CN111420415A - 一种动能喷雾低热蒸发装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动能喷雾低热蒸发装置，涉及喷雾蒸发领域，包括溶液加热系统、喷雾系统、蒸发塔、温控系统、蒸汽导出系统和溶液导出管道，溶液加热系统连接喷雾系统，喷雾系统和温控系统内置于蒸发塔中，蒸汽导出系统连接蒸发塔的顶部，溶液导出管道连接蒸发塔底部；原液在溶液加热系统中进行加热生成溶液，然后经过喷雾系统中形成高速运动雾滴，温控系统对高速运动雾滴进行加热并控制温度，蒸汽导出系统排出蒸汽，沉降的雾滴汇聚为浓缩溶液通过蒸发塔底部的溶液导出管道流出。本装置提高了溶液的蒸发量和蒸发速度，降低了能耗。

Description

一种动能喷雾低热蒸发装置和方法

技术领域

本发明涉及喷雾蒸发领域，尤其涉及一种动能喷雾低热蒸发装置。

背景技术

对于溶液浓缩方法，主要有以下几种：

1、冷法，包括反渗透法(反渗透膜)、正渗透法(利用液体浓度变化)、电渗析法(阴阳离子)，冷法的优点是节能，没有相变过程，只能将溶液浓度提升到10％～18％，但不能达到溶质结晶析出的浓度，如需溶质结晶析出，最终仍需热法处理。

2、热法，主要是多效蒸馏法和真空蒸馏法，其主要原理都需将溶液加热到沸点，以使溶液内的水分大量蒸发，抽真空的目的在于降低水的沸点，实现低热蒸发，并在产生蒸汽后将蒸汽抽出，便于溶液中的水分子逸出，提高蒸发效率，本方法浓缩效果好。本过程有相变过程，即由液相变成气相，能耗较高，容器要求高，需要承压部件，密封要求高，抗腐蚀，造价高，另外浓度难控制，会在蒸发容器内结垢。

3、盐田晒盐法，利用太阳能逐渐浓缩溶液，自然结晶，需要面积大，土地资源浪费，产率低，对气候要求高。

以上方法的缺点比较明显，比如：加热、抽真空能耗较高；溶液蒸发需要在真空、压力罐中运行，对容器、真空设备、管道系统的耐压、耐腐蚀性要求高；溶质在罐内结晶、结垢，维护困难；对工艺流程的控制要求高等。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种动能喷雾低热蒸发装置和方法，达到设备制造成本较低，维护方便，以及提高溶液的蒸发量和蒸发速度，降低能耗的目的。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是设计一种制造成本较低，维护方便的设备，提高溶液的蒸发量和蒸发速度，降低能耗。

发明人根据蒸发量和蒸发速度与溶液蒸发面积成正比的原理，设计了一种动能喷雾低热蒸发装置和方法，将溶液从静止液体转变为高速运行的雾滴，极大增加了溶液的蒸发面积，使溶液在低于70℃的环境下大量蒸发。本发明的一个实施例中，提供了一种动能喷雾低热蒸发装置，包括溶液加热系统、喷雾系统、蒸发塔、温控系统、蒸汽导出系统和溶液导出管道，溶液加热系统连接喷雾系统，喷雾系统和温控系统内置于蒸发塔中，蒸汽导出系统连接蒸发塔的顶部，溶液导出管道连接蒸发塔底部；原液在溶液加热系统中进行加热生成溶液，溶液经过喷雾系统形成高速运动雾滴，温控系统对高速运动雾滴进行加热并控制温度，蒸汽导出系统排出蒸汽，沉降的雾滴汇聚为浓缩溶液通过蒸发塔底部的溶液导出管道流出。

进一步地，在上述实施例中的动能喷雾低热蒸发装置中，溶液被上述溶液加热系统利用余热加热到不高于70℃后进入上述喷雾系统。

可选地，在上述任一实施例中的动能喷雾低热蒸发装置中，上述溶液加热系统包括加热器、水泵和溶液管道，溶液管道依次连接加热器、水泵和溶液管道。

进一步地，在上述任一实施例中的动能喷雾低热蒸发装置中，原液经过上述加热器加热后溶液温度能达到60℃--80℃。

进一步地，在上述任一实施例中的动能喷雾低热蒸发装置中，上述加热器采用过流式加热或热交换加热。

可选地，在上述任一实施例中的动能喷雾低热蒸发装置中，上述水泵压力为0.5MPa，上述喷雾系统包括空压机，压力不高于0.5MPa，和二流体喷嘴，二流体喷嘴也叫做空气雾化喷嘴。

进一步地，在上述实施例中的动能喷雾低热蒸发装置中，一定压力的气体和液体被输入到上述二流体喷嘴中，气体与液体相互作用从上述二流体喷嘴喷出，形成混合有气体和液体成分的高速运动雾滴，扩展溶液的蒸发面积。

进一步地，在上述实施例中的动能喷雾低热蒸发装置中，上述二流体喷雾系统内的液压和气压为0.5MPa以内。

可选地，在上述任一实施例中的动能喷雾低热蒸发装置中，上述水泵为高压水泵，压力为7Mpa，上述喷雾系统包括一流体喷嘴，溶液被高压水泵施以高压，然后从上述一流体喷嘴喷出，形成只有液体成分的高速运动雾滴，扩展溶液的蒸发面积。

进一步地，在上述实施例中的动能喷雾低热蒸发装置中，上述一流体喷嘴内的压力为7MPa左右，高速运动雾滴直径为60μm左右。

可选地，在上述任一实施例中的动能喷雾低热蒸发装置中，上述温控系统包括温控装置和雾汽加热设施，雾汽加热设施采用非接触式加热系统。

进一步地，在上述实施例中的动能喷雾低热蒸发装置中，上述非接触式加热系统采用射线加热系统。

进一步地，在上述实施例中的动能喷雾低热蒸发装置中，上述射线加热系统采用红外射线加热系统。

可选地，在上述任一实施例中的动能喷雾低热蒸发装置中，上述蒸汽导出系统包括抽风管道、抽风机、冷凝器、废汽管道和水管道，抽风机在蒸发塔中形成负压，把蒸汽通过抽风管道抽出。

进一步地，在上述实施例中的动能喷雾低热蒸发装置中，抽出的蒸气进入冷凝器进行热交换，将剩余热量交换给冷溶液，蒸气冷凝为蒸馏水，并收集利用。

可选地，在上述任一实施例中的动能喷雾低热蒸发装置中，达到设定浓度的浓缩溶液导入结晶池进行结晶，否则导入溶液加热系统。

本发明的另一个实施例中，使用上述任一实施例中的动能喷雾低热蒸发装置，提供了一种动能喷雾低热蒸发方法，包括以下步骤：

S100、加热溶液；

S200、喷雾，生成高速运动雾滴；

S300、加热高速运动雾滴；

S400、抽出蒸汽；

S500、跌落溶液；

S600、导出浓缩溶液；

S700、浓缩溶液再次循环喷雾蒸发，浓溶液达到设定浓度进入结晶流程，否则循环执行S100---S700，直至达到设定浓度。

可选地，在上述实施例中的动能喷雾低热蒸发方法，步骤S300中加热方式为射线加热。

进一步地，在上述实施例中的动能喷雾低热蒸发方法，上述射线加热为红外射线加热。

本发明利用余热对溶液进行加热，通过喷雾系统使溶液转化为具有一定速度、温度和粒度的高速运动雾滴，并加热高速运动雾滴进行诱发蒸发，极大的扩展了溶液的蒸发面积。本发明提供的动能喷雾低热蒸发装置是一种常压设备，制造成本低，维护方便，对热源要求低，利用范围广，90℃以下的低温余热均可利用，该设备提高了溶液的蒸发量和蒸发速度，降低了能耗；蒸发塔内置的温控系统使雾滴在容器空间漂浮的过程中持续蒸发，以射线诱发蒸发产生的低温蒸汽，易于冷凝，不会释放大量液化热；该设备抗结垢能力强，对液体的被处理原料的质量要求低，维护成本低。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是图示根据示例性实施例一的动能喷雾低热蒸发装置结构示意图；

图2是图示根据示例性实施例二的动能喷雾低热蒸发装置结构示意图；

图3是图示根据示例性实施例的动能喷雾低热蒸发方法流程图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方示意性地适当夸大了部件的厚度。

如图1所示，是动能喷雾低热蒸发装置一种结构示意图，包括：

溶液加热系统，包括加热器和水泵，加热器采用过流式加热或热交换加热方式；

喷雾系统，包括空压机和二流体喷嘴；

蒸发塔；

温控系统，包括温控装置和雾汽加热设施，雾汽加热设施为非接触式加热系统，非接触式加热系统采用射线加热系统，射线加热系统为红外射线加热系统；

蒸汽导出系统，包括抽风管道、抽风机、冷凝器、废汽管道和水管道；

和溶液导出管道。

溶液加热系统连接喷雾系统，喷雾系统和温控系统内置于蒸发塔中，蒸汽导出系统连接蒸发塔的顶部，溶液导出管道连接蒸发塔底部。

原液在溶液加热系统中进行加热，经过水泵，生成压力达到0.5Mpa，温度达到70℃的溶液，气体经过空压机，压力达到0.5Mpa，气体和溶液进入二流体喷嘴中，相互作用从二流体喷嘴喷出，形成混合有气体和液体成分的高速运动雾滴，温控系统中的射线加热系统产生射线，射线对高速运动雾滴加热，温控系统中的温控装置监控其温度，抽风机在蒸发塔中形成负压，把蒸汽通过抽风管道抽出，抽出的蒸气进入冷凝器进行热交换，将剩余热量交换给冷溶液，蒸气冷凝为蒸馏水，并收集利用；沉降的雾滴汇聚为浓缩溶液通过蒸发塔底部的溶液导出管道流出，达到设定浓度的浓缩溶液导入结晶池进行结晶，否则导入溶液加热系统。

如图2所示，是动能喷雾低热蒸发装置另一种结构示意图，包括：

溶液加热系统，包括加热器和高压水泵，加热器采用过流式加热或热交换加热；

喷雾系统，包括一流体喷嘴；

蒸发塔；

温控系统，包括温控装置和雾汽加热设施，雾汽加热设施为非接触式加热系统，非接触式加热系统采用射线加热系统，射线加热系统为红外射线加热系统；

蒸汽导出系统，包括抽风管道、抽风机、冷凝器、废汽管道和水管道；

和溶液导出管道。

溶液加热系统连接喷雾系统，喷雾系统和温控系统内置于蒸发塔中，蒸汽导出系统连接蒸发塔的顶部，溶液导出管道连接蒸发塔底部。

原液在溶液加热系统中进行加热，经过高压水泵，生成压力达到7Mpa，温度达到70℃的溶液，然后从一流体喷嘴喷出，形成只有液体成分的高速运动雾滴。一流体喷嘴内的压力为7MPa左右，高速运动雾滴直径为60μm左右。温控系统中的射线加热系统产生射线，射线对高速运动雾滴加热，温控系统中的温控装置监控其温度，抽风机在蒸发塔中形成负压，把蒸汽通过抽风管道抽出，抽出的蒸气进入冷凝器进行热交换，将剩余热量交换给冷溶液，蒸气冷凝为蒸馏水，并收集利用；沉降的雾滴汇聚为浓缩溶液通过蒸发塔底部的溶液导出管道流出，达到设定浓度的浓缩溶液导入结晶池进行结晶，否则导入溶液加热系统。

使用以上实施例的动能喷雾低热蒸发装置，发明人还设计了动能喷雾低热蒸发方法，如图3所示，包括如下步骤：

S100、加热溶液，原液在溶液加热系统进行加热，经过水泵加压，通过溶液管道进入蒸发塔中的喷雾系统；

S200、喷雾，被施以一定压力的溶液从喷雾系统喷出后生成高速运动雾滴在蒸发塔内蒸发，高速运动雾滴蒸发后一部分形成蒸汽逸出，未完全蒸发的形成浓缩雾滴，跌落到蒸发塔底部，形成跌落溶液；

S300、射线加热高速运动雾滴，温控系统中的红外射线加热系统产生红外射线，红外射线对高速运动雾滴加热，温控系统中的温控装置监控其温度，高速运动雾滴一部分形成蒸汽，一部分形成跌落溶液；

S400、抽出蒸汽，使用抽风机通过抽风管道抽出蒸汽，蒸汽通过冷凝器，分离为废汽和水；

S500、跌落溶液，跌落到蒸发塔底部；

S600、导出浓缩溶液，沉降的雾滴汇聚为浓缩溶液通过蒸发塔底部的溶液导出管道流出；

S700、浓缩溶液再利用，浓溶液达到设定浓度进入结晶流程，否则循环执行S100---S700，直至达到设定浓度。

图3中虚线内的过程，即喷雾、射线加热高速运动雾滴、跌落溶液和生成蒸汽，是在蒸发塔中进行的。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种动能喷雾低热蒸发装置，其特征在于，包括溶液加热系统、喷雾系统、蒸发塔、温控系统、蒸汽导出系统和溶液导出管道，所述溶液加热系统连接所述喷雾系统，所述喷雾系统和所述温控系统内置于所述蒸发塔中，所述蒸汽导出系统连接所述蒸发塔的顶部，所述浓缩溶液导出管道连接所述蒸发塔底部；原液在所述溶液加热系统中进行加热生成溶液，所述溶液经过所述喷雾系统形成高速运动雾滴，所述温控系统对所述高速运动雾滴进行加热并控制温度，所述蒸汽导出系统排出蒸汽，沉降的雾滴汇聚为浓缩溶液通过所述蒸发塔底部的所述溶液导出管道流出。

2.如权利要求1所述的动能喷雾低热蒸发装置，其特征在于，所述溶液加热系统包括加热器、水泵和溶液管道，所述溶液管道依次连接所述加热器、所述水泵和所述溶液管道。

3.如权利要求2所述的动能喷雾低热蒸发装置，其特征在于，所述加热器采用过流式加热或热交换加热。

4.如权利要求1所述的动能喷雾低热蒸发装置，其特征在于，所述喷雾系统包括空压机和二流体喷嘴。

5.如权利要求1所述的动能喷雾低热蒸发装置，其特征在于，所述水泵为高压水泵，所述喷雾系统包括一流体喷嘴。

6.如权利要求1所述的动能喷雾低热蒸发装置，其特征在于，所述温控系统包括温控装置和雾汽加热设施，所述雾汽加热设施为非接触式加热系统。

7.如权利要求6所述的动能喷雾低热蒸发装置，其特征在于，所述非接触式加热系统采用射线加热系统。

8.如权利要求1所述的动能喷雾低热蒸发装置，其特征在于，所述蒸汽导出系统包括抽风管道、抽风机、冷凝器、废汽管道和水管道，所述抽风机在所述蒸发塔中形成负压，把蒸汽通过所述抽风管道抽出。

9.如权利要求1-8任一所述的动能喷雾低热蒸发装置，其特征在于，所述浓缩溶液如果达到设定浓度，则导入结晶池进行结晶，否则导入所述溶液加热系统再次循环喷雾蒸发。

10.一种使用如权利要求1-9任一所述动能喷雾低热蒸发装置的方动能喷雾低热蒸发法，其特征在于，包括如下步骤：

S100、加热溶液；

S200、喷雾，生成高速运动雾滴；

S300、加热高速运动雾滴；

S400、抽出蒸汽；

S500、跌落溶液；

S600、导出浓缩溶液；

S700、浓缩溶液再次循环喷雾蒸发，浓溶液达到设定浓度进入结晶流程，否则循环执行S100---S700，直至达到设定浓度。

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