CN109775789B - 一种热管真空干燥系统及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热管真空干燥系统及其应用，属于污水处理领域，包括热管加热区Ⅰ、热管冷凝区Ⅱ、热回收区第二段Ⅲ、相变区Ⅳ、加热区Ⅴ和原液罐；热管加热区Ⅰ包括加热罐和第一热管，热管冷凝区Ⅱ包括蒸发罐和第二热管，第一热管与第二热管形成一个热管循环；热回收区第二段Ⅲ包括回收罐和换热管，原液罐通过第一管道与回收罐连接，回收罐出口与蒸发罐连接，蒸发罐连接相变区Ⅳ；相变区Ⅳ包括冷凝水罐和液位计，冷凝水罐经加热区Ⅴ连接加热罐，加热罐的出口连接换热管，换热管的出口经排水管排放，进行二次利用；蒸发罐的底部连接有浓缩液贮存罐。本发明将污水中的盐、水分离，处理后的水可二次利用，且该系统处理效率高，安全，节能。
Description
技术领域
本发明涉及一种热管真空干燥系统及其应用，主要应用于污水深度处理中浓污水的脱盐过程中的进一步浓缩过程，属于污水处理技术领域。
背景技术
随着社会的快速发展，各种行业，如造纸、化工等化工企业，在生产过程中不可避免的产生很多工业污水，工业污水的排放严重污染地下水、地表水，对人民的生活和健康带来极大恶劣影响。水污染情况不断加剧，污水的高效处理和所得产品的清洁度一直是人们高度关注的问题，也是急需攻破的技术难题。
现有技术中已存在大量污水处理设备，大多是直接对污水进行处理，污水处理后其利用率也较低，且水处理设备复杂、昂贵，处理效率不高、耗能大、安全性较低。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种热管真空干燥系统及其应用，能够将污水中的盐、水分离，处理后的水可二次利用，且该系统处理效率高，安全，节能。
术语解释：
热管：热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件，包括金属管、工作介质和管芯，其一端为蒸发端，另外一端为冷凝端，当热管一端受热时，毛细管中的液体迅速汽化，蒸气在热扩散的动力下流向另外一端，并在冷端冷凝释放出热量，液体再沿多孔材料靠毛细作用流回蒸发端，如此循环不止，直到热管两端温度相等(此时蒸汽热扩散停止)。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。
本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种热管真空干燥系统，包括热管加热区Ⅰ、热管冷凝区Ⅱ、热回收区第二段Ⅲ、相变区Ⅳ和加热区Ⅴ；
所述热管加热区Ⅰ包括加热罐和位于加热罐内的第一热管；
所述热管冷凝区Ⅱ包括蒸发罐和位于蒸发罐内的第二热管，所述第一热管的出口与所述第二热管的进口连接，所述第二热管的出口与所述第一热管的进口连接，形成一个热管循环；
所述热回收区第二段Ⅲ包括回收罐和位于所述回收罐内的换热管；
所述热管真空干燥系统还包括原液罐，所述原液罐通过第一管道与所述回收罐的进口连接，位于回收罐上部的回收罐出口与蒸发罐的进口连接，所述蒸发罐上方经真空泵连接所述相变区Ⅳ；
所述相变区Ⅳ包括冷凝水罐和位于冷凝水罐内的液位计，所述冷凝水罐通过第二管道经所述加热区Ⅴ连接所述加热罐的进口，所述加热罐的出口连接所述换热管的进口，所述换热管的出口经排水管排放，进行二次利用，可用于锅炉及消防用水等；
所述蒸发罐的底部通过第三管道连接有浓缩液贮存罐。
优选的，所述加热区Ⅴ包括电磁加热器，所述电磁加热器位于所述第二管道上，所述第二管道上还设置有增压泵。
优选的，所述第一热管和第二热管内的工作介质为纯水、乙醇或乙醚。
优选的，本发明还包括第一控制器，所述蒸发罐内设置有第一温度传感器，所述蒸发罐连接相变区Ⅳ的水平安装的管道上在真空泵之前设置有真空表，所述第一温度传感器和真空表均与所述第一控制器连接，所述第一控制器与真空泵连接。本发明中，第一温度传感器可采用工业非接触式在线式测温仪探头高温红外温度传感器变送器，真空表优选采用磁助式电接点压力表YXC-100 1.6mpa30VA真空表，第一控制器采用现有技术即可。值得注意的是，本发明的或可根据实际情况采用普通市售产品，均不影响本发明的实施。
优选的，所述液位计连接有液位控制器，控制冷凝水罐内液位在100±20mm，可根据需要调整调节范围，液位计可选用水位投入式液位计传感器，所述第二管道上设置有开关电磁阀，所述液位控制器与开关电磁阀连接，用于控制开关电磁阀。当液位超过设定范围时，液位控制器可控制控制将开关电磁阀打开，使冷凝水流出进入下一阶段。液位控制器的型号可根据实际需要灵活选择，此处不作特别限定。
优选的，本发明还包括第二控制器，所述第二管道内置有第二温度传感器，第二温度传感器、电磁加热器均连接至第二控制器，从而在低于某个温度加热，高于某个温度停止加热。第二控制器可选用美控TK300温度控制器，第二温度传感器优选采用 PID温控仪。
优选的，该系统的所有管道上均进行保温处理，可采用保温层，保温层优选使用新型材料柔性隔热材料，保温层外覆铝箔保护。
本发明中，每个管道上均设置有至少2个阀门和1个真空表，便于安全检修。
优选的，蒸发罐安装高度为6-10米，工作介质从第二热管流向第一热管的管道，以及第三管道，形成水腿，水腿高度为6-10米。
本发明的冷凝水罐上部在液位以上还设置有另一真空泵，用于系统启动时抽真空。
另一方面，本发明还提供一种上述热管真空干燥系统的应用，应用于污水的盐水分离，其分离过程为：
污水原液利用泵由原液罐通过第一管道打入热回收区第二段Ⅲ的回收罐内，经预热(当第一次循环时，为加快污水原液的温度，可在进入回收罐时进行电加热，当多次循环时，由于热回收区第二段Ⅲ的换热管内的液体具有一定温度，可通过热交换对污水原液进行预热)后进入热管冷凝区Ⅱ的蒸发罐内，与第二热管热交换至70±2℃，在真空度为0.06～0.08MPa下真空蒸发，蒸汽由真空泵打入相变区Ⅳ的冷凝水罐，冷凝水罐内设有液位计，通过液位自动控制开关电磁阀，保持冷凝水罐内一定液位；冷凝水罐内的冷凝水经第二管道，通过增压泵，打到热管加热区Ⅰ的加热罐内，根据冷凝水的温度及热管加热要求，电磁加热器自动启停；加热罐内的冷凝水与第一热管热交换后进入热回收区第二段Ⅲ的换热管，进一步进行热交换后，经排水管排放，进行二次利用，用于锅炉及消防用水等；在蒸发罐内真空蒸发留下的污水变成浓缩液，通过第三管道流入浓缩液贮存罐内，循环以上过程，直至将原液罐内的污水原液分离完成。本系统通过排水管排出的液体几乎是纯水，将高盐的浓缩液，再作进一步处理。
本发明中，第一热管和第二热管组成的一个热管循环，其温度保持在80℃(在介质为纯水时)以上。由于热管内均为真空，因此热管加热区Ⅰ的第一热管内的工作介质被加热蒸发上升至热管冷凝区Ⅱ的第二热管，蒸汽变为液体，又自动流回热管加热区Ⅰ的第一热管，放出相变热被第二热管外的污水吸收(热交换)，污水温度升高，在真空作用下，污水在60-70℃下沸腾蒸发，蒸汽进入下一循环，蒸发后的污水变为浓缩液通过管道进入浓缩液贮存罐，再进一步进行处理。
优选的，当第一温度传感器检测到温度为70±2℃，真空表真空度为0.06～0.08Mpa 时，第一控制器启动真空泵，蒸汽由真空泵打入相变区Ⅳ的冷凝水罐。
优选的，当第二温度传感器检测到第二管道内的温度高于上限时，第二控制器控制电磁加热器停止加热，当第二温度传感器检测到第二管道内的温度低于下限时，第二控制器控制电磁加热器开始加热。
值得注意的是，热管技术是1963年美国LosAlamos国家实验室的G.M.Grover发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与致冷工质的快速热传递性质，导热工质通过“气液相变”将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力，热管技术已非常成熟，此处不再赘述；
本发明中所涉及的控制器、温度传感器、液位计、液位控制器、开关电磁阀、电磁加热器等，均可采用现有技术，不影响本发明的实施。
本发明的有益效果为：
1)本发明的热管真空干燥系统，将热管技术与真空干燥相结合，热效率大大提高。通过实验发现，本发明的进水(污水)温度在20℃左右，排水温度(从排水管排出的分离出高盐之后的水)不足40℃，热效率为90-95％，分离1吨纯水耗电不到25度，成本不足20元(按1度电0.8元计)。
2)本发明干燥温度低，不超过80℃，不存在高温(超过80℃)伤害，安全系数显著提高，且综合了真空干燥、热管干燥的优点，干燥效率高，干燥温度低，节能。
3)将污水中的盐、水分离，处理后的水可二次利用，节约了水资源。
附图说明
图1为本发明的热管真空干燥系统一种结构的示意图；
其中：1-加热罐，2-第一热管，3-蒸发罐，4-第二热管，5-回收罐，6-换热管，7- 原液罐，8-第一管道，9-真空泵，10-冷凝水罐，11-液位计，12-第二管道，13-排水管， 14-第三管道，15-浓缩液贮存罐，16-电磁加热器，17-增压泵。
具体实施方式：
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。
实施例1：
一种热管真空干燥系统，如图1所示，包括热管加热区Ⅰ、热管冷凝区Ⅱ、热回收区第二段Ⅲ、相变区Ⅳ和加热区Ⅴ；
热管加热区Ⅰ包括加热罐1和位于加热罐1内的第一热管2；
热管冷凝区Ⅱ包括蒸发罐3和位于蒸发罐3内的第二热管4，第一热管2的出口与第二热管4的进口连接，第二热管4的出口与第一热管2的进口连接，形成一个热管循环；
热回收区第二段Ⅲ包括回收罐5和位于回收罐5内的换热管6；
热管真空干燥系统还包括原液罐7，原液罐7通过第一管道8与回收罐5的进口连接，位于回收罐5上部的回收罐出口与蒸发罐3的进口连接，蒸发罐3上方经真空泵9连接相变区Ⅳ；
相变区包括冷凝水罐10和位于冷凝水罐10内的液位计11，冷凝水罐10通过第二管道12经加热区Ⅴ连接加热罐1的进口，加热罐1的出口连接换热管6的进口，换热管6的出口经排水管13排放，进行二次利用，可用于锅炉及消防用水等；
蒸发罐3的底部通过第三管道14连接有浓缩液贮存罐15。
实施例2：
一种热管真空干燥系统，结构如实施例1所示，所不同的是，加热区Ⅴ包括电磁加热器16，电磁加热器16位于第二管道12上，第二管道12上还设置有增压泵17。
实施例3：
一种热管真空干燥系统，结构如实施例2所示，所不同的是，第一热管和第二热管内的工作介质为纯水。
实施例4：
一种热管真空干燥系统，结构如实施例3所示，所不同的是，本发明还包括第一控制器，蒸发罐3内设置有第一温度传感器，蒸发罐3连接相变区Ⅳ的水平安装的管道上在真空泵之前设置有真空表，第一温度传感器和真空表均与第一控制器连接，所述第一控制器与真空泵连接，第一温度传感器采用工业非接触式在线式测温仪探头高温红外温度传感器变送器，真空表采用磁助式电接点压力表YXC-100 1.6mpa30VA真空表。
实施例5：
一种热管真空干燥系统，结构如实施例4所示，所不同的是，液位计11连接有液位控制器，控制冷凝水罐内液位在100±20mm，液位计选用水位投入式液位计传感器，第二管道12上设置有开关电磁阀，液位控制器与开关电磁阀连接，用于控制开关电磁阀。
实施例6：
一种热管真空干燥系统，结构如实施例5所示，所不同的是，本发明还包括第二控制器，第二管道12内置有第二温度传感器，第二温度传感器、电磁加热器均连接至第二控制器，从而在低于某个温度加热，高于某个温度停止加热，第二控制器选用美控TK300温度控制器，第二温度传感器采用PID温控仪。
实施例7：
一种热管真空干燥系统的应用，结构如实施例6所示，所不同的是，应用于污水的盐水分离，其分离过程为：
污水原液利用泵由原液罐7通过第一管道8打入热回收区第二段Ⅲ的回收罐5内，经预热(当第一次循环时，为加快污水原液的温度，可在进入回收罐时进行电加热，当多次循环时，由于热回收区第二段Ⅲ的换热管内的液体具有一定温度，可通过热交换对污水原液进行预热)后进入热管冷凝区Ⅱ的蒸发罐3内，与第二热管4热交换至 70±2℃，在真空度为0.06～0.08MPa下真空蒸发，蒸汽由真空泵9打入相变区Ⅳ的冷凝水罐10，冷凝水罐10内设有液位计11，通过液位自动控制开关电磁阀，保持冷凝水罐10内一定液位；冷凝水罐10内的冷凝水经第二管道12，通过增压泵17，打到热管加热区Ⅰ的加热罐1内，根据冷凝水的温度及热管加热要求，电磁加热器16自动启停；加热罐1内的冷凝水与第一热管2热交换后进入热回收区第二段Ⅲ的换热管6，进一步进行热交换后，经排水管13排放，进行二次利用，用于锅炉及消防用水等；在蒸发罐3内真空蒸发留下的污水变成浓缩液，通过第三管道14流入浓缩液贮存罐15内，本系统通过排水管排出的液体几乎是纯水，将高盐的浓缩液，再作进一步处理。
本发明中，第一热管2和第二热管4组成的一个热管循环，其温度保持在80℃(在介质为纯水时)以上。由于热管内均为真空，因此热管加热区Ⅰ的第一热管2内的工作介质被加热蒸发上升至热管冷凝区Ⅱ的第二热管4，蒸汽变为液体，又自动流回热管加热区Ⅰ的第一热管2，放出相变热被第二热管4外的污水吸收(热交换)，污水温度升高，在真空作用下，污水在60-70℃下沸腾蒸发，蒸汽进入下一循环，蒸发后的污水变为浓缩液通过第三管道14进入浓缩液贮存罐15，再进一步进行处理；
当第一温度传感器检测到温度为70±2℃，真空表真空度为0.06～0.08Mpa时，第一控制器启动真空泵9，蒸汽由真空泵9打入相变区Ⅳ的冷凝水罐10；
当第二温度传感器检测到第二管道12内的温度高于上限时，第二控制器控制电磁加热器16停止加热，当第二温度传感器检测到第二管道12内的温度低于下限时，第二控制器控制电磁加热器16开始加热。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种热管真空干燥系统，其特征在于，包括热管加热区Ⅰ、热管冷凝区Ⅱ、热回收区第二段Ⅲ、相变区Ⅳ和加热区Ⅴ；
所述热管加热区Ⅰ包括加热罐和位于加热罐内的第一热管；
所述热管冷凝区Ⅱ包括蒸发罐和位于蒸发罐内的第二热管，所述第一热管的出口与所述第二热管的进口连接，所述第二热管的出口与所述第一热管的进口连接，形成一个热管循环；
所述热回收区第二段Ⅲ包括回收罐和位于所述回收罐内的换热管；
所述热管真空干燥系统还包括原液罐，所述原液罐通过第一管道与所述回收罐的进口连接，位于回收罐上部的回收罐出口与蒸发罐的进口连接，所述蒸发罐上方经真空泵连接所述相变区Ⅳ；
所述相变区Ⅳ包括冷凝水罐和位于冷凝水罐内的液位计，所述冷凝水罐通过第二管道经所述加热区Ⅴ连接所述加热罐的进口，所述加热罐的出口连接所述换热管的进口，所述换热管的出口经排水管排放，进行二次利用；
所述蒸发罐的底部通过第三管道连接有浓缩液贮存罐；
所述加热区Ⅴ包括电磁加热器，所述电磁加热器位于所述第二管道上，所述第二管道上还设置有增压泵；
蒸发罐安装高度为6-10米，工作介质从第二热管流向第一热管的管道，以及第三管道，形成水腿，水腿高度为6-10米；
第一热管和第二热管组成的一个热管循环，第一热管和第二热管内均为真空，热管加热区Ⅰ的第一热管内的工作介质被加热蒸发上升至热管冷凝区Ⅱ的第二热管，蒸汽变为液体，又自动流回热管加热区Ⅰ的第一热管，放出相变热被第二热管外的污水吸收，污水温度升高，在真空作用下，污水在60-70℃下沸腾蒸发，蒸汽进入下一循环，蒸发后的污水变为浓缩液通过管道进入浓缩液贮存罐；
系统还包括第一控制器，所述蒸发罐内设置有第一温度传感器，所述蒸发罐连接相变区Ⅳ的管道上在真空泵之前设置有真空表，所述第一温度传感器和真空表均与所述第一控制器连接，所述第一控制器与真空泵连接；
所述液位计连接有液位控制器，所述第二管道上设置有开关电磁阀，所述液位控制器与开关电磁阀连接，用于控制开关电磁阀；
系统还包括第二控制器，所述第二管道内置有第二温度传感器，第二温度传感器、电磁加热器均连接至第二控制器；
热管真空干燥系统的应用，应用于污水的盐水分离，其分离过程为：
污水原液利用泵由原液罐通过第一管道打入热回收区第二段Ⅲ的回收罐内，经预热后进入热管冷凝区Ⅱ的蒸发罐内，与第二热管热交换至70±2℃，在真空度为0.06～0.08MPa下真空蒸发，蒸汽由真空泵打入相变区Ⅳ的冷凝水罐，冷凝水罐内设有液位计，通过液位自动控制开关电磁阀，保持冷凝水罐内一定液位；冷凝水罐内的冷凝水经第二管道，通过增压泵，打到热管加热区Ⅰ的加热罐内，根据冷凝水的温度，电磁加热器自动启停；加热罐内的冷凝水与第一热管热交换后进入热回收区第二段Ⅲ的换热管，进一步进行热交换后，经排水管排放，进行二次利用；在蒸发罐内真空蒸发留下的污水变成浓缩液，通过第三管道流入浓缩液贮存罐内；
当第一温度传感器检测到温度为70±2℃，真空表真空度为0.06～0.08Mpa时，第一控制器启动真空泵，蒸汽由真空泵打入相变区Ⅳ的冷凝水罐；
当第二温度传感器检测到第二管道内的温度高于上限时，第二控制器控制电磁加热器停止加热，当第二温度传感器检测到第二管道内的温度低于下限时，第二控制器控制电磁加热器开始加热。
2.根据权利要求1所述的热管真空干燥系统，其特征在于，所述第一热管和第二热管内的工作介质为纯水、乙醇或乙醚。
3.根据权利要求1所述的热管真空干燥系统，其特征在于，该系统的所有管道上均设置有保温层，保温层外覆铝箔保护。
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