CN109592730A - 应用太阳能蒸发装置处理膜浓缩液的方法 - Google Patents

应用太阳能蒸发装置处理膜浓缩液的方法 Download PDF

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金玉
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Abstract

应用太阳能蒸发装置处理膜浓缩液的方法，本发明属于膜浓缩液处理技术领域，它要解决现有蒸发设备的腐蚀及结垢严重，设备成本及运行成本高昂的问题。处理方法：一、热媒储备罐中的热媒介质经热媒输入管道流入太阳能集热器中进行加热，再经热媒介质输出管道流入三通阀中与来自热媒回流管道中的热媒介质混合，调节热媒介质温度；二、在每个蒸发槽的槽底下方均设置有热媒介质盘管换热器，热媒介质通过管道流回热媒储备罐中；三、蒸发池中的膜浓缩液加热后的蒸汽流进冷凝器中，蒸发池内的膜浓缩液在盘管换热器的加热下实现固液分离。本发明采用太阳能作为蒸发装置的热源，降低了运行成本，蒸发器的内部采用序批式蒸发结构，供热稳定性良好。

Description

应用太阳能蒸发装置处理膜浓缩液的方法
技术领域
本发明属于膜浓缩液处理技术领域，具体涉及一种蒸发膜浓缩液的方法。
背景技术
目前，国内外常用的膜分离工艺主要有微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)等。纳滤和反渗透工艺是以压力差为推动力，利用膜的选择透过性截留物质，从溶液中分离出溶剂的液体分离操作技术，因此会产生膜浓缩液。膜浓缩液具有有机物浓度高、无机盐组分高、腐蚀性强、可生化性差等特点，如果不能妥善处理而直接排放到环境中会造成严重的二次污染。
目前，蒸发技术已经广泛用于电镀、印染、制药、制革等行业膜浓缩液处理，成为膜浓缩液处理的主流工艺。目前，国内外比较常用的蒸发技术有多级闪蒸技术、多效蒸发技术和机械式蒸汽再压技术(MVR)。多级闪蒸技术，比较适合于大型的低浓度物料浓缩应用，且操作成本较高，需要较大的热传面积。多效蒸发技术，在我国是常见的蒸发方式，在长期使用中，废水中含有的盐及其他杂质经过加热，会使蒸发器的换热管表面结垢，造成换热管腐蚀，降低换热器热效率，影响换热设备使用寿命。MVR蒸发技术，是取代多效蒸发技术的新型蒸发技术，能耗较低，工艺简单，设备可靠、灵活性高，然而在实际运行中，设备的腐蚀以及结垢情况相当严重，一方面导致蒸发装置需不定期的清洗，难于稳定运行，另一方面，产出二次浓缩液处理成本高昂。
发明内容
本发明的目的是要解决现有蒸发设备的腐蚀及结垢严重，设备成本及运行成本高昂的问题，而提供一种基于太阳能技术的膜浓缩液蒸发方法。
本发明应用太阳能蒸发装置处理膜浓缩液的方法按下列步骤实现：
一、太阳能蒸发装置包括太阳能集热单元、蒸发器、冷凝器和预热装置，太阳能集热单元中包括太阳能集热器和热媒储备罐，热媒储备罐中的热媒介质经热媒输入管道流入太阳能集热器中进行加热，再经热媒介质输出管道流入三通阀中与来自热媒回流管道中的热媒介质混合，通过温控调钮稳定输出温度为120～180℃的热媒介质，然后通过热媒介质运输管道流入各个并联热媒介质盘管换热器，热媒介质盘管换热器位于蒸发槽下方；
二、在沿高度方向在蒸发器内分层设置有多个蒸发槽，蒸发器的器壁上与蒸发槽对应的水平位置上设置有舱门，蒸发槽内设置有滑轨，蒸发池置于蒸发槽中，蒸发池由电机驱动在滑轨中前后移动，在每个蒸发槽的槽底下方均设置有热媒介质盘管换热器，热媒介质盘管换热器中的热媒介质一部分通过热媒回流管道流回热媒储备罐中，热媒介质另一部分经热媒回流管道和分支管道流入三通阀中；
三、蒸发池中的膜浓缩液加热后的蒸汽流进蒸发器顶部的冷凝器中，蒸汽冷凝后成为冷凝液经冷凝液出口流出，不凝气体经不凝气体出口排出，冷凝液经冷凝液管道流入预热装置的夹层腔体中预热预热装置中的膜浓缩液原液，预热后的膜浓缩液原液经进液管分别进入各个并联的蒸发池中，蒸发池内的膜浓缩液在盘管换热器的加热下实现固液分离，完成膜浓缩液的蒸发。
本发明蒸发器的内部采用序批式蒸发结构，每个蒸发槽是独立的结构互相不影响，蒸发槽内部嵌入的蒸发池采用聚四氟乙烯材料耐酸碱腐蚀，膜浓缩液达到蒸发目的后，蒸发池可随轨道移动出蒸发器，快速更换蒸发池，实现序批式蒸发处理，避免现有蒸发技术存在设备腐蚀和结构问题，实现蒸发设备的稳定运行。
本发明采用太阳能作为蒸发装置的热源，大大降低了蒸发装置运行的成本，本发明采用真空管式太阳能集热器对热媒介质进行加热，热媒介质通常选择耐高温导热油，能够加热到120～180℃，通过温控系统，可保证热媒温度稳定输出，维持膜浓缩液温度在80～100℃，供热稳定性良好。另外，本发明采用冷凝回用预热装置，实现热能的二次利用，提高了蒸发工艺的整体能效。
附图说明
图1为本发明用于处理膜浓缩液的太阳能蒸发装置的结构示意图；
图2为蒸发器的舱门结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式应用太阳能蒸发装置处理膜浓缩液的方法按下列步骤实施：
一、太阳能蒸发装置包括太阳能集热单元1、蒸发器2、冷凝器3和预热装置4，太阳能集热单元1中包括太阳能集热器101和热媒储备罐102，热媒储备罐102中的热媒介质经热媒输入管道103流入太阳能集热器101中进行加热，再经热媒介质输出管道104流入三通阀109中与来自热媒回流管道208中的热媒介质混合，通过温控调钮110稳定输出温度为120～180℃的热媒介质，然后通过热媒介质运输管道202流入各个并联热媒介质盘管换热器203，热媒介质盘管换热器203位于蒸发槽204下方；
二、在沿高度方向在蒸发器2内分层设置有多个蒸发槽204，蒸发器2的器壁上与蒸发槽204对应的水平位置上设置有舱门5，蒸发槽204内设置有滑轨，蒸发池205置于蒸发槽204中，蒸发池205由电机驱动在滑轨中前后移动，在每个蒸发槽204的槽底下方均设置有热媒介质盘管换热器203，热媒介质盘管换热器203中的热媒介质一部分通过热媒回流管道208流回热媒储备罐102中，热媒介质另一部分经热媒回流管道208和分支管道111流入三通阀109中；
三、蒸发池205中的膜浓缩液加热后的蒸汽流进蒸发器2顶部的冷凝器3中，蒸汽冷凝后成为冷凝液经冷凝液出口304流出，不凝气体经不凝气体出口303排出，冷凝液经冷凝液管道408流入预热装置4的夹层腔体402中预热预热装置4中的膜浓缩液原液，预热后的膜浓缩液原液经进液管206分别进入各个并联的蒸发池205中，蒸发池205内的膜浓缩液在盘管换热器203的加热下实现固液分离，完成膜浓缩液的蒸发。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的太阳能蒸发装置包括太阳能集热单元1、蒸发器2、冷凝器3和预热装置4，太阳能集热单元1中包括太阳能集热器101和热媒储备罐102，太阳能集热器101的进口通过热媒输入管道103与热媒储备罐102的出液口连通，热媒回流管道208的一端与热媒储备罐102的进液口相连，热媒回流管道208的另一端分别与每个热媒介质盘管换热器203的出液口相连，太阳能集热器101的出口通过热媒输出管道104与三通阀109的热液口连通，分支管道111的一端与热媒回流管道208相连通，分支管道111的另一端与三通阀109的冷液口连通，在三通阀109上设置有温控调钮110；
沿高度方向在蒸发器2内分层设置有多个蒸发槽204，蒸发器2的器壁上与蒸发槽204对应的水平位置上设置有舱门5，蒸发槽204内设置有滑轨，蒸发池205置于蒸发槽204中，蒸发池205由电机驱动在滑轨中前后移动，在每个蒸发槽204的槽底下方均设置有热媒介质盘管换热器203，三通阀109的出液口通过热媒介运输管道202分别与每个热媒介质盘管换热器203的进液口相连，蒸发器2顶部的蒸汽出口上设置有冷凝器3，冷凝器3上开有不凝气体出口303和冷凝液出口304，预热装置4为夹层筒体结构，预热装置4的外壁上设置有冷凝液入口403和冷凝液排出口405，冷凝液出口304通过冷凝液管道408经冷凝液入口403与预热装置4的夹层腔体402相连通，在预热装置4的底部开有膜浓缩液原液入口401，预热装置4的顶部开有膜浓缩液出口404，膜浓缩液出口404通过进液管206分别与蒸发池205相连通。
本实施方式在冷凝器3上开有冷却水入口302和冷却水出口305，冷凝器3的底部开有蒸汽入口301。蒸发器2的器壁上开有热媒介质入口201，热媒介运输管道202通过热媒介质入口201延伸至蒸发器2中。
本实施方式在热媒输入管道103上设置有一号阀门106，在热媒回流管道208上设置有第五液体泵209和二号阀门108。在进液管206中设置有输送泵406。
本实施方式膜浓缩液出口404通过进液管206分别与蒸发池205相连通，在每个进液管206与蒸发池205相连接的支管上均设置有单向阀207；在热媒输出管道104和热媒介运输管道202上分别设置有第二液体泵107和第三液体泵210；在冷凝液管道408上设置有第四液体泵407。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是在热媒输入管道103中设置有第一液体泵105。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是在沿高度方向在蒸发器2内分层设置有4～6个蒸发槽204。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是在蒸发池205中设置有压力传感器。
本实施方式蒸发池内部设有压力传感器，待膜浓缩液体积浓缩到一定比例时，压力传感器报警，相对应的蒸发池随轨道移出蒸发器，迅速更换蒸发池，继续运行，一方面避免了以往设备清洗复杂，运行不稳定的问题，另一方面膜浓缩液可根据需要实现不同的浓缩比例。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是在蒸发池205的底部设置有滚轮，由电机驱动滚轮在滑轨中前后移动。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是所述的热媒介质为导热油。
本实施方式热媒介质选择合成型导热油，适合高寒地区作业。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是预热装置4中的膜浓缩液的预热温度为50～70℃。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是蒸发池205内的膜浓缩液通过盘管换热器203加热至80～100℃。
实施例：本实施例应用太阳能蒸发装置处理膜浓缩液的方法按下列步骤实施：
一、太阳能蒸发装置包括太阳能集热单元1、蒸发器2、冷凝器3和预热装置4，太阳能集热单元1中包括太阳能集热器101和热媒储备罐102，热媒储备罐102中的热媒介质经热媒输入管道103流入太阳能集热器101中进行加热，再经热媒介质输出管道104流入三通阀109中与来自热媒回流管道208中的热媒介质混合，通过温控调钮110稳定输出温度为120～180℃的热媒介质，然后通过热媒介质运输管道202流入各个并联热媒介质盘管换热器203，热媒介质盘管换热器203位于蒸发槽204下方；
二、在沿高度方向在蒸发器2内分层设置有多个蒸发槽204，蒸发器2的器壁上与蒸发槽204对应的水平位置上设置有舱门5，蒸发槽204内设置有滑轨，蒸发池205置于蒸发槽204中，蒸发池205由电机驱动在滑轨中前后移动，在每个蒸发槽204的槽底下方均设置有热媒介质盘管换热器203，热媒介质盘管换热器203中的热媒介质一部分通过热媒回流管道208流回热媒储备罐102中，热媒介质另一部分经热媒回流管道208和分支管道111流入三通阀109中；
三、蒸发池205中的膜浓缩液加热后的蒸汽流进蒸发器2顶部的冷凝器3中，蒸汽冷凝后成为冷凝液经冷凝液出口304流出，不凝气体经不凝气体出口303排出，冷凝液经冷凝液管道408流入预热装置4的夹层腔体402中预热预热装置4中的膜浓缩液原液至60℃，预热至60℃后的膜浓缩液原液经进液管206分别进入各个并联的蒸发池205中，蒸发池205内的膜浓缩液在盘管换热器203的加热下可维持膜浓缩液温度在80～100℃，实现膜浓缩液体液体积浓缩，达到膜浓缩液减量的目的。
本实施例蒸发器内各个蒸发槽204是独立的结构互相不影响，蒸发池内的膜浓缩液在盘管换热器的加热下，达到适宜温度实现固液分离，蒸发池内部设有压力传感器，待膜浓缩液体积浓缩到一定比例时，压力传感器报警，相对应的蒸发槽随轨道移出蒸发器，迅速更换蒸发池，继续运行，一方面避免了以往设备清洗复杂，运行不稳定的问题，另一方面膜浓缩液可根据需要实现不同的浓缩比例。
白天日照充足的情况下，太阳能集热器将热媒介质加热到180℃输送到蒸发器内，膜浓缩液注入的预热装置预热到60℃通过管道注入到蒸发池内,膜浓缩液在盘管换热器的加热下达到100℃，实现固液分离，热媒介质随管道流出蒸发器回到热媒储备罐，通过温控系统调节回到太阳能集热器继续加热循环使用。蒸发池内的膜浓缩液可以根据实际运行情况，实时补充注入，待膜浓缩液体积浓缩倍数为6.2时，压力传感器报警，相对应的蒸发槽随轨道移出蒸发器，迅速更换蒸发池，继续运行。系统膜浓缩液通过蒸发装置可实现85％的水回用率，脱盐率可达到99.65％，出水水质可达到《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T19923-2005)的要求。该蒸发装置处理1吨膜浓缩液，需耗电量约为10kWh，其运行成本约为8～10元/吨。

Claims (8)

1.应用太阳能蒸发装置处理膜浓缩液的方法，其特征在于该方法按下列步骤实现：
一、太阳能蒸发装置包括太阳能集热单元(1)、蒸发器(2)、冷凝器(3)和预热装置(4)，太阳能集热单元(1)中包括太阳能集热器(101)和热媒储备罐(102)，热媒储备罐(102)中的热媒介质经热媒输入管道(103)流入太阳能集热器(101)中进行加热，再经热媒介质输出管道(104)流入三通阀(109)中与来自热媒回流管道(208)中的热媒介质混合，通过温控调钮(110)稳定输出温度为120～180℃的热媒介质，然后通过热媒介质运输管道(202)流入各个并联热媒介质盘管换热器(203)，热媒介质盘管换热器(203)位于蒸发槽(204)下方；
二、在沿高度方向在蒸发器(2)内分层设置有多个蒸发槽(204)，蒸发器(2)的器壁上与蒸发槽(204)对应的水平位置上设置有舱门(5)，蒸发槽(204)内设置有滑轨，蒸发池(205)置于蒸发槽(204)中，蒸发池(205)由电机驱动在滑轨中前后移动，在每个蒸发槽(204)的槽底下方均设置有热媒介质盘管换热器(203)，热媒介质盘管换热器(203)中的热媒介质一部分通过热媒回流管道(208)流回热媒储备罐(102)中，热媒介质另一部分经热媒回流管道(208)和分支管道(111)流入三通阀(109)中；
三、蒸发池(205)中的膜浓缩液加热后的蒸汽流进蒸发器(2)顶部的冷凝器(3)中，蒸汽冷凝后成为冷凝液经冷凝液出口(304)流出，不凝气体经不凝气体出口(303)排出，冷凝液经冷凝液管道(408)流入预热装置(4)的夹层腔体(402)中预热预热装置(4)中的膜浓缩液原液，预热后的膜浓缩液原液经进液管(206)分别进入各个并联的蒸发池(205)中，蒸发池(205)内的膜浓缩液在盘管换热器(203)的加热下实现固液分离，完成膜浓缩液的蒸发。
2.根据权利要求1所述的应用太阳能蒸发装置处理膜浓缩液的方法，其特征在于在热媒输入管道(103)中设置有第一液体泵(105)。
3.根据权利要求1所述的应用太阳能蒸发装置处理膜浓缩液的方法，其特征在于在沿高度方向在蒸发器(2)内分层设置有4～6个蒸发槽(204)。
4.根据权利要求1所述的应用太阳能蒸发装置处理膜浓缩液的方法，其特征在于在蒸发池(205)中设置有压力传感器。
5.根据权利要求4所述的应用太阳能蒸发装置处理膜浓缩液的方法，其特征在于在蒸发池(205)的底部设置有滚轮，由电机驱动滚轮在滑轨中前后移动。
6.根据权利要求1所述的应用太阳能蒸发装置处理膜浓缩液的方法，其特征在于所述的热媒介质为导热油。
7.根据权利要求1所述的应用太阳能蒸发装置处理膜浓缩液的方法，其特征在于预热装置(4)中的膜浓缩液的预热温度为50～70℃。
8.根据权利要求1所述的应用太阳能蒸发装置处理膜浓缩液的方法，其特征在于蒸发池(205)内的膜浓缩液通过盘管换热器(203)加热至80～100℃。
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