一种多效膜蒸馏与多效蒸发综合结晶装置的制作方法

1.本发明涉及污水处理技术领域，更具体的说是涉及一种多效膜蒸馏与多效蒸发综合结晶装置。


背景技术：

2.油田开采过程中，采出的地下水和注入水会溶解大量的地层中矿物质，造成回注水中的矿化度很高，而高矿化度的回注水会大大降低采收率，并腐蚀管道，给开采和输送带来诸多难题。高浓度的矿化水溶液需经浓缩、除盐的淡化过程才能使用。
3.传统的浓缩技术包括多级闪蒸、多效蒸发、反渗透、电渗析和膜蒸馏等。目前反渗透技术已经被广泛用于海水淡化、废水处理及脱盐等。反渗透技术在进行脱盐处理时，淡水的回收率在50％-75％左右，剩下的即是作为反渗透浓盐水排放。浓盐水中各种离子浓度是原水中的离子浓度的2-4倍，如果直接排放，不仅对环境造成污染还会导致水和无机盐资源的浪费。同时达到减少浓缩液的排放、提高水的利用率及降低反渗透过程的成本控制，其主要方法是将反渗透浓缩液进行再利用。反渗透浓盐水再利用的一般方式是采用多效蒸发、多级闪蒸等蒸发结晶装置对反渗透浓水进行深度浓缩来实现浓盐水的减量排放甚至近零排放。
4.多级闪蒸和多效蒸发运行安全性比较高，而且技术已经相当成熟。但是化工厂常用的多效蒸发过程的热效率很低，以造水比表示一般不超过5，因而处理稀溶液时运行成本比较高，且盐溶液腐蚀性较强，多效蒸发设备需采用昂贵的耐腐蚀材料，使得投资成本大幅度提高。反渗透技术为无相变过程，具有能耗低、操作简便等优点，但该过程对预处理要求严格，且不能处理高浓度的无机盐水溶液。电渗析技术可以把盐溶液浓缩至15％甚至更高，但当盐浓度过高时，该过程电耗较大，且所产淡水含盐量较高，不可直接排放或使用。膜蒸馏技术具有操作条件温和、截留率高、可利用低品位热源、能够处理反渗透技术不能处理的高浓度盐溶液等优点，但是目前传统膜蒸馏技术的热效率一般都比较低，用造水比进行表征的热效率仅在0.2-1.0之间，因此难以实现工业化应用。
5.因此，如何提供一种高效节能的装置和技术用于盐水溶液处理是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供了一种采用多效膜蒸馏系统和多效蒸发系统联用的装置进行处理，有效降低处理成本，高效节能。
7.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种多效膜蒸馏与多效蒸发综合结晶装置，包括依次连接的多效膜蒸馏系统和多效蒸发系统；
9.所述多效膜蒸馏系统中包括多效膜蒸馏组件，所述多效膜蒸馏组件为具有内部潜热回收功能的气隙式膜蒸馏组件；
10.所述多效蒸发系统为真空蒸发系统。
11.优选的，所述多效膜蒸馏系统包括多效膜蒸馏组件，所述多效膜蒸馏组件包括交错设置的中空纤维膜和实壁毛细管，所述实壁毛细管进水端连接料液储罐、出水端连通换热器一的进水口；所述中空纤维膜的进水端连通所述换热器一的出水口、出水端连通换热器二的进水口，所述换热器二的出水口连通所述料液储罐，所述多效膜蒸馏组件侧壁设置有冷凝液导出口。
12.优选的，所述料液储罐与所述实壁毛细管进水端之间设置磁力泵。
13.优选的，所述实壁毛细管进水端设置有流量计。
14.优选的，所述中空纤维膜的进水端设置有压力计。
15.优选的，所述实壁毛细管进水端、出水端和所述空纤维膜的进水端、出水端均设置有温度计。
16.优选的，所述料液储罐与所述实壁毛细管进水端之间设置设置有回流管路，所述回流管路上设置有阀门。
17.优选的，所述多效蒸发系统为多效逆流蒸发系统，所述多效膜蒸馏系统的料液储罐连通所述多效蒸发系统的进料口。
18.优选的，所述多效蒸发系统为真空蒸发系统。
19.优选的，所述多效蒸发系统包括真空泵，所述真空泵为水环式真空泵，所述真空泵连通冷凝器。
20.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明采用综合一体化装置设计，并且优化装置整体，可回收利用有价值的无机盐、贵金属、冷凝水源，节能降耗，具有良好的投资效益。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本发明的实施例，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获得其他的附图。
22.图1为本发明多效膜蒸馏系统的装置结构示意图；
23.图2为本发明实施例1的多效蒸发系统的装置结构示意图；
24.图3为多效膜蒸馏过程原理示意图。
具体实施方式
25.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戳案进行清楚、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。
26.如附图1-2所示，一种多效膜蒸馏与多效蒸发综合结晶装置，包括依次连接的多效膜蒸馏系统和多效蒸发系统；
27.多效膜蒸馏系统中包括多效膜蒸馏组件，多效膜蒸馏组件为具有内部潜热回收功
能的气隙式膜蒸馏组件，多效蒸发系统为真空蒸发系统。
28.如附图1所示，多效膜蒸馏系统包括多效膜蒸馏组件9，所述多效膜蒸馏组件9包括交错设置的中空纤维膜和实壁毛细管，所述实壁毛细管进水端连接料液储罐1、出水端连通换热器一6的进水口；所述中空纤维膜的进水端连通所述换热器一6的出水口、出水端连通换热器二4的进水口，所述换热器二4的出水口连通所述料液储罐1，所述多效膜蒸馏组件9侧壁设置有冷凝液导出口10，所述冷凝液导出口10连通所述料液储罐1，所述冷凝液导出口10 处还设置冷凝液取样口11，所述料液储罐1与所述实壁毛细管进水端之间设置磁力泵2，所述实壁毛细管进水端设置有流量计12，所述中空纤维膜的进水端设置有压力计8，所述实壁毛细管进水端、出水端和所述空纤维膜的进水端、出水端均设置有温度计5，所述料液储罐1与所述实壁毛细管进水端之间设置设置有回流管路14，所述回流管路14上设置有阀门13。
29.多效膜蒸馏过程中实壁毛细管和中空纤维膜的工作原理如图3所示，是一种气隙式膜蒸馏，温度为t1的冷料液在实壁毛细管从下向上流动，流动中吸收水蒸气分子在实壁毛细管冷凝的冷凝热而使温度上升，流出管程时的温度为t2，经过外部换热器加热到温度为t3，之后流入中空纤维膜中。温度为t3的热料液在中空纤维膜中从上向下与冷料液呈逆流方向流动，流动过程中，热料液中水分在膜表面汽化形成蒸汽分子扩散通过膜孔，在实壁毛细管壁冷凝，冷凝水从上向下流出膜组件，同时热料液的温度在流动过程中不断下降，从中空纤维膜的出口温度为t4。多效膜蒸馏过程具有回收潜热的功能，可使过程的能耗降低，热效率提高。
30.整体的多效膜蒸馏系统工作原理如下：温度为t1的无机盐水溶液(冷料液)经磁力泵2自下而上通入膜组件的实壁毛细管的管程(简称管管程)，冷料液在管管程被逐渐加热，从管管程流出时温度为t2；经外部换热器再加热到热进料温度t3；再自上而下通入膜组件的中空纤维微孔膜的管程(简称膜管程)；在热料液与冷料液的温差的作用下，水分子在微孔膜内壁面处蒸发并扩散透过微孔膜壁进入微孔膜和实壁管共用的壳程，最后在实壁管外壁冷凝并把冷凝热传递给管管程的料液，因而热料液在膜管程自上而下被逐渐冷却，从膜管程流出时温度为t4，经换热器降温后返回到冷料液储罐；壳程的冷凝液在重力作用下流向壳程底部并经壳程导出口流出。在该装置中，由恒温水浴槽3/7控制冷料液进料温度t1和料液温度t3，通过回流管路14调节冷进料液流量f。采用多效膜蒸馏可以将溶液浓缩至接近饱和溶液，降低后续蒸发结晶水量，从而达到降低整个系统能耗的目的。
31.如附图2所述，多效蒸发系统为多效逆流蒸发系统，所述多效膜蒸馏系统的料液储罐1连通所述多效蒸发系统的进料口，多效蒸发系统为真空蒸发系统，包括真空泵21，所述真空泵21为水环式真空泵，所述真空泵21连通冷凝器22。
32.运行过程中，一次蒸汽进入ⅰ效加热器23，使经过多效膜蒸馏处理后的浓缩料液经过预热器24加热沸腾喷入蒸发器，浓缩料液靠气液分离和重力差下降，经循环泵25流入加热器，形成强制循环。浓缩料液在蒸发器生成的二次蒸汽作ⅱ效加热器26的热源，依次类推，ⅲ效蒸发器27出来的蒸汽进入加料预热器24，尾气进入冷凝器22，冷凝下来的不凝气体经真空泵21抽走，全系统使用一台真空泵21，通过管路及阀门控制各效的真空度。达到饱和浓度的晶浆物料经离心机分离出晶体，母液返回蒸发器继续蒸发，分离出来的晶体去固废处理。
33.具体的物料循环如下：
34.物料流程：含盐废水
→
多效膜蒸馏系统
→
浓缩料液
→
三效加热器
→
三效分离器
→
二效加热器
→
二效分离器
→
一效加热器
→
一效分离器
→
离心机
→
系统外；
35.蒸汽流程：蒸汽
→
多效膜蒸馏系统
→
一效加热器
→
一效分离器
→
二效加热器
→
二效分离器
→
三效加热器
→
三效分离器
→
冷凝器
→
系统外；
36.冷凝水流程：一效加热器
→
二效加热器
→
三效加热器
→
冷凝器
→
系统外；
37.不凝气流程：一效加热器
→
二效加热器
→
三效加热器
→
冷凝器
→
真空泵
→
系统外。
38.本发明的装置中，多效蒸发系统中的加热器结构为长列管式换热面，促进物料流速，提高传热效率。在加热器顶端设有汽液两相共存的沸腾区，沸腾区内汽液混合物的静压使加热器内的液体沸点升高，并使溶液在加热管中螺旋流动时只受热而不产生汽化，可有效防止加热面结污垢的形成。当料液离开加热管后上升进入沸腾区内时，因静压减少开始沸腾汽化，此时料液已离开加热区，虽然有结晶析出也不影响加热面的传热。
39.分离器28/29/30能使汽、液相快速、充分的得到分离效率，特别用于容易生产泡沫的物料分离，可有效的防止物料成雾泡沫随二次蒸汽携带，确保产品不流失，避免给用户带来额外经济损失或造成二次污染，同时解决了易起泡沫物料导致降低分离效率的现象。
40.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
41.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。