CN114506954A - 一种低浓度溶液或废水蒸发结晶装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于低浓度溶液或废水蒸发结晶技术领域，提供了一种低浓度溶液或废水蒸发结晶装置及方法，包括预热器，所述预热器的通过管路连接有进料泵，所述进料泵的输出端连接有横管降膜蒸发器，所述横管降膜蒸发器的上方连接有蒸汽压缩机，所述蒸汽压缩机的输出端连接有加热器，所述加热器的顶部通过管路连接有强制蒸发器，本发明处理能耗低，其能耗比常规MVR降低一半，处理1吨水最低不到20元，处理范围广，适用性强，处理量在2～100t/h范围内均适用，物料种类多样，既可以处理废水，又能用于工艺物料蒸发结晶，物料初始浓度可低至1％，若进料浓度波动大，系统可根据具体情况选择只运行浓度装置或结晶装置，灵活性强。

Description

一种低浓度溶液或废水蒸发结晶装置及方法

技术领域

本发明属于低浓度溶液或废水蒸发结晶技术领域，尤其涉及一种低浓度溶液或废水蒸发结晶装置及方法。

背景技术

当需要蒸发结晶的废水或者工艺水量大时，目前国内技术大多采用的为四效、五效蒸发结晶装置进行处理，其中末效为结晶装置，其余前面几效蒸发器均为浓缩装置，蒸发耗能高，而且传统的多效降膜蒸发装置在使用时，原料溶液从顶部进入，在分配器上分流后进入加热管，同加热管外壁的蒸汽进行热交换蒸发，原液从加热管流下，进入汽液分离室，末效二次蒸汽排放掉，浓缩液可排放或循环浓缩，这个过程中的能源来自于生蒸汽和加热器加热，冷凝水可重新加热成蒸汽使用或作为成品收集，总体结构较简单，但形状较大，只是加热管(热交换管)往往都有10米高以上，整个产品材料用料多，价格昂贵，且安装所占地面积大，由于输入需要生产蒸汽，能源二次利用很少，所以能耗高，所生产的产品成本高。

综上，现有的多效降膜蒸发装置大多存在蒸发耗能高，产品材料用料多，价格昂贵，且安装所占地面积大，能源二次利用很少，能耗高，生产的产品成本高等问题，不方便使用。

发明内容

本发明目的是提供一种低浓度溶液或废水蒸发结晶装置及方法，以解决现有技术中，多效降膜蒸发装置大多存在蒸发耗能高，产品材料用料多，价格昂贵，且安装所占地面积大，能源二次利用很少，能耗高，生产的产品成本高的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低浓度溶液或废水蒸发结晶装置，包括预热器，所述预热器的通过管路连接有进料泵，所述进料泵的输出端连接有横管降膜蒸发器，所述横管降膜蒸发器的上方连接有蒸汽压缩机，所述蒸汽压缩机的输出端连接有加热器，所述加热器的顶部通过管路连接有强制蒸发器，所述强制蒸发器的顶部通过管路与横管降膜蒸发器相连接，所述强制蒸发器的底部通过管路连接有强制循环泵，所述强制循环泵的顶部与加热器的底部通过管路相连接，所述强制蒸发器、加热器、强制循环泵组成强制循环蒸发结晶工段，所述强制蒸发器的底部通过管路连接有出料泵，所述出料泵的输出端连接有旋流器，所述旋流器的顶部与强制蒸发器之间通过管路连接，所述旋流器的底部连接有稠厚器，所述稠厚器的底面连接有离心机，所述横管降膜蒸发器的底部通过管路连接有转料泵，所述转料泵通过管路与加热器相连接，所述加热器通过管路连接有冷凝水罐，所述横管降膜蒸发器的底部通过管路与冷凝水罐相连接，所述冷凝水罐的底部通过管路连接有冷凝水泵，所述冷凝水泵通过管路与预热器相连接。

优选的，所述预热器为板式换热器、列管换热器或者螺旋板换热器中的一种。

优选的，所述横管降膜蒸发器为卧式结构，所述横管降膜蒸发器内部的换热管为水平安装，管束布置在横管降膜蒸发器的中下部，所述横管降膜蒸发器的壳程压力-0.09～0.05MPa，温度40～110℃，管程压力-0.07～0.05MPa，温度50～110℃，所述横管降膜蒸发器也可以采用立式结构，换热管竖直安装，压力和温度与横管卧式结构相同。

优选的，所述蒸汽压缩机可采用罗茨式压缩机或离心式压缩机，压缩进出口温差为8～22℃。

优选的，所述强制蒸发器可采用FC型或DTB型，对于粒径要求大的物料，还可采用OLSO型，所述强制蒸发器的直径为Φ800～5000mm，蒸发温度50～120℃。

一种低浓度溶液或废水的蒸发结晶方法，包括如下步骤：

步骤一，预热：

首先将低浓度溶液或废水导入预热器中，预热器对低浓度溶液或废水进行预热；

步骤二，初步浓缩：

预热后的低浓度溶液或废水由进料泵输送至横管降膜蒸发器中，横管降膜蒸发器的内部设有喷头和换热管，低浓度溶液或废水经过喷头以雾状自上而下流到换热管外壁，在换热管内部是来自强制蒸发器的二次蒸汽，二次蒸汽作为热源，对换热管外的溶液或废水进行加热，溶液受热蒸发，二次蒸汽从横管降膜蒸发器的顶部进入蒸汽压缩机，被加压升温，随着蒸发不断进行溶液浓度随之提高；

步骤三，蒸发结晶：

经过初步浓缩的溶液或废水由转料泵输送至强制蒸发器，溶液在强制蒸发器、加热器、强制循环泵组成的强制循环蒸发结晶工段内循环，从蒸汽压缩机出口的高温蒸汽进入加热器壳程加热溶液，溶液在强制蒸发器内闪蒸蒸发，浓度逐渐提供至过饱和，此时慢慢开始有晶体析出；

步骤四，育晶出料：

浆液在强制蒸发器盐井内收集沉降，由出料泵输送至旋流器增加含固量，再流入稠厚器继续育晶长大，然后流入离心机中进行固液分离，湿盐进入下一道工序，离心母液返回系统继续蒸发；

步骤五，排冷凝水：

在强制蒸发器和加热器内的二次蒸汽经换热后发生相变冷凝成水，流入到冷凝水罐经冷凝水泵导入预热器，冷凝水的余热加热预热器中的低浓度溶液或废水，最后冷凝水回用或者排出。

优选的，所述步骤一中溶液或废水的初始浓度为1％～30％，初始温度5～100℃。

优选的，所述步骤五中冷凝水回用或者排出时的出水温度尽可能接近溶液进料温度，其最小温差接近5℃。

本发明至少具备以下有益效果：

1、本发明一种低浓度溶液或废水蒸发结晶装置及方法，将MVR低温多效水平管降膜蒸发浓缩与强制循环蒸发结晶相结合，处理能耗低，其能耗比常规MVR降低一半，处理1吨水最低不到20元；

2、本发明一种低浓度溶液或废水蒸发结晶装置及方法，处理范围广，适用性强，处理量在2～100t/h范围内均适用，物料种类多样，既可以处理废水，又能用于工艺物料蒸发结晶，物料初始浓度可低至1％，若进料浓度波动大，系统可根据具体情况选择只运行浓度装置或结晶装置，灵活性强。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

附图标记中：1、进料泵；2、冷凝水泵；3、转料泵；4、强制循环泵；5、出料泵；6、离心机；7、蒸汽压缩机；8、横管降膜蒸发器；9、强制蒸发器；10、加热器；11、稠厚器；12、旋流器；13、冷凝水罐；14、预热器。

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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种低浓度溶液或废水蒸发结晶装置，包括预热器14，预热器14为板式换热器、列管换热器或者螺旋板换热器中的一种，预热器14的通过管路连接有进料泵1，进料泵1的输出端连接有横管降膜蒸发器8，横管降膜蒸发器8为卧式结构，横管降膜蒸发器8内部的换热管为水平安装，管束布置在横管降膜蒸发器8的中下部，横管降膜蒸发器8的壳程压力-0.09～0.05MPa，温度40～110℃，管程压力-0.07～0.05MPa，温度50～110℃，横管降膜蒸发器8也可以采用立式结构，换热管竖直安装，压力和温度与横管卧式结构相同，横管降膜蒸发器8的上方连接有蒸汽压缩机7，蒸汽压缩机7可采用罗茨式压缩机或离心式压缩机，压缩进出口温差为8～22℃，蒸汽压缩机7的输出端连接有加热器10，加热器10的顶部通过管路连接有强制蒸发器9，强制蒸发器9可采用FC型或DTB型，对于粒径要求大的物料，还可采用OLSO型，强制蒸发器9的直径为Φ800～5000mm，蒸发温度50～120℃，强制蒸发器9的顶部通过管路与横管降膜蒸发器8相连接，强制蒸发器9的底部通过管路连接有强制循环泵4，强制循环泵4的顶部与加热器10的底部通过管路相连接，强制蒸发器9、加热器10、强制循环泵4组成强制循环蒸发结晶工段，强制蒸发器9的底部通过管路连接有出料泵5，出料泵5的输出端连接有旋流器12，旋流器12的顶部与强制蒸发器9之间通过管路连接，旋流器12的底部连接有稠厚器11，稠厚器11的底面连接有离心机6，横管降膜蒸发器8的底部通过管路连接有转料泵3，转料泵3通过管路与加热器10相连接，加热器10通过管路连接有冷凝水罐13，横管降膜蒸发器8的底部通过管路与冷凝水罐13相连接，冷凝水罐13的底部通过管路连接有冷凝水泵2，冷凝水泵2通过管路与预热器14相连接。

在本实施方式中，主要包括物料流程和蒸汽流程，物料流程如下：

经过前处理后低浓度溶液或废水，通过进料泵1打进横管降膜蒸发器8，浓缩后的物料通过转料泵3打到强制循环蒸发结晶工段内；物料在强制循环泵4、强制蒸发器9、加热器10组成的强制循环蒸发结晶工段内循环，随着水份不断蒸发，物料浓度逐渐升高至强过饱和析出晶体，浆液在强制蒸发器9的盐井内沉降收集，通过出料泵5打到旋流器12，清液从旋流器12顶部返回强制蒸发器9，浓浆从底部流入稠厚器11继续长大，然后送入离心机6进行固液分离，湿盐外运制成工业盐，母液返回蒸发系统；

蒸汽流程如下：

流程一：

强制蒸发器9的二次蒸汽通过顶部二次蒸汽管道流动到横管降膜蒸发器8的管程内，作为横管降膜蒸发器8的热源蒸汽，冷凝后的冷凝水流入到冷凝水罐13内，通过冷凝水泵2排出；

流程二：

横管降膜蒸发器8蒸发的二次蒸汽通过蒸汽压缩机7加压升温后送入加热器10中，给强制循环蒸发结晶工段的物料进行加热，冷凝后的水流入到冷凝水罐13内，通过冷凝水泵2排出。

一种低浓度溶液或废水的蒸发结晶方法，包括如下步骤：

步骤一，预热：

首先将低浓度溶液或废水导入预热器14中，溶液或废水的初始浓度为1％～30％，初始温度5～100℃，预热器14对低浓度溶液或废水进行预热；

步骤二，初步浓缩：

预热后的低浓度溶液或废水由进料泵1输送至横管降膜蒸发器8中，横管降膜蒸发器8的内部设有喷头和换热管，低浓度溶液或废水经过喷头以雾状自上而下流到换热管外壁，在换热管内部是来自强制蒸发器9的二次蒸汽，二次蒸汽作为热源，对换热管外的溶液或废水进行加热，溶液受热蒸发，二次蒸汽从横管降膜蒸发器8的顶部进入蒸汽压缩机7，被加压升温，随着蒸发不断进行溶液浓度随之提高；

步骤三，蒸发结晶：

经过初步浓缩的溶液或废水由转料泵3输送至强制蒸发器9，溶液在强制蒸发器9、加热器10、强制循环泵4组成的强制循环蒸发结晶工段内循环，从蒸汽压缩机7出口的高温蒸汽进入加热器10壳程加热溶液，溶液在强制蒸发器9内闪蒸蒸发，浓度逐渐提供至过饱和，此时慢慢开始有晶体析出；

步骤四，育晶出料：

浆液在强制蒸发器9盐井内收集沉降，由出料泵5输送至旋流器12增加含固量，再流入稠厚器11继续育晶长大，然后流入离心机6中进行固液分离，湿盐进入下一道工序，离心母液返回系统继续蒸发；

步骤五，排冷凝水：

在强制蒸发器9和加热器10内的二次蒸汽经换热后发生相变冷凝成水，流入到冷凝水罐13经冷凝水泵2导入预热器14，冷凝水的余热加热预热器14中的低浓度溶液或废水，最后冷凝水回用或者排出，冷凝水回用或者排出时的出水温度尽可能接近溶液进料温度，其最小温差接近5℃。

本发明提供的一种低浓度溶液或废水蒸发结晶装置及方法，利用负压低温对溶液进行预浓缩(称MVR横管浓缩)，提高溶液浓度，再进入强制循环蒸发(强制结晶)到溶液无机盐过饱和产生晶体，含晶体的溶液通过离心机进行固液分离，MVR横管浓缩装置产生的二次蒸汽，通过蒸汽压缩机加压升温后作为强制循环结晶装置的加热蒸汽，强制循环结晶的二次蒸汽流入到MVR横管装置内作为MVR横管装置的加热热源，该套装置处理量范围广，处理量在2～100t/h范围内均适用，物料种类多样，既可以处理废水，又能用于工艺物料蒸发结晶物料初始浓度可低至1％，若进料浓度波动大，系统可根据具体情况选择只运行浓度装置或结晶装置，灵活性强，可作于天然气采出水、页岩气采出水、石油采出水、化工、环保、食品(饮料)、海水淡化、医药等行业。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种低浓度溶液或废水蒸发结晶装置，其特征在于，包括预热器(14)，所述预热器(14)的通过管路连接有进料泵(1)，所述进料泵(1)的输出端连接有横管降膜蒸发器(8)，所述横管降膜蒸发器(8)的上方连接有蒸汽压缩机(7)，所述蒸汽压缩机(7)的输出端连接有加热器(10)，所述加热器(10)的顶部通过管路连接有强制蒸发器(9)，所述强制蒸发器(9)的顶部通过管路与横管降膜蒸发器(8)相连接，所述强制蒸发器(9)的底部通过管路连接有强制循环泵(4)，所述强制循环泵(4)的顶部与加热器(10)的底部通过管路相连接，所述强制蒸发器(9)、加热器(10)、强制循环泵(4)组成强制循环蒸发结晶工段，所述强制蒸发器(9)的底部通过管路连接有出料泵(5)，所述出料泵(5)的输出端连接有旋流器(12)，所述旋流器(12)的顶部与强制蒸发器(9)之间通过管路连接，所述旋流器(12)的底部连接有稠厚器(11)，所述稠厚器(11)的底面连接有离心机(6)，所述横管降膜蒸发器(8)的底部通过管路连接有转料泵(3)，所述转料泵(3)通过管路与加热器(10)相连接，所述加热器(10)通过管路连接有冷凝水罐(13)，所述横管降膜蒸发器(8)的底部通过管路与冷凝水罐(13)相连接，所述冷凝水罐(13)的底部通过管路连接有冷凝水泵(2)，所述冷凝水泵(2)通过管路与预热器(14)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种低浓度溶液或废水蒸发结晶装置，其特征在于：所述预热器(14)为板式换热器、列管换热器或者螺旋板换热器中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种低浓度溶液或废水蒸发结晶装置，其特征在于：所述横管降膜蒸发器(8)为卧式结构，所述横管降膜蒸发器(8)内部的换热管为水平安装，管束布置在横管降膜蒸发器(8)的中下部，所述横管降膜蒸发器(8)的壳程压力-0.09～0.05MPa，温度40～110℃，管程压力-0.07～0.05MPa，温度50～110℃，所述横管降膜蒸发器(8)也可以采用立式结构，换热管竖直安装，压力和温度与横管卧式结构相同。

4.根据权利要求1所述的一种低浓度溶液或废水蒸发结晶装置，其特征在于：所述蒸汽压缩机(7)可采用罗茨式压缩机或离心式压缩机，压缩进出口温差为8～22℃。

5.根据权利要求1所述的一种低浓度溶液或废水蒸发结晶装置，其特征在于：所述强制蒸发器(9)可采用FC型或DTB型，对于粒径要求大的物料，还可采用OLSO型，所述强制蒸发器(9)的直径为Φ800～5000mm，蒸发温度50～120℃。

6.一种低浓度溶液或废水的蒸发结晶方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，预热：

首先将低浓度溶液或废水导入预热器(14)中，预热器(14)对低浓度溶液或废水进行预热；

步骤二，初步浓缩：

预热后的低浓度溶液或废水由进料泵(1)输送至横管降膜蒸发器(8)中，横管降膜蒸发器(8)的内部设有喷头和换热管，低浓度溶液或废水经过喷头以雾状自上而下流到换热管外壁，在换热管内部是来自强制蒸发器(9)的二次蒸汽，二次蒸汽作为热源，对换热管外的溶液或废水进行加热，溶液受热蒸发，二次蒸汽从横管降膜蒸发器(8)的顶部进入蒸汽压缩机(7)，被加压升温，随着蒸发不断进行溶液浓度随之提高；

步骤三，蒸发结晶：

经过初步浓缩的溶液或废水由转料泵(3)输送至强制蒸发器(9)，溶液在强制蒸发器(9)、加热器(10)、强制循环泵(4)组成的强制循环蒸发结晶工段内循环，从蒸汽压缩机(7)出口的高温蒸汽进入加热器(10)壳程加热溶液，溶液在强制蒸发器(9)内闪蒸蒸发，浓度逐渐提供至过饱和，此时慢慢开始有晶体析出；

步骤四，育晶出料：

浆液在强制蒸发器(9)盐井内收集沉降，由出料泵(5)输送至旋流器(12)增加含固量，再流入稠厚器(11)继续育晶长大，然后流入离心机(6)中进行固液分离，湿盐进入下一道工序，离心母液返回系统继续蒸发；

步骤五，排冷凝水：

在强制蒸发器(9)和加热器(10)内的二次蒸汽经换热后发生相变冷凝成水，流入到冷凝水罐(13)经冷凝水泵(2)导入预热器(14)，冷凝水的余热加热预热器(14)中的低浓度溶液或废水，最后冷凝水回用或者排出。

7.根据权利要求6所述的一种低浓度溶液或废水蒸发结晶方法，其特征在于：所述步骤一中溶液或废水的初始浓度为1％～30％，初始温度5～100℃。

8.根据权利要求6所述的一种低浓度溶液或废水蒸发方法，其特征在于：所述步骤五中冷凝水回用或者排出时的出水温度尽可能接近溶液进料温度，其最小温差接近5℃。

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