CN112619185A - 利用卡诺循环原理的低温蒸发装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用卡诺循环原理的低温蒸发装置，包括稀料液釜、蒸发器、稀料液泵、冷水机组、料液预热器、风机和除水冷凝器。需要蒸发浓缩的稀溶液，从稀料液釜由稀料液泵送至稀料液预热器与经由冷水机组压缩机压缩升温后的高温致冷剂气体热量交换而进入蒸发器，冷凝的致冷剂经节流阀节流降压气化，去除水冷凝器与蒸发器来的湿空气热量交换，致冷剂吸热后变成气体再进入冷水机组压缩升温，而蒸发器中的料液同时不断地与稀料液混合后进入稀料液泵循环，直至达到浓缩或产生结晶。本发明利用卡诺循环原理，将升温和降温两部分的热烈都充分用于蒸发，其效率远胜单纯把机械能转变成压力能升温的MVR蒸发，大大降低污水处理的能耗，提高热功效率。

Description

利用卡诺循环原理的低温蒸发装置

技术领域

本发明涉及一种低温蒸发装置，尤其涉及一种利用卡诺循环原理的低温蒸发装置。

背景技术

随着环境保护的深入，对工业污水的治理，由于其成分复杂，处理量大，要达到“零排放”，国内外基本都采用蒸发浓缩将溶在水中的物质浓缩除去，水再回用。

以往的处理方法基本上用多效蒸发，(参阅附图1)将固体与水分开。用蒸汽作为热源，将料液中的水蒸发回用。为了降低多效蒸发的蒸汽消耗，因其最后一效产生的蒸汽热能是完全浪费，进而发展了MVR蒸汽再压缩蒸发装置(参阅附图2)，将蒸发器产生的蒸汽进入压缩机，由离心式(或罗茨)压缩机，压缩蒸汽升压，升温再去蒸发器蒸发物料中水份，但其局限于：1)，因物料蒸发是在沸点下进行，一旦被蒸发的溶液沸点超过水在同样压力沸点18℃，由于压缩机的压缩蒸汽后的压力，温度上升能力的限制，蒸发将无法进行。2)，如果被蒸发液体中挥发出来的气体不完全是水蒸汽会造成蒸发无法进行或不得不同时使用外界蒸汽。可见，MVR蒸发采用的是把机械能转变成压力能，再由压力能转为热能，机械能经二次转換，其热功效率比较低。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种利用卡诺循环原理的低温蒸发装置，将高效率热功转换原理-卡诺(Carnot)循环用于工业污水蒸发浓缩的设备，可大大降低污水处理的能耗，提高热功效率。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种利用卡诺循环原理的低温蒸发装置：

包括稀料液釜、蒸发器、稀料液泵、冷水机组、料液预热器、风机和除水冷凝器，

所述稀料液釜的出料口与稀料液泵的进料口通过管道连通，所述稀料液泵的出料口与料液预热器的进料口通过管道连接，所述料液预热器的出料口通过管道连通至蒸发器的进料口；

所述蒸发器的顶部设置的蒸汽出口通过管道连通至除水冷凝器的湿空气入口；该除水冷凝器的干空气出口通过管道连通至风机的进风口，该风机的出风口通过管道连通至蒸发器的进风口；

所述蒸发器的最下端设置的下出口通过管道连通至所述稀料液釜的出料口和稀料液泵的进料口之间的管道上；

所述冷水机组的出口端通过管道连接至所述料液预热器的高温介质入口，该料液预热器的低温介质出口通过管道连接至除水冷凝器的低温介质入口，该除水冷凝器的高温介质出口通过管道连接至所述冷水机组进口端。

作为本发明的进一步改进，所述低温蒸发装置还包括浓缩液泵，该浓缩液泵的进料口通过管道连通至所述蒸发器的下出口连接的管道上。

低温蒸发装置所述料液预热器的低温介质出口与所述除水冷凝器的低温介质入口之间的管道上设有节流阀。

低温蒸发装置所述蒸发器的进料口位于该蒸发器的腔体的上方位置，所述蒸发器的进风口位于该蒸发器的腔体的下方位置。

低温蒸发装置所述稀料液釜的上侧面上设有进料口。

低温蒸发装置所述除水冷凝器的下侧面上设有冷凝水出口。

本发明的有益效果是：本发明利用卡诺循环原理，将升温和降温两部分的热能都充分用于蒸发，其效率远胜单纯把机械能转变成压力能升温的MVR蒸发，大大降低污水处理的能耗，提高热功效率。同时蒸发不是在料液沸点下进行，无须消耗热能将料液升温至沸点。

附图说明

图1为现有多效蒸发示意图；

图2为现有MVR蒸发工艺示意图；

图3为本发明原理示意图；

图4为本发明的卡诺循环原理示意图。

结合附图，作以下说明：

1——稀料液釜； 2——蒸发器；

3——浓缩液泵； 4——稀料液泵；

5——冷水机组； 6——料液预热器；

7——风机； 8——除水冷凝器；

9——节流阀。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的一个较佳实施例作详细说明。

参阅附图3，为本发明所述的一种利用卡诺循环原理的低温蒸发装置，主要包括稀料液釜1、蒸发器2、浓缩液泵3、稀料液泵4、冷水机组5、料液预热器6、风机7、除水冷凝器8和节流阀9。

其中，稀料液釜1的出料口与稀料液泵4的进料口通过管道连通，稀料液泵4的出料口与料液预热器6的进料口通过管道连接，料液预热器6的出料口通过管道连通至蒸发器2的进料口。

所述蒸发器2的顶部设置的蒸汽出口通过管道连通至除水冷凝器8的湿空气入口；该除水冷凝器8的干空气出口通过管道连通至风机7的进风口，该风机7的出风口通过管道连通至蒸发器2的进风口。

所述蒸发器2的最下端设置的下出口通过管道连通至所述稀料液釜1的出料口和稀料液泵4的进料口之间的管道上。

所述冷水机组5的出口端通过管道连接至所述料液预热器6的高温介质入口，该料液预热器6的低温介质出口通过管道连接至除水冷凝器8的低温介质入口，该除水冷凝器8的高温介质出口通过管道连接至所述冷水机组5进口端。

所述浓缩液泵3的进料口通过管道连通至所述蒸发器2的下出口连接的管道上。

所述料液预热器6的低温介质出口与所述除水冷凝器8的低温介质入口之间的管道上设有节流阀9。

所述蒸发器2的进料口位于该蒸发器2的腔体的上方位置，所述蒸发器2的进风口位于该蒸发器的腔体的下方位置；所述稀料液釜1的上侧面上设有进料口，所述除水冷凝器8的下侧面上设有冷凝水出口。

该利用卡诺循环原理的低温蒸发装置工作原理如下：

需要蒸发浓缩的稀溶液即料液，从稀料液釜1的上侧面上的进料口加入到稀料液釜1内，由稀料液泵4送至稀料液预热器6与经由冷水机组5的压缩机压缩升温后的高温致冷剂气体热量交换，料液升温而致冷剂被冷凝，升温后的稀料液进入蒸发器2，冷凝的致冷剂经节流阀9节流降压气化，去除水冷凝器8与蒸发器2来的含水量极高的湿空气热量交换，湿空气中的水被冷凝，空气中的含水量大大下降，变成干燥空气由风机7送至蒸发器2再去吸收料液中水份，而致冷剂吸收热量后变成气体，再进入冷水机组5压缩升温，而蒸发器2中的料液同时不断地与稀料液混合后进入稀料液泵4循环，直至达到浓缩或产生结晶后，由浓缩液泵3送出系统。

众所周知，“卡诺循环”是将原来相同热焓二个部份中的其中一个部份的热量用机械能移到另一个部份使其中一个升温，另一个降温，这种方式是目前应用冷冻机。转移了能量，如冰箱制冷，空调。但升温、降温二者只取一，另一部分能量是浪费的。

参阅图4，为本发明所采用的“卡诺循环”的热量转移图：升温与降温二个部份都充分利用於蒸发，其效率远胜单纯把机械能转变成压力能升温的MVR蒸发，以下具体说明。

本发明利用“卡诺循环”原理，物料经由稀料液泵1输送至稀料液预热器6，在此设备中卡诺循环2-3(参阅附图4)过程熵值下降的等温放热过程，被压缩机压缩后升温的致冷剂放出热量，供稀料液升温，而致冷剂因放出热量熵值下降而由汽变成液体。被加热的料液进入蒸发器2，变成液体的致冷剂经节流阀减压阀为等熵过程。卡诺循环3-4过程为绝热膨胀，由于此过程不输出外功，致冷剂温度下降。然后变成汽体的致冷剂进入除水冷凝器8管程，与蒸发器2出来的高湿含量的空气进行热交换，此过程为卡诺循环4-1，熵值增加的等温吸热过程。高湿含量的空气因此降温，其中含水汽被冷凝除去，空气中湿含量降低后再由风机送入蒸发器，而汽相的致冷剂再进入冷水机组5的压缩机，进行卡诺循环的等熵过程绝热压缩。

如此周而复始将机械能转变成热能的循环。

压缩机的热能用于加热稀料液，冷能用于除去蒸发器出来的湿含量高的空气中水份使之变成干燥空气。

稀料液进入蒸发器，与湿含量低的干燥空气充分接触，干空气带走了料液中的水份变成湿含量高的空气，料液因此而浓缩在尚未达到浓缩要求时，料液仍由稀料液泵，将料液送至稀料液预热器加热后进入蒸发器，反复循环直至达到浓缩要求的倍数或稀料液缓缓不断进入系统，浓缩后不断有固体析出，连续运行。

由此可见，该利用卡诺循环原理的低温蒸发装置。利用卡诺循环原理，将升温和降温两部分的热能都充分用于蒸发，其效率远胜单纯把机械能转变成压力能升温的MVR蒸发，大大降低污水处理的能耗，提高热功效率。

Claims (6)

1.一种利用卡诺循环原理的低温蒸发装置，其特征在于：

包括稀料液釜(1)、蒸发器(2)、稀料液泵(4)、冷水机组(5)、料液预热器(6)、风机(7)和除水冷凝器(8)；

所述稀料液釜(1)的出料口与稀料液泵(4)的进料口通过管道连通，所述稀料液泵(4)的出料口与料液预热器(6)的进料口通过管道连接，所述料液预热器(6)的出料口通过管道连通至蒸发器(2)的进料口；

所述蒸发器(2)的顶部设置的蒸汽出口通过管道连通至除水冷凝器(8)的湿空气入口；该除水冷凝器(8)的干空气出口通过管道连通至风机(7)的进风口，该风机(7)的出风口通过管道连通至蒸发器(2)的进风口；

所述蒸发器(2)的最下端设置的下出口通过管道连通至所述稀料液釜(1)的出料口和稀料液泵(4)的进料口之间的管道上；

所述冷水机组(5)的出口端通过管道连接至所述料液预热器(6)的高温介质入口，该料液预热器(6)的低温介质出口通过管道连接至除水冷凝器(8)的低温介质入口，该除水冷凝器(8)的高温介质出口通过管道连接至所述冷水机组(5)进口端。

2.根据权利要求1所述的利用卡诺循环原理的低温蒸发装置，其特征在于：还包括浓缩液泵(3)，该浓缩液泵(3)的进料口通过管道连通至所述蒸发器(2)的下出口连接的管道上。

3.根据权利要求1所述的利用卡诺循环原理的低温蒸发装置，其特征在于：所述料液预热器(6)的低温介质出口与所述除水冷凝器(8)的低温介质入口之间的管道上设有节流阀(9)。

4.根据权利要求1所述的利用卡诺循环原理的低温蒸发装置，其特征在于：所述蒸发器(2)的进料口位于该蒸发器(2)的腔体的上方位置，所述蒸发器(2)的进风口位于该蒸发器的腔体的下方位置。

5.根据权利要求1所述的利用卡诺循环原理的低温蒸发装置，其特征在于：所述稀料液釜(1)的上侧面上设有进料口。

6.根据权利要求1所述的利用卡诺循环原理的低温蒸发装置，其特征在于：所述除水冷凝器(8)的下侧面上设有冷凝水出口。

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