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機械蒸汽再壓縮降膜蒸發工藝方法及其系統.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510438512.0

申請日:

2015.07.23

公開號:

CN104986910A

公開日:

2015.10.21

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):C02F 9/10申請日:20150723|||公開
IPC分類號: C02F9/10 主分類號: C02F9/10
申請人: 江蘇德邦工程有限公司
發明人: 周青; 孫培軍; 高甲義; 陳園園; 徐進
地址: 211153江蘇省南京市江寧經濟開發區德邦路8號
優先權:
專利代理機構: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249 代理人: 陳琛
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510438512.0

授權公告號:

104986910B||||||

法律狀態公告日:

2017.05.10|||2015.11.18|||2015.10.21

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供一種機械蒸汽再壓縮降膜蒸發工藝方法,具體步驟如下:1)高鹽廢水預處理:物料通過進料泵經入預熱器,利用降膜蒸發器二次蒸汽冷凝下來的凝結水作為預熱器的熱源,將物料預熱,預熱后的物料進入液體混合裝置,與降膜蒸發器的蒸發室出來的液體混合后送入降膜蒸發器;2)降膜蒸發系統:物料經入降膜蒸發器后,經過蒸發器殼程蒸汽的間接加熱,吸收熱量后溫度升高,然后進入蒸發室,由于蒸發室內為負壓,物料進來后瞬間蒸發,大部分水變成二次蒸汽,由二次蒸汽出口排出;3)蒸汽壓縮循環再利用系統:由蒸發室出來的二次蒸汽進入蒸汽壓縮機,蒸汽經蒸汽壓縮機壓縮后壓力提高,同時溫度也升高,重新返回降膜蒸發器的殼程被再次利用。

權利要求書

權利要求書
1.  一種機械蒸汽再壓縮降膜蒸發工藝方法,其特征在于:具體步驟如下:
1)高鹽廢水預處理:物料通過進料泵經入預熱器,利用降膜蒸發器二次蒸汽冷凝下來的凝結水作為預熱器的熱源,將物料預熱,預熱后的物料進入液體混合裝置,與降膜蒸發器的蒸發室出來的液體混合后送入降膜蒸發器;
2)降膜蒸發系統:物料經入降膜蒸發器后,經過蒸發器殼程蒸汽的間接加熱,吸收熱量后溫度升高,然后進入蒸發室,由于蒸發室內為負壓,物料進來后瞬間蒸發,大部分水變成二次蒸汽,由二次蒸汽出口排出;
3)蒸汽壓縮循環再利用系統:由蒸發室出來的二次蒸汽進入蒸汽壓縮機,蒸汽經蒸汽壓縮機壓縮后壓力提高,同時溫度也升高,重新返回降膜蒸發器的殼程被再次利用。

2.  一種機械再壓縮降膜蒸發系統,其特征在于:包括高鹽廢水預處理系統、降膜蒸發器、蒸汽壓縮循環再利用系統;
所述高鹽廢水預處理系統包括給料泵、第一預熱器、第二預熱器、第二冷凝水泵、除氣器、給料泵、蒸汽閃蒸罐、第一濃縮水泵;進料管道通過給料泵管道連接至第一預熱器的進料口,第一預熱器的出料口連接至第二預熱器的進料口,第二預熱器的出料口連接至除氣器的進料口,同時降膜蒸發器的蒸發室液體出口連接至除氣器底部進口,通過除氣器將經除氣器處理后的料液與降膜蒸發器中經蒸發室蒸發處理后的液體混合后,發送至給料泵,給料泵出口通過第一濃縮水泵管道連接至降膜蒸發器進料口,從而將混合料液輸送至降膜蒸發器內部;
所述降膜蒸發器的凝結水出口連接至蒸汽閃蒸罐進液口,蒸汽閃蒸罐出氣口通過第二冷凝水泵管道連接至第一預熱器的蒸汽進口;通過蒸汽閃蒸罐和第二冷凝水泵將降膜蒸發器二次蒸汽冷凝下來的凝結水閃蒸后輸送至第一預熱器,對物料進行預熱;
所述蒸汽壓縮循環再利用系統包括蒸汽壓縮機,蒸汽壓縮機的進口連接降膜蒸發器的二次蒸汽出口,蒸汽壓縮機的出口連接降膜蒸發器頂端的二次蒸汽循環進口;由蒸發室出來的二次蒸汽進入蒸汽壓縮機,蒸汽經壓縮后蒸汽的壓力提高,同時溫度也升高,重新返回降膜蒸發器的殼程被再次利用;同時,降膜蒸發器頂端的二次蒸汽循環進口連接外部蒸汽管道。

3.  根據權利要求2所述的一種機械再壓縮降膜蒸發系統,其特征在于:包括冷凝水回收利用系統,所述冷凝水回收利用系統包括冷凝水箱、第一冷凝水泵,冷凝水箱的進液口連接第一預熱器的蒸汽冷凝器水出口,冷凝水箱的出液口通過第一冷凝水泵管道連接至降膜蒸發器頂端的二次蒸汽循環進口和降膜蒸發器底端的液體進口;在系統工作完成后,通過控制第一冷凝水泵,實現對降膜蒸發器的沖洗。

4.  根據權利要求2所述的一種機械再壓縮降膜蒸發系統,其特征在于:包括晶體回收系統,所述晶體回收系統包括旋流分離器、晶種回收罐、第一濃縮水泵、第二濃縮水泵、攪拌槽、離心分離器;所述降膜蒸發器的濃縮液出口通過第一濃縮水泵管道連接至旋流分離器進液口,旋流分離器的輕向出口連接至離心分離器,通過離心分離器脫水分離出鹽,旋流分離器的重向出口連接至晶種回收罐進口,通過晶種回收罐回收晶體后,通過第二濃縮水泵將晶體輸送至攪拌槽攪拌后,利用第二濃縮水泵輸送回降膜蒸發器,回收利用晶種。

5.  根據權利要求2所述的一種機械再壓縮降膜蒸發系統,其特征在于:所述第二預熱器的蒸汽進口連接外部蒸汽管道,第二預熱器的蒸汽冷凝器水出口連接第二冷凝水泵的進口;系統首次啟動時采用外部蒸汽作為熱源對物料進行預熱處理。

說明書

說明書機械蒸汽再壓縮降膜蒸發工藝方法及其系統
技術領域
本發明涉及一種機械蒸汽再壓縮蒸發系統(MVR),主要用于高含鹽廢水處理系統,可將廢水中的鹽分進行蒸發濃縮和結晶,冷凝后的水可以回收利用,形成鹽分固體可以作為回收資源,實現廢水的“零排放”的系統。
背景技術
早在上世紀60年代,德國和法國已經成功的將機械式蒸汽再壓縮技術應用于化工、制藥、造紙、污水處理、海水淡化等行業。
“機械式蒸汽再壓縮”蒸發系統簡稱MVR蒸發器是英文(Mechanical Vapor Recompression)的縮寫。它是國際上二十世紀九十年代末開發出來的一種新型高效節能蒸發設備。MVR蒸發器是采用低溫和低壓汽蒸技術和清潔能源----“電能”,產生蒸汽,將媒介中的水分分離出來。目前MVR是國際上最先進的蒸發技術,是替代傳統蒸發器的升級換代產品,只有北美和歐洲等一些發達國家掌握了該項技術在眾多領域中的應用。
MVR蒸發器從2007年起開始從北美和歐洲進入中國市場,主要應用在食品深加工、奶制品行業和飲料等行業。隨著經濟的飛速發展,我國水環境污染也越來越嚴峻,所以工業企業廢水“零排放”被提上日程,目前,國內高鹽廢水處理系統中的蒸發裝置多采用普通多效蒸發裝置,相較于機械蒸汽再壓縮蒸發系統(MVR蒸發系統)能耗較高、穩定性較低、占地面積大、運行成本較高。
發明內容
為了解決上述難點,本發明提供一種機械蒸汽再壓縮降膜蒸發工藝方法及其系統,使蒸汽循環再利用,大大降低能源消耗,污廢水處理能力大大提高,自動化程度高,操作簡單方便,適用于規模化生產。
本發明的技術方案是:一種機械蒸汽再壓縮降膜蒸發工藝方法,具體步驟如下:
1)高鹽廢水預處理:物料通過進料泵經入預熱器,利用降膜蒸發器二次蒸汽冷凝下來的凝結水作為預熱器的熱源,將物料預熱,預熱后的物料進入液體混合裝置,與降膜蒸發器的蒸發室出來的液體混合后送入降膜蒸發器;
2)降膜蒸發系統:物料經入降膜蒸發器后,經過蒸發器殼程蒸汽的間接加熱,吸收熱量后溫度升高,然后進入蒸發室,由于蒸發室內為負壓,物料進來后瞬間蒸發,大部分水變成二次蒸汽,由二次蒸汽出口排出;
3)蒸汽壓縮循環再利用系統:由蒸發室出來的二次蒸汽進入蒸汽壓縮機,蒸汽經蒸汽壓縮機壓縮后壓力提高,同時溫度也升高,重新返回降膜蒸發器的殼程被再次利用。新鮮蒸汽僅用于補充熱損失和補充進出料熱焓,大幅度減低蒸發器對外來新鮮蒸汽的消耗。
本發明還提供一種機械再壓縮降膜蒸發系統,包括高鹽廢水預處理系統、降膜蒸發器、蒸汽壓縮循環再利用系統;
所述高鹽廢水預處理系統包括給料泵、第一預熱器、第二預熱器、第二冷凝水泵、除氣器、給料泵、蒸汽閃蒸罐、第一濃縮水泵;進料管道通過給料泵管道連接至第一預熱器的進料口,第一預熱器的出料口連接至第二預熱器的進料口,第二預熱器的出料口連接至除氣器的進料口,同時降膜蒸發器的蒸發室液體出口連接至除氣器底部進口,通過除氣器將經除氣器處理后的料液與降膜蒸發器中經蒸發室蒸發處理后的液體混合后,發送至給料泵,給料泵出口通過第一濃縮水泵管道連接至降膜蒸發器進料口,從而將混合料液輸送至降膜蒸發器內部;
所述降膜蒸發器的凝結水出口連接至蒸汽閃蒸罐進液口,蒸汽閃蒸罐出氣口通過第二冷凝水泵管道連接至第一預熱器的蒸汽進口;通過蒸汽閃蒸罐和第二冷凝水泵將降膜蒸發器二次蒸汽冷凝下來的凝結水閃蒸后輸送至第一預熱器,對物料進行預熱;充分利用系統的余熱。
所述蒸汽壓縮循環再利用系統包括蒸汽壓縮機,蒸汽壓縮機的進口連接降膜蒸發器的二次蒸汽出口,蒸汽壓縮機的出口連接降膜蒸發器頂端的二次蒸汽循環進口;由蒸發室出來的二次蒸汽進入蒸汽壓縮機,蒸汽經壓縮后蒸汽的壓力提高,同時溫度也升高,重新返回降膜蒸發器的殼程被再次利用;同時,降膜蒸發器頂端的二次蒸汽循環進口連接外部蒸汽管道。
進一步的,包括冷凝水回收利用系統,所述冷凝水回收利用系統包括冷凝水箱、第一冷凝水泵,冷凝水箱的進液口連接第一預熱器的蒸汽冷凝器水出口,冷凝水箱的出液口通過第一冷凝水泵管道連接至降膜蒸發器頂端的二次蒸汽循環進口和降膜蒸發器底端的液體進口;在系統工作完成后,通過控制第一冷凝水泵,實現對降膜蒸發器的沖洗,實現冷凝水回收利用,充分利用系統資源。
進一步的,包括晶體回收系統,所述晶體回收系統包括旋流分離器、晶種回收罐、第一濃縮水泵、第二濃縮水泵、攪拌槽、離心分離器;所述降膜蒸發器的濃縮液出口通過第一濃縮水泵管道連接至旋流分離器進液口,旋流分離器的輕向出口連接至離心分離器,通過離心分離器脫水分離出鹽,旋流分離器的重向出口連接至晶種回收罐進口,通過晶種回收罐回收晶體后,通過第二濃縮水泵將晶體輸送至攪拌槽攪拌后,利用第二濃縮水泵輸送回降膜蒸發器,回收利用晶種。
進一步的,所述第二預熱器的蒸汽進口連接外部蒸汽管道,第二預熱器的蒸汽冷凝器水出口連接第二冷凝水泵的進口;系統首次啟動時采用外部蒸汽作為熱源對物料進行預熱處理。
本項目研究的MVR蒸發器主要有以下特點及創新之處:
(1)熱效率高,節省能源,功耗低。蒸發一噸水的能耗只相當于傳統蒸發器的四分之一到五分之一。節能效果十分顯著。
(2)運行成本低。MVR蒸發器耗能一般是傳統多效蒸發器三分之一到四分之一。節省的運行費用將是一大筆企業利潤。以一個每小時蒸發50噸水的MVR蒸發器來說,若以購買蒸汽200元/噸計算(內地的平均價格,深圳的價格為300元/噸),傳統蒸發器的每噸水成本約為50元/噸(每噸蒸汽可以蒸發4噸水),而MVR蒸發器為20元/噸。若以蒸發器平均每天工作20個小時,一年運行300天計算,則一年就可以節省30×50×20×300=9,000,000元人民幣。若MVR蒸發器的成本為1800萬,則兩年節省的錢就可收回MVR蒸發器的全部投資。
(3)清潔能源,沒有任何污染。MVR蒸發器只要有電就可以運行。采用的是工業電源,系統本身沒有任何二氧化碳排放的問題。不用蒸汽,不用鍋爐,不用燒煤和油,不用煙囪,不用冷卻水沒有CO2和SO2的排放。現在國際上盛行的CDM項目,中國作為發展中國家來說,這也是個很大收入,當前國際上每噸CO2的價格是9.8歐元。所以如果大量使用MVR蒸發器,將給國家帶來大量的CDM收入。
(4)通過二次蒸汽回用技術,蒸汽冷凝水的COD和BOD值以及氨氮含量遠低于傳統的多效蒸發器的指標,他們完全符合國家規定的排放標準,冷凝水完全可以回用。
(5)采用單級真空蒸發,蒸發溫度低,特別適合熱敏性較強的物料,不易使物料變性。采用低溫負壓蒸發(50-80℃),有利于防止被蒸發物料的高溫變性。
(6)MVR蒸發器是傳統多效降膜蒸發器的換代產品。凡單效及多效蒸發器適用的物料和工藝,均適合采用MVR蒸發器,在技術上具有完全可替代性,并具有更優良的環保與節能特性。
(7)自動化程度高,MVR蒸發器采用工控機和PLC控制系統以及變頻技術,完全實現了無人值守的全自動運行。
(8)MVR低溫節能高效蒸發器體積小,可移動性。中小型MVR蒸發器,占地面積在10到50平方米的范圍內,可以設計成移動式結構,便于安裝、調試和運輸。
附圖說明
圖1為本發明的工藝流程圖。
圖中:1為原水箱、2為給料泵、3為第一預熱器、4為第二預熱器、5為冷凝水箱、6為第一冷凝水泵、7為第二冷凝水泵、8為除氣器、9為給料泵、10為蒸汽閃蒸罐、11為降膜蒸發器、12為蒸汽壓縮機、13為旋流分離器、14為晶種回收罐、15為第二濃縮水泵、16為攪拌槽、17為第一濃縮水泵、18為離心分離器。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
如圖1所示,機械再壓縮降膜蒸發系統包括高鹽廢水預處理系統、降膜蒸發器11、蒸汽壓縮循環再利用系統、冷凝水回收利用系統、晶體回收系統。
所述高鹽廢水預處理系統包括原水箱1、給料泵2、第一預熱器3、第二預熱器4、第二冷凝水泵7、除氣器8、給料泵9、蒸汽閃蒸罐10、第一濃縮水泵17;進料管道連接至原水箱1的進料口,原水箱1的出料口通過給料泵2管道連接至第一預熱器3的進料口,第一預熱器3的出料口連接至第二預熱器4的進料口,第二預熱器4的出料口連接至除氣器8的進料口,同時降膜蒸發器11的蒸發室液體出口連接至除氣器8底部進口,除氣器8的液體出口連接至給料泵9,給料泵9出口通過第一濃縮水泵17管道連接至降膜蒸發器11進料口。
物料存儲于原水箱內,通過給料泵輸送至第一預熱器和第二預熱器進行預熱處理,預熱后的物料進入除氣器進行除氣處理,經除氣器處理后的氣體送至系統外部設備,經除氣器處理后的料液與降膜蒸發器中經蒸發室蒸發處理后的液體在除氣器內混合后,通過給料泵9和第一濃縮水泵17將混合料液輸送至降膜蒸發器11內部。
降膜蒸發器11的凝結水出口連接至蒸汽閃蒸罐10進液口,蒸汽閃蒸罐10出氣口通過第二冷凝水泵7管道連接至第一預熱器3的蒸汽進口。通過蒸汽閃蒸罐和第二冷凝水泵將降膜蒸發器二次蒸汽冷凝下來的凝結水閃蒸后輸送至第一預熱器,對物料進行預熱,充分利用系統的余熱。
第二預熱器4的蒸汽進口連接外部蒸汽管道,第二預熱器4的蒸汽冷凝器水出口連接第二冷凝水泵7的進口。首次啟動時采用外部蒸汽作為熱源對物料進行預熱處理。
所述降膜蒸發器11,物料經過蒸發器殼程蒸汽的間接加熱,吸收熱量后溫度升高,然后進入蒸發室,由于蒸發室內為負壓,物料進來后瞬間蒸發,大部分水變成二次蒸汽,由二次蒸汽出口排出;由于降膜蒸發器是液膜傳熱,所以其傳熱系數高于其他形式的蒸發器;此外,降膜蒸發沒有液柱靜壓力,傳熱溫差顯著高于其他形式的蒸發器。故可取的良好的傳熱效果。
在降膜蒸發器中,液體和蒸汽向下并流流動。料液經預熱器預熱至沸騰溫度,經頂部的液體分布裝置形成均勻的液膜進入加熱管,并在管內部分蒸發。二次蒸汽與濃縮液在管內并 流而下,料液在蒸發器中的停留時間短,能適應熱敏性溶液的蒸發。另外,降膜蒸發還適用于高粘度溶液。降膜蒸發器極易使管內的泡沫破裂,故亦適用于易發泡物料的蒸發。
所述蒸汽壓縮循環再利用系統包括蒸汽壓縮機12,蒸汽壓縮機12的進口連接降膜蒸發器11的二次蒸汽出口,蒸汽壓縮機12的出口連接降膜蒸發器11頂端的二次蒸汽循環進口。由蒸發室出來的二次蒸汽進入蒸汽壓縮機,蒸汽經壓縮后蒸汽的壓力提高,同時溫度也升高,重新返回降膜蒸發器的殼程被再次利用。
同時,降膜蒸發器11頂端的二次蒸汽循環進口連接外部蒸汽管道,外部蒸汽管道中的新鮮蒸汽僅用于補充熱損失和補充進出料熱焓,大幅度減低蒸發器對外來新鮮蒸汽的消耗。
所述冷凝水回收利用系統包括冷凝水箱5、第一冷凝水泵6,冷凝水箱5的進液口連接第一預熱器3的蒸汽冷凝器水出口,冷凝水箱5的出液口通過第一冷凝水泵6管道連接至降膜蒸發器11頂端的二次蒸汽循環進口和降膜蒸發器11底端的液體進口。在系統工作完成后,通過控制第一冷凝水泵6,可實現對降膜蒸發器的沖洗,實現冷凝水回收利用,充分利用系統資源。
所述晶體回收系統包括旋流分離器13、晶種回收罐14、第一濃縮水泵17、第二濃縮水泵15、攪拌槽16、離心分離器18;所述降膜蒸發器11的濃縮液出口通過第一濃縮水泵17管道連接至旋流分離器13進液口,旋流分離器13的輕向出口連接至離心分離器18,通過離心分離器18脫水分離出鹽,旋流分離器13的重向出口連接至晶種回收罐14進口,通過晶種回收罐14回收晶體后,通過第二濃縮水泵15將晶體輸送至攪拌槽16攪拌后,利用第二濃縮水泵15輸送回降膜蒸發器11,實現晶種的回收利用。
本發明的自動控制系統:主要包括:設備自動啟動、停機和CIP清洗程序對于部件的單獨控制,可配置自動化系統,實現進料量自動控制,加熱溫度自動控制,出料濃度自動控制,清洗自動控制,還可配備突發停電、故障時對敏感性物料的保護措施。其它安全、報警等自動化操作、控制。MVR蒸發器采用工控機和PLC控制系統以及變頻技術,完全實現了無人值守的全自動運行,符合安全、靈活的操作要求。
在機械再壓縮降膜蒸發系統內,在一定的壓力下,利用蒸汽壓縮機對換熱器中的不凝氣(開始預熱時)和水蒸汽(開始蒸發時)進行壓縮,從而產生蒸汽,同時釋放出熱能。產生的二次蒸汽經機械式熱能壓縮機作用后,并在蒸發器系統內多次重復利用所產生的二次蒸汽的熱量,使系統內的溫度提升5~20℃,熱量可以連續多次的被利用,外部新鮮蒸汽僅用于補充熱損失和補充進出料熱焓,大幅度減低蒸發器對外來新鮮蒸汽的消耗。提高了熱效率,降低了能耗,避免使用外部蒸汽和鍋爐(本蒸汽再壓縮式節能蒸發器的主要運行費用僅僅是驅動壓縮 機的電能)。由于電能是清潔能源,因此,MVR蒸發器真正達到了“零”污染的排放(完全沒有二氧化碳的排放)。在中國各級政府大力提倡節能減排的今天,MVR技術的應用具有特別重要的現實意義。
機械式蒸汽再壓縮(MVR)蒸發器的應用使原來要廢棄的蒸汽得到了充分的利用,回收了潛熱,又提高了熱效率,減少了對外部加熱及冷卻資源的需求,降低能耗,減少污染。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然其并非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明的精神和范圍內,當可作各種的更動與潤飾。因此,本發明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。

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機械 蒸汽 再壓縮 蒸發 工藝 方法 及其 系統
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