的。当使用开放式术语(如“包含”或“包括”)时,应该理解,犹如明确地陈述,还应该直接支持“基本上由...组成”语言以及“由...组成”语言,并且反之亦然。
[0013] 说明书和权利要求中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果有的话)用于区分类似的元件,而不一定用于描述具体的次序或时间顺序。应该理解,这样使用的任何术语在适当的情况下是可互换的,例如使得本文描述的实施例能够以除了本文所示出或另外描述的次序之外的次序操作。类似地,如果本文将方法描述为包括一系列步骤,则本文所示的这些步骤的顺序不一定是可以执行这些步骤的唯一顺序,并且某些所述步骤可能被省略和/或本文未描述的某些其他步骤可能被添加到该方法。
[0014] 说明书和权利要求中的术语“左”、“右”、“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“上”和“下”等(如果有的话)用于描述性目的,而不一定用于描述永久的相对位置。应该理解,这样使用的术语在适当的情况下是可互换的,使得本文所述的实施例例如能够在除了本文所示出或另外描述的那些取向之外的其它取向上操作。如本文所使用的术语“耦连”限定为以电或非电的方式直接或间接连接。本文中描述为彼此“相邻”的物体,根据使用该短语的上下文情况,可以是彼此物理接触、彼此非常接近、或者在彼此相同的一般范围或区域中。在本文中出现的短语“在一个实施例中”或“在一个方面”不一定全部指相同的实施例或方面。
[0015]如本文所使用的,术语“大体上”是指动作、特性、性质、状态、结构、项目或结果的完全或几乎完全的范围或程度。例如,“大体上”封闭的物体将意指该物体完全封闭或几乎完全封闭。在某些情况下与绝对完全性的偏差的确切可允许程度可以取决于特定上下文。然而,一般来说,几乎完全是这样的意思,其具有与犹如获得绝对和全部完全相同的总体结果。当在否定涵义中使用时,术语“大体上”的使用同样适用于指完全缺乏或几乎完全缺乏动作、特性、性质、状态、结构、项目或结果。例如,“大体上不含”微粒的组分将完全缺乏微粒,或者几乎完全缺乏微粒以致效果将与犹如完全缺乏微粒相同。换言之,只要没有可测量的效果,“大体上不含”成分或元素的组分实际上可以仍然含有这种成分或元素。
[0016]如本文所使用的,术语“约”用于通过提供给定值可以是“稍高于”或“稍低于”端点向数值范围端点提供灵活性。除非另有说明,否则根据特定数字或数值范围使用术语“约”也应理解为对没有术语“约”的这种数值术语或范围提供支持。例如,为了方便和简洁,“约50埃至约80埃”的数值范围也应理解为对“50埃至80埃”的范围提供支持。
[0017]如本文所使用的,为了方便,可以在公共列表中呈现多个项目、结构元件、组成元件和/或材料。然而,这些列表应解释为犹如列表中的每个成员被分别辨认为单独的和唯一的成员。因此,在没有相反指示的情况下,该列表中没有一个单独成员可以仅仅基于它们在公共组中呈现而被解释为相同列表中的任何其他成员的实际上的等同物。
[0018] 浓度、量和其他数值数据可以在本文中以范围格式表示或呈现。应该理解,这种范围格式仅仅是为方便和简洁而使用,并且因此应当灵活地解释为不仅包括作为范围的界限明确列举的数值,而且还包括在该范围内包含的所有单个数值或子范围,犹如每个数值和子范围被明确列举一样。作为说明,数值范围“约I至约5”应解释为不仅包括约I至约5的明确列举的值,而且还包括所指示范围内的单个值和子范围。因此,该数值范围中分别包括单个值,例如2、3和4,以及子范围,例如1-3、2-4和3-5等,以及1、2、3、4和5。
[0019]该相同原则适用于仅列举一个作为最小值或最大值的数值的范围。此外,不管所描述的范围或特性的宽度,都应当适用这种解释。
[0020]贯穿本说明书对“示例”的参考意味着结合该示例描述的具体特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此,贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在示例中”不一定都指相同的实施例。
[0021] 本说明书可以参考提供了“改进的”性能的装置、结构、系统或方法。应该理解,除非另有说明,这种“改进”是基于与现有技术中的装置、结构、系统或方法的比较而获得的益处的量度。此外,应该理解,改进的性能的程度可以在所公开的实施例之间变化,并且在改进的性能的量、程度或实现方面没有等同性或一致性被认为是普遍适用的。
[0022] 示例实施例
[0023]下面提供技术实施例的初始概述,并且然后进一步详细地描述特定的技术实施例。该初始概要旨在帮助读者更快地理解本技术,但是不旨在辨认该技术的关键或必要特征,也不旨在限制所要求保护的主题的范围。
[0024] 概括地说,当前技术的方面操作以努力增加通过蒸发单元的质量流的循环速率,以产生高度浓缩或“结晶的”废料产物和“净化的”或可排放的流出物或馏出物。本文使用的结晶产物或“结晶”是指浓缩超过饱和点至盐(或其它杂质)从溶液中再沉淀出来的进料流。在一些实施例中,在从废料流中去除结晶产物之后,馏出物流(有时称为流出物)可以具有按体积计高达80%至100%的水。然而,固体浓度的显著增加给已知处理系统的操作产生了许多其它问题。本文描述与系统相关的许多部件及其操作方法的改进,以允许浓缩的废料产物的有效结晶。
[0025] 本发明的方面涉及含水流净化系统,以及相关的装置和方法。图1是示出用于净化废液流的系统100的一个方面的示意性框图。系统100包括容纳待处理的废液(例如来自工业过程的废水)的进料罐102,但也可以使用废液的任何其他供应。废液作为废液流104进入,并且在一些示例中,可以由进料栗106供应到水-油分离器108。废液流104可以来自任何工业过程和/或天然存在的水源。
[0026] 当系统100包括分离器108时,分离器108可以是将主体油与水分离的聚结分离器(coalescing separator)或任何其它分离机构,例如包括沉降罐。分离器108可以进一步执行液固分离,例如分离大固体,诸如来自金属加工的研磨物或来自发电厂洗涤器的未溶解的石灰石固体。分离器108可以包括楔形丝自净化预筛(wedge-wire self-cleaning pre-screen) 、旋转筛过滤器或本领域已知的用于执行液固分离的其他分离机构。分离的固体可以作为固体废料流IlOA离开分离器108。主体油(bulk oil)(其可以是任何烃或不与水混溶的其它低密度液体)或其它未溶解的固体作为液体废料流I1B离开分离器108,并且主体水(bulk water)作为进料流112离开分离器108。在分离器108之后,进料流112包括具有杂质的水,所述杂质可以包括微量的挥发性有机物,和/或任何其它可溶或可混溶的流体和/或固体。杂质的类型和量取决于所采用的特定分离器装置或机构。杂质的示例还可以包括硫酸盐/亚硫酸盐和/或硝酸盐/亚硝酸盐。应当认识到,本文公开的预处理仅仅是示例,并且可以根据被净化的流体流等使用其它预处理。
[0027] 系统100可以包括控制器114,控制器114控制在本文描述的各种实施例中将变得清楚的各种温度、压力、流率、液位和/或其他系统操作属性。根据特定实施例中的控制,控制器114可以与各种传感器和致动器(未示出)通信。传感器可以包括任何流或容器的压力、温度、液位、流率、密度和/或其他参数。致动器可以包括系统100的电子、液压和/或气动操纵的任何阀、栗、鼓风机和/或其他物理部件。控制器114可以是电子的(例如具有电子接口的计算机)、机械的(例如以规定的方式对各种系统参数作出响应的弹簧等)、和/或可以包括手动方面(例如观测计和手动阀,其中操作者控制罐液位)。
[0028] 进料流112可以被引导到次级回收热交换器123,次级回收热交换器123可以是板框式热交换器、壳管式热交换器或本领域已知的任何其它合适类型的热交换器。次级回收热交换器123将热量从可具有来自系统100的分离过程的剩余热量的一个或多个流出料流传递到进料流112,以产生预热的进料流122。预热的进料流122进入从预热的进料流122中去除杂质的分离单元126。通常,分离单元126接收废液用于净化。由于进料流112和预热的进料流122是到分离单元126的废液流104的延续,因此,进料流112和/或预热的进料流122可以概括地称为废液。
[0029] 在该技术的一个方面,系统100包括预处理再循环。再循环回路122A与进料栗106和预热的进料流122流体连通。再循环回路122A具有在循环栗128之前的入口和在源进料流112处的出口。与进料流112耦连的次级回收热交换器123预热进料流112,但是如果在流体被循环通过分离单元126时通过预热的进料流122的质量流是污浊的,次级回收热交换器123可以由于废料流本身中的杂质而变得堵塞。再循环回路122A通过使预热的进料流122中的流体再循环,直到一定体积的废液已经被引入分离单元126从而最小化堵塞。根据本技术的一个方面,再循环回路122A内的再循环流的质量流率与由循环栗128接收的用于引入分离单元126的废料流的质量流率之比大于约4。在另一方面,再循环回路122A内的再循环流的质量流率与由循环栗128接收的废料流的质量流率之比在约4至6的范围内。在一个方面,再循环回路122A直接进给到进料罐102中。然而,在其它方面,再循环回路122A直接进给到与次级热交换器123流体连通的进料流112中。
[0030] 在一个实施例中,分离单元126是机械蒸汽再压缩单元。在分离单元126中,预热的进料流122可以与浓缩的底部流130混合,并且被进给通过循环栗128。循环栗128的出口可以分成预回收浓缩清洗流124和循环流132。预回收浓缩清洗流124通过次级回收热交换器123,并且在作为浓缩清洗流120流出之前将剩余热量传递到进料流112。
[0031] 参照图4,根据本技术的一个方面,导流器400被设置在循环栗128的入口管道128A中。导流器400在废液401由循环栗128接收之前产生废液401的旋转流动,从而减小在栗128内的气穴的可能性。在另一方面,废液402与入口管道128A中的流动方向403相切地引入到循环栗128的入口管道128A中。在一个方面,废液入口 404相对于入口管道128A以角度α设置。这也产生旋转流动,这种旋转流动有助于减少循环栗128内的气穴的可能性。在一个方面,循环栗128运转在每分钟约750至约1000转之间,并且尺寸设定成使得栗128的净正吸入头处于与存在于蒸发单元141中的浓缩的底部411大约相等的高度410。
[0032] 在一个实施例中,在分离器108从废液流104去除固体废料流IlOA之后,但在分离器108从废液流104去除液体废料流IlOB之前,次级回收热交换器123加热进料流112。在去除废料固体IlOA之后加热废液流104允许次级回收热交换器123避免不必要地加热废料固体I1A,同时提供一些热量以帮助快速分离液体废料流110B。在一个实施例中,分离器108包括多个段和部件以在一个或多个段中执行固体废料IlOA去除,以及在一个或多个段中执行液体废料IlOB去除。次级回收热交换器123示出在分离器108的下游,但是其可以在分离器108的上游和/或分布在分离器108的段之间。
[0033] 分离单元126包括蒸发单元141,蒸发单元141向循环栗128提供浓缩的底部流130。蒸发单元141接收加热的循环流134,加热的循环流134可以在主热交换器136中通过从系统蒸汽入口 137捕获的蒸汽入口流138加热。为了清楚的描述,热量入口流137被称为系统蒸汽入口 137,但是热量入口流137和相关的流(例如138、140、158)可以包括任何热量入口介质,包括加热的乙二醇、加热的油和/或经配置将热能从热源(未示出)传送到热交换器136、158的其它热传递介质。蒸汽入口流138可以作为冷却的蒸汽出口 140离开主热交换器136。循环流132可以进一步从来自蒸发单元141的馏出物流143接收热量,馏出物流143通过压缩机或鼓风机142从蒸发单元141获取并且通过主热交换器136。在本技术的一方面,蒸发单元141在从负压(即真空)至约15psig的压力下操作。
[0034] 主热交换器136可以是壳管式热交换器,其中循环流132通过管程(tube-side)。优选地,循环流132以高度湍流流动通过主热交换器136,从而增加热传递速率并且减少主热交换器136中的堵塞量。替代地,主热交换器136可以是板框式热交换器、螺旋式交换器或本领域已知的另一热交换装置。
[0035] 在一个实施例中,主热交换器136经配置将汽化热从加压馏出物流146传递到循环流132,并且还将热量从蒸汽入口流138传递到循环流132。可以分阶段传递热量,例如首先传递来自加压馏出物流146的汽化热,然后传递来自蒸汽入口流138的热量。在一个实施例中,加压馏出物流146作为温度刚好低于冷却的馏出物料流148的沸点的冷却馏出物流148从主热交换器136流出。主热交换器136可以被设计成传送处于指定的温度和/或指定的压力下的冷却的馏出物流148,并且本领域技术人员认识到指定的温度和/或指定的压力的选择影响冷却的馏出物流148的最终压力和/或温度。
[0036] —般地参照图1并且更特定地参照图5,加热的循环流134可以进入蒸发单元141,使得加热的循环流134闪蒸进入蒸发单元141。在一个方面,加热的循环流134经由靠近蒸发单元141入口管道147的孔144进入蒸发单元141。孔144可以经配置增强加热的循环流134的闪蒸效果。孔144可以进一步经配置保持主热交换器136上的背压,使得在主热交换器136中不形成汽泡,有助于防止气穴、磨损和诸如由于结垢导致的热交换器136的堵塞。在一个实施例中,孔144可以是由控制器114控制和/或手动设置的阀,以给加热的循环流134提供设计和/或控制的背压。在另一个实施例中,入口管道147可以通过具有合适的内直径来包括孔 144。
[0037] 根据一个方面,孔144包括可去除地设置在法兰145内的孔阀144A,法兰145安置在蒸发单元141的外表面附近。孔阀144A包括具有孔口的平板,该孔口设置在板的中部,限制进入蒸发单元141的废液的流动,从而恰好在流体被引入蒸发单元141之前增加流体的压力。具有实心顶部表面151的细长中空构件150与孔阀144A流体连通并且延伸进入蒸发单元141。多个孔口 152被设置在中空细长构件150的底部各处,以容许通过重力去除的浓缩废物质进入收集浓缩物底部411。在本技术的一个方面,孔口 152在中空细长构件150的底部各处被彼此均匀地间隔开。
[0038] 蒸发单元141接收闪蒸的加热的循环流134,并且具有浓缩的液体底部411以供应浓缩的底部流130和馏出物流143。馏出物流143将主要是水,并且将进一步包括进料流112中具有接近或大于水的挥发性的任何组分。在一个方面,蒸发单元141可以经配置为离心分离器,例如水力旋流器。在另一方面,蒸发单元141可以经配置为具有各种形式的整体闪蒸喷淋系统的容器,例如喷淋头或集中喷嘴。在一个方面,从水蒸汽的上升速度计算蒸发单元141的以英寸为单位的直径。
[0039] 现在参照图6,在一个方面,蒸发单元141具有大致圆柱形或圆锥形形状,其中废料流入口 147关于蒸发单元141的外周切向地设置,并且方向大体上垂直于蒸发单元141的纵向轴线且相对于蒸发单元141的侧壁141A以角度Θ-45度向下成角度。以这种方式,未蒸发的废料物质以向下的方式围绕蒸发单元141的内壁被引导,以增加容器壁速度并且改进单元141自身内的水蒸汽与废料物质的分离。旋涡破坏器412关于蒸发单元141接近累积浓缩物的底部411的顶部水平面410设置。旋涡破坏器412操作以最小化可影响循环系统的效率和净正吸入头(NPSH)的进入浓缩的底部流130的空气的夹带。在一个方面,可调节高度旋涡探测器413 (vortex finder)被设置在蒸发单元141的顶部附近。
[0040] 鼓风机142可以抽吸并且压缩从蒸发单元141离开的蒸汽,并且将加压馏出物流146发送通过主热交换器136。加压馏出物流146作为冷却的馏出物流148离开主热交换器136。在一个方面,鼓风机142使蒸汽从蒸发单元141移动通过主热交换器136。在一个不例中,鼓风机142以在吸入侧(即馏出物流143)上约l_15psig并且在排放侧(即加压馏出物流146)上约7-25psig操作。可以通过刚好在鼓风机142之前或者在系统100内的任何其它逻辑位置(包括在鼓风机142之后)的水雾喷射(未示出)对馏出物流143进行去过热(即冷却至露点,但仍然是水蒸汽)。可以通过冷却水(未示出),通过与进料流112、预回收浓缩清洗流124和/或系统100中的另一流进行热交换来执行去过热。加压馏出物流146以近似加压馏出物流146的露点温度进入主热交换器136。冷却的馏出物流148以高于循环流132温度(例如高于循环流132温度约2-3华氏度)和/或恰好处于或低于冷却的馏出物流148的沸点的偏置温度流出主热交换器136。在一个实施例中,鼓风机142是作为栗运行的盘流涡轮机(即“特斯拉涡轮机”),其中功从轴流到馏出物流143。
[0041] 现在参照图7,在一个方面,鼓风机142包括限定油室506和水蒸汽室507之间的区域505的多个密封件501、502。密封件501、502与轴503和定子504连接操作以从蒸发单元141去除蒸发的蒸汽,并产生如上所述的加压馏出物流146。在某些方面,尽管本文考虑使用其它密封件,但是对蒸汽室507采用迷宫式密封件。一定量的蒸汽508通过密封件502泄漏到油室506和水蒸汽室507之间的区域505中,导致腐蚀和/或其它操作问题。在一个方面,一定体积的加压流体(例如空气)传播到油室506和水蒸汽室507之间的区域505中。流体的压力可以在5和15镑/平方英寸之间变化,但是本文中还考虑其它压力,例如,只要其超过蒸汽室507内的压力。根据本技术的一个方面,流体入口 510被设置在油室506和蒸汽室507之间的区域505上方并与其流体连通。在一个方面,流体出口 511被设置在油室506和蒸汽室507之间的区域505内,以将可从密封件502泄漏离开区域505的任何蒸汽508连通。在又一方面,油室506由两个密封件限定。另外,油室506具有设置在两个密封件之间的单向泄压阀。
[0042] 在一个实施例中,系统100包括蒸汽控制单元180。蒸汽控制单元180提供背压以将冷却的馏出物流148保持在液相,并将冷凝的蒸汽149A提供给次级回收热交换器123。蒸汽控制单元180可以包括蒸汽疏水器或其他蒸汽控制装置。蒸汽控制单元180可以进一步包括栗,该栗将冷凝的蒸汽149A传送到次级回收热交换器123,以将来自馏出物流143的残存的热量返回到进料流112。在一个实施例中,冷却的馏出物流148可以利用来自由预回收浓缩清洗料流124利用的热交换器123的分离的热交换器(未示出)。后次级热量回收流149B可以在作为净化的产物流149C排放之前通过最终处理单元176,例如碳吸附器。冷却的馏出物流148可以以任何顺序通过次级回收热交换器123和/或最终处理单元176,并且这些部件中的一些或全部可以存在于本发明的给定实施例中。
[0043] 参照图3,根据本技术的一个方面,净化的产物流149C (即净化系统流出物)排放到储存装置550中。储存装置550包括通过堰件(weir) 553或其他分离装置分离的第一隔室551和第二隔室552。净化的水储存在第一隔室551中以与系统100的操作关联使用。例如,储存在第一隔室551中的净化水可以与去过热或液体骤冷过程关联使用或者用作蒸汽137的来源,并且在一个方面,通过流554从第一隔室551去除。第一隔室551还可以是用于从流体出口 511放出的物质的储存位置。累积在第一隔室551中的水流过堰件553进入第二隔室552,并且随后通过流555处置。
[0044] 参照图2并继续参照图1,其示出根据本公开的一个示例的主热交换器136的某些方面。在该示例中,主热交换器136经配置为板框式热交换器,其具有通过间隔或间隙272彼此分离的多个热交换板270。在一个方面,与典型的板框式热交换器相比,热交换板270之间的间隔或间隙272是宽的。例如,根据应用,间隔或间隙272可以在约4.5mm至约12mm之间。在另一方面,主热交换器136可以经配置在入口端口和/或出口端口上没有用于固体(即盐)聚集的接触点。热交换板270的厚度可以经配置在结构上支撑热交换板270,而不需要在相邻板之间端口处的接触点或者板270的其他结构支撑件。有利地,具体地当与如本文所述的“结晶的”废料产物关联使用时,随着废料流内的固体结晶,交换板270具有在其它废料处理系统中不存在的间隔和设计,最小化了由于微粒的存在而导致的堵塞。
[0045] 在一个方面,板270的厚度范围为约0.7至1.0mm,其中优选的厚度范围为约0.8至
0.9mm。在一个方面,主热交换器136被分成两个区段以将热量传递到循环流132—与加压馏出物流146流体连通的第一供热区段和与流137流体连通的第二供热区段。在一个方面,第一区段包括总供热表面积的约90%至75%以将热量传递到循环流132,并且第二区段包括总供热表面积的约10%至25%以将热量传递到循环流132。在优选的实施例中,第一区段包括总供热表面积的约75%至85%以将热量传递到循环流132,并且第二区段包括总供热表面积的约15%至25%以将热量传递到循环流132。在又一方面,与在板中具有图案化的脊和/或凹部的典型热交换板不同,热交换板270可以是平坦的或平滑的。替代地,热交换板270可以包括与典型的脊和凹部相比相对浅的图案化的脊和/或凹部。宽间隙272、没有接触点以及板270有最小的或没有脊和/或凹部的结果是不堵塞的“自由流动”主热交换器配置。
[0046] 在具有自由流动配置的热交换器136的情况下,可以通过循环流132的高流量增强热量传递。循环比可以比其他机械蒸汽再压缩循环系统高很多。循环比定义为循环流132的质量流量除以馏出物流143的质量流量。例如,使用本发明的自由流动主热交换器136和其它方面可以允许循环比为200-400或更大(即循环流132的质量流量为馏出物流143的质量流量的至少200-400倍),其中典型地为300-350。高于300X的循环率(即循环比)从经济上改进了主热交换器136中的热量传递,并且可以产生显著地更高浓缩的废料流,进而导致对其内发现的固体进行结晶。在本技术的一个方面,再循环配给量的范围为馏出物流143的质量流率的200至300倍、为馏出物料143的质量流率的300至400倍、或者为馏出物流143的质量流率的400至500倍。
[0047]换言之,通过增加流率引起的附加栗送损失低于购买更大的主热交换器所需的附加资本成本。并且,最终排放产物的浓度的增加导致需要处置的更小量的废料产物。然而,在这些高循环率下,可以发生热量传递板270的侵蚀。因此,在一个实施例中,可以将通过主热交换器136的入口端口的流体速度限制为26英尺/秒,以避免或最小化侵蚀。在低于18英尺/秒的流体速度下,系统效率可以下降并且固体可以沉积在主热交换器136中。在优选实施例中,合适的流体速度小于约20英尺/秒。
[0048]系统100中的各种流的流量、温度、压力和其他参数根据应用而变化,并且可以由控制器114控制。在一个示例中,废液流104在2和70加仑/分(gpm)之间流动,并且主要受到(一个或多个)蒸发单元141的容量限制。净化的产物流149C流率取决于流149C所需的最终纯度和废液流104中的杂质浓度,但通常将为废液流104的约90 %的流率。浓缩清洗流120将是废液流104的剩余部分,扣除挥发性馏分流和不可冷凝流。控制器114可以将浓缩清洗流120控制到一定的温度,该温度被选择用于安全处理(例如140华氏度),和/或用于下游的其它考虑,例如废物处理系统(未示出)的冷却容量。
[0049] 可以将预回收浓缩清洗流124控制到230-240华氏度,并且该温度可以根据主热交换器136和/或次级回收热交换器123的规格来选择。循环栗128可以在吸入侧(预热的进料流122)以约2-15psig操作和在排放侧(循环流132)以25_55psig操作。
[0050] 控制器114可以控制预回收浓缩清洗流124的量以保持浓缩清洗流120的期望的浓度。例如,废液流104可以包括100ppm杂质,并且控制器114可以将预回收浓缩清洗流124控制到50000ppm杂质。在该示例中,在废液料流104为10gpm的稳态下,浓缩清洗流120将为约2gpm,而净化的产物流149C将为约98gpm。在瞬时操作(例如系统100启动)、废液流104的浓度变化等期间,控制器114可以利用变化的浓度、温度和/或流动目标。
[0051] 在一个实施例中,控制浓缩清洗流120的浓度的浓缩的底部流130的浓度可以受到杂质在水中的溶解度的限制。例如,根据具体盐的溶解度极限,某些盐浓度的上限可以为200000至800000ppm或更大。预回收浓缩清洗流124的杂质的类型和浓度取决于系统100的应用。预回收浓缩清洗流124的最终浓度可以受到预回收浓缩清洗流124的栗送能力的限制,并且因此根据应用可以利用高达饱和以及甚至稍微超过饱和的任何浓度(例如,如果存在固体,但是在可栗送悬浮液中)。
[0052] 在一个实施例中,可以根据将浓缩清洗流120用作预期产物以选择浓缩的底部流130的浓度。例如,浓缩清洗流120可以被用作42 % NaCl溶液,并且控制器114可以控制浓缩的底部流130的浓度,使得浓缩清洗流120作为42 % NaCl溶液流出系统100。在本技术的一个方面,浓缩清洗流120被引导到脱水装置。脱水装置的非限制性示例包括带式压滤机、旋转螺旋过滤器、干燥床、熔炉、凝结和絮凝罐、离心机或本领域已知的产生固体或半固体废产物和废水的其它过程。“脱水的”固体以常规的填埋土壤处置,而从浓缩清洗流120去除的水被再循环到系统100以便处理。最终结果是零液体排放系统,最小化剩余液体处置成本和相关的潜在环境问题。
[0053] 在一个方面,循环回路(即通过循环栗128、主热交换器136和蒸发单元141)中的沸点可以通过浓缩而升高,以将大多数盐沉淀成循环的按重量计5-10%的浆料。对于NaCl盐,这通常出现在420000mg/l左右。盐浆(S卩,浓缩的底部流130和/或循环流132)从系统100中自动清洗,以保持循环回路中的最大浓度。因为鼓风机排放压力等同于鼓风机排放温度,所以可由鼓风机142两端的压差控制该过程。循环回路中的盐的水平越高,当热量经由主热交换器136传递到循环回路中时,冷凝加压馏出物流146所需的温度越高。因此维持主热交换器136的热量传递特性可以有助于系统100的正确操作。具体地,主热交换器136的自由流动配置(其消除或最小化固体的堵塞)和保持在主热交换器136上的背压(其防止由于蒸汽形成引起的结垢),维持了主热交换器136的热量传递特性。
[0054] 在一个实施例中,控制器114经配置在略高于大气压力的压力下操作系统100。例如,鼓风机142标称地可以在吸入侧以2-4psig运行并且在排放侧以12-18psig运行,并且在一些条件下,控制器114可以将压力分别增加到1psig和20psig。系统100中的其它压力同样地可以增加,例如蒸发单元14 I或可用于去除挥发性有机物的可选的剥离容器(stripping vessel)中的压力。在一个实施例中,就可以接收的废液流104质量而言,系统100压力每增加Ipsi系统100的容量就增加约5%。因此,控制器114可以将系统100容量配置到应用的要求和/或出于其他原因对系统100容量进行配置。例如,应用可以包括多个净化系统100,并且系统100中的一个或多个可以停止运转以进行维护。在该示例中,控制器114可以在维护停止运转期间增加在线系统100的操作压力。可配置废液流104容量的其它用途是本领域技术人员所理解的并且预期在本发明的范围内。
[0055] 在一个实施例中,系统100进一步包括允许添加剂混入循环流132中的添加剂单元182。图1中添加剂单元182的位置仅用于示例,并且添加剂单元182可以安置在从浓缩的底部流130到加热的循环流134的循环中的任何地方。系统100可以进一步包括将添加剂传送到添加剂单元182的添加剂栗184。添加剂可以包括消泡剂、抗腐蚀剂和/或可以有益于系统100的给定实施例的另一类型的添加剂。
[0056] 在相关的示例中,根据本文原理公开了用于净化废液流的方法。该方法可以包括将包括废液和浓缩的底部流中的至少一种的循环流栗送通过主热交换器。该方法还可以包括经由主热交换器中的多个热交换板将热量从加压馏出物流传递到循环流,以形成加热的循环流,其中多个热交换板间隔开以有助于循环流中的固体在多个热交换板之间的自由流动,并且其中循环流的质量流率经配置最小化主热交换器中的固体的堆积。另外,该方法可以包括在蒸发单元中从加热的循环流蒸发挥发性化合物以形成馏出物流,并且使馏出物流通过压缩机以形成加压馏出物流,其中浓缩的底部流包括加热的循环流中在蒸发单元中未蒸发的部分。
[0057] 应该注意,这些方法不需要特定的顺序,除非本文所阐述的权利要求所要求,但是一般地在一些实施例中,方法步骤可以按次序执行。
[0058]当然,应该理解,上述布置仅仅说明本发明的原理的应用。在不脱离本发明的精神和范围的情况下,本领域技术人员可以制定出许多修改和替代布置,并且所附权利要求旨在覆盖这些修改和布置。因此,虽然已经具体和详细结合目前被认为是本发明的最实用和最优选的实施例在上面对本发明进行了描述,但是对本领域技术人员显而易见的是,在不脱离本文所阐述的原理和概念的情况下可以进行许多修改,包括但不限于尺寸、材料、形状、形式、功能以及操作方式、组装和使用的变化。

Claims (24)

1.一种含水流净化系统,其包括: 循环栗,其经配置接收废液和浓缩的底部流中的至少一种,并且排出循环流,其中所述循环流的质量流率与所述馏出物流的质量流率之比大于约300;以及 主热交换器,其经配置接收来自所述循环栗的所述循环流,其中所述主热交换器具有多个热交换板,所述热交换板限定用于从加压馏出物流到所述循环流的热传递的内表面积,以产生冷却的馏出物流和加热的循环流,其中所述多个热交换板大体上平坦并且彼此间隔至少6.0mm。
2.根据权利要求1所述的净化系统,其进一步包括: 蒸发单元,其经配置接收来自所述主热交换器的所述加热的循环流,其中当所述加热的循环流中的化合物在所述蒸发单元中蒸发时形成所述馏出物流,并且所述浓缩的底部流由所述加热的循环流的未蒸发的部分形成;以及 压缩机,其接收来自所述蒸发单元的馏出物流并且将加压馏出物流排出到所述主热交换器,然后冷却的馏出物流冷凝。
3.根据权利要求1所述的系统,其中所述循环流的质量流率与所述馏出物流的质量流率之比在约300至500的范围内。
4.根据权利要求1所述的系统,其中所述多个热交换板大体上是平坦的并且彼此间隔开约6mm至12mm之间,并且其中所述多个热交换板具有至少约0.8-0.9mm的厚度。
5.根据权利要求1所述的系统,其中所述热交换板安置在所述热交换器内,使得各个热交换板的任何部分都不与相邻的热交换板接触。
6.根据权利要求1所述的系统,其中所述循环流通过所述热交换器的入口端口的速度小于约20英尺每秒。
7.根据权利要求1所述的系统,其进一步包括与所述馏出物流流体连通的次级热交换器,所述次级热交换器操作以在所述废液由所述循环栗接收之前加热所述废液。
8.根据权利要求1所述的系统,其进一步包括与所述主热交换器流体连通的补充蒸汽源。
9.根据权利要求8所述的系统,其中所述主热交换器被分成两个区段以将热量传递到所述循环流,第一供热区段与所述加压馏出物流流体连通,并且第二供热区段与所述补充蒸汽流体连通。
10.根据权利要求9所述的系统,其中所述第一区段包括总供热表面积的约75-85%以将热量传递到所述循环流,并且所述第二区段包括所述总供热表面积的约15-25%以将热量传递到所述循环流。
11.根据权利要求2所述的系统,其进一步包括设置在循环栗入口之前延伸到所述循环栗的入口管道中的导流器,所述导流器在所述废液由所述循环栗接收之前产生所述废液的旋转流动方向。
12.根据权利要求2所述的系统,其中所述废液以不平行于所述入口管道的方向与所述循环栗的入口管道连通,以诱导所述废液的旋转流动方向。
13.一种含水流净化系统,其包括: 废液栗,其与废液源和进料循环栗流体连通; 循环栗,其经配置接收废液和浓缩的底部流中的至少一种,并且排出循环流; 主热交换器,其经配置接收来自所述循环栗的循环流,所述主热交换器具有多个热交换构件,所述热交换构件限定用于从加压馏出物流到所述循环流的热量传递的内表面积; 蒸发单元,其经配置接收来自所述主热交换器的加热的循环流,其中当所述加热的循环流中的化合物在所述蒸发单元中蒸发时形成冷却的馏出物流,所述浓缩的底部流由所述加热的循环流的未蒸发的部分形成;以及 进料再循环回路,其与所述循环栗和所述废液源流体连通,其中所述再循环回路中的再循环流的质量流率与所述循环栗接收的所述废料流的质量流率之比大于约4。
14.根据权利要求13所述的净化系统,其中所述再循环回路中的所述再循环流的质量流率与由所述循环栗接收的所述废料流的质量流率之比在约4至6的范围内。
15.根据权利要求13所述的净化系统,其中所述再循环回路具有在所述循环栗之前的入口和在所述废液源处的出口。
16.根据权利要求13所述的净化系统,其进一步包括与所述冷却的馏出物流流体连通的次级热交换器,所述次级热交换器操作以加热所述再循环流。
17.一种含水流净化系统,其包括: 循环栗,其经配置接收废液和浓缩的底部流中的至少一种,并且排出循环流,其中所述循环流的质量流率与馏出物流的质量流率之比大于约300;以及 主热交换器,其经配置接收来自所述循环栗的所述循环流,其中所述主热交换器具有多个热交换构件,所述热交换构件限定用于从加压馏出物流到所述循环流的热量传递的内表面积,以产生冷却的馏出物流和加热的循环流; 圆柱形蒸发单元,其经配置具有用于接收来自所述主热交换器的所述加热的循环流的入口,其中当所述加热的循环流中的化合物在所述蒸发单元中蒸发时形成所述馈出物流,并且所述浓缩的底部流由所述加热的循环流的未蒸发的部分形成,所述入口关于所述蒸发单元的外周切向地设置并且相对于所述蒸发单元的侧壁向下成角度。
18.根据权利要求17所述的净化系统,其进一步包括在所述蒸发单元内接近累积的所述浓缩的底部的顶部关于所述蒸发单元设置的旋涡破坏器。
19.根据权利要求17所述的净化系统,其进一步包括设置在所述蒸发单元的顶部附近的可调节高度旋涡探测器。
20.根据权利要求17所述的净化系统,其中所述入口包括设置在所述蒸发单元的外部附近的法兰内的可去除的孔阀或板。
21.根据权利要求17所述的净化系统,其中所述入口包括延伸到所述蒸发单元中的细长中空构件,多个孔口被设置在所述中空细长构件的底部各处。
22.一种含水流净化系统,其包括: 循环栗,其经配置接收废液和浓缩的底部流中的至少一种,并排出循环流;以及 主热交换器,其经配置接收来自所述循环栗的所述循环流; 蒸发单元,其经配置接收来自所述主热交换器的加热的循环流; 第一压缩机,其经配置接收来自所述蒸发单元的馏出物流并且将加压馏出物流排出到所述主热交换器,其中所述压缩机包括限定油室和蒸汽室之间的区域的多个密封件;以及一定体积的加压流体,其传播到所述油室和所述蒸汽室之间的所述区域中。
23.根据权利要求22所述的净化系统,其中所述流体被加压在5和15镑每平方英寸之 间。
24.根据权利要求22所述的净化系统,其进一步包括设置在所述油室和所述蒸汽室之间的所述区域内的流体出口。
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