CN107976105A - 多功能填料和含有多功能填料的蒸发器、冷凝器和反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多功能填料，包括边框，所述边框内部从上顶部到下底部设有数条连接件连接，所述边框上部及下部和连接件连接处设置有槽，使液体沿着连接件流到下方，所述的数条连接件平行，在使用时，所述的连接件和地面垂直。本发明提供的多功能填料可以组装成蒸发器和冷凝器，实现低温蒸发和高效冷凝；只要满足冷却温度低于蒸发温度，就可以实现在5‑100°C之间的蒸发与冷凝。本发明还提供利用多功能填料的污水处理设备，本发明提供的多功能填料组成的蒸发器、冷凝器、反应器可以根据需要用管道串联，形成多段循环的蒸发冷凝或多段循环的气体吸收与反应等，可以用于污水处理、废气处理、海水淡化、浓缩、分离、提纯。

Description

多功能填料和含有多功能填料的蒸发器、冷凝器和反应器

技术领域

本发明属于环保及化工领域，特别涉及一种多功能填料以及含有多功能填料的蒸发器、冷凝器和反应器。

背景技术

目前在环保和化工领域广泛应用的蒸发技术主要有两类：多效蒸发技术（Multiple EffectDistillation，缩写为MED）和蒸汽再压缩蒸发处理技术（MechanicalVaporRecompression，缩写为MVR）。MED工艺是将加热蒸汽通入一个蒸发器，通过间接热交换将溶液加热沸腾产生的二次蒸汽作为加热蒸汽，引入下一级蒸发器，以此类推，第二级蒸发器产生的新的二次蒸汽又可作为第三级蒸发器作为加热蒸汽。每一级蒸发器即称为一效，将多个蒸发器连接起来一同操作，组成多效蒸发系统。而MVR工艺则是将蒸发器产生的二次蒸汽，经压缩机压缩提高压力、温度及蒸汽焓值后送至蒸发器加热室作为加热蒸汽使用，使料液维持沸腾状态。这两类技术均通过二次蒸汽的再次利用从而达到节能的目的。MVR 蒸发技术，其主要优势表现为节能减排，不需要外加蒸汽，但是随着蒸发过程的进行，高盐废液浓度逐渐升高，饱和后开始有晶体析出时，会发生堵塞管道，管路结垢等一系列问题，大部分选择在此之前将浓缩废液排出，进行后续处理。

现有蒸发处理技术由于均需使水处于沸腾状态，需要在较高的温度条件下运行，或保持一定的真空度降低水的沸点，因此一方面需要消耗大量蒸汽或电力，另一方面高含盐废水往往含有大量的腐蚀性污染物质，高温条件加大了设备腐蚀风险，同时，剧烈的蒸发过程也使得结垢问题更加严重。为了保证设备的连续稳定运行，就必须选择更昂贵的金属材质，同时对废水进行更加严格的软化预处理，使得蒸发系统投资成本和运行费用居高不下。

液体的蒸发速率除了受其本身物理性质影响之外，主要还受到液体温度、液体与气相的接触面积以及液体表面的空气流速等影响。加快液体蒸发有3种方法：1.提高液体温度，2.扩大液体表面积， 3.加速液体表面空气流通。液体的蒸发产生的蒸汽会吸收大量的热量，导致液体温度下降，吹风扇可以加速空气流通，从而加快人体汗液蒸发，减少人体热量，降低人体温度，这样人就会感到凉快。目前凉水塔系统就是利用填料提供了较大的表面积，用大功率风机5将湿空气抽走带走系统热量，使循环水系统降低温度，凉水塔内采用的填料一般为波纹板填料。

理想状态下，填料的比表面积越大水与空气的接触面积也就越大，填料周围的空气越容易达到饱和状态，但是如果饱和蒸汽不能及时移出，液体的蒸发速率依然很低。因此，在蒸发器内湿空气能够及时达到饱和的同时，采用风机5来使液体表面的空气流速加快，液体的蒸发速率也随之加快。含湿量高的热空气遇冷物体接触就会结露冷凝，湿热空气被冷却后，变成干冷空气。目前的多效蒸发和MVR通常采用金属制成的大面积换热器8来用于对物料的加热和湿热空气的冷凝，即使不考虑腐蚀、结垢的因素，采用金属换热器8来间接换热，总会受到换热效率的制约，从而影响加热与冷凝效率。

在进行热量交换时冷热介质直接接触换热的效率肯定高于间接接触换热的方式。

发明内容

1、所要解决的技术问题：

现有的蒸发冷凝设备具有以下缺点：容易结垢污堵，设备腐蚀，需要高温加热，能耗高，无法利用低温废热资源，需要采用金属制成大面积换热器8，设备投资大。

2、技术方案：

为了解决以上问题，本发明提供了一种多功能填料，包括边框1，所述边框1内部从上顶部到下底部设有数条连接件连接，所述边框1上部及下部和连接件连接处设置有槽，使液体沿着连接件流到下方，所述的数条连接件平行，在使用时，所述的连接件和地面垂直。

所述的边框1为方形或圆形或者多边形或者椭圆形。

所述边框1外还设有连接部和边框1连接，所述连接部用于多个填料的组合。

所述边框1设有加强筋2，所述加强筋2在边框1内从所述边框1的左部到所述边框1的右部，并和所述边框1连接。

所述的加强筋2和连接件垂直。

所述的连接件上设有纤维毛。

所述的连接件为导流杆3。

所述的导流杆3上缠绕有丝线4。

所述边框1、导流杆3、加强筋2、连接部为一整体且材质相同。

所述的连接件为丝线4。

所述边框1、加强筋2、连接部为一整体且材质相同。

一种蒸发器，含有所述多功能填料组合成填料模块，所述填料模块堆积到容器或建筑物内，便于空气流通，下设有集水池6，设有泵7和换热器8，所述泵7将底部集水池6的水经换热器8加热后抽到顶部喷淋到填料上，热水将从填料顶部边框1顺填料连接件到填料底部回到集水池6。在容器或建筑物的水平位置多功能填料两侧设有进出风口，便于风将填料表面蒸发的水份送出。当集水池6底部存放是化学品时，则实现低沸点物质与高沸点物质的分离。

一种冷凝器，含有所述多功能填料组合成填料模块，所述填料模块堆积到容器或建筑物内，便于空气流通，下设有集水池6，设有泵7和冷却器，所述泵7（7）将底部集水池6的水经冷却器冷却后抽到顶部喷淋到填料上，冷水将从填料顶部边框1顺填料连接件到填料底部回到集水池6。在容器或建筑物的水平位置多功能填料两侧设有进出风口，便于风将湿空气输送到填料表面冷凝。

对溶液的加热或冷却可以通过高效换热器8如：板式换热器8、各种强化传热换热器8等进行加热，对于高粘度的易结构的物料，也可以直接通入蒸汽加热或采用其他便利的手段加热，而不必受MED或MVR那样加热与蒸发、冷却与冷凝集成为一个管式换热器8的限制。既可以大幅度提高换热效率，又可以根据物料的腐蚀情况针对性的选择耐腐蚀材料，减低设备投资，提高可靠性。

一种反应器，含有所述多功能填料组合成填料模块，所述填料模块堆积到容器或建筑物内，便于气体流通，下设有集水池6，设有泵7，所述泵7将底部集水池6的溶液抽到顶部喷淋到填料上，溶液将从填料顶部边框1顺填料连接件到填料底部回到集水池6，在容器或建筑物的水平位置多功能填料两侧设有进出风口，便于气体与从上而下流经填料表面的液体接触与反应。所述反应器还能够作为气体吸收器或洗涤器。

所述的蒸发器、冷凝器和反应器可以用于污水处理、废气处理、海水淡化、浓缩、分离、提纯等。

3、有益效果：

本发明提供的多功能填料可以组装成蒸发器和冷凝器，实现低温蒸发和高效冷凝；只要满足冷却温度低于蒸发温度，就可以实现在5-100°C之间的蒸发与冷凝，蒸发温度越高，蒸发效率越高，冷却温度越低，冷凝效率越高，蒸发温度与冷凝温度的差值越大，系统蒸发冷凝的效率就越高；本发明可以利用工业余热或太阳能来加热原水，实现节能减排。

本发明提供的多功能填料可以与容器或混凝土建筑物组合形成蒸发器、冷凝器或反应器，不需要耐高温高压的特殊设备，投资成本低。

本发明提供的多功能填料载体比表面积大、机械强度高、耐腐蚀性能好，清洗拆卸方便，结构可以任意调整，材质可以根据抗物料腐蚀的要求来选择。

本发明提供的多功能填料在低温常压下运行，大大降低了高温高压环境下设备的结垢、腐蚀等风险，减少了运行维护成本。

本发明提供的多功能填料组成的蒸发器和冷凝器作为低温蒸发装置采用集成化、模块化组装，构造简单，占用的空间小，自动化程度高，系统的维护成本低，适用性高；它克服了多效蒸发和MVR常见的高维护成本、高运行成本以及使用的局限性。

本发明提供的多功能填料组成的蒸发器和冷凝器作为低温蒸发装置可以用于高盐废水处理、垃圾渗滤液处理、稀硫酸浓缩、煤化工废水处理、稀碱液浓缩、海水淡化等领域。

本发明提供的多功能填料组成的反应器可以用于气体吸收、尾气处理、物料浓缩、物料分离等领域。

本发明提供的多功能填料组成的蒸发器、冷凝器、反应器可以根据需要用管道串联，形成多段循环的蒸发冷凝或多段循环的气体吸收与反应等。即可以将这些蒸发器、冷凝器、反应器根据需要全部集成到集装箱内部，形成标准化蒸发冷凝设备或气体处理设备；也可以根据需要制成大型混凝土或钢结构模块，形成大型多段联合的蒸发冷凝生产系统或气体处理系统。

本发明将加热与蒸发、冷却与冷凝分离，打破传统多效蒸发与MVR将加热蒸发与冷却冷凝集成到通常的管式换热器8的限制，可以方便的选择加热、冷却模式与换热器8材料，解决了腐蚀、污堵问题，且可以实现对强腐蚀物料的蒸发浓缩，大幅度节省设备投资。

附图说明

图1为本发明的多功能填料的结构1。

图2为本发明的多功能填料的结构2。

图3为本发明的作为蒸发器的结构示意图。

图4为本发明的作为冷凝器的结构示意图。

图5为本发明的作为反应器的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例来对本发明进行详细说明。

一种多功能填料，包括边框1，所述边框1内部从上顶部到下底部设有数条连接件连接，所述边框1上部及下部和连接件连接处设置有槽，使液体沿着连接件流到下方，所述的数条连接件平行，在使用时，所述的连接件和地面垂直。

如图1所示，连接件为导流杆3，命名为填料A。

如图2所示，连接件为丝线4，命名为填料B。

填料A与填料B可以任意组合成填料模块，也可以自下而上堆积叠加使用。

本发明还提供了一种蒸发器，如图3所示，填料A或填料B或填料A与填料B任意组合形成填料模块，将这些填料模块设置于容器或建筑物内部，填料底部用托架悬空，容器或建筑物的底部设有集水池6，顶部设喷淋管，容器或建筑物与地面水平方向设有进风口和出风口便于气体从填料内部通过，用泵7将底部集水池6的水加热后抽到顶部喷淋到填料上，热水将从填料顶部边框1顺填料导流杆3或丝线4流到填料底部回到集水池6，在填料导流杆3或丝线4表面形成水膜并实现蒸发，在容器或建筑物内将形成高含水率的湿空气，当容器或建筑物的进风口持续的进入湿冷空气时，将湿热空气带出，容器或建筑物内将出现连续的蒸发，此时，该装满填料的容器或建筑物就是一个蒸发器。如果集水池6底部存放是化学品，则可以实现低沸点物质与高沸点物质的分离。

本发明还提供了一种冷凝器，如图4所示，填料A或填料B或填料A与填料B任意组合形成填料模块，将这些填料模块设置于容器或建筑物内部，填料底部用托架悬空，容器或建筑物的底部设有集水池6，顶部设喷淋管，容器或建筑物与地面水平方向设有进风口和出风口便于气体从填料内部通过，用泵7将底部集水池6的水冷却后抽到顶部喷淋到填料上，冷水将从填料顶部边框1顺填料导流杆3或丝线4流到填料底部回到集水池6，在填料导流杆3或丝线4表面形成水膜，当容器或建筑物的进风口持续的高含水率的湿热空气进入时，在填料导流杆3或丝线4表面与水膜接触将实现冷凝，此时，该装满填料的容器或建筑物就是一个冷凝器。

本发明还提供了一种反应器，如图5所示，填料A或填料B或填料A与填料B任意组合形成填料模块，将这些填料模块设置于容器或建筑物内部，填料底部用托架悬空，容器或建筑物的底部设有集水池6，顶部设喷淋管，容器或建筑物与地面水平方向设有进风口和出风口便于气体从填料内部通过， 当集水池6里存放的是化学溶液，用泵7将底部集水池6的化学溶液抽到顶部喷淋到填料上，化学溶液将从填料顶部边框1顺填料导流杆3或丝线4流到填料底部回到集水池6，在填料导流杆3或丝线4表面形成化学品液膜，当容器或建筑物的进风口持续的进入能够与化学溶液发生化学反应的待处理气体时，容器或建筑物内将出现连续的化学反应，此时，该装满填料的容器或建筑物就是一个反应器。

图3、图4所示的换热器8可以根据不同的物料选择合适的结构与材质，如用于含硫酸盐的废水蒸发，可以选择316L、高镍合金的板式换热器8，用于海水淡化则选择钛合金的板式换热器8，用于强酸溶液的蒸发浓缩则选择石墨、聚四氟乙烯换热器8等。如果原液温度较高，也可以不需要经过换热器8加热直接蒸发。

填料A与填料B可以根据蒸发器、冷凝器、反应器中使用环境的要求选择合适的材质，如PVC、PP、PE、聚四氟乙烯、聚氨酯、陶瓷、玻璃钢、玻璃纤维、碳纤维、铝、钢铁、铜合金等。

以下实施例中提到的蒸发器为如图3所示的结构，所述的冷凝器为如图4所示的结构，所述的反应器为如图5所示的结构。

实施例1

含HCl、H2S的酸性废气通过管道进入设有填料A与填料B的反应器，与反应器顶部喷淋下来的含NaOH碱性水溶液充分混合，在填料表面发生酸碱中和反应变成中性。下降到反应器底部的剩余碱性水溶液由于碱的消耗而浓度变稀，可以补充碱质循环使用。从反应器出来的中性气体可以达标直接排入大气。

实施例2

用于产品干燥的浓硫酸使用后浓度变稀，经过加热到50°C以上后从蒸发器顶部喷淋下来，易蒸发的水在填料表面蒸发随风带出蒸发器，硫酸从填料顶部回到底部，循环处理，硫酸浓度变浓。

实施例3

溶解浸取的低浓度药液经过加热后控制温度在50°C以下，避免热敏性药物的变质，从蒸发器顶部喷淋下来，药液中水或溶剂在填料表面蒸发进入空气中，被空气持续带走，沿着填料流到底部的液体得以浓缩，经过多次循环浓缩的溶液在达到浓度要求后可以从蒸发器底部排出形成成品或者半成品。

所述的蒸发器为如图3所示的结构。

实施例4

利用如图3所述蒸发器和如图4所示的冷凝器。

将蒸发器与冷凝器通过管道形成封闭循环，将含氨废水导入蒸发器底部集水池6，冷凝器底部集水池6导入冷水，开启循环风机5，将含氨废水自蒸发器底部泵7入换热器8加热到60°C以上后从蒸发器顶部喷淋，废水自填料顶部顺导流杆3与丝线4流到底部，在填料表面易挥发的氨优先进入空气中，被循环风带入冷凝器中，冷凝器底部的冷水经换热器8继续冷却到15°C以下后从冷凝器顶部喷淋，冷水自填料顶部顺导流杆3与丝线4流到底部，在填料内部表面与从蒸发器过来的含有高浓度氨的空气接触，对空气快速冷却大幅度降低氨的含量，氨气在填料表面被冷水循环吸收，成为浓度逐渐提高的冷氨水。蒸发器中含氨废水中的氨被蒸发后在冷凝器中冷凝吸收为氨水，实现资源化利用。

实施例5

利用如图3所述蒸发器和如图4所示的冷凝器。

将蒸发器与冷凝器通过管道形成封闭循环，将金属表面处理生产用的废盐酸溶液导入蒸发器底部集水池6，冷凝器底部集水池6导入冷水，开启循环风机5，将废盐酸自蒸发器底部泵7入聚四氟乙烯换热器8加热到60°C后从蒸发器顶部喷淋，废水自填料顶部顺导流杆3与丝线4流到底部，在填料表面易挥发的氯化氢优先进入空气中，被循环风带入冷凝器中，冷凝器底部的冷水经聚四氟乙烯换热器8继续冷却到30°C以下后从冷凝器顶部喷淋，冷水自填料顶部顺导流杆3与丝线4流到底部，在填料内部导流杆3与丝线4表面与从蒸发器过来的含有高浓度氯化氢的空气接触，对空气快速冷却大幅度降低氯化氢的含量，氯化氢在填料表面被冷水循环吸收，成为浓度逐渐提高的冷盐酸。蒸发器中含盐酸废水中的盐酸被蒸发后在冷凝器中冷凝吸收为干净盐酸，实现资源化利用。

实施例6

利用如图5所示的反应器。

含PM2.5的空气通过管道进入设有填料A与填料B的反应器，与反应器顶部喷淋下来的水充分混合，在填料表面空气中PM2.5被吸收流入底部集水池6，空气净化排入大气。

原文以上的实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。本发明未涉及的技术均可通过现有的技术加以实现。

Claims (13)

1.一种多功能填料，其特在于：包括边框（1），所述边框（1）内部从上顶部到下底部设有数条连接件连接，所述边框（1）上部及下部和连接件连接处设置有槽，使液体沿着连接件流到下方，所述的数条连接件平行，在使用时，所述的连接件和地面垂直。

2.如权利要求1所述的多功能填料：其特征在于：所述的边框（1）为方形或圆形或者多边形或者椭圆形。

3.如权利要求1所述的多功能填料，其特征在于：所述边框（1）外还设有连接部和边框（1）连接，所述连接部用于多个填料的组合。

4.如权利要求1所述的多功能能填料，其特征在于：所述边框（1）设有加强筋（2），所述加强筋（2）在边框（1）内从所述边框（1）的左部到所述边框（1）的右部，并和所述边框（1）连接。

5.如权利要求1所述的多功能填料，其特征在于；所述的连接件上设有纤维毛。

6.如权利要求1-5任一权利要求所述的多功能填料，其特征在于：所述的连接件为导流杆（3）（3）。

7.如权利要求1-5任一权利要求所述的多功能填料，其特征在于；所述的连接件为丝线（4）。

8.如权利要求6所述的多功能填料，其特征在于；所述的导流杆（3）上缠绕有丝线（4）。

9.如权利要求6所述的多功能填料，其特征在于；所述边框（1）、导流杆（3）、加强筋（2）、连接部为一整体且材质相同。

10.如管理要求7所述的多功能填料，其特征在于：所述边框（1）、加强筋（2）、丝线（4）连接部为一整体。

11.一种蒸发器，其特在于：含有至少1个如权利要求1-10任一权利要求所述多功能填料组合成填料模块，所述填料模块堆积到容器或建筑物内，便于空气流通，下设有集水池，设有泵和换热器，所述泵（7）将底部集水池（6）的水经换热器加热后抽到顶部喷淋到填料上，热水将从填料顶部边框（1）顺填料连接件到填料底部回到集水池（6），在容器或建筑物的水平位置多功能填料两侧设有进出风口，便于风将填料表面蒸发的水份送出。

12.一种冷凝器，其特在于：含有至少1个如权利要求1-10任一权利要求所述多功能填料组合成填料模块，所述填料模块堆积到容器或建筑物内，便于空气流通，下设有集水池，设有泵和冷却器，所述泵（7）将底部集水池（6）的水经冷却器冷却后抽到顶部喷淋到填料上，冷水将从填料顶部边框（1）顺填料连接件到填料底部回到集水池（6），在容器或建筑物的水平位置多功能填料两侧设有进出风口，便于风将湿空气输送到填料表面冷凝。

13.一种反应器，其特在于：含有至少1个如权利要求1-10任一权利要求所述多功能填料组合成填料模块，所述填料模块堆积到容器或建筑物内，便于气体流通，下设有集水池，设有泵，所述泵（7）将底部集水池（6）的溶液抽到顶部喷淋到填料上，溶液将从填料顶部边框（1）顺填料连接件到填料底部回到集水池（6），在容器或建筑物的水平位置多功能填料两侧设有进出风口，便于气体与从上而下流经填料表面的液体接触与反应，所述反应器还能够作为气体吸收器或洗涤器。