CN206705700U - 低浓度氨水脱氨装置、系统及其氨水制作系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种低浓度氨水脱氨装置、系统及其氨水制作系统。本实用新型的所述低浓度氨水脱氨装置包含有一内筒、一外筒、一加压管路及一热交换器。外筒与内筒之间设有一螺旋通道。容置于外筒底部的低浓度氨水经加压管路加压后由雾化喷嘴喷出雾化形成雾滴，并在内筒的蒸发区中使部分的氨与水蒸发形成氨气与水气，利用螺旋通道使雾滴与氨气及水气分离，而取得较低浓度的氨水，以达到高效率的脱氨的效果。

Description

低浓度氨水脱氨装置、系统及其氨水制作系统

技术领域

本实用新型涉及一种氨水脱氨装置，尤指一种低浓度氨水脱氨装置、系统及其氨水制作系统。

背景技术

氨是工业上常用的物质，但使用后往往会产生含氨的废水。由于氨水具有刺鼻的气味，且无论是氨水或氨水挥发产生的氨气，都是环境污染的重要来源。因此，含氨废水通常需经脱氨处理后才能进行排放，或是回收使用。

一般废氨水的脱氨处理有两种放式，其一为以气提法(air stripping)将废氨水中的氨吹出成为氨气；其二为以加热蒸发方式蒸出氨气。然而，当氨水浓度较低时，无论是气提法或加热蒸发法都将面临高耗能与低效率的问题。以下分别论述。

使用气提法时，需使用大型或数量庞大的鼓风机将大量空气压入水体，耗费大量电力并产生高分贝噪音。且水相内的氨扩散至气液接口需要时间，假设气泡与气泡之间的距离为0.1-1公分，则氨的扩散距离为0.05-0.5公分，此质传距离限制气提法的效率。因此，使用气提法的设备体积庞大，且不易于短时间内将大量氨水的浓度降低至法规容许的标准。

使用加热蒸发法时，加热使氨挥发为氨气的同时，也会产生大量的水气，因此会损耗大量的热能。此外，使用加热蒸发法时，水膜厚度约为0.1至数公分，因此氨从水体扩散至气液接口所需的时间更长。

因此，如何提供一种可对低浓度氨水进行高效率脱氨的解决方案，实为业界亟待解决的课题。

实用新型内容

本实用新型的一目的，在于提供一种氨水脱氨装置，尤指一种低浓度氨水脱氨装置、系统及其氨水制作系统。

本实用新型的另一目的，在于提供一种低浓度氨水脱氨装置，利用雾化降低质传阻力，而可提高脱氨效率。

本实用新型的又一目的，在于提供一种低浓度氨水脱氨装置，以低压操作提高蒸气中的氨气含量，以提高脱氨效率。

本实用新型的又一目的，在于提供一种低浓度氨水脱氨装置，可利用热泵提供氨挥发所需热量，可降低脱氨所需的能量损耗。

本实用新型的又一目的，在于提供一种低浓度氨水脱氨系统，凭借本实用新型脱氨装置的串接使用，可强化脱氨效果，进一步降低回收水中的氨含量。

本实用新型的又一目的，在于提供一种氨水制作系统，利用本实用新型的脱氨系统，配合冷凝槽设计，而可将由废氨水中脱出的氨气制作为较高浓度的可利用氨水。

为达成上述目的，本实用新型提供一种低浓度氨水脱氨装置，包含：一内筒，其内部空间形成一蒸发区，并在蒸发区的上部设置一雾化喷嘴，内筒的底部沿侧壁切线方向设有一切线开口；一外筒，环绕内筒设置，外筒的底部形成一容置区，用以容置一低浓度氨水，容置区设有一出水管及一进料管，外筒与内筒侧壁之间设有一螺旋隔板，以形成一螺旋通道，螺旋通道的顶端设有一排气管；一加压管路，连接容置区与雾化喷嘴，加压管路设有一加压泵，用以抽取低浓度氨水并进行加压后，由雾化喷嘴喷出形成复数个雾滴；及一热交换器，设置于加压管路，用以加热低浓度氨水；其中，于蒸发区中复数个雾滴中部分的氨与部分的水蒸发形成氨气与水气，雾滴、氨气与水气通过切线开口进入螺旋通道并沿该螺旋通道回旋上升，复数个雾滴彼此碰撞而凝聚并由螺旋通道的一下方开口流入容置区，氨气与水气则由该排气管排出。

在本实用新型的一实施例中，内筒及外筒的操作压力小于250托。

在本实用新型的一实施例中，雾滴的直径小于1000μm。

在本实用新型的一实施例中，热交换器为一热泵的一放热端。

在本实用新型的一实施例中，热交换器的操作温度低于65℃。

在本实用新型的一实施例中，低浓度氨水的重量百分比浓度低于0.8％。

本实用新型更提供一种低浓度氨水脱氨系统，包含有：复数个所述的低浓度氨水脱氨装置，复数个低浓度氨水脱氨装置包含有依序串接的一第一脱氨装置、一第二脱氨装置至一第N脱氨装置；其中，各脱氨装置的出水管分别连接后一脱氨装置的进料管，第一脱氨装置的进料管用以引进低浓度氨水，第N脱氨装置的出水管用以排出一回收水。

在本实用新型的一实施例中，尚包含有一出水管路，连接第N脱氨装置的出水管，其中出水管路依序通过第N-1脱氨装置至第一脱氨装置的容置区。

在本实用新型的一实施例中，尚包含有一抽水泵，设置于出水管路的末端，用以抽取回收水。

本实用新型更提供一种氨水制作系统，包含有：一所述的低浓度氨水脱氨系统，其中各脱氨装置的排气管分别连接至前一脱氨装置的蒸发区的上部；一冷凝槽，所述冷凝槽的中段设有一冷凝器，所述第一脱氨装置的所述排气管连接至所述冷凝器的下方，所述冷凝器能够对所述排气管排出的所述氨气与所述水气进行冷凝而形成一第二低浓度氨水，所述冷凝槽的底部形成一第二容置区，所述第二容置区能够容置所述第二低浓度氨水，且所述第二容置区设置一第二出水管，所述冷凝槽的顶部则设置一第二排气管，所述第二排气管则用以排出一氨气；一抽气混合单元，连接第二排气管，用以抽取氨气并令氨气溶于水中形成一氨水；及一氨水槽，连接抽气混合单元，用以容置氨水。

在本实用新型的一实施例中，抽气混合单元为一文氏管，氨水制作系统尚包含有一循环管路，连接氨水槽的底部与文氏管，循环管路并设有一第二加压泵，用以抽取氨水槽中的氨水并加压通过文氏管，以抽取氨气并令氨气溶于氨水中。

在本实用新型的一实施例中，第二出水管连接第一脱氨装置的进料管。

与现有技术相比较，采用上述技术方案的本实用新型具有的优点在于：利用本实用新型的低浓度氨水脱氨装置及系统，可针对低浓度氨水进行高效率且低耗能的脱氨作业。根据计算及实验统计，将每吨低浓度氨水处理至符合排放标准的操作费用(含电费及人事费用)约为100元新台币或24元人民币，非常经济实惠且节能环保。利用本实用新型的氨水制作系统，在脱氨处理的过程中，产生的氨气尚可制作为具有经济价值的氨水而可回收利用，进一步降低环境的负担，并可贴补脱氨处理的成本。

附图说明

图1为本实用新型低浓度氨水脱氨装置一实施例的剖面示意图。

图2为本实用新型低浓度氨水脱氨系统一实施例的示意图。

图3为本实用新型氨水制作系统一实施例的示意图。

附图标记说明：

10 低浓度氨水脱氨装置 101 进料管

103 出水管 105 排气管

12 脱氨槽 120 外筒

121 底部 123 螺旋隔板

125 螺旋通道 127 下方开口

14 内筒 140 蒸发区

141 雾化喷嘴 143 切线开口

16 加压管路 161 加压泵

163 热交换器 18 低浓度氨水

181 雾滴 19 热泵

20 低浓度氨水脱氨系统 21 第一脱氨装置

23 第二脱氨装置 25 出水管路

27 抽水泵 29 第N脱氨装置

30 氨水制作系统 31 第二低浓度氨水

32 冷凝槽 321 冷凝器

323 第二出水管 325 第二排气管

327 底部 33 氨水

34 抽气混合单元 341 文氏管

36 氨水槽 38 循环管路

381 第二加压泵

具体实施方式

请参阅图1，为本实用新型低浓度氨水脱氨装置一实施例的剖面示意图。如图所示，本实用新型的低浓度氨水脱氨装置10包含有一内筒14、一外筒120、一加压管路16及一热交换器163。其中，内筒14的内部空间形成一蒸发区140，并在蒸发区140的上部设置一雾化喷嘴141，内筒14的底部沿侧壁切线方向设有一切线开口143。外筒120环绕内筒14设置，外筒120的底部121形成一容置区，用以容置一低浓度氨水18。容置区设有一出水管103及一进料管101。外筒120与内筒14侧壁之间设有一螺旋隔板123，以形成一螺旋通道125。螺旋通道125的顶端设有一排气管105，底端则形成一下方开口127。外筒120与内筒14的构造形成脱氨槽12的主体。加压管路16连接外筒120的容置区与内筒14的雾化喷嘴141，加压管路16设有一加压泵161，用以抽取位于容置区的低浓度氨水18并进行加压后，由雾化喷嘴141喷出而形成复数个雾滴181。热交换器163设置于加压管路16上，用以加热低浓度氨水18。

低浓度氨水18由雾化喷嘴喷141喷出后，在蒸发区140中形成雾滴181，而雾滴181中部分的氨与部分的水蒸发形成氨气与水气，蒸发所需的热量则由热交换器163提供。由于雾滴181的直径小，相对具有较大的表面积，除了可缩短氨在液相中的扩散距离减少质传阻力之外，并具有较大的表面积而可利于氨通过气液接口蒸发而成为氨气。

蒸发区140中雾滴181、氨气与水气形成气液混合体，并携带着由雾化喷嘴141喷出时所具备的动能于蒸发区140中移动。气液混合体通过切线开口143后，将沿着螺旋通道125回旋上升。在螺旋通道125中，雾滴181将因离心力与表面张力的作用而碰撞并黏附于外筒120的内侧壁，形成气液分离的状态，而可令氨气与水气由排气管105排出。黏附于外筒120内侧壁的雾滴181遭受后续雾滴181的碰撞时，由于表面张力的作用，将会不断合并凝聚，最终形成足够大的液滴，并由重力吸引而沿螺旋通道下滑，最后由下方开口127流入容置区，汇入低浓度氨水18之中。

利用本实用新型的低浓度氨水脱氨装置10，可凭借雾化减少质传阻力与氨在液相中的扩散时间，并增加气液接口的面积，以提高脱氨的效率。

在本实用新型的一实施例中，内筒14及外筒120的操作压力小于250托(torr)。在低压环境中，氨气相对于水气的比率将会提高，因此降低内筒14与外筒120的操作压力可提高气相中氨气的浓度，也可提高低浓度氨水脱氨装置10的脱氨效率。

在本实用新型的一实施例中，热交换器163的操作温度低于65℃。当脱氨槽12的操作压力降低时，其内部的平衡温度也同时降低。例如，在常压下处理重量百分比0.1％的低浓度氨水18时，其平衡温度为99℃；当操作压力降至60托时，其平衡温度将降至36℃。因此，利用本实用新型的低浓度氨水脱氨装置10，当脱氨槽12的操作压力小于250托时，其平衡温度介于30-50℃之间。因此，热交换器163的操作温度低于65℃即可提供足够的温度与量热，供低浓度氨水脱氨装置10进行脱氨作业。

在本实用新型的一实施例中，热交换器163为一热泵(heat pump)19的一放热端。一般而言，当操作温度较高时，需以电热器或其他加热装置做为热交换器163的热量来源。但本实用新型的脱氨槽12采低压操作，因此可降低操作温度至65℃以下。而此一操作温度的范围，可利用热泵19提供热交换器163的热量。由于一般热泵19具有三倍效率，因此更能降低脱氨作业的能量损耗。

在本实用新型的一实施例中，雾滴181的直径小于1000μm。利用本实用新型的低浓度氨水脱氨装置10，凭借加压泵161将低浓度氨水18加压后，配合雾化喷嘴141的设计，可有效提高雾化的效果，雾滴181的直径越小，则质传阻力越小，氨的蒸发效率越高。在本实用新型的一实施例中，可将低浓度氨水18于加压管路中加压至与内筒14内部具有3kgw/cm²的压差，配合雾化喷嘴141的作用，可将雾滴181直径缩小至1000μm以下，大幅提高氨的蒸发效率。由于本实用新型的脱氨槽12中，氨具有相当高的蒸发效率，因此无需设计大体积的蒸发区140，可相对缩小低浓度氨水脱氨装置10的体积。

在本实用新型的一实施例中，低浓度氨水的重量百分比浓度低于0.8％。在本实用新型的另一实施例中，出水管103可设置于容置区的上缘，当低浓度氨水18的液面达到容置区上缘时，即可溢流排出。

请参阅图2，为本实用新型低浓度氨水脱氨系统一实施例的示意图。本实用新型的低浓度氨水脱氨系统20包含有复数个如图1所示的低浓度氨水脱氨装置10，各低浓度氨水脱氨装置10依序串接。假设复数个低浓度氨水脱氨装置10包含有依序串接的一第一脱氨装置21、一第二脱氨装置23至一第N脱氨装置(请参阅图3的29)，其中各脱氨装置21、23、29的出水管103分别连接后一脱氨装置23、29的进料管101，第一脱氨装置21的进料管101用以引进低浓度氨水18，第N脱氨装置29的出水管103用以排出一回收水。其中，串接的脱氨装置越多，排出的回收水中含氨的浓度越低。本实用新型的低浓度氨水脱氨系统20依实验结果可知4-6个低浓度氨水脱氨装置串接，已可将回收水中的氨含量降低至5-30ppm，符合法规容许标准。

图2中以两个低浓度氨水脱氨装置串接为例进行说明，本实用新型的技术领域中具有通常知识者，可依相同原理推论而得多个串接的构造。如图所示，本实施例具有一第一脱氨装置21及一第二脱氨装置23，其中第一脱氨装置21的出水管103连接第二脱氨装置23的进料管101。因此，经第一脱氨装置21脱氨作业的后的低浓度氨水18可进入第二脱氨装置23，以进行下一阶段的脱氨作业。当系统20具有多个脱氨装置时，则可依序进行多阶段的脱氨作业，以逐步降低低浓度氨水中的氨含量。

其中，各脱氨装置21、23的排气管105所排出的氨气及水气可分别收集或统一收集后，再进行后续处理。在本实用新型的一实施例中，也可将各脱氨装置(例如第二脱氨装置23)的排气管105连接至前一脱氨装置(例如第一脱氨装置21)的蒸发区140上部，令前一脱氨装置的蒸发区140中的氨气与水气比率重新分配，以提高前一脱氨装置所产出的氨气含量。

在本实用新型的一实施例中，低浓度氨水脱氨系统20尚包含有一出水管路25，连接最后一脱氨装置(例如第二脱氨装置23或图3中的第N脱氨装置29)的出水管103，并令出水管路25反向通过串接于前的脱氨装置(例如第一脱氨装置21)的容置区后再行排出。由于各脱氨装置21、23都分别对低浓度氨水18进行加热，因此串接于越后端的脱氨装置中的低浓度氨水18将具有较高的温度，利用出水管路25将回收水反向通过串接于前的各脱氨装置，可利用回收水的余温加热各脱氨装置的低浓度氨水，进一步减少热量的损耗。

在本实用新型的一实施例中，低浓度氨水脱氨系统20尚包含有一抽水泵27，设置于出水管路25的末端，用以抽取回收水，并提供回收水通过各脱氨装置容置区的动力。

请参阅图3，为本实用新型氨水制作系统一实施例的示意图。如图所示，本实用新型的氨水制作系统30包含有一如图2所述的低浓度氨水脱氨系统20、一冷凝槽32、一抽气混合单元34及一氨水槽36。其中，低浓度氨水脱氨系统20中各脱氨装置23、29的排气管105分别连接至前一脱氨装置21、23的蒸发区140上部。凭借此一构造，可将各脱氨装置23、29所排出的氨气汇入前一脱氨装置21、23的蒸发区140而产生反向提浓的效果。

冷凝槽32的中段设有一冷凝器321，底部327形成一第二容置区，顶部则设有一第二排气管325。第一脱氨装置21的排气管105连接至冷凝器321的下方，可利用冷凝器321对第一脱氨装置21的排气管105排出的氨气与水气进行冷凝。由于氨气与水气的冷凝条件不同，因此冷凝器321将使大部分的水气与少部分的氨气凝结为第二低浓度氨水31，并容置于第二容置区中。剩余的气体中氨气的含量将会大幅提高，在本实用新型的一实施例中，约可达35％的含量。此一高浓度氨气可由第二排气管325排出。在本实用新型的一实施例中，冷凝器321可利用冰水降温。

抽气混合单元34连接第二排气管325，用以抽取氨气并令氨气溶于水中形成氨水33。氨水槽36连接抽气混合单元34，用以容置氨水33。由于本实用新型的低浓度氨水脱氨装置及系统具有较低的操作压力，因此需以抽气装置(例如真空泵)抽取高浓度氨气后进行压力平衡，再以水混合，令氨气溶入水中形成氨水。经由适当的设计混合回路，可获得重量百分比浓度20-36％的氨水。此一浓度的氨水已具有经济价值，可经由后续纯化设备处理，制成纯氨或电子级氨水使用。

在本实用新型的一实施例中，抽气混合单元34为一文氏管(venture-tube)341，氨水制作系统30尚包含有一循环管路38，连接氨水槽36的底部与文氏管341，循环管路38中设有一第二加压泵381，用以抽取氨水槽36中的氨水33并加压通过文氏管341。第二排气管325连接至文氏管341的颈部，利用氨水33于文氏管341颈部的高流速所产生的负压抽取第二排气管325中的氨气，并可令氨气混合并溶入氨水33中，以提高氨水33的浓度。

在本实用新型的一实施例中，尚可将冷凝槽32的第二出水管323连接至第一脱氨装置21的进料管101，将产生的第二低浓度氨水31导入低浓度氨水脱氨系统20，进行脱氨作业。

利用本实用新型的低浓度氨水脱氨装置及系统，可针对低浓度氨水进行高效率且低耗能的脱氨作业。根据计算及实验统计，将每吨低浓度氨水处理至符合排放标准的操作费用(含电费及人事费用)约为100元新台币或24元人民币，非常经济实惠且节能环保。利用本实用新型的氨水制作系统，在脱氨处理的过程中，产生的氨气尚可制作为具有经济价值的氨水而可回收利用，进一步降低环境的负担，并可贴补脱氨处理的成本。

以上所述者，仅为本实用新型的实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，即凡依本实用新型权利要求所述的形状、构造、特征、方法及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种低浓度氨水脱氨装置，其特征在于，所述低浓度氨水脱氨装置包含：

一内筒，其内部空间形成一蒸发区，并在所述蒸发区的上部设置一雾化喷嘴，所述内筒的底部沿侧壁切线方向设有一切线开口；

一外筒，环绕所述内筒设置，所述外筒的底部形成一容置区，用以容置一低浓度氨水，所述容置区设有一出水管及一进料管，所述外筒与所述内筒侧壁之间设有一螺旋隔板，以形成一螺旋通道，所述螺旋通道的顶端设有一排气管；

一加压管路，连接所述容置区与所述雾化喷嘴，所述加压管路设有一加压泵，用以抽取所述低浓度氨水并进行加压后，由所述雾化喷嘴喷出形成复数个雾滴；及

一热交换器，设置于所述加压管路，用以加热所述低浓度氨水；

其中，在所述蒸发区中复数个所述雾滴中部分的氨与部分的水蒸发形成氨气与水气，所述雾滴、所述氨气与所述水气通过所述切线开口进入所述螺旋通道并沿所述螺旋通道回旋上升，复数个所述雾滴彼此碰撞而凝聚并由所述螺旋通道的一下方开口流入所述容置区，所述氨气与所述水气则由所述排气管排出。

2.根据权利要求1所述的低浓度氨水脱氨装置，其特征在于，所述热交换器为一热泵的一放热端。

3.一种低浓度氨水脱氨系统，其特征在于，包含有：

复数个如权利要求1所述的低浓度氨水脱氨装置，所述复数个低浓度氨水脱氨装置包含有依序串接的一第一脱氨装置、一第二脱氨装置至一第N脱氨装置；

其中，各脱氨装置的出水管分别连接后一脱氨装置的进料管，所述第一脱氨装置的进料管用以引进所述低浓度氨水，所述第N脱氨装置的所述出水管用以排出一回收水。

4.根据权利要求3所述的低浓度氨水脱氨系统，其特征在于，还包含有一出水管路，连接所述第N脱氨装置的所述出水管，其中所述出水管路依序通过第N-1脱氨装置至所述第一脱氨装置的所述容置区。

5.根据权利要求4所述的低浓度氨水脱氨系统，其特征在于，还包含有一抽水泵，设置于所述出水管路的末端，用以抽取所述回收水。

6.一种氨水制作系统，其特征在于，包含有：

一如权利要求3所述的低浓度氨水脱氨系统，其中各脱氨装置的排气管分别连接至前一脱氨装置的蒸发区的上部；

一冷凝槽，所述冷凝槽的中段设有一冷凝器，所述第一脱氨装置的所述排气管连接至所述冷凝器的下方，所述冷凝器能够对所述排气管排出的所述氨气与所述水气进行冷凝而形成一第二低浓度氨水，所述冷凝槽的底部形成一第二容置区，所述第二容置区能够容置所述第二低浓度氨水，且所述第二容置区设置一第二出水管，所述冷凝槽的顶部则设置一第二排气管，所述第二排气管则用以排出一氨气；

一抽气混合单元，连接所述第二排气管，用以抽取所述氨气并令所述氨气溶于水中形成一氨水；及

一氨水槽，连接所述抽气混合单元，用以容置所述氨水。

7.根据权利要求6所述的氨水制作系统，其特征在于，所述抽气混合单元为一文氏管，所述氨水制作系统还包含有一循环管路，所述循环管路连接所述氨水槽的底部与所述文氏管，所述循环管路并设有一第二加压泵，用以抽取氨水槽中的所述氨水并加压通过所述文氏管，以抽取所述氨气并令所述氨气溶于所述氨水中。

8.根据权利要求6所述的氨水制作系统，其特征在于，所述第二出水管连接所述第一脱氨装置的所述进料管。