CN108178133A - 稀硫酸mvr耦合冷冻浓缩系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种稀硫酸MVR耦合冷冻浓缩系统及方法，属于节能环保领域。该系统包括原料罐、冷冻罐、水洗罐、融冰罐、产品罐、凝水罐、预热器、节流阀、吸附器、电动机、蒸汽压缩机等设备。其特征在于：稀硫酸溶液由循环水泵加压进入预热器预热之后，与低温液态低沸点工质在冷冻罐中进行热量交换，低沸点工质吸收热量变为气态进入压缩机压缩，稀硫酸溶液释放热量，水分以冰块形式析出，经过水洗罐冲洗之后进入融冰罐，被压缩机压缩之后的高温高压气态工质加热融化成水，收集至凝水罐，从而将稀硫酸溶液中的水分分离出来，实现稀硫酸溶液的低温浓缩。该发明具有能耗低、腐蚀性低等特点，适用于化工、食品、药品、五金、电镀、钢铁等行业稀硫酸的高效回收利用。

Description

稀硫酸MVR耦合冷冻浓缩系统及方法
技术领域
本发明涉及一种稀硫酸MVR耦合冷冻浓缩系统及方法，属于节能环保领域。
背景技术
随着科技的进步和工业的高速发展，合理利用能源、保护生态环境成为众多行业的迫切需求。硫酸是我国应用最广的一种化工产品，在很多工业生产过程中硫酸利用率低、废酸排放量大，不仅造成资源的浪费，还加剧环境的污染，因此，硫酸的回收利用方式亟需改变。
目前，主要通过萃取、渗析、加热浓缩等方法对硫酸进行回收再利用，萃取法是利用萃取剂从硫酸废液中分离硫酸，可得到浓度为60%的硫酸，但是该工艺过程复杂，能量消耗较大；渗析法是针对废液中的酸与盐的分离问题，并不能得到较高浓度的硫酸；加热浓缩可分为直接加热和间接加热两种浓缩，直接加热包括鼓式浓缩、浸没燃烧法、喷雾蒸发浓缩法和文丘里浓缩法等，间接加热法包括锅式浓缩法、真空浓缩法等。
石墨多效蒸发器是应用较广的浓缩设备，传热性能好、浓缩效率高，但是其成本较高；MVR技术是国家倡导的节能环保技术，它是将料液中蒸发的二次蒸气通过压缩机压缩变成高温高压的蒸汽，再次作为热源加热料液，充分利用了二次蒸汽的潜能，可以实现稀硫酸的浓缩，它们均属于加热蒸发工艺，生产能力强，可得到较高浓度的硫酸，但是由于需要高温和真空条件，能量消耗大，并且硫酸在高温的环境下腐蚀性强，容易损坏设备。
因此，需要研发一种新的工艺能够在低温的条件下实现稀硫酸浓缩。
发明内容
本发明的目的是提供一种稀硫酸MVR耦合冷冻浓缩系统及方法。
稀硫酸MVR耦合冷冻浓缩系统，其特征在于：包括原料罐、第一循环泵、预热器、产品罐、凝水罐、第二循环泵、第三循环泵、第一控制阀、密度计、节流阀、冷冻罐、第二控制阀、第三控制阀、第一吸附器、第二吸附器、电动机、蒸汽压缩机、水洗罐、融冰罐、过滤网，冷冻罐内部底端设置有第一喷嘴，水洗罐内部顶端设置第二喷嘴，融冰罐内设置有换热盘管，底部设置有过滤网；
冷冻罐具有进口、底部出口、顶部出口、溢流口；
水洗罐具有进口、底部出口、溢流口；
融冰罐具有进口、底部出口、换热盘管进口、换热盘管出口；
其中原料罐的出口经过第一循环泵与预热器冷侧进口相连，预热器冷侧出口与冷冻罐相连，预热器热侧进口与融冰罐底部出口相连，预热器热侧出口与凝水罐进口相连，凝水罐出口经过第二循环泵与水洗罐中的第二喷嘴相连，冷冻罐和水洗罐的底部出口同时经过第三循环泵与冷冻罐进口相连；
其中冷冻罐顶部出口分成两条支路，各自连接一个控制阀和吸附器后共同连接压缩机的进口，压缩机由电动机驱动，压缩机出口与融冰罐中的换热盘管进口相连，换热盘管出口经过节流阀与冷冻罐中的第一喷嘴相连，冷冻罐溢流口与水洗罐进口相连，水洗罐溢流口与融冰罐进口相连，产品罐进口与冷冻罐底部出口相连，管路上安装用以检测管中液体是否达到指标的密度计。
所述的稀硫酸MVR耦合冷冻浓缩系统的浓缩方法，其特征在于：所述稀硫酸溶液初始浓度为1%-30%，浓缩浓度最大为30%；所述低沸点循环工质是一种极易挥发的化学物质，沸点要求低于-35℃。工作时，原料罐中的稀硫酸溶液经过第一循环泵加压从预热器的冷侧进口进入进行预热，预热之后稀硫酸溶液从预热器的冷侧出口流出，通过管路进入冷冻罐，与低温低压的液态低沸点工质进行热量交换，液态低沸点工质吸收热量之后变为气态，由冷冻罐上部导出经吸附器或者吸附器去除其中的稀硫酸之后进入蒸汽压缩机压缩，变成高温高压的气体再进入融冰罐中的换热盘管，而冷冻罐中的稀硫酸溶液放出热量之后将会析出大量的冰块，通过溢流口流入到水洗罐，凝水罐中的淡水经过第二循环泵抽至水洗罐顶部进口，再通过第二喷嘴喷出冲洗冰块，冰块冲洗之后通过水洗罐的溢流口进入融冰罐被低沸点工质加热融化变为液态水，再经过过滤网过滤，从预热器热侧进口流入，预热稀硫酸溶液，再从热侧出口流出，最终收集至凝水罐，而冷冻罐和水洗罐中的剩余液经过第三循环泵继续通入冷冻罐进行浓缩，换热盘管中的低沸点工质释放潜热之后经过节流阀降温降压后通入冷冻罐进行下一个循环；最后采用密度计测得冷冻罐中的硫酸达到指标之后收集至产品罐。
附图说明
图1是本发明提出的一种稀硫酸MVR耦合冷冻浓缩系统及方法；
图中标号名称：1、原料罐，2、第一循环泵，3、预热器，4、产品罐，5、凝水罐，6、第二循环泵，7、第三循环泵，8、第一控制阀，9、密度计，10、节流阀，11、冷冻罐，12、第二控制阀，13、第三控制阀，14、第一吸附器，15、第二吸附器，16、电机，17、蒸汽压缩机，18、第一喷嘴，19、水洗罐，20、第二喷嘴，21、融冰罐，22、换热盘管，23、过滤网。
具体实施方式
图1是本发明提供的一种稀硫酸MVR耦合冷冻浓缩系统及方法，下面参照图1说明该系统的具体工作过程。
该装置的工作过程如下：原料罐1中的稀硫酸溶液（20℃）经过第一循环泵2加压从预热器3的冷侧进口进入进行预热，预热之后稀硫酸溶液（30℃）从预热器3的冷侧出口流出，通过管路进入冷冻罐11，与低温低压的液态低沸点工质进行热量交换，液态低沸点工质吸收热量之后变为气态，由冷冻罐11上部导出经吸附器14或者吸附器15去除其中的稀硫酸之后进入蒸汽压缩机17压缩，变成高温高压的气体（80℃）再进入融冰罐21中的换热盘管22，而冷冻罐11中的稀硫酸溶液放出热量之后将会析出大量的冰块，通过溢流口流入到水洗罐19，凝水罐5中的淡水经过第二循环泵6抽至水洗罐19顶部进口，再通过第二喷嘴20喷出冲洗冰块，冰块冲洗之后通过水洗罐19的溢流口进入融冰罐21被低沸点工质加热融化变为液态水，再经过过滤网23过滤，从预热器3热侧进口流入，预热稀硫酸溶液，再从热侧出口流出，最终收集至凝水罐5，而冷冻罐11和水洗罐19中的剩余液经过第三循环泵7继续通入冷冻罐11进行浓缩，换热盘管22中的低沸点工质释放潜热之后经过节流阀10降温降压后通入冷冻罐11进行下一个循环；最后采用密度计9测得冷冻罐11中的硫酸达到指标之后收集至产品罐4。
当稀硫酸溶液的浓度为1%-35%时，溶液降温析出冰块的成分中全为水分，当它的浓度高于35%时，溶液降温析出的冰块成分中就会包含硫酸晶体，不利于稀硫酸溶液浓缩过程中水分的分离，并且浓度为30%-35%稀硫酸溶液的凝固点为-35℃--57℃，而沸点低于-57℃的常用低沸点工质较少，因此，该工艺要求稀硫酸溶液的初始浓度为1%-30%，浓缩浓度最大为30%，低沸点工质的沸点低于-35℃。
该工艺无需加热蒸发、抽真空等操作，能量消耗少，还有效避免了硫酸在高温条件下腐蚀工艺设备的问题，整体来看，具有能耗低、腐蚀性低、浓缩浓度易于控制等优势，达到了节能减排的效果，应用前景广阔。

Claims (2)

1.一种稀硫酸MVR耦合冷冻浓缩系统，其特征在于：包括原料罐（1）、第一循环泵（2）、预热器（3）、产品罐（4）、凝水罐（5）、第二循环泵（6）、第三循环泵（7）、第一控制阀（8）、密度计（9）、节流阀（10）、冷冻罐（11）、第二控制阀（12）、第三控制阀（13）、第一吸附器（14）、第二吸附器（15）、电动机（16）、蒸汽压缩机（17）、水洗罐（19）、融冰罐（21）、过滤网（23），冷冻罐（11）内部底端设置有第一喷嘴（18），水洗罐（19）内部顶端设置有第二喷嘴（20），融冰罐（21）内部设置有换热盘管（22），底部设置有过滤网（23）；
冷冻罐（11）具有进口、底部出口、顶部出口、溢流口；
水洗罐（19）具有进口、底部出口、溢流口；
融冰罐（21）具有进口、底部出口、换热盘管进口、换热盘管出口；
其中原料罐（1）的出口经过第一循环泵（2）与预热器（3）冷侧进口相连，预热器（3）冷侧出口与冷冻罐（11）相连，预热器（3）热侧进口与融冰罐（21）底部出口相连，预热器（3）热侧出口与凝水罐（5）进口相连，凝水罐（5）出口经过第二循环泵（6）与水洗罐（19）中的第二喷嘴（20）相连，冷冻罐（11）和水洗罐（19）的底部出口同时经过第三循环泵（7）与冷冻罐（11）进口相连；
其中冷冻罐（11）顶部出口分成两条支路，各自连接一个控制阀和吸附器后共同连接蒸汽压缩机（17）的进口，蒸汽压缩机（17）由电动机（16）驱动，蒸汽压缩机（17）出口与融冰罐（21）中的换热盘管（22）进口相连，换热盘管（22）出口经过节流阀（10）与冷冻罐（11）中的第一喷嘴（18）相连，冷冻罐（11）溢流口与水洗罐（19）进口相连，水洗罐（19）溢流口与融冰罐（21）进口相连，产品罐（4）进口与冷冻罐（11）底部出口相连，管路上安装用以检测管中液体是否达到指标的密度计（9）。
2.根据权利要求1所述的稀硫酸MVR耦合冷冻浓缩系统的浓缩方法，其特征在于：
所述稀硫酸溶液初始浓度为1%-30%，浓缩浓度最大为30%；所述低沸点循环工质是一种极易挥发的化学物质，沸点要求低于-35℃；
工作时，原料罐（1）中的稀硫酸溶液经过第一循环泵（2）加压从预热器（3）的冷侧进口进入进行预热，预热之后稀硫酸溶液从预热器（3）的冷侧出口流出，通过管路进入冷冻罐（11），与低温低压的液态低沸点工质进行热量交换，液态低沸点工质吸收热量之后变为气态，由冷冻罐（11）上部导出经吸附器（14）或者吸附器（15）去除其中的稀硫酸之后进入蒸汽压缩机（17）压缩，变成高温高压的气体再进入融冰罐（21）中的换热盘管（22），而冷冻罐（11）中的稀硫酸溶液放出热量之后将会析出大量的冰块，通过溢流口流入到水洗罐（19），凝水罐（5）中的淡水经过第二循环泵（6）抽至水洗罐（19）顶部进口，再通过第二喷嘴（20）喷出冲洗冰块，冰块冲洗之后通过水洗罐（19）的溢流口进入融冰罐（21）被低沸点工质加热融化变为液态水，再经过过滤网（23）过滤，从预热器（3）热侧进口流入，预热稀硫酸溶液，再从热侧出口流出，最终收集至凝水罐（5），而冷冻罐（11）和水洗罐（19）中的剩余液经过第三循环泵（7）继续通入冷冻罐（11）进行浓缩，换热盘管（22）中的低沸点工质释放潜热之后经过节流阀（10）降温降压后通入冷冻罐（11）进行下一个循环；最后采用密度计（9）测得冷冻罐（11）中的硫酸达到指标之后收集至产品罐（4）。
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