CN110817996B - 精油类废水复蒸循环利用装置系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种精油类废水复蒸循环利用装置系统和方法，装置系统包括一台废水预热器，用来加热从精油提取装置分离出来的精油废水；一台废水复蒸器，接受预热到接近废水沸点温度的废水并送入废水蒸发器；以及，至少一台废水蒸发器，蒸发进入废水蒸发器的废水，所产生的蒸汽再进入废水复蒸器进行气液分离。循环复蒸精油类废水方法包括如下步骤：将精油废水在废水预热器进行预热至废水沸点温度；将预热后的废水引入废水复蒸器，再进入废水蒸发器；将进入废水蒸发器的废水加热蒸发，产生蒸汽；将蒸汽再送入废水复蒸器蒸汽复蒸进行气液分离，产生的洁净蒸汽以循环使用。
Description
技术领域
本发明涉及木本精油提取技术领域，特别是涉及一种植物精油水蒸气蒸馏工艺中的废水复蒸循环利用系统和一种精油类废水复蒸方法。
背景技术
植物精油是芳香植物的花、枝、叶、根、干、果肉、果皮、种子等部分通过水蒸气蒸馏法而得的植物性香料。水蒸气蒸馏法是将含植物精油的原料通过水蒸气蒸馏，经过冷凝后得到其油水混合物，再通过油水分离得到其精油，而分离出来的水就成为精油生产过程中产生的废水。含精油的废水不允许直接排放，废水中精油含量在1‰至3‰左右，而其废水处理又及其困难，存在成本高，难度大的问题，处理废水使精油的生产成本进一步提高。精油废水处理已经成为众多精油生产厂家所面临的一大难题。
植物提取物生产过程中的废水属于较难处理的高浓度有机废水之一,因提取物产品不同、生产工艺不同而差异较大,水质波动较大,COD可高达6000mg/L,BOD可达2500mg/L。
目前主要采用化学处理法和生物处理法对精油生产产生的废水进行达标处理。
化学处理法，这种处理方法的缺点是化学药剂比较昂贵，处理后产生大量难以脱水的污泥，且出水不能稳定达标、运行费用高等问题，因而其应用受到限制。
生物处理法是通过自然界广泛存在的微生物的新陈代谢作用,将废水中的有机物氧化分解为稳定的无机物的过程,采用生物法处理的精油废水量占处理总量的70％左右。但是精油废水中一般含有萜类碳氢化合物，这种物质的存在使得微生物很难存活或者长时间存活，因此，易造成处理成本高，出水指标不稳定，难以达到排放标准要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种将精油类废水进行复蒸的系统；本发明要解决的另一个技术问题是提供一种将精油类废水进行复蒸的方法。
本发明精油类废水复蒸循环利用系统的技术方案是：一种精油类废水复蒸循环利用装置系统，包括：
一台废水预热器，用来接受从精油提取装置分离的精油废水并将其加热至蒸发临界温度；
一台废水复蒸器，用来接受从废水预热器加热的废水并送入废水蒸发器；用来接受在废水蒸发器中经过蒸汽加热蒸发的蒸汽进行气液分离；以及，
至少一台废水蒸发器，用来接受从废水复蒸器引入的废水通过蒸汽进行加热蒸发，所产生的蒸汽再进入废水复蒸器进行气液分离。
在本发明提供的精油类废水复蒸循环利用系统的一种较佳实施例中，废水蒸发器为两台。
在本发明提供的精油类废水复蒸循环利用系统的一种较佳实施例中，所述废水复蒸器包括：
复蒸器罐体，复蒸器罐体包括上壳体和直径大于上壳体的下壳体，上壳体和下壳体通过中间锥体连接，在上壳体顶部设置复蒸器蒸汽出口管，在上壳体的下部分别设置直接蒸汽进口管和蒸汽进口管，直接蒸汽进口管在复蒸器罐体在内设置进汽口；
在下壳体的上部和下部分别设置进水口管和出水口管，在下壳体的底部设置放净口管；
在上壳体的内部上端设置气液分离填料，在气液分离填料之下设置三层气液分离塔盘，每层气液分离塔盘包括1个贯通气液分离塔盘的塔盘管；
在上壳体和中间锥体连接部设有将上壳体和下壳体隔开的内封头，在下壳体中部设置与内封头贯通的回液管。
在本发明提供的精油类废水复蒸循环利用系统的一种较佳实施例中，所述上壳体包括由复蒸器上封头，复蒸器上封头与上壳体的圆筒部分设置用于连接的复蒸器容器法兰，下壳体底部为复蒸器下封头。
在本发明提供的精油类废水复蒸循环利用系统的一种较佳实施例中，所述废水蒸发器包括蒸发器罐体和置于蒸发器罐体中的换热部件，其中：
蒸发器罐体由蒸发器上封头、蒸发器上壳体、中间壳体和蒸发器下封头组成；
在中间壳体的上下两端设有蒸发器管板，在蒸发器上封头端面和蒸发器下封头端面设置蒸发器容器法兰并分别与对应的蒸发器管板固定连接，蒸发器上封头的顶部设置蒸发器放净口管一，在蒸发器上壳体侧面设置蒸发器蒸汽出口管一，蒸发器下封头的底部设置蒸发器进水口管,蒸发器中间壳体的上部侧面设置蒸发器蒸汽进口管，中间壳体的下部侧面分别设置蒸发器蒸汽出口管二和蒸发器放净口管二。
在本发明提供的精油类废水复蒸循环利用系统的一种较佳实施例中，所述废水预热器包括预热器罐体和置于预热器罐体中的换热部件，其中：
预热器罐体由预热器上封头、预热器下封头和预热器壳体组成；
在预热器壳体的上下两端设有预热器管板，在预热器上封头端面和预热器下封头端面设置预热器容器法兰并分别与对应的预热器管板固定连接，预热器上封头的顶部设置预热器热水出口管，预热器下封头的底部设置预热器进水口管,预热器壳体的上部侧面设置预热器蒸汽进口管，预热器壳体的下部侧面分别设置预热器蒸汽出口管和预热器放净口管。
进一步的，所述换热部件包括由菱形分布换热管组成换热管组件，在换热管组件外周设置至少4条定距管，在每条定距管和换热管之间设置蒸发器折流板，定距管和换热管穿过折流板并与折流板固定。
再进一步的，换热管组件中换热管菱形分布，每两条换热管之间的距离为32-35mm，菱形锐角α为60°。
本发明循环复蒸精油类废水方法采用的技术方案是：包括如下步骤：
(1)将分离后的精油废水先进入一台废水预热器进行预热至废水蒸发临界温度；
(2)将预热后的废水引入废水复蒸器，通过废水复蒸器再进入废水蒸发器，使废水蒸发器和废水复蒸器中的废水液面升至同一水平界面，废水蒸发器换热部件全部浸没在液面以下；
(3)将进入废水蒸发器的废水加热蒸发，产生蒸汽；
(4)将废水蒸发产生的蒸汽再送入废水复蒸器蒸汽复蒸进行气液分离，产生的洁净蒸汽以循环使用；
(5)将通过废水复蒸器的含有精油物料洁净蒸气进行蒸馏、冷凝得到其油水混合物，再通过油水分离得到其精油与二次精油废水，二次精油废水再次进入废水复蒸循环利用装置系统进行新一轮循环。
进一步的，所述废水沸点温度为80～101℃。
本发明精油类废水复蒸循环利用系统的有益效果有以下几方面：
1.精油类废水复蒸循环利用装置通过预热器、蒸发器和复蒸器组成的系统，对含精油物料的废水进行废水反复循环蒸发，产生浓缩可提纯含精油中间物料和蒸汽。对含精油中间物料进行蒸馏提取精油，一方面，蒸馏提取精油后再次产生的废水可以再次通过循环进入精油类废水复蒸循环利用装置进行反复复蒸，从而达到“零污水排放”，另一方面，所产生的蒸汽再进入废水复蒸器进行循环使用，以解决现有工艺在废水处理上成本高，污染环境等一系列问题；
2.采用物理分离，不添加任何助剂，不影响回收油品质，产生的蒸汽可以再利用，相对于化学方法和生物方法能够显著降低成本；
3.装置系统的废水从预热器进入复蒸器、从复蒸器进入蒸发器、再从蒸发器进入复蒸器，而不是从预热器直接进入蒸发器，这样的装置结构和系统方法能够避免废水直接对蒸发器的换热组件造成直接的较大冲击，能够极大地延长换热组件的使用寿命；
4.废水蒸发器换热部件全部浸没在液面以下可避免结垢，采用两台废水蒸发器时，既可以两台同时使用增大蒸汽蒸发量，又可以单台交替使用以便蒸发器检修维护。
5.与现有技术比较，每千公斤投料量精油出油率平均提高2‰、蒸汽消耗降低20-30％、污水排放为零。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为发明一种实施方式的废水复蒸循环利用系统示意图；
图2为本发明一种实施方式的废水复蒸器结构示意图；
图3为本发明一种实施方式的废水蒸发器结构示意图；
图4为本发明一种实施方式的废水预热器结构示意图；
图5为废水蒸发器或者废水预热器中换热管组件与定距管结构示意图；
图6为图5中A部一组换热管组件结构放大示意图。
图中标号表示：
20-废水复蒸器，21-复蒸器蒸汽出口管，22-复蒸器上封头，23-复蒸器容器法兰，24-气液分离填料，25-气液分离塔盘，26-复蒸器罐体，27-直接蒸汽进口管，28-内封头，29-回液管，210-中间锥体，211-进水口管，212-出水口管，213-复蒸器下封头，214-放净口管，215蒸汽进口管，251-塔盘管，261-上壳体，262-下壳体，271-蒸汽孔
30-废水蒸发器，31-蒸发器罐体，32-蒸发器上封头，33-蒸发器上壳体，34-蒸发器蒸汽出口管一，35-蒸发器容器法兰，36-蒸发器管板，37-中间壳体，38-换热管组件，39-折流板，310-定距管，311-蒸发器蒸汽出口管二，312-蒸发器下封头，313-蒸发器进水口管，314-蒸发器放净口管二，315-蒸发器蒸汽进口管，316-蒸发器放净口管一，381-换热管
40-废水预热器，41-预热器罐体，42-预热器上封头，43-预热器容器法兰，44-预热器管板，45-预热器壳体，49-预热器蒸汽出口管，410-预热器下封头，411-预热器进水口管，412-预热器放净口管，413-预热器蒸汽进口管，414-预热器热水出口管，461-预热器换热管。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，精油类废水复蒸循环利用装置包括一台废水预热器40、一台废水复蒸器20和至少一台废水蒸发器30组成的系统，当然，废水蒸发器30也可以是两台，两台废水蒸发器以并联方式与废水复蒸器连接，可以两台同时使用也可以单台交替使用以便蒸发器检修维护。其中：
从精油提取装置分离出来的精油废水自预热器底部的预热器进水口管411进入废水预热器，蒸汽通过预热器蒸汽进口管413引入到换热管组件38用来加热废水，废水加热到蒸发临界温度后通过预热器热水出口管414进入连通复蒸器的管道，乏汽自预热器放净口管412排出；
将废水预热器预热到接近废水蒸发临界温度的废水通过进水口管211进入废水复蒸器20的废水，并送入废水蒸发器直至废水复蒸器与废水蒸发器的液面水平相同、且废水蒸发器内换热管全部浸没在液面之下；废水复蒸器20还用来接受在废水蒸发器中经过蒸汽加热蒸发的蒸汽进行气液分离。
废水蒸发器30通过底部的蒸发器进水口管313与废水复蒸器20底部的出水口管212连接，外部引入的高压蒸汽通过蒸发器蒸汽进口管315引入到换热管组件38用来加热废水，所产生的蒸汽再进入废水复蒸器20通过直接蒸汽加热再进行气液分离。
请参阅图2所示，废水复蒸器20包括：
复蒸器罐体26，复蒸器罐体26包括上壳体261和直径大于上壳体的下壳体262，上壳体261和下壳体262通过中间锥体210连接，在上壳体261顶部设置复蒸器蒸汽出口管21，在上壳体261的下部分别设置直接蒸汽进口管27和蒸汽进口管215，蒸汽通过预热器蒸汽进口管413引入到换热管组件38用来加热废水，直接蒸汽进口管27在复蒸器罐体26在内设置进汽口271，一般在初次运行或者停产一段时间的情况，从直接蒸汽进口管27直接引入蒸汽进行加热能够平衡罐中的液体或气体的量。
在下壳体262的上部和下部分别设置进水口管211和出水口管212，在下壳体262的底部设置放净口管214；
在上壳体261的内部上端设置气液分离填料24，在气液分离填料24之下设置气液分离塔盘25，气液分离塔盘25上下设置为三层，每层气液分离塔盘25包括1个贯通气液分离塔盘的塔盘管251；
在上壳体261和中间锥体210连接部设有将壳体和下壳体隔开的内封头28，在下壳体262中部设置与内封头28贯通的回液管29。
所述上壳体261包括由复蒸器上封头22，复蒸器上封头22与上壳体的圆筒部分设置用于连接的复蒸器容器法兰23，下壳体262底部为复蒸器下封头213。
请参阅图3所示，废水蒸发器30包括蒸发器罐体31和置于蒸发器罐体中的换热部件，其中：
蒸发器罐体31由蒸发器上封头32、蒸发器上壳体33、蒸发器中间壳体37和蒸发器下封头312组成；
在蒸发器中间壳体37的上下两端设有蒸发器管板36，在蒸发器上封头端面和蒸发器下封头端面设置蒸发器容器法兰35并分别与对应的蒸发器管板固定连接，蒸发器上封头32的顶部设置蒸发器放净口管一316，在蒸发器上壳体33侧面设置蒸发器蒸汽出口管一34，蒸发器下封头312的底部设置蒸发器进水口管313,蒸发器中间壳体37的上部侧面设置蒸发器蒸汽进口管315，蒸发器中间壳体37的下部侧面分别设置蒸发器蒸汽出口管二311和蒸发器放净口管二314。
请参阅图4所示，所述废水预热器40包括预热器罐体41和置于预热器罐体中的换热部件，其中：
预热器罐体41由预热器上封头42、预热器下封头410和预热器壳体45组成；
在预热器壳体45的上下两端设有预热器管板44，在预热器上封头端面和预热器下封头端面设置预热器容器法兰43并分别与对应的预热器管板固定连接，预热器上封头42的顶部设置预热器热水出口管414，预热器下封头410的底部设置预热器进水口管411,预热器壳体45的上部侧面设置预热器蒸汽进口管413，预热器壳体45的下部侧面分别设置预热器蒸汽出口管49和预热器放净口管412。
请参阅图5、图6所示，所述换热部件包括由菱形分布换热管381组成换热管组件38，在换热管组件外周设置至少4条定距管310，在每条定距管和换热管之间设置蒸发器折流板39，定距管和换热管穿过折流板并与折流板固定。换热管的数量根据换热面积等因素确定。换热管组件中换热管菱形分布，每两条换热管之间的距离为32-35mm，菱形锐角α为60°。
利用所述系统循环复蒸精油类废水的方法包括如下步骤：
(1)将分离后的精油废水先进入一台废水预热器进行预热至废水沸点温度，废水沸点温度约为80～101℃；
(2)将预热后的废水引入废水复蒸器，通过废水复蒸器再进入废水蒸发器，使废水蒸发器和废水复蒸器中的废水液面升至同一水平界面，废水蒸发器换热部件全部浸没在液面以下；
(3)将进入废水蒸发器的废水加热蒸发，产生蒸汽；
(4)将废水蒸发产生的蒸汽再送入废水复蒸器蒸汽复蒸进行气液分离，产生的洁净蒸汽以循环使用；
(5)将通过废水复蒸器的含有精油物料洁净蒸气进行蒸馏、冷凝得到其油水混合物，再通过油水分离得到其精油与二次精油废水，二次精油废水再次进入废水复蒸循环利用装置系统进行新一轮循环。
通过对含精油物料的废水进行废水反复循环蒸发，产生浓缩可提纯含精油中间物料和蒸汽，实现对蒸馏提取精油后再次产生的废水循环进入精油类废水复蒸循环利用装置进行反复复蒸，实现提高精油提取量和“零污水排放”，降低废水处理上成本、解决污染环境问题。
实施例1
精油类废水复蒸循环利用装置包括一台废水预热器、一台废水复蒸器和两台废水蒸发器组成的系统。首先将澳洲茶树提取精油后分离后的精油废水引入一台废水预热器进行预热至废水沸点温度，废水沸点温度为80℃；然后将预热后的废水引入废水复蒸器，再引入蒸发器直至废水复蒸器与废水蒸发器的液面水平相同、且废水蒸发器内换热管全部浸没在液面之下；第三步将进入废水蒸发器的废水加热蒸发，产生蒸汽；随后将废水蒸发产生的蒸汽再送入废水复蒸器蒸汽复蒸进行气液分离，产生洁净的蒸汽以循环使用；最后将通过废水复蒸器的含有精油物料洁净蒸气进行蒸馏、冷凝，得到其油水混合物，再通过油水分离即可得到其精油与二次精油废水，二次精油废水进入下一个循环。
澳洲茶树投料量5200kg、出油68kg、出油率1.30％、蒸汽使用量3661kg，无精油废水排放。
实施例2
将桂叶提取精油后分离后的精油废水引入一台废水预热器进行预热至废水沸点温度，废水沸点温度为101℃，其他装置和步骤与实施例1相同。
桂叶投料量4300kg、出油60.7kg、出油率1.41％、蒸汽使用量3010kg，无精油废水排放。
实施例3
关闭一台废水蒸发器，将香樟提取精油后分离后的精油废水引入一台废水预热器进行预热至废水沸点温度，废水沸点温度为90℃，其他装置和步骤与实施例1相同。
香樟投料量4400kg、出油89.7kg、出油率1.66％、蒸汽使用量3080kg，无精油废水排放。
实施例4
关闭一台废水蒸发器，将桉叶提取精油后分离后的精油废水引入一台废水预热器进行预热至废水沸点温度，废水沸点温度为100℃，其他装置和步骤与实施例1相同。
桉叶投料量3200kg、出油45.2kg、出油率1.41％、蒸汽使用量2240kg，无精油废水排放。
对比例1-4
对比例采用现有技术中的直接加热蒸发设备和工艺对与实施例相同的4种原料的精油废水进行处理，也就是在一台蒸发器中进行加热和蒸发，对比情况如下，其中表1为实施例出油率、蒸汽使用量指标，表2为对比例出油率、蒸汽使用量指标。
表1：实施例出油率、蒸汽使用量指标
表2：对比例出油率、蒸汽使用量指标
对比表1和表2可以看出，实施例的出油率增加，由于复蒸装置产生一部分可利用蒸汽，蒸汽使用量下降，实现了污水零排放。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种精油类废水复蒸循环利用系统，其特征在于，包括：
一台废水预热器(40)，用来接受从精油提取装置分离的精油废水并将其加热至蒸发临界温度；
一台废水复蒸器(20)，用来接受从废水预热器(40)加热的废水并送入废水蒸发器；用来接受在废水蒸发器中经过蒸汽加热蒸发的蒸汽进行气液分离；以及，
至少一台废水蒸发器(30)，用来接受从废水复蒸器(20)引入的废水通过蒸汽进行加热蒸发，所产生的蒸汽再进入废水复蒸器(20)进行气液分离，
所述废水复蒸器(20)包括：复蒸器罐体(26)，复蒸器罐体(26)包括上壳体(261)和直径大于上壳体的下壳体(262)，上壳体(261)和下壳体(262)通过中间锥体(210)连接，在上壳体(261)顶部设置复蒸器蒸汽出口管(21)，在上壳体(261)的下部分别设置直接蒸汽进口管(27)和蒸汽进口管(215)，直接蒸汽进口管(27)在复蒸器罐体(26)在内设置蒸汽孔(271)；在下壳体(262)的上部和下部分别设置进水口管(211)和出水口管(212)，在下壳体(262)的底部设置放净口管(214)；在上壳体(261)的内部上端设置气液分离填料(24)，在气液分离填料(24)之下设置三层气液分离塔盘(25)，每层气液分离塔盘(25)包括1个贯通气液分离塔盘的塔盘管(251)；在上壳体(261)和中间锥体(210)连接部设有将上壳体和下壳体隔开的内封头(28)，在下壳体(262)中部设置与内封头(28)贯通的回液管(29)，
所述上壳体(261)包括由复蒸器上封头(22)，复蒸器上封头(22)与上壳体的圆筒部分设置用于连接的复蒸器容器法兰(23)，下壳体(262)底部为复蒸器下封头(213)，
所述废水蒸发器(30)包括蒸发器罐体(31)和置于蒸发器罐体中的换热部件，其中：蒸发器罐体(31)由蒸发器上封头(32)、蒸发器上壳体(33)、中间壳体(37)和蒸发器下封头(312)组成；在中间壳体(37)的上下两端设有蒸发器管板(36)，在蒸发器上封头端面和蒸发器下封头端面设置蒸发器容器法兰(35)并分别与对应的蒸发器管板固定连接，蒸发器上封头(32)的顶部设置蒸发器放净口管一(316)，在蒸发器上壳体(33)侧面设置蒸发器蒸汽出口管一(34)，蒸发器下封头(312)的底部设置蒸发器进水口管(313),蒸发器中间壳体(37)的上部侧面设置蒸发器蒸汽进口管(315)，蒸发器中间壳体(37)的下部侧面分别设置蒸发器蒸汽出口管(311)和蒸发器放净口管二(314)，
所述废水预热器(40)包括预热器罐体(41)和置于预热器罐体中的换热部件，其中：
预热器罐体(41)由预热器上封头(42)、预热器下封头(410)和预热器壳体(45)组成；
在预热器壳体(45)的上下两端设有预热器管板(44)，在预热器上封头端面和预热器下封头端面设置预热器容器法兰(43)并分别与对应的预热器管板固定连接，预热器上封头(42)的顶部设置预热器热水出口管(414)，预热器下封头(410)的底部设置预热器进水口管(411),预热器壳体(45)的上部侧面设置预热器蒸汽进口管(413)，预热器壳体(45)的下部侧面分别设置预热器蒸汽出口管(49)和预热器放净口管(412)。
2.根据权利要求1所述的精油类废水复蒸循环利用系统，其特征在于，废水蒸发器(30)为两台。
3.根据权利要求2所述的精油类废水复蒸循环利用系统，其特征在于，所述换热部件包括由菱形分布换热管(381)组成换热管组件(38)，在换热管组件外周设置至少4条定距管(310)，在每条定距管和换热管之间设置蒸发器折流板(39)，定距管和换热管穿过折流板并与折流板固定。
4.根据权利要求3所述的精油类废水复蒸循环利用系统，其特征在于，换热管组件中换热管菱形分布，每两条换热管之间的距离为32-35mm，菱形锐角α为60°。
5.一种利用权利要求1-4任意一项所述系统循环复蒸精油类废水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将分离后的精油废水先进入一台废水预热器进行预热至废水蒸发临界温度；
(2)将预热后的废水引入废水复蒸器，通过废水复蒸器再进入废水蒸发器，使废水蒸发器和废水复蒸器中的废水液面升至同一水平界面，废水蒸发器换热部件全部浸没在液面以下；
(3)将进入废水蒸发器的废水加热蒸发，产生蒸汽；
(4)将废水蒸发产生的蒸汽再送入废水复蒸器蒸汽复蒸进行气液分离，产生的洁净蒸汽以循环使用；
(5)将通过废水复蒸器的含有精油物料洁净蒸气进行蒸馏、冷凝得到其油水混合物，再通过油水分离得到其精油与二次精油废水，二次精油废水再次进入废水复蒸循环利用装置系统进行新一轮循环。
6.根据权利要求5所述循环复蒸精油类废水的方法，其特征在于，所述废水蒸发临界温度为80～101℃。
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