CN107019925B - 闭式溶液循环零排放蒸发浓缩系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种闭式溶液循环零排放蒸发浓缩系统及其方法，属于蒸发浓缩领域。本系统包括溶液泵、脱湿器、冷凝器、加湿器、循环泵、蒸发结晶器、搅拌斧、离心机、节流阀、鼓风机、压缩机、引风机等。系统利用空气温度不同携带水分能力不同的特点，通过对空气加湿脱湿，实现低温常压下蒸发浓缩；采用低沸点工质循环实现热量从低温向高温转移，无需利用外在热源加热溶液，也无需采用外在冷源即可实现浓溶液的冷却结晶，只需提供少量电能即可保证系统连续工作，节能效果显著。同时，系统中溶液为闭式循环，通过冷却结晶降低溶液含盐量，实现溶液的零排放，环保优势明显。

Description

闭式溶液循环零排放蒸发浓缩系统及其方法
技术领域
一种闭式溶液循环零排放蒸发浓缩系统及其方法，属于溶液淡化领域。
背景技术
淡水及矿产资源是人类赖以生存的物质基础，随着工业文明的发展，淡水及矿产资源短缺问题日益严重，世界经验证明溶液蒸发浓缩是解决这一问题的重要途径。传统溶液浓缩方法包括多级闪蒸、多效蒸发、反渗透等方法。多级闪蒸、多效蒸发过程需要消耗大量的蒸汽，多与发电厂联合工作，化石燃料燃烧排放的废气造成环境污染；反渗透法需要消耗高品质的电能，且运行维护复杂，成本较高。传统溶液浓缩方法将溶液盐度浓缩至6%以上即直接排入环境，忽略了长此以往高盐度溶液对周围海域生态环境产生的影响。由此可见，传统溶液浓缩方法能耗高、污染大，研发低能耗、低成本、污染零排放的溶液浓缩工艺具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提出一种低能耗、低成本、污染零排放的闭式溶液循环零排放蒸发浓缩系统及其方法。
一种闭式溶液循环零排放蒸发浓缩系统，其特征在于包括溶液泵、脱湿器、冷凝器、加湿器、循环泵、蒸发结晶器、搅拌釜、离心机、节流阀、鼓风机、压缩机和引风机；
原料溶液入口通过溶液泵与脱湿器溶液入口相连，脱湿器溶液出口与冷凝器冷侧入口相连，冷凝器冷侧出口与加湿器顶端溶液入口相连，加湿器底端溶液出口通过循环泵与蒸发结晶器热侧入口相连，蒸发结晶器热侧出口与搅拌釜溶液入口相连：搅拌釜晶浆出口与离心机晶浆入口相连，离心机母液出口与脱湿器溶液入口相连；搅拌釜溶液出口与脱湿器溶液入口相连；
空气通过鼓风机与加湿器底端空气入口相连，加湿器顶端空气出口与脱湿器空气入口相连，脱湿器空气出口通过引风机与环境相连；
蒸发结晶器冷侧出口与压缩机入口相连，压缩机出口与冷凝器热侧入口相连，冷凝器热侧出口通过节流阀与蒸发结晶器冷侧入口相连；
一种闭式溶液循环零排放蒸发浓缩系统的工作方法，包括以下过程：原料溶液经过溶液泵进入脱湿器溶液侧，吸收其空气侧释放的热量后进入冷凝器冷侧，吸收其热侧低沸点工质放出的热量后变成高温溶液，高温溶液进入加湿器，与空气直接接触降温后从其底端溶液出口排出，然后通过循环泵进入蒸发结晶器热侧，向其冷侧的低沸点工质释放热量后变成过饱和溶液，进入搅拌釜：搅拌釜底部形成的晶浆进入离心机分离，分离出的晶体从搅拌釜晶体出口排出，分离出的母液与原料溶液混合一起进入脱湿器底端溶液入口；同时，搅拌釜上部形成的饱和溶液从溶液出口排出，也与原料溶液混合一起进入脱湿器底端溶液入口；
空气在鼓风机的吹力作用下，从加湿器底端空气入口进入加湿器，与来自加湿器顶端的热溶液传热传质，变成高温高湿度的热空气，然后进入脱湿器，向溶液释放热量后降温减湿，析出水分，形成的淡水从脱湿器淡水出口排出，低温低湿的空气在引风机吸力的作用下排入环境；
低沸点工质在蒸发结晶器冷侧吸收其热侧的热量后变成低压蒸汽，低压蒸汽经压缩机压缩后，变成高温高压蒸汽，然后进入冷凝器，向其冷侧的溶液释放热量后冷凝成液体，再通过节流阀节流降压后进入蒸发结晶器冷侧，如此循环工作。
本发明所述的闭式溶液循环零排放蒸发浓缩系统，其特征在于：加湿器采用高分子填料结构。
与现有技术相比，本发明至少具有如下优点：本发明系统利用空气温度不同携带水分能力不同的特点，通过对空气加湿脱湿，实现低温常压下溶液浓缩；采用低沸点工质循环实现热量从低温向高温转移，无需利用外在热源加热溶液，也无需采用外在冷源即可实现浓溶液的冷却结晶，只需提供少量电能即可保证系统连续工作，节能效果显著。同时，系统中溶液为闭式循环，通过冷却结晶降低溶液含盐量，实现浓溶液零排放，环保效果显著。
附图说明
图1 一种闭式溶液循环零排放蒸发浓缩系统图;
附图标号：1-溶液泵；2-脱湿器；3-冷凝器；4-加湿器；5-循环泵；6-蒸发结晶器；7-搅拌釜；8-离心机；9-节流阀；10-鼓风机；11-压缩机；12-引风机。
具体实施方式
下面参照图1说明闭式溶液循环零排放蒸发浓缩系统图的工作过程。
原料溶液经过溶液泵进入脱湿器溶液侧，吸收其空气侧释放的热量后进入冷凝器冷侧，吸收其热侧低沸点工质放出的热量后变成高温溶液，高温溶液进入加湿器，与空气直接接触降温后从其底端溶液出口排出，然后通过循环泵进入蒸发结晶器热侧，向其冷侧的低沸点工质释放热量后变成过饱和溶液，进入搅拌釜：搅拌釜底部形成的晶浆进入离心机分离，分离出的晶体从离心机晶体出口排出，分离出的母液与原料溶液混合一起进入脱湿器底端溶液入口；同时，搅拌釜上部形成的饱和溶液从溶液出口排出，也与原料溶液混合一起进入脱湿器底端溶液入口；
空气在鼓风机的吹力作用下，从加湿器底端空气入口进入加湿器，与来自加湿器顶端的热溶液传热传质，变成高温高湿度的热空气，然后进入脱湿器，向溶液释放热量后降温减湿，析出水分，形成的淡水从脱湿器淡水出口排出，低温低湿的空气在引风机吸力的作用下排入环境；
低沸点工质在蒸发结晶器冷侧吸收其热侧的热量后变成低压蒸汽，低压蒸汽经压缩机压缩后，变成高温高压蒸汽，然后进入冷凝器，向其冷侧的溶液释放热量后冷凝成液体，再通过节流阀节流降压后进入蒸发结晶器冷侧，如此循环工作。

Claims (3)

1.一种闭式溶液循环零排放蒸发浓缩系统，其特征在于:包括溶液泵（1）、脱湿器（2）、冷凝器（3）、加湿器（4）、循环泵（5）、蒸发结晶器（6）、搅拌釜（7）、离心机（8）、节流阀（9）、鼓风机（10）、压缩机（11）和引风机（12）；
原料溶液入口通过溶液泵（1）与脱湿器（2）溶液入口相连，脱湿器（2）溶液出口与冷凝器（3）冷侧入口相连，冷凝器（3）冷侧出口与加湿器（4）顶端溶液入口相连，加湿器（4）底端溶液出口通过循环泵（5）与蒸发结晶器（6）热侧入口相连，蒸发结晶器（6）热侧出口与搅拌釜（7）溶液入口相连，搅拌釜（7）晶浆出口与离心机（8）晶浆入口相连，离心机（8）母液出口与脱湿器（2）溶液入口相连；搅拌釜（7）溶液出口与脱湿器（2）溶液入口相连；
空气通过鼓风机（10）与加湿器（4）底端空气入口相连，加湿器（4）顶端空气出口与脱湿器（2）空气入口相连，脱湿器（2）空气出口通过引风机（12）与环境相连；
蒸发结晶器（6）冷侧出口与压缩机（11）入口相连，压缩机（11）出口与冷凝器（3）热侧入口相连，冷凝器（3）热侧出口通过节流阀（9）与蒸发结晶器（6）冷侧入口相连。
2.根据权利要求1所述的闭式溶液循环零排放蒸发浓缩系统的工作方法，包括以下过程：
原料溶液经过溶液泵（1）进入脱湿器（2）溶液侧，吸收其空气侧释放的热量后进入冷凝器（3）冷侧，吸收其热侧低沸点工质放出的热量后变成高温溶液，高温溶液进入加湿器（4），与空气直接接触降温后从其底端溶液出口排出，然后通过循环泵（5）进入蒸发结晶器（6）热侧，向其冷侧的低沸点工质释放热量后变成过饱和溶液，进入搅拌釜（7），搅拌釜（7）底部形成的晶浆进入离心机（8）分离，分离出的晶体从离心机（8）晶体出口排出，分离出的母液与原料溶液混合一起进入脱湿器（2）底端溶液入口；同时，搅拌釜（7）上部形成的饱和溶液从溶液出口排出，也与原料溶液混合一起进入脱湿器（2）底端溶液入口；
空气在鼓风机（10）的吹力作用下，从加湿器（4）底端空气入口进入加湿器（4），与来自加湿器（4）顶端的热溶液传热传质，变成高温高湿度的热空气，然后进入脱湿器（2），向溶液释放热量后降温减湿，析出水分，形成的淡水从脱湿器（2）淡水出口排出，低温低湿的空气在引风机（12）吸力的作用下排入环境；
低沸点工质在蒸发结晶器（6）冷侧吸收其热侧的热量后变成低压蒸汽，低压蒸汽经压缩机（11）压缩后，变成高温高压蒸汽，然后进入冷凝器（3），向其冷侧的溶液释放热量后冷凝成液体，再通过节流阀（9）节流降压后进入蒸发结晶器（6）冷侧，如此循环工作。
3.根据权利要求1所述的闭式溶液循环零排放蒸发浓缩系统，其特征在于：加湿器采用高分子填料结构。
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