CN116617686A - 一种泡沫蒸发浓缩结晶系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泡沫蒸发浓缩结晶系统，本发明待处理的目标溶液通入到喷嘴内部，溶液从第一支撑板的通孔穿过进入到缓冲腔内部，溶液冲击到第一扇叶上，第一扇叶旋转对溶液进行旋转打散处理，支撑轴带动第二扇叶在扰流腔内部进行旋转运动，溶液在扰流腔内部被第二扇叶进行扰流处理，可有效加强溶液在喷嘴内部的流动速度，溶液从喷水口喷出之后撞击在引流头的圆锥形分流器上，圆锥形分流器在引流头内侧对溶液进行分散导流处理，可有效加强对溶液的分散处理效果，溶液冲击到圆锥形分流器的尖端之后沿着圆锥形分流器进行扩散，可有效加强溶液从喷嘴喷出之后在泡沫蒸发塔内部的分散均匀性，溶液在泡沫蒸发塔内部与空气接触更加均匀。

Description

一种泡沫蒸发浓缩结晶系统

技术领域

本发明涉及浓缩结晶设备技术领域，具体为一种泡沫蒸发浓缩结晶系统。

背景技术

目前蒸发浓缩工艺一般是采用多效蒸发器、MVR蒸发器等技术进行蒸发结晶浓缩，但是这些传统工艺都有用到换热器进行换热，都面临一个结晶体随着时间的推移会在换热管上结晶，结晶越多换热效率就越差，严重影响换热效率，甚至到后期达到换热失效必须停机清理换热器上的结晶体。

授权公告号（CN212881134U）专利中公开的一种连续式蒸发浓缩结晶装置；其通过震荡一定程度上可以延缓结晶的速度，但是只是在原来的基础上稍微延缓，换热管上还是会粘附结晶物，需定期清理。

授权公告号（CN215900948U）专利中公开的一种双体系蒸发结晶装置；其利用表面蒸发原理，通过填料层增加表面积加快蒸发，但是该工艺结晶物仍然会在填料表面结晶，堵塞填料缝隙，仍然避免不了堵塞问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种泡沫蒸发浓缩结晶系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种泡沫蒸发浓缩结晶系统，包括以下步骤：

S1、使用泡沫蒸发浓缩结晶系统对待处理目标溶液进行泡沫蒸发浓缩结晶处理；

S2、将冷空气自上而下通入到泡沫蒸发塔中；

S3、将经过加热后的待处理目标溶液通过喷嘴自下而上喷射到泡沫蒸发塔内部，当气液两相的动量达到平衡时，形成一个高度湍动的泡沫区；

S4、待处理目标溶液中的水分转化成水蒸气由空气带走，待处理目标溶液中仍然以液态存在的液体收集在泡沫蒸发塔底部；未饱和溶液由循环泵继续将溶液循环进行蒸发处理，被加热的空气携带大量水蒸气经连接风管进入冷凝塔中进行冷凝处理；

S5、在泡沫蒸发塔中蒸发至饱和的溶液，由饱和溶液泵输送到结晶釜中进行结晶处理。

进一步的，在步骤S3中，待处理目标溶液经过加热器进行加热至40～90℃。

进一步的，所述泡沫蒸发浓缩结晶系统包括喷嘴、泡沫蒸发塔、加热器、冷凝塔、余热利用管、冷凝水出水管、除雾器、饱和溶液泵、循环泵、结晶釜、连接风管、输液泵。

进一步的，所述喷嘴设于泡沫蒸发塔内部，所述泡沫蒸发塔通过连接风管与冷凝塔贯通，所述冷凝水出水管设于冷凝塔外壁底部一侧，所述除雾器设于连接风管内部，所述余热利用管设于冷凝塔内侧顶部；所述输液泵通过第一管道与余热利用管连接，所述余热利用管通过第二管道与加热器内部换热管连接，所述加热器的内部换热管通过第三管道与喷嘴连接；所述饱和溶液泵通过第四管道与泡沫蒸发塔和结晶釜连接，所述循环泵通过第五管道与第二管道连接，所述循环泵通过第六管道与泡沫蒸发塔底部连接。

进一步的，所述喷嘴顶部设有缓冲腔和扰流腔，所述缓冲腔和扰流腔内部竖直设有转动连接的支撑轴，所述支撑轴外壁于缓冲腔内部设有第一扇叶，所述支撑轴外壁于扰流腔内部设有第二扇叶，所述缓冲腔外壁设有第一支撑板，所述缓冲腔和扰流腔之间设有第二支撑板，所述第一支撑板和第二支撑板外壁均开设有若干个通孔，所述喷嘴于扰流腔外侧设有若干个喷水口，所述喷嘴外壁于喷水口外侧设有引流头。

进一步的，所述第一扇叶与第二扇叶结构相同，所述第一扇叶与第二扇叶对称设置。

进一步的，所述引流头内壁远离喷水口一端设有圆锥形分流器，所述圆锥形分流器的圆锥顶端朝向喷水口。

进一步的，所述圆锥形分流器外壁设有若干个支撑环，所述支撑环与圆锥形分流器外壁贴合，所述支撑环呈上下分布。

进一步的，所述引流头内壁远离喷水口一端设有圆台型分流器，所述圆台型分流器的截面朝向喷水口，所述圆台型分流器于截面处设有半支撑球，所述圆台型分流器外壁远离半支撑球一端设有若干个弧形条，所述弧形条远离圆台型分流器一端设有挡水球。

进一步的，所述引流头内壁远离喷水口一端设有螺旋型分流器，所述螺旋型分流器呈圆锥形结构分布，所述圆锥形结构的圆锥顶端朝向喷水口。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

本发明中冷空气自上而下进入泡沫蒸发塔，待处理目标溶液经过加热器进行加热至40-90℃，再通过输液泵由特殊结构的喷嘴自下而上喷入气流中，造成气液两相高速逆向对撞，当气液两相的动量达到平衡时，形成一个高度湍动的泡沫区，在泡沫区，气液两相呈高速湍流接触，形成大量的泡沫，使得接触表面积变大，加快传热速度，而且这些接触表面不断地得到迅速更新，快速提高空气的温度，即让空气中的饱和水蒸气压提高，让溶液中的水分转化成水蒸气由空气带走，仍然以液态存在的液体收集在泡沫蒸发塔底部；本发明利用表面蒸发原理，可用于蒸发浓缩废水、废液、溶剂提浓等领域，特点是：常压操作、低温蒸发、利用表面蒸发原理，在泡沫区加大表面积进行蒸发浓缩，不存在蒸发区浓缩区域结晶盐、高有机物结痂堵塞问题；

本发明通过设置缓冲腔、扰流腔、第一扇叶、第二扇叶、喷水口、引流头、圆锥形分流器，待处理的目标溶液通入到喷嘴内部，溶液从第一支撑板的通孔穿过进入到缓冲腔内部，溶液冲击到第一扇叶上，第一扇叶旋转对溶液进行旋转打散处理，第一扇叶带动支撑轴进行旋转运动，支撑轴带动第二扇叶在扰流腔内部进行旋转运动，缓冲腔内部的溶液穿过第二支撑板的通孔进入扰流腔内部，溶液在扰流腔内部被第二扇叶进行扰流处理，可有效加强溶液在喷嘴内部的流动速度，扰流腔内部的溶液从喷水口喷出，溶液从喷水口喷出之后撞击在引流头的圆锥形分流器上，圆锥形分流器在引流头内侧对溶液进行分散导流处理，可有效加强对溶液的分散处理效果，溶液冲击到圆锥形分流器的尖端之后沿着圆锥形分流器进行扩散，可有效加强溶液从喷嘴喷出之后在泡沫蒸发塔内部的分散均匀性，溶液在泡沫蒸发塔内部与空气接触更加均匀，使得泡沫区范围更大，气液接触更加充分。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明中泡沫蒸发浓缩结晶系统的设备示意图；

图2是本发明中喷嘴的主视剖面图；

图3是本发明中第二种引流头的主视剖面图；

图4是本发明中第三种引流头的主视剖面图；

图5是本发明中图4中引流头的仰视图；

图6是本发明中第四种引流头的主视剖面图；

图7是本发明中引流头的结构示意图；

图中：1、喷嘴；2、泡沫区；3、泡沫蒸发塔；4、加热器；5、冷凝塔；6、余热利用管；7、冷凝水出水管；8、除雾器；9、饱和溶液泵；10、循环泵；11、结晶釜；12、连接风管；13、输液泵；14、缓冲腔；15、扰流腔；16、支撑轴；17、第一扇叶；18、第二扇叶；19、第一支撑板；20、第二支撑板；21、通孔；22、喷水口；23、引流头；24、圆锥形分流器；25、支撑环；26、圆台型分流器；27、半支撑球；28、弧形条；29、挡水球；30、螺旋型分流器。

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。

如图1所示的一种泡沫蒸发浓缩结晶系统，包括以下步骤：

S1、使用泡沫蒸发浓缩结晶系统对待处理目标溶液进行泡沫蒸发浓缩结晶处理；

S2、将冷空气自上而下通入到泡沫蒸发塔3中；

S3、将待处理目标溶液经过加热器4进行加热至40～90℃后通过喷嘴1自下而上喷射到泡沫蒸发塔3内部，当气液两相的动量达到平衡时，形成一个高度湍动的泡沫区2；

S4、待处理目标溶液中的水分转化成水蒸气由空气带走，待处理目标溶液中仍然以液态存在的液体收集在泡沫蒸发塔3底部；未饱和溶液由循环泵10继续将溶液循环进行蒸发处理，被加热的空气携带大量水蒸气经连接风管12进入冷凝塔5中进行冷凝处理；

S5、在泡沫蒸发塔3中蒸发至饱和的溶液，由饱和溶液泵9输送到结晶釜11中进行结晶处理。

所述泡沫蒸发浓缩结晶系统包括喷嘴1、泡沫蒸发塔3、加热器4、冷凝塔5、余热利用管6、冷凝水出水管7、除雾器8、饱和溶液泵9、循环泵10、结晶釜11、连接风管12、输液泵13；所述喷嘴1设于泡沫蒸发塔3内部，所述泡沫蒸发塔3通过连接风管12与冷凝塔5贯通，所述冷凝水出水管7设于冷凝塔5外壁底部一侧，所述除雾器8设于连接风管12内部，所述余热利用管6设于冷凝塔5内侧顶部；所述输液泵13通过第一管道与余热利用管6连接，所述余热利用管6通过第二管道与加热器4内部换热管连接，所述加热器4的内部换热管通过第三管道与喷嘴1连接；所述饱和溶液泵9通过第四管道与泡沫蒸发塔3和结晶釜11连接，所述循环泵10通过第五管道与第二管道连接，所述循环泵10通过第六管道与泡沫蒸发塔3底部连接。

本发明的有益效果是：

本发明通过设置泡沫蒸发塔3、喷嘴1、连接风管12和除雾器8，本发明是利用表面蒸发原理，可用于蒸发浓缩废水、废液、溶剂提浓等领域，特点是：常压操作、低温蒸发、利用表面蒸发原理；具体操作如下：冷空气自上而下进入泡沫蒸发塔3，待处理目标溶液经过加热器4进行加热至40-90℃，再通过输液泵13由特殊结构的喷嘴1自下而上喷入气流中，造成气液两相高速逆向对撞，当气液两相的动量达到平衡时，形成一个高度湍动的泡沫区2，在泡沫区2，气液两相呈高速湍流接触，形成大量的泡沫，使得接触表面积变大，加快传热速度，而且这些接触表面不断地得到迅速更新，快速提高空气的温度，即让空气中的饱和水蒸气压提高，让溶液中的水分转化成水蒸气由空气带走，仍然以液态存在的液体收集在泡沫蒸发塔3底部，未饱和溶液由循环泵10继续将溶液循环进行蒸发，被加热的空气携带大量水蒸气经连接风管12进入冷凝塔5冷凝，从而达到蒸发浓缩的目的；在连接风管12里面安装一个除雾器8，将部分由空气夹带来的液滴拦截下来回流至泡沫蒸发塔3，保障冷凝塔5中冷凝水的纯度，空气在冷凝塔5中冷却后，空气中携带的大量水蒸气由气态转化成液态，变成冷凝水，由冷凝水出水管7排出回用（厂区清扫、工艺需求等可利用的地方）；待处理的溶液流经冷凝塔5经过余热利用管6，一方面是可以给空气降温，加速水蒸气冷凝，二是可以给溶液进行初步加热，有利于节约能耗，不过此时对余热利用管6材质要求较高，故也可不回用这部分热量，若不回用时就采用一路循环冷却水进行冷却即可；经过冷凝的空气可直接至大气，若是溶液中含有低沸点的物质，则可以再在冷凝塔5后接一废气处理装置处理后再排空，也可将空气再循环至泡沫蒸发塔中循环使用；在进行溶剂提浓时也可将空气换成氮气；在泡沫蒸发塔3中蒸发至饱和的溶液，由饱和溶液泵9排至结晶釜11进行结晶处理；本发明的重点是利用泡沫区2加大表面积进行蒸发浓缩，不存在蒸发区浓缩区域结晶盐、高有机物结痂堵塞问题；本发明的主要内容是泡沫蒸发塔这块的内容，冷凝、结晶板块主要是增加整个工艺系统的完整性。

如图2和图7所示，所述喷嘴1顶部设有缓冲腔14和扰流腔15，所述缓冲腔14和扰流腔15内部竖直设有转动连接的支撑轴16，所述支撑轴16外壁于缓冲腔14内部设有第一扇叶17，所述支撑轴16外壁于扰流腔15内部设有第二扇叶18，所述缓冲腔14外壁设有第一支撑板19，所述缓冲腔14和扰流腔15之间设有第二支撑板20，所述第一支撑板19和第二支撑板20外壁均开设有若干个通孔21，所述喷嘴1于扰流腔15外侧设有若干个喷水口22，所述喷嘴1外壁于喷水口22外侧设有引流头23；所述引流头23内壁远离喷水口22一端设有圆锥形分流器24，所述圆锥形分流器24的圆锥顶端朝向喷水口22；

所述第一扇叶17与第二扇叶18结构相同，所述第一扇叶17与第二扇叶18对称设置，使得第一扇叶17和第二扇叶18都在支撑轴16的支撑下进行旋转运动，第一扇叶17和第二扇叶18是同步的，但是第一扇叶17和第二扇叶18旋转时对溶液的旋转扰流的角度相反，使得溶液在喷嘴1内部混合更加均匀，可有效加强溶液在喷嘴1内部的流动速度。

本发明的有益效果是：

本发明通过设置缓冲腔14、扰流腔15、第一扇叶17、第二扇叶18、喷水口22、引流头23、圆锥形分流器24，待处理的目标溶液通入到喷嘴1内部，溶液从第一支撑板19的通孔21穿过进入到缓冲腔14内部，溶液冲击到第一扇叶17上，第一扇叶17旋转对溶液进行旋转打散处理，第一扇叶17带动支撑轴16进行旋转运动，支撑轴16带动第二扇叶18在扰流腔15内部进行旋转运动，缓冲腔14内部的溶液穿过第二支撑板20的通孔21进入扰流腔15内部，溶液在扰流腔15内部被第二扇叶18进行扰流处理，可有效加强溶液在喷嘴1内部的流动速度，扰流腔15内部的溶液从喷水口22喷出，溶液从喷水口22喷出之后撞击在引流头23的圆锥形分流器24上，圆锥形分流器24在引流头23内侧对溶液进行分散导流处理，可有效加强对溶液的分散处理效果，溶液冲击到圆锥形分流器24的尖端之后沿着圆锥形分流器24进行扩散，可有效加强溶液从喷嘴1喷出之后在泡沫蒸发塔3内部的分散均匀性，溶液在泡沫蒸发塔3内部与空气接触更加均匀，使得泡沫区2范围更大，气液接触更加充分。

如图3所示的一种泡沫蒸发浓缩结晶系统中第二种引流头的剖视图，所述圆锥形分流器24外壁设有若干个支撑环25，所述支撑环25与圆锥形分流器24外壁贴合，所述支撑环25呈上下分布；支撑环25在圆锥形分流器24外部实现多级分散处理效果，溶液冲击到圆锥形分流器24表面的同时也冲击在支撑环25表面，支撑环25和圆锥形分流器24相互配合，实现对溶液的多级导流分散处理，可进一步加强溶液在泡沫蒸发塔3内部的分散均匀性，溶液在泡沫蒸发塔3内部与空气接触更加均匀，使得泡沫区2范围更大，气液接触更加充分。

如图4-图5所示的一种泡沫蒸发浓缩结晶系统中第三种引流头的剖视图和仰视图，所述引流头23内壁远离喷水口22一端设有圆台型分流器26，所述圆台型分流器26的截面朝向喷水口22，所述圆台型分流器26于截面处设有半支撑球27，所述圆台型分流器26外壁远离半支撑球27一端设有若干个弧形条28，所述弧形条28远离圆台型分流器26一端设有挡水球29，圆台型分流器26在引流头23内侧对溶液进行分散导流处理，可有效加强对溶液的分散处理效果，溶液冲击到圆台型分流器26的半支撑球27上，然后溶液沿着圆台型分流器26进行分散，溶液分散处理之后运动到圆台型分流器26顶端和弧形条28、挡水球29进行接触，弧形条28对溶液进行弧形分散处理，挡水球29再对溶液进行挡水分散处理，可实现对溶液的多级导流分散处理，可进一步加强溶液在泡沫蒸发塔3内部的分散均匀性，溶液在泡沫蒸发塔3内部与空气接触更加均匀，使得泡沫区2范围更大，气液接触更加充分。

如图6所示的一种泡沫蒸发浓缩结晶系统中第四种引流头的剖视图，所述引流头23内壁远离喷水口22一端设有螺旋型分流器30，所述螺旋型分流器30呈圆锥形结构分布，所述圆锥形结构的圆锥顶端朝向喷水口22；溶液从喷水口22喷出之后，溶液冲击到螺旋型分流器30表面，螺旋型分流器30对溶液进行螺旋导引分散处理，可有效加强对溶液的分散处理效果，溶液冲击到螺旋型分流器30的尖端之后沿着螺旋型分流器30进行扩散，可有效加强溶液从喷嘴1喷出之后在泡沫蒸发塔3内部的分散均匀性，溶液在泡沫蒸发塔3内部与空气接触更加均匀，使得泡沫区2范围更大，气液接触更加充分。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种泡沫蒸发浓缩结晶系统，其特征在于：所述泡沫蒸发浓缩结晶系统包括喷嘴（1）、泡沫蒸发塔（3）、加热器（4）、冷凝塔（5）、余热利用管（6）、冷凝水出水管（7）、除雾器（8）、饱和溶液泵（9）、循环泵（10）、结晶釜（11）、连接风管（12）、输液泵（13）；

所述喷嘴（1）顶部设有缓冲腔（14）和扰流腔（15），所述缓冲腔（14）和扰流腔（15）内部竖直设有转动连接的支撑轴（16），所述支撑轴（16）外壁于缓冲腔（14）内部设有第一扇叶（17），所述支撑轴（16）外壁于扰流腔（15）内部设有第二扇叶（18），所述缓冲腔（14）外壁设有第一支撑板（19），所述缓冲腔（14）和扰流腔（15）之间设有第二支撑板（20），所述第一支撑板（19）和第二支撑板（20）外壁均开设有若干个通孔（21），所述喷嘴（1）于扰流腔（15）外侧设有若干个喷水口（22），所述喷嘴（1）外壁于喷水口（22）外侧设有引流头（23）。

2.根据权利要求1所述的一种泡沫蒸发浓缩结晶系统，其特征在于：所述喷嘴（1）设于泡沫蒸发塔（3）内部，所述泡沫蒸发塔（3）通过连接风管（12）与冷凝塔（5）贯通，所述冷凝水出水管（7）设于冷凝塔（5）外壁底部一侧，所述除雾器（8）设于连接风管（12）内部，所述余热利用管（6）设于冷凝塔（5）内侧顶部；所述输液泵（13）通过第一管道与余热利用管（6）连接，所述余热利用管（6）通过第二管道与加热器（4）内部换热管连接，所述加热器（4）的内部换热管通过第三管道与喷嘴（1）连接；所述饱和溶液泵（9）通过第四管道与泡沫蒸发塔（3）和结晶釜（11）连接，所述循环泵（10）通过第五管道与第二管道连接，所述循环泵（10）通过第六管道与泡沫蒸发塔（3）底部连接。

3.根据权利要求1所述的一种泡沫蒸发浓缩结晶系统，其特征在于：所述第一扇叶（17）与第二扇叶（18）结构相同，所述第一扇叶（17）与第二扇叶（18）对称设置。

4.根据权利要求1所述的一种泡沫蒸发浓缩结晶系统，其特征在于：所述引流头（23）内壁远离喷水口（22）一端设有圆锥形分流器（24），所述圆锥形分流器（24）的圆锥顶端朝向喷水口（22）。

5.根据权利要求4所述的一种泡沫蒸发浓缩结晶系统，其特征在于：所述圆锥形分流器（24）外壁设有若干个支撑环（25），所述支撑环（25）与圆锥形分流器（24）外壁贴合，所述支撑环（25）呈上下分布。

6.根据权利要求1所述的一种泡沫蒸发浓缩结晶系统，其特征在于：所述引流头（23）内壁远离喷水口（22）一端设有圆台型分流器（26），所述圆台型分流器（26）的截面朝向喷水口（22），所述圆台型分流器（26）于截面处设有半支撑球（27），所述圆台型分流器（26）外壁远离半支撑球（27）一端设有若干个弧形条（28），所述弧形条（28）远离圆台型分流器（26）一端设有挡水球（29）。

7.根据权利要求1所述的一种泡沫蒸发浓缩结晶系统，其特征在于：所述引流头（23）内壁远离喷水口（22）一端设有螺旋型分流器（30），所述螺旋型分流器（30）呈圆锥形结构分布，所述圆锥形结构的圆锥顶端朝向喷水口（22）。