[0001]
本发明属于蒸发技术领域，具体涉及一种载热气驱动的超重力强化蒸发的装置及方法。
背景技术：
[0002]
超重力技术的核心是旋转填料床，通过旋转填料床中快速旋转的填料产生的离心力来模拟超重力场，用以强化传递与混合过程。具有传质效果好、停留时间短、持液量小、开停车容易、设备体积小等优点。旋转的填料代替垂直静止的填料塔，使得气液两相在旋转填料层中充分接触，从而完成传质和传热。它的适用范围广泛，既可用于传质分离过程，又可用于反应过程。液体在填料中被连续分散剪切，提高表面更新速度，同时增大气液相的湍流程度，强化了传热和传质。
[0003]
工程上把采用加热方法将含有不挥发性溶质（通常为固体）的溶液在沸腾状态下使其浓缩的单元操作称为蒸发，进行蒸发过程的设备称为蒸发器。传统的蒸发技术均采用间接接触的方式进行蒸发，传热效果受到限制，同时存在易结垢、能耗较高、成本较高、易腐蚀等问题。不少学者的研究热点是蒸发设备，旨在提高传热面积和界面更新速度等，直接接触换热蒸发引起了众多关注。
[0004]
超重力直接接触蒸发技术采用气液直接接触的方式进行换热，载热气和溶液直接换热，传热过程迅速。由于高速旋转的填料对溶液有高剪切作用，把溶液分割成具有一定线速度的极薄的液膜和细小的液滴。气体通过高速旋转、弯曲、狭窄多变的、充满极薄液膜和细小液滴的填料层中的空隙，加大与溶液和填料之间的碰撞接触，液膜厚度减小，此时传热总表面积是填料面积和液膜面积之和，提高了传热系数，强化传热、传质过程。
[0005]
超重力直接接触蒸发技术无需设置换热面，可大幅提高传热系数，具有节能优势，更有经济性；连续操作易于浆料处理，温度更易控制，处理效率更高。
[0006]
中国专利cn104689584a公布了一种热泵驱动的超重力场强化蒸发系统，使用热泵技术实现系统的加热和制冷，在蒸发室中利用超重力旋转场和液体加热循环气体的方式提高气体载湿能力，设有独立的回热除湿设备，更节能，降低蒸发温度。但是需要设置多级回热除湿器，除湿填料塔等，还需要运用热泵技术，流程较复杂，易结垢，不适合处理高粘度液体。相对而言，本发明只需要空气加热设备或热回收再利用设备，减少蒸汽热源的输入；另一方面，载热气不进行封闭循环，不需要对湿空气进行除湿回收利用，减少设备的投入，流程更简洁，适用性更强。
[0007]
中国专利cn104707350b公布了一种蒸汽驱动的超重力场强化蒸发系统，主要利用水分子随着温度的升高其逃逸动能增大的原理，让高温溶液与大气进行传热传质来提高出口空气含湿量。存在的问题是需要将溶液预热到高温，能耗较大，不适用于低温蒸发以及热敏性物质的蒸发。相对而言，本发明是用高温气和常温液进行换热蒸发，可以实现低温和热敏性物质蒸发，预热空气需要的能耗更少。
[0008]
中国专利cn206219256u公布了一种超重力场强化废水蒸发塔，塔体内从上往下依
次设置有丝网除沫器、液体分布器、规整填料、液体再分布器以及气体分布器。废水通过液体分布器在自身重力作用下落入规整填料，与底部上来的热风接触，加大了接触面积，加速蒸发水分及延缓下落速度。存在的问题是此专利中填料是静止的，无法实现超重力环境，强化蒸发效果有限。相对而言，本发明使用电机带动填料旋转形成超重力场，气液雾化接触，传热蒸发效率更高；不仅可以蒸发处理废水，还可用于溶液浓缩等。
技术实现要素：
[0009]
本发明针对现有蒸发设备存在的成本高、占地面积大、易堵塞等问题，提供一种快速高效蒸发技术，在超重力环境下实现直接接触换热蒸发，可以获得较大的传质系数和传热系数，减少能源消耗的同时提高蒸发浓缩的效率，做到节能减排降耗。
[0010]
本发明采用如下技术方案：一种载热气驱动的超重力强化蒸发的装置，包括旋转填料床、鼓风机、空气缓冲罐、空气加热器、储液槽ⅰ、储液槽ⅱ、储液槽ⅲ和冷凝设备，鼓风机的出风口与空气缓冲罐的入口连接，空气缓冲罐的出口通过阀门和气体流量计与空气加热器的入口连接，空气加热器的出口与旋转填料床的进气口连接，储液槽ⅱ通过泵、阀门和液体流量计与旋转填料床的进液口连接，旋转填料床的出气口通过冷凝设备与储液槽ⅲ连接，旋转填料床的出液口与储液槽ⅰ连接。
[0011]
所述旋转填料床为立式或卧式结构。
[0012]
所述旋转填料床中的填料为丝网、波纹网、多孔板或规整填料。
[0013]
一种载热气驱动的超重力强化蒸发的方法，包括如下步骤：第一步，将鼓风机吹入的气体经过空气加热器，加热为载热气，载热气和溶液分别连续通入旋转填料床，溶液与载热气在旋转填料床中直接接触换热蒸发；第二步，调节操作参数进行蒸发：溶液通过旋转填料床的液体分布器的喷嘴，喷射到旋转填料床的填料的内缘上，在离心力的作用下沿填料孔隙向外缘流动，与载热气在超重力场中直接接触，溶液快速升温，部分溶剂气化，溶液浓缩为饱和或亚饱和状；第三步，饱和或亚饱和状溶液从旋转填料床的出液口排出；第四步，气化的溶剂随载热气从旋转填料床的的排气口排出，经后处理装置将溶剂回收。
[0014]
所述载热气和溶液的接触形式包括逆流、错流和并流中的任意一种。
[0015]
所述载热气包括烟道气、空气、二氧化碳、燃油气和氮气中的任意一种。
[0016]
本发明的有益效果如下：本发明通过调节旋转填料床转速，高速旋转的填料对溶液的高剪切作用，把溶液分割成具有一定线速度的极薄的液膜和细小的液滴，增大气液接触面积和强化载热气和溶液的碰撞接触，同时使得液膜厚度减小和增大平均温差，提高传热系数。
[0017]
超重力快速高效蒸发技术，在超重力设备内进行直接接触换热蒸发，工艺简单，对温度实现灵敏控制，操作性可控性增强。超重力设备成本低、换热效率高、占地面积小、开停车方便。可使用烟道气等作为热源，进行热回收利用；蒸发出的溶剂实现回收，有良好的经济效益。
[0018]
本发明可以用来进行液体的浓缩、制取或回收纯净溶剂、废水处理和蒸发得到溶
质晶体等。
附图说明
[0019]
图1为本发明的装置结构示意图；图2为本发明的旋转填料床工作原理示意图；其中：1-旋转填料床；2-鼓风机；3-空气缓冲罐；4-空气加热器；5-储液槽ⅰ；6-储液槽ⅱ；7-储液槽ⅲ；8-冷凝设备；9-阀门；10-气体流量计；11-进气口；12-泵；13-液体流量计；14-进液口；15-出气口；16-出液口。
具体实施方式
[0020]
结合附图，对本发明做进一步说明。
[0021]
如图所示，一种载热气驱动的超重力强化蒸发的装置，包括旋转填料床、鼓风机、空气缓冲罐、空气加热器、储液槽ⅰ、储液槽ⅱ、储液槽ⅲ和冷凝设备，鼓风机的出风口与空气缓冲罐的入口连接，空气缓冲罐的出口通过阀门和气体流量计与空气加热器的入口连接，空气加热器的出口与旋转填料床的进气口连接，储液槽ⅱ通过泵、阀门和液体流量计与旋转填料床的进液口连接，旋转填料床的出气口通过冷凝设备与储液槽ⅲ连接，旋转填料床的出液口与储液槽ⅰ连接。
[0022]
一种载热气驱动的超重力强化蒸发的方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步，将鼓风机吹入的气体经过空气加热器，加热为载热气，载热气和溶液分别连续通入旋转填料床，溶液与载热气在旋转填料床中直接接触换热蒸发；第二步，调节操作参数进行蒸发：溶液通过旋转填料床的液体分布器的喷嘴，喷射到旋转填料床的填料的内缘上，在离心力的作用下沿填料孔隙向外缘流动，与载热气在超重力场中直接接触，溶液快速升温，部分溶剂气化，溶液浓缩为饱和或亚饱和状；第三步，饱和或亚饱和状溶液从旋转填料床的出液口排出；第四步，气化的溶剂随载热气从旋转填料床的的排气口排出，经后处理装置将溶剂回收。
[0023]
实施例1高温烟道气驱动的超重力强化蒸发氯化钠溶液：将温度为250℃的高温烟道气和氯化钠稀溶液连续通入立式超重力装置，选用错流旋转填料床，填料层为鲍尔环填料，转速设定为1000 r/min。氯化钠稀溶液通过液体分布器的喷嘴，喷射到旋转填料床填料层的内缘上，在离心力的作用下沿填料孔隙向外缘流动，高温烟道气与氯化钠稀溶液在超重力场中直接接触。氯化钠稀溶液快速升温，部分水气化，溶液快速浓缩为饱和状，从超重力装置的液体出口排出。高温烟道气与氯化钠稀溶液换热后温度降低，从超重力装置的排气口排出，经后处理装置将蒸发出的水回收。通过计算，采用此技术换热面积比传统技术提高50%，传热效率提高25%，能耗比传统工艺节省25%。
[0024]
实施例2热空气驱动的超重力强化蒸发浓缩稀烧碱溶液：将300℃的热空气和稀烧碱溶液连续通入卧式超重力装置，选用逆流旋转填料床，填料层为丝网填料，转速设定为800 r/min。热空气与稀烧碱溶液在丝网填料上直接接触，溶液快速升温，部分水气化，快速浓缩后从超重
力装置的溶液出口排出。热空气和气化的水分从超重力装置的排气口排出，经后处理装置将水回收，通过本技术能耗节省25%。
[0025]
实施例3利用本技术蒸发处理高盐废水，水中氯化钠含量约200 g/l，cod约500 mg/l。将温度为300℃的高温烟道气和高盐废水连续通入立式超重力装置，选用错流旋转填料床，填料层为规整填料，转速设定为1000 r/min。烟道气和废水在超重力场中直接接触，高盐废水被快速浓缩。水蒸气随烟道气从超重力装置的排气口排出，冷凝回收。设备运行稳定，换热面积比传统技术提高50%，能耗比传统工艺节省30%。