CN114314630A - 一种钙盐废水资源化利用设备及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钙盐废水资源化利用设备及工艺，包括预热器、一段降膜蒸发器、二段强制循环蒸发器，三段强制循环蒸发器，四段强制循环蒸发器，蒸汽再压缩装置，自动控制系统，预热器包括蒸馏水预热器和二次蒸汽预热器，蒸馏水预热器和二次蒸汽预热器通过管路顺次连接，一段降膜蒸发器包括一段降膜换热器、第一降膜循环泵、第二降膜循环泵、降膜分离器和一段转料泵。可将钙盐废水中氯化钙蒸发浓缩分离出来，剩余浓缩液通过切片机得到氯化钙盐固体，减少处理废水费用，并得到有价值的氯化钙盐以及可以排放的冷凝水；结构简单、占地面积小，设备投资低，并且实现了从钙盐废水中提取有价值的氯化钙的自动化生产过程，生产效率高、对环境无破坏。
Description
技术领域
本发明涉及钙盐废水资源化利用技术领域，具体为一种钙盐废水资源化利用设备及工艺。
背景技术
蒸发结晶是指将溶液中的溶剂通过升温的方式让溶剂脱离溶质的过程，从而使得溶质聚合变为固体的过程，蒸发结晶广泛应用于蒸发设备中。
氯化钙用作多用途的干燥剂，如用于氮气、氧气、氢气、氯化氢、二氧化硫等气体的干燥。生产醇、酯、醚和丙烯酸树脂时用作脱水剂。氯化钙水溶液是冷冻机用和制冰用的重要致冷剂，能加速混凝土的硬化和增加建筑砂浆的耐寒能力，是优良的建筑防冻剂。用作港口的消雾剂和路面集尘剂、织物防火剂。用作铝镁冶金的保护剂、精炼剂。是生产色淀颜料的沉淀剂。用于废纸加工脱墨。是生产钙盐的原料。
目前，用于钙盐废水处理的工艺多采用单效或者多效蒸发方法。氯化钙溶液在浓缩过程中，随着溶液浓度的提升，沸点和黏度系数也相应升高，传统的蒸发模式，单效或者多效蒸发工艺的特点是以鲜蒸汽为热源，不断利用二次蒸汽，不能兼顾氯化钙溶液的浓缩结晶效果和节能需求，浓缩效果差，生产成高。
发明内容
本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种能耗低、自动化效率高的钙盐废水资源化利用设备及工艺
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种钙盐废水资源化利用设备及工艺，包括预热器、一段降膜蒸发器、二段强制循环蒸发器，三段强制循环蒸发器，四段强制循环蒸发器，蒸汽再压缩装置，自动控制系统，所述预热器包括蒸馏水预热器和二次蒸汽预热器，所述蒸馏水预热器和二次蒸汽预热器通过管路顺次连接，所述一段降膜蒸发器包括一段降膜换热器、第一降膜循环泵、第二降膜循环泵、降膜分离器和一段转料泵，所述二段强制循环蒸发器包括二段强制循环换热器、二段强制循环泵、二段气液分离器和二段转料泵，所述三段强制循环蒸发器包括三段强制循环换热器、三段强制循环泵、三段气液分离器和三段转料泵，所述四段强制循环蒸发器包括四段强制循环换热器、四段强制循环泵、四段气液分离器、出料泵、高位槽和切片机，所述四段强制循环泵入口管道与三段转料泵连接，所述蒸汽再压缩装置包括二次分离器、一级压缩机、二级压缩机、积液罐和积液泵。
优选的，所述蒸馏水预热器的一侧设置有原液储存罐，所述蒸馏水预热器与原液储存罐之间设置有原液泵，所述蒸馏水预热器通过原液泵与原液储存罐连接，所述二次蒸汽预热器与所述一段降膜蒸发器连接。
优选的，所述一段降膜换热器与所述二次蒸汽预热器连接，所述一段降膜换热器与所述第一降膜循环泵、第二降膜循环泵连接，所述一段转料泵与所述二段强制循环蒸发器连接，所述一段转料泵与所述二段强制循环蒸发器连接。
优选的，所述二段强制循环泵入口管道与所述一段转料泵连接，所述二段转料泵与所述三段强制循环蒸发器连接。
优选的，所述三段强制循环泵入口管道与所述二段转料泵连接，所述三段转料泵与所述四段强制循环蒸发器连接。
优选的，所述四段强制循环泵出口管道连接于出料泵，所述出料泵与高位槽连接，所述高位槽与切片机连接。
优选的，所述一级压缩机与一段降膜换热器连接，所述二级压缩机与二段强制循环换热器连接，所述一级压缩机与降膜分离器、二段气液分离器、三段气液分离器连接。
优选的，所述二次蒸汽预热器的一侧连接有冷凝器，所述冷凝器的一侧连接有真空泵，所述一段降膜换热器、二段强制循环换热器、三段强制循环换热器和四段强制循环换热器连接有蒸馏水罐，所述蒸馏水罐与蒸馏水预热器之间设置有蒸馏水泵。
本发明还提供一种利用的设备进行钙盐废水蒸发结晶工艺，其包括如下步骤：
优选的，所述的设备进行钙盐废水资源化利用工艺，包括如下步骤：
S1、原液预热，将钙盐废水通入各个预热器中，钙盐废水先进入蒸馏水预热器与二次蒸汽蒸馏水、鲜蒸汽蒸馏水换热、再进入二次蒸汽预热器与二次蒸汽换热，升温至蒸发温度；
S2、一段蒸发浓缩：预热后的钙盐废水进入一段降膜蒸发器进行蒸发浓缩，采用一级压缩机压缩后的热源，浓缩至浓度达到15％；
S3、二段蒸发浓缩：经过一段蒸发浓缩的钙盐废水浓缩液通过转料泵，转入二段强制循环蒸发器进行蒸发浓缩，采用二级压缩机压缩后的热源，浓缩至浓度达到30％；
S4、三段蒸发浓缩：经过二段蒸发浓缩的钙盐废水浓缩液通过转料泵，转入三段强制循环蒸发器进行蒸发浓缩，采用四段蒸发器产生的二次蒸汽作为热源，浓缩至浓度达到40％；
S5、四段蒸发浓缩：经过三段蒸发浓缩的钙盐废水浓缩液通过转料泵，转入四段强制循环蒸发器进行蒸发浓缩，采用鲜蒸汽作为热源，浓缩至浓度达到70％，再转入高位槽保温缓存，最后进入切片机内进行切片，得到二水氯化钙固体盐；
S6、蒸汽再压缩：降膜分离器、二段气液分离器和三段气液分离器分离的二次蒸汽进入一级压缩机，经一级压缩机压缩后的二次蒸汽部分进入一段降膜换热器，部分进入二级压缩机，经二级压缩机压缩后的二次蒸汽进入二段强制循环换热器。
优选的，所述一级压缩机的温升为9℃，二级压缩机的温升为9℃，所述步骤S2、S3和S4中得到的二次蒸汽温度为80℃，压力为47.3KPa，所述步骤S6中将所述二次蒸汽先进一级压缩机升温、升压至89℃、67.5KPa后部分进入一段降膜换热器，然后部分进二级压缩机升温、升压至98℃、94.3KPa后，进入二段强制循环换热器，温度为190℃的鲜蒸汽进入四段强制循环换热器26，四段蒸发器产生的110度二次蒸汽进入三段强制循环换热器。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明钙盐废水资源化利用设备及工艺，设备主要包括：预热器、一段降膜蒸发器、二段强制循环蒸发器，三段强制循环蒸发器，四段强制循环蒸发器，蒸汽再压缩装置，自动控制系统；利用该装置可将钙盐废水中氯化钙蒸发浓缩分离出来，剩余浓缩液通过切片机得到氯化钙盐固体，减少处理废水费用，并得到有价值的氯化钙盐以及可以排放的冷凝水；结构简单、占地面积小，设备投资低，并且实现了从钙盐废水中提取有价值的氯化钙的自动化生产过程，生产效率高、对环境无破坏。
2、本发明钙盐废水蒸发结晶工艺，原料液首先进入预热系统，然后进入一段蒸发浓缩系统，然后依次二段、三段、四段蒸发浓缩系统，二次蒸汽进入压缩机提高热能；该工艺步骤简单、能源消耗低、生产成本低廉，与常规工艺相比，采用MVR+多效技术，是一种能耗低、自动化程度高的设备。
附图说明
图1为本发明实施例所述的钙盐废水资源化利用设备及工艺的结构示意图。
图中：1、原液储存罐；2、原液泵；3、蒸馏水预热器；4、蒸馏水泵；5、蒸馏水罐；6、积液泵；7、积液罐；8、第一降膜循环泵；9、一段降膜换热器；10、第二降膜循环泵；11、降膜分离器；12、一段转料泵；13、二段强制循环换热器；14、二段强制循环泵；15、二段转料泵；16、真空泵；17、冷凝器；18、二次蒸汽预热器；19、二次分离器；20、一级压缩机；21、二级压缩机；22、二段气液分离器；23、三段强制循环换热器；24、三段强制循环泵；25、三段转料泵；26、四段强制循环换热器；27、四段强制循环泵；28、出料泵；29、高位槽；30、切片机；31、三段气液分离器；32、四段气液分离器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种钙盐废水资源化利用设备及工艺，其是一种利用MVR+多效技术将钙盐废水中氯化钙蒸发浓缩分离出来，剩余浓缩液通过切片机得到氯化钙盐固体的设备，请参阅如图1，所述钙盐废水资源化利用设备及工艺，主要包括预热器、一段降膜蒸发器、二段强制循环蒸发器，三段强制循环蒸发器，四段强制循环蒸发器，蒸汽再压缩装置，自动控制系统。所述自动控制系统为PLC控制，所述控制系统用于控制原液预热、一段降膜蒸发蒸发、二段、三段、四段强制循环蒸发和蒸汽再压缩的自动化过程，所有输入、输出信号均可由安装有PLC控制软件的计算机完成，实现了将钙盐废水中氯化钙蒸发浓缩分离出来，剩余浓缩液通过切片机得到氯化钙盐固体的自动化生产过程。
如图所示，所述设备中，预热器包括蒸馏水预热器3和二次蒸汽预热器18，所述预热器通过管路顺次连接，所述蒸馏水预热器3与原液泵2连接，所述原液泵2与原液储存罐1连接，所述二次蒸汽预热器18与所述一段降膜蒸发器连接，并且连接管路上设有温度检测仪表，通过输出信号传至PLC系统，经二次蒸汽预热器18预热后的钙盐废水达到泡点温度后进入一段降膜蒸发器。
在本实施例的一个方面中，一段降膜蒸发器包括一段降膜换热器9、第一降膜循环泵8、第二降膜循环泵10、降膜分离器11和一段转料泵12，一段降膜换热器9与二次蒸汽预热器18通过管道连接。一段转料泵12与二段强制循环蒸发器连接，并且连接管路上设有温度和密度检测仪表，通过输出信号传至PLC系统，经一段降膜蒸发器蒸发浓缩后钙盐废水浓缩液达到需要沸点升高及密度后转入二段强制循环蒸发器。
在本实施例的一个方面中，二段强制循环蒸发器包括二段强制循环换热器13、二段强制循环泵14、二段气液分离器22和二段转料泵15。二段转料泵15与三段强制循环蒸发器连接，并且连接管路上设有温度和密度检测仪表，通过输出信号传至PLC系统，经二段强制循环蒸发器蒸发浓缩后钙盐废水浓缩液达到需要沸点升高及密度后转入三段强制循环蒸发器。
在本实施例的一个方面中，三段强制循环蒸发器包括三段强制循环换热器23、三段强制循环泵24、三段气液分离器31和三段转料泵25。三段转料泵25与四段强制循环蒸发器连接，并且连接管路上设有温度和密度检测仪表，通过输出信号传至PLC系统，经三段强制循环蒸发器蒸发浓缩后钙盐废水浓缩液达到需要沸点升高及密度后转入四段强制循环蒸发器。
在本实施例的一个方面中，四段强制循环蒸发器包括四段强制循环换热器26、四段强制循环泵27、四段气液分离器32、出料泵28、高位槽29和切片机30。出料泵28与高位槽29连接，并且连接管路上设有温度和密度检测仪表，通过输出信号传至PLC系统，经四段强制循环蒸发器蒸发浓缩后钙盐废水浓缩液达到需要沸点升高及密度后转入高位槽29储存保温，然后进入切片机30进行切片得到氯化钙固体盐。
在本实施例的一个方面中，蒸汽压缩装置包括一级压缩机20、二级压缩机21、积液罐7和积液泵6。一级压缩机20出口与一段降膜换热器9和二级压缩机21连接。二级压缩机21进口与二段强制循环换热器13连接。一级压缩机20和二级压缩机21连接有一积液罐7，积液罐7通过积液泵6连接于蒸馏水罐5。
在本实施例的一个方面中，二次蒸汽预热器18还连接有一冷凝器17，冷凝器17连接有一真空泵16。一段降膜换热器9、二段强制循环换热器13、三段强制循环换热器23和四段强制循环换热器26连接一蒸馏水罐5，蒸馏水罐5通过一蒸馏水泵4连接于蒸馏水预热器3。
实施例2
本实施例提供一种利用实施例1所述的钙盐废水资源化利用设备及工艺进行蒸发分离得到氯化钙盐机可排放的冷凝水的工艺，该工艺用于处理流量为20t/h，浓度为5％的钙盐废水，其包括如下步骤：
S1、原液预热，钙盐废水储存在原液储存罐1内，由原液泵1依次通入蒸馏水预热器3和二次蒸汽预热器18，依次与二次蒸汽蒸馏水和二次蒸汽换热，升温至钙盐废水蒸发温度82℃，所述二次蒸汽蒸馏水为钙盐废水蒸发分离的二次蒸汽冷凝水，储存于蒸馏水罐5内，所述二次蒸汽为三段强制循环蒸发段产生的多余的二次蒸汽经一级压缩机20压缩后，由一段降膜蒸发器排出与原液换热，所述二次蒸汽为压力67.5KpaG，温度89℃的饱和蒸汽。
S2、一段蒸发浓缩：预热后的钙盐废水进入一段降膜换热器9，再通过第一降膜循环泵8和第二降膜循环泵10进入一段降膜换热器9顶部，从顶部往下进行换热蒸发，采用一级压缩机20压缩后的二次蒸汽作为热源，蒸发过程中由于水分不断分离出来废水浓度不断增大，浓缩液达到15％的浓度，通过一段转料泵12排入二段强制循环蒸发器；
S3、二段蒸发浓缩：经过一段蒸发浓缩的浓缩液通过一段转料泵12，转入二段强制循环泵14，通过二段强制循环泵14进入二段强制循环换热器13内进行换热蒸发，采用二级压缩机21压缩后的二次蒸汽作为热源，蒸发过程中由于水分不断分离出来废水浓度不断增大，浓缩液达到30％的浓度，通过二段转料泵15排入三段强制循环蒸发器；
S4、三段蒸发浓缩：经过二段蒸发浓缩的浓缩液通过二段转料泵15，转入三段强制循环泵24，通过三段强制循环泵24进入三段强制循环换热器23内进行换热蒸发，采用四段蒸发器产生的110℃二次蒸汽作为热源，蒸发过程中由于水分不断分离出来废水浓度不断增大，浓缩液达到40％的浓度，通过三段转料泵25排入四段强制循环蒸发器。
S5、四段蒸发浓缩：经过三段蒸发浓缩的浓缩液通过三段转料泵25，转入四段强制循环泵27，通过四段强制循环泵27进入四段强制循环换热器26内进行换热蒸发，采用190℃的鲜蒸汽作为热源，蒸发过程中由于水分不断分离出来废水浓度不断增大，浓缩液达到70％的浓度，通过出料泵28排入高位槽29储存保温，然后进入切片机30进行切片得到氯化钙固体盐。
S6、蒸汽再压缩：降膜分离器11、二段气液分离器22和三段气液分离器31分离内的二次蒸汽，温度为80℃，压力为47.3KPa，进入一级压缩机20，经一级压缩机20压缩后的二次蒸汽升温、升压至89℃、67.5KPa后，部分进入一段降膜换热器9中加热物料，部分进入二级压缩机21，经二级压缩机21压缩后的二次蒸汽升温、升压至98℃、94.3KPa后，进入二段强制循环换热器13中加热物料。经过一级压缩机20和二级压缩机21压缩后二次蒸汽在加热物料过程中，冷凝成水流至蒸馏水罐5储存，并部分由蒸馏水泵4送入蒸馏水预热器3与原料液换热，降温至35℃后排出系统。一级压缩机20和二级压缩机21连接有二次蒸汽大管道，开机过程中大管道中残留的冷凝积液流至积液罐7，并由积液泵6送入蒸馏水罐5，通过蒸馏水泵4送出系统。
实验例
测试实施例2所述的钙盐废水资源化利用设备及工艺的处理量情况及运行能耗情况，结果如表1所示：
表1
| 序号 | 项目 | 数值 | 单位 |
| 1 | 处理水量 | 20.0 | t/h |
| 2 | 蒸发水量 | 18.5 | t/h |
| 3 | 氯化钙出料量 | 1.5 | t/h |
| 4 | 电耗 | 930 | kw.h |
| 5 | 蒸汽消量 | 0.7 | t/h |
| 6 | 循环水消量 | 150 | m<sup>3</sup>/h |
上述结果表明，本实施例所述的资源化利用设备及工艺具有蒸汽消耗量小、能耗低、产量高、工艺简单、设备数量少、建设投资少的优点。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种钙盐废水资源化利用设备及工艺，包括预热器、一段降膜蒸发器、二段强制循环蒸发器，三段强制循环蒸发器，四段强制循环蒸发器，蒸汽再压缩装置，自动控制系统，其特征在于：所述预热器包括蒸馏水预热器(3)和二次蒸汽预热器(18)，所述蒸馏水预热器(3)和二次蒸汽预热器(18)通过管路顺次连接，所述一段降膜蒸发器包括一段降膜换热器(9)、第一降膜循环泵(8)、第二降膜循环泵(10)、降膜分离器(11)和一段转料泵(12)，所述二段强制循环蒸发器包括二段强制循环换热器(13)、二段强制循环泵(14)、二段气液分离器(22)和二段转料泵(15)，所述三段强制循环蒸发器包括三段强制循环换热器(23)、三段强制循环泵(24)、三段气液分离器(31)和三段转料泵(25)，所述四段强制循环蒸发器包括四段强制循环换热器(26)、四段强制循环泵(27)、四段气液分离器(32)、出料泵(28)、高位槽(29)和切片机(30)，所述四段强制循环泵(27)入口管道与三段转料泵(25)连接，所述蒸汽再压缩装置包括二次分离器(19)、一级压缩机(20)、二级压缩机(21)、积液罐(7)和积液泵(6)。
2.根据权利要求1所述的一种钙盐废水资源化利用设备及工艺，其特征在于：所述蒸馏水预热器(3)的一侧设置有原液储存罐(1)，所述蒸馏水预热器(3)与原液储存罐(1)之间设置有原液泵(2)，所述蒸馏水预热器(3)通过原液泵(2)与原液储存罐(1)连接，所述二次蒸汽预热器(18)与所述一段降膜蒸发器连接。
3.根据权利要求2所述的一种钙盐废水资源化利用设备及工艺，其特征在于：所述一段降膜换热器(9)与所述二次蒸汽预热器(18)连接，所述一段降膜换热器(9)与所述第一降膜循环泵(8)、第二降膜循环泵(10)连接，所述一段转料泵(12)与所述二段强制循环蒸发器连接，所述一段转料泵(12)与所述二段强制循环蒸发器连接。
4.根据权利要求3所述的一种钙盐废水资源化利用设备及工艺，其特征在于：所述二段强制循环泵(14)入口管道与所述一段转料泵(12)连接，所述二段转料泵(15)与所述三段强制循环蒸发器连接。
5.根据权利要求4所述的一种钙盐废水资源化利用设备及工艺，其特征在于：所述三段强制循环泵(24)入口管道与所述二段转料泵(15)连接，所述三段转料泵(25)与所述四段强制循环蒸发器连接。
6.根据权利要求5所述的一种钙盐废水资源化利用设备及工艺，其特征在于：所述四段强制循环泵(27)出口管道连接于出料泵(28)，所述出料泵(28)与高位槽(29)连接，所述高位槽(29)与切片机(30)连接。
7.根据权利要求6所述的一种钙盐废水资源化利用设备及工艺，其特征在于：所述一级压缩机(20)与一段降膜换热器(9)连接，所述二级压缩机(21)与二段强制循环换热器(13)连接，所述一级压缩机(20)与降膜分离器(11)、二段气液分离器(22)、三段气液分离器(31)连接。
8.根据权利要求7所述的一种钙盐废水资源化利用设备及工艺，其特征在于：所述二次蒸汽预热器(18)的一侧连接有冷凝器(17)，所述冷凝器(17)的一侧连接有真空泵(16)，所述一段降膜换热器(9)、二段强制循环换热器(13)、三段强制循环换热器(23)和四段强制循环换热器(26)连接有蒸馏水罐(5)，所述蒸馏水罐(5)与蒸馏水预热器之间设置有蒸馏水泵(4)。
9.一种利用如权利要求8所述的设备进行钙盐废水资源化利用工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、原液预热，将钙盐废水通入各个预热器中，钙盐废水先进入蒸馏水预热器(3)与二次蒸汽蒸馏水、鲜蒸汽蒸馏水换热、再进入二次蒸汽预热器(18)与二次蒸汽换热，升温至蒸发温度；
S2、一段蒸发浓缩：预热后的钙盐废水进入一段降膜蒸发器进行蒸发浓缩，采用一级压缩机(20)压缩后的热源，浓缩至浓度达到15％；
S3、二段蒸发浓缩：经过一段蒸发浓缩的钙盐废水浓缩液通过转料泵，转入二段强制循环蒸发器进行蒸发浓缩，采用二级压缩机(21)压缩后的热源，浓缩至浓度达到30％；
S4、三段蒸发浓缩：经过二段蒸发浓缩的钙盐废水浓缩液通过转料泵，转入三段强制循环蒸发器进行蒸发浓缩，采用四段蒸发器产生的二次蒸汽作为热源，浓缩至浓度达到40％；
S5、四段蒸发浓缩：经过三段蒸发浓缩的钙盐废水浓缩液通过转料泵，转入四段强制循环蒸发器进行蒸发浓缩，采用鲜蒸汽作为热源，浓缩至浓度达到70％，再转入高位槽(29)保温缓存，最后进入切片机(30)内进行切片，得到二水氯化钙固体盐；
S6、蒸汽再压缩：降膜分离器(11)、二段气液分离器(22)和三段气液分离器(31)分离的二次蒸汽进入一级压缩机(20)，经一级压缩机(20)压缩后的二次蒸汽部分进入一段降膜换热器(9)，部分进入二级压缩机(21)，经二级压缩机(21)压缩后的二次蒸汽进入二段强制循环换热器(13)。
10.根据权利要求9所述的钙盐废水资源化利用设备及工艺，其特征在于，所述一级压缩机(20)的温升为9℃，二级压缩机(21)的温升为9℃，所述步骤S2、S3和S4中得到的二次蒸汽温度为80℃，压力为47.3KPa，所述步骤S6中将所述二次蒸汽先进一级压缩机(20)升温、升压至89℃、67.5KPa后部分进入一段降膜换热器(9)，然后部分进二级压缩机(21)升温、升压至98℃、94.3KPa后，进入二段强制循环换热器(13)，温度为190℃的鲜蒸汽进入四段强制循环换热器(26)，四段蒸发器产生的110度二次蒸汽进入三段强制循环换热器(23)。
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