CN111659185A - 一种高分子薄膜蒸发浓缩系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种高分子薄膜蒸发浓缩系统，原液池通过进料泵顺序连接第一板式预热器与第二板式预热器的原液管路，第二板式预热器的原液管路的出液端连接过滤器，过滤器通过薄膜蒸发循环泵连接薄膜换热器，薄膜换热器的出液端连接所述过滤器，溶液蒸发过程中，通过二级预热的作用，提前将溶液温度提升，使得在蒸发过程中，能够更有效的提高热能利用率，高效蒸发，并且采用单线闭环的蒸发形式，能够根据溶液的浓度实现反复蒸发过程，提高蒸发效率。

Description

一种高分子薄膜蒸发浓缩系统

技术领域

本发明实施例涉及蒸发浓缩技术领域，具体涉及一种高分子薄膜蒸发浓缩系统。

背景技术

蒸发浓缩技术利用热交互原理提高溶液的浓度，从而实现将溶液结晶的目的，具有可处理容积大、效率快等优点，主要应用于化工环保废水处理和海水淡化领域，现有的浓缩技术主要以MVR蒸发器为主。

蒸发的过程是蒸汽与冷料进行换热，蒸汽降低温度冷凝成水，冷料温度升高汽化，从而提升溶质浓度的过程；传统的蒸发器，热源大多采用高温热源；而MVR蒸发器，采用自身蒸发出来的蒸汽，经压缩机提升5-20℃温度后返回系统供热，所以MVR蒸发器的热源温度相对传统蒸发器要低的多；传统蒸发器因采用高温热源，所以只能考虑金属材质或者石墨材料，MVR蒸发器采用相对低温的热源，在此温度范围，高分子材料制品能够满足使用要求，所以采用高分子材料作为换热器原料是完全可行的。

传统蒸发器常用金属材质，例如碳钢、304、316L、2205钛材等等，常用非金属材质石墨，采用这些材料均存在设备笨重、造价高，易腐蚀的问题。

高分子材料相比金属材料，有如下优势：

1、重量轻，单位用料量少。

2、表面光洁度高，不容易结垢

3、加工制造过程简单，易于全自动化生产。

4、易于模块化设计，减少现场安装焊接工作量，品质有保障。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种高分子薄膜蒸发浓缩系统，以解决现有技术中由于占地面积大、热能利用率不高、蒸发器造价高的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

在本发明的实施方式的第一方面中，提供了一种高分子薄膜蒸发浓缩系统，包括

原液池：所述原液池通过进料泵顺序连接第一板式预热器与第二板式预热器的原液管路，所述第二板式预热器的原液管路的出液端连接过滤器，所述过滤器通过薄膜蒸发循环泵连接薄膜换热器，所述薄膜换热器的出液端连接所述过滤器；

压缩机：所述压缩机的压缩气体出口连接所述薄膜换热器的换热结构的入口，所述换热结构的排气通道连接所述压缩机的入口，所述换热结构的排液通道连接第二板式预热器加热管路，所述第二板式预热器的加热管路的出液端连接蒸馏水罐，所述蒸馏水罐通过冷凝水泵连接所述第一板式预热器的加热管路，所述第一板式预热器的加热管路的出口连接储液池；

所述薄膜循环泵的出液端还连接浓缩液池。

进一步地，所述进料泵的给料管路还连接所述原液池，所述进料泵连接所述第一板式预热器之间的管路上设置双给料通道，所述进料泵连接所述原液池的给料管路位于双给料通道的前端。

进一步地，所述压缩机的排液通道连接连接积液罐，所述积液罐通过积液泵连接所述蒸馏水罐。

进一步地，所述薄膜换热器上还设有直排口，所述直排口连接所述积液罐。

进一步地，所述薄膜换热器包括外壳，所述外壳内设有换热结构，所述外壳上设有原液入口及与所述换热结构连接的蒸汽入口和不凝气出口，所述原液入口连接设置在外壳内部的物料扩散装置，所述外壳的底部设有原液循环出口，所述外壳的顶部设有原液蒸汽出口。

进一步地，所述换热结构包括若干并联设置的薄膜换热片，所述换热结构包括与所述蒸汽入口对应的进气端，以及两个与不凝气出口对应的出气端。

进一步地，所述薄膜换热片为椭型、葫芦形或S形结构中的一种，其上下两端的纵截面为弧形结构，所述薄膜换热片为高分子材料制成的一体成型结构，材料不限于PP、PE、PTFE、FEP、PEEK中的一种或者多种组合，其厚度为0.05-1mm。

进一步地，所述物料扩散装置包括若干均匀分布的分液管，所述分液管的端部设有喷头，所述喷头包括连接部，所述连接部的底侧设有喷筒，所述喷筒的顶部周侧设有均匀分布的若干喷孔。

进一步地，所述喷筒的内部设有与喷筒的内部紧密接触且能够密封住所述喷孔的隔断件，所述隔断件的底侧设有支撑弹簧。

进一步地，所述喷孔为由所述喷筒内侧至其外侧向下倾斜设置，其喷筒垂直中心线之间呈45°的夹角。

根据本发明的实施方式，本方案具有如下优点：

1、本发明的技术方案中，原液池通过进料泵顺序连接第一板式预热器与第二板式预热器的原液管路，第二板式预热器的原液管路的出液端连接过滤器，过滤器通过薄膜蒸发循环泵连接薄膜换热器，薄膜换热器的出液端连接所述过滤器，溶液蒸发过程中，通过二级预热的作用，提前将溶液温度提升，使得在蒸发过程中，能够更有效的提高热能利用率，高效蒸发，并且采用单线闭环的蒸发形式，能够根据溶液的浓度实现反复蒸发过程，提高蒸发效率；

2、本发明的技术方案中，压缩机的压缩气体出口连接所述薄膜换热器的换热结构的入口，换热结构的排气通道连接压缩机的入口，换热结构的排液通道连接第二板式预热器加热管路，第二板式预热器的加热管路的出液端连接蒸馏水罐，蒸馏水罐通过冷凝水泵连接第一板式预热器的加热管路，第一板式预热器的加热管路的出口连接储液池，通过压缩气体提高蒸发所需热量，进人蒸发系统，并能够反复循环压缩利用，同时形成二级气液混合进人预热工艺过程中，实现不同温度的蒸汽的热能最大利用率；

3、本发明中的换热器，外壳内设有换热结构，外壳上设有原液入口及与换热结构连接的蒸汽入口和不凝气出口，原液入口连接设置在外壳内部的物料扩散装置，外壳的底部设有原液循环出口，通过将物料与换热装置之间接触，从而将物料浓缩、分离，设备结构简洁，布局合理，结构之间连接少，便于维护；

4、本方案中的换热装置采用高分子材料制成，其椭圆形结构一体成型具有光洁的外表面，其传热面很难结垢，大大减少了设备维修次数，保证了相对稳定的传热系数和生产的长期运行，同时，其具有更好的抗腐蚀性以及导热性能，使用寿命更长，降低维护成本；

5、本方案中的物料扩散装置中，喷头结构内部设有与喷筒的内部紧密接触且能够密封住所述喷孔的隔断件，隔断件的底侧设有支撑弹簧，其为在工作压力下自动将物料喷洒在换热装置上，从而提高结晶效率，同时，喷头在无压力的状态下能够自动封闭，从而形成单向输送结构，从而避免物料蒸发后形成的蒸汽由固定出口排出，而不会回流至物料一侧，避免物料管路内聚集气体而导致下次运行时物料分布不均；

6、本发明中薄膜换热片相较于传统的换热机构，具有以下特点：

具有极好的耐腐蚀性能：由于换热片的材料属化学惰性材料，除高温下的元素氟，熔融态碱金属、三氟化氯、六氟化铀、全氟煤油外，几乎可以在所有的介质中工作。如：浓盐酸、氢氟酸、硫酸、硝酸、磷酸、醋酸、草酸、苛性钠、次氯酸钠、萘、苯、二甲苯、丙酮、王水、氯气、甲苯、各种有机溶剂等等；

抗结垢性好：其椭圆形结构、表面光滑性、绕曲性和高膨胀系数，使其传热面很难结垢，大大减少了设备维修次数，保证了相对稳定的传热系数和生产的长期运行；

寿命长久综合成本低：由于其本身中不含光敏基因，因而其具有优异的耐大气老化性。在强腐蚀介质中其使用寿命是不锈钢的20至30倍，再加上免除了维修、事故停产所造成的损失，其综合成本绝对低于其它换热器；

传热性能好：由于换热片采用的是薄壁管，壁厚仅有0.5mm、0.75mm、1mm，所以克服了聚四氟乙烯材料导热系数低的缺点，使其总传热系数可达150—300(W/m²·K)；

阻力小：由于F4的摩擦系数很小、粗糙度低、润滑性能特好，因此流体在管束内的阻力比金属管小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的一种高分子薄膜蒸发浓缩系统的系统结构图；

图2为本发明实施例提供的一种高分子薄膜蒸发浓缩系统中薄膜换热器的内部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种高分子薄膜蒸发浓缩系统中换热装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种高分子薄膜蒸发浓缩系统中喷头的剖视结构示意图。

图中：

1、原液池；

2、进料泵；

3、第一板式预热器；

4、第二板式预热器；

5、过滤器；

6、薄膜蒸发循环泵；

7、薄膜换热器；71、外壳；72、原液入口；73、蒸汽入口；74、不凝气出口；75、原液循环出口；76、薄膜换热片；77、原液蒸汽出口；

8、分液管；

9、喷头；91、连接部；92、喷筒；93、喷孔；94、隔断件；95、支撑弹簧；

10、压缩机；11、蒸馏水罐；12、冷凝水泵；13、储液池；14、浓缩液池；15、积液罐；16、积液泵。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，其示出了本发明实施例提供的一种高分子薄膜蒸发浓缩系统，包括

原液池1：原液池1通过进料泵2顺序连接第一板式预热器3与第二板式预热器4的原液管路，第二板式预热器4的原液管路的出液端连接过滤器5，过滤器5通过薄膜蒸发循环泵6连接薄膜换热器7，薄膜换热器7的出液端连接过滤器5；

溶液蒸发过程中，通过二级预热的作用，提前将溶液温度提升，使得在蒸发过程中，能够更有效的提高热能利用率，高效蒸发，并且采用单线闭环的蒸发形式，能够根据溶液的浓度实现反复蒸发过程，提高蒸发效率。

压缩机10：压缩机10的压缩气体出口连接薄膜换热器7的换热结构的入口，换热结构的排气通道连接压缩机10的入口，换热结构的排液通道连接第二板式预热器4加热管路，第二板式预热器4的加热管路的出液端连接蒸馏水罐11，蒸馏水罐11通过冷凝水泵12连接第一板式预热器3的加热管路，第一板式预热器3的加热管路的出口连接储液池13；

其中第二板式预热器4的加热管路出液端设置气液分离器，液体流入蒸馏水罐11，气体作为尾气外排收集利用，回收的管路上设置比例调节阀，可以直接回流至压缩机10内。

利用压缩机10压缩气体提高蒸发所需热量，进人蒸发系统，并能够反复循环压缩利用，同时形成二级气液混合进人预热工艺过程中，实现不同温度的蒸汽的热能最大利用率，压缩机10上可以设置循环冷却水结构，以确保压缩机10的正常工作温度范围，保障压缩机10的正常运行。

薄膜循环泵的出液端还连接浓缩液池14，薄膜循环泵的出欧管路上设置，溶液浓度传感器，听过对溶液浓度的检测，实现选择开启通向薄膜换热器7或者浓缩液池14的阀体。

在本系统中，进料泵2、薄膜蒸发循环泵6、冷凝水泵12以及积液泵16的出液端均设有压力表，其中进料泵2与的冷凝水泵12的压力指范围为0-0.4MP，薄膜蒸发循环泵6与积液泵16的压力指范围为-0.1-0.3MP；

原液池1、储液池13与浓缩液池14内均设有液位传感器，能够实时监控池内的溶液体积，确保系统能够正常运行；

积液罐15直接连接蒸馏水罐11，积液罐15上设置液位高连锁与液位低连锁传感器，当积液罐15的液位较高时，液位高连锁反应，即不用通过积液泵16而直接开启阀门向蒸馏水罐11输送液体，其形成的双重输送过程，避免在单管路出现故障后不能及时输送液体而给积液罐15带来压力，同时保证系统的而正常运行。

原液泵与第一板式预热器3之间的管路上设有流量变送器，流量变送器连接进料泵2，其实现对原液流量的实时监控以及对进料泵2的流量控制，薄膜换热器7的出液端设置的流量变送器也连接进料泵2；相应的，第一板式预热器3与储液池13之间设置的流量变送器以及蒸馏水罐11上设置的业微信号变送器均连接冷凝水泵12；

第二板式换热器连接过滤器5的管路上、薄膜换热器7的排液口自己压缩机10的压缩气体输出端均设有温度变送器，能够实时检测相应节点的温度变化。

进一步的实施例中，进料泵2的给料管路还连接原液池1，进料泵2连接第一板式预热器3之间的管路上设置双给料通道，进料泵2连接原液池1的给料管路位于双给料通道的前端，双给料通道能够保证给料过程的稳定性，其一为备用通道节点。

其中，压缩机10的排液通道连接连接积液罐15，积液罐15通过积液泵16连接蒸馏水罐11，压缩机10内形成的积液直接流入积液罐15中，并通过循环形成预热介质，确保系统中热量的充分利用。

再一个实施例中，薄膜换热器7上还设有直排口，直排口连接积液罐15直排口设置在不凝气出口74的位置上，如果存在蒸汽凝结的情况，能够进行收集回流利用。

如图2、图3所示，薄膜换热器7包括外壳71，外壳71内设有换热结构，外壳71上设有原液入口72及与换热结构连接的蒸汽入口73和不凝气出口74，原液入口72连接设置在外壳71内部的物料扩散装置，外壳71的底部设有原液循环出口75，外壳71的顶部设有原液蒸汽出口77，原液蒸汽出口77连接压缩机10。

通过将物料与换热装置之间接触，高温介质通过换热装置6的内部，从而将物料浓缩、分离，设备结构简洁，布局合理，结构之间连接少，便于维护。

其中，换热结构包括若干并联设置的薄膜换热片76，换热结构包括与蒸汽入口73对应的进气端，以及两个与不凝气出口74对应的出气端。具体的实施例中，薄膜换热片76为椭型、葫芦形、S形等形状结构，其上下两端的纵截面为弧形结构，薄膜换热片76为高分子材料制成的一体成型结构，如PP、PE、PTFE、FEP、PEEK等材料，但并不限于PP、PE、PTFE、FEP、PEEK中的一种或者多种组合，其厚度为0.1mm，0.5mm、0.75mm、1mm，其椭圆形结构成型具有光洁的外表面，其传热面很难结垢，大大减少了设备维修次数，保证了相对稳定的传热系数和生产的长期运行，同时，其具有更好的抗腐蚀性以及导热性能，使用寿命更长，降低维护成本。

如图4所示，物料扩散装置包括若干均匀分布的分液管8，分液管8的端部设有喷头9，喷头9包括连接部91，连接部91的底侧设有喷筒92，喷筒92的顶部周侧设有均匀分布的若干喷孔93。

其中，喷筒92的内部设有与喷筒92的内部紧密接触且能够密封住喷孔93的隔断件94，隔断件94的底侧设有支撑弹簧95。

具体的结构中，喷孔93为由喷筒92内侧至其外侧向下倾斜设置，其喷筒92垂直中心线之间呈45°的夹角。

本发明的蒸发浓缩系统，初次开启，需要通过压缩机10压缩高温气体通入薄膜换热器7的换热片内，部分蒸汽流入第二板式预热器4中，同时原液泵开启，原液流经第二板式预热器4时预热，后循环至过滤器5中，过滤器5通入碱液，将溶液水的金属杂质析出并过滤，再循环至薄膜换热器7中，此时需要的压缩机10的压缩气体的温度相对要求较高，蒸发过程中，运业蒸汽通过原液蒸汽出口77回流至压缩机10内，压缩机10压缩蒸汽通入第二板式预热器4经过气液分离器，气体外排回收，高温蒸馏水进入蒸馏水罐11内，再次被循环至第一板式预热器3内进行对原液预热，后进入储液池13，储液池13内的溶液可作为原液的稀释、系统管路冲洗或者冷却压缩机10用，此时，即形成原液的双重预热过程，系统完全运转，系统完全运行过程中，热量从始至终在系统内部循环，确保产出热量高效转化以及浓缩过程的高效产出，同时系统的自动化监测过程，确保各个环节之间配合的紧密性，提高效率，降低成本。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种高分子薄膜蒸发浓缩系统，其特征在于，包括

原液池：所述原液池通过进料泵顺序连接第一板式预热器与第二板式预热器的原液管路，所述第二板式预热器的原液管路的出液端连接过滤器，所述过滤器通过薄膜蒸发循环泵连接薄膜换热器，所述薄膜换热器的出液端连接所述过滤器；

压缩机：所述压缩机的压缩气体出口连接所述薄膜换热器的换热结构的入口，所述换热结构的排气通道连接所述压缩机的入口，所述换热结构的排液通道连接第二板式预热器加热管路，所述第二板式预热器的加热管路的出液端连接蒸馏水罐，所述蒸馏水罐通过冷凝水泵连接所述第一板式预热器的加热管路，所述第一板式预热器的加热管路的出口连接储液池；

所述薄膜循环泵的出液端还连接浓缩液池。

2.如权利要求1所述的高分子薄膜蒸发浓缩系统，其特征在于，所述进料泵的给料管路还连接所述原液池，所述进料泵连接所述第一板式预热器之间的管路上设置双给料通道，所述进料泵连接所述原液池的给料管路位于双给料通道的前端。

3.如权利要求2所述的高分子薄膜蒸发浓缩系统，其特征在于，所述压缩机的排液通道连接连接积液罐，所述积液罐通过积液泵连接所述蒸馏水罐。

4.如权利要求3所述的高分子薄膜蒸发浓缩系统，其特征在于，所述薄膜换热器上还设有直排口，所述直排口连接所述积液罐。

5.如权利要求1所述的高分子薄膜蒸发浓缩系统，其特征在于，所述薄膜换热器包括外壳，所述外壳内设有换热结构，所述外壳上设有原液入口及与所述换热结构连接的蒸汽入口和不凝气出口，所述原液入口连接设置在外壳内部的物料扩散装置，所述外壳的底部设有原液循环出口，所述外壳的顶部设有原液蒸汽出口。

6.如权利要求5所述的高分子薄膜蒸发浓缩系统，其特征在于，所述换热结构包括若干并联设置的薄膜换热片，所述换热结构包括与所述蒸汽入口对应的进气端，以及两个与不凝气出口对应的出气端。

7.如权利要求6所述的高分子薄膜蒸发浓缩系统，其特征在于，所述薄膜换热片为椭型、葫芦形或S形结构中的一种，其上下两端的纵截面为弧形结构，所述薄膜换热片为高分子材料制成的一体成型结构，材料不限于PP、PE、PTFE、FEP、PEEK中的一种或者多种组合，其厚度为0.05-1mm。

8.如权利要求5所述的高分子薄膜蒸发浓缩系统，其特征在于，所述物料扩散装置包括若干均匀分布的分液管，所述分液管的端部设有喷头，所述喷头包括连接部，所述连接部的底侧设有喷筒，所述喷筒的顶部周侧设有均匀分布的若干喷孔。

9.如权利要求8所述的高分子薄膜蒸发浓缩系统，其特征在于，所述喷筒的内部设有与喷筒的内部紧密接触且能够密封住所述喷孔的隔断件，所述隔断件的底侧设有支撑弹簧。

10.如权利要求9所述的高分子薄膜蒸发浓缩系统，其特征在于，所述喷孔为由所述喷筒内侧至其外侧向下倾斜设置，其喷筒垂直中心线之间呈45°的夹角。

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