申请日2015.11.26
公开(公告)日2016.02.24
IPC分类号C02F1/04
摘要
本发明公开了一种板式疏水性聚合物双效MVR系统。该双效MVR系统中的一效MVR蒸发器和二效MVR蒸发器均为一反应器，被板式蒸发器分隔成一效蒸发单元和一效冷凝单元，板式蒸发器中的板片为疏水性聚合物膜。该疏水性聚合物膜的厚度为15～60μm;接触角为110°～150°，吸水率为0.0042%～0.41%，20℃热膨胀系数为44.1～100μm/(m·℃)，100℃热膨胀系数为39.2～140μm/(m·℃)，熔点为330～340℃，玻璃态转变温度为140～220℃，导热系数为0.2～0.35W/(m·K)。将该聚合物膜作为换热面基材，可在有限容积内放置更多的换热面，该膜厚下聚合物膜产生的热阻仅与0.75-1.5mm?316L不锈钢的热阻相当，可实现2-3℃的低温差换热，减少热量补充，减轻MVR装置重量，同时利用聚合物膜中C-N键等柔性基团的存在，造成十倍于不锈钢的热膨胀率，可加速垢层的脱落，减少传热温差损失。
权利要求书
1.一种双效机械蒸汽再压缩系统，它包括原料储液罐、增压装置、预热器、一效混流器、一效MVR装置、二效混流器、二效MVR装置、浓缩液回收罐和冷凝水回收装置;
所述增压装置包括原料泵、一效循环泵、效间增压泵和二效循环泵;
所述一效MVR装置包括一效MVR蒸发器和压缩机;所述一效MVR蒸发器为一反应器，被板式蒸发器分隔成一效蒸发单元和一效冷凝单元，所述板式蒸发器中的板片为疏水性聚合物膜;所述一效蒸发单元上的蒸汽出口通过设有压缩机的管路与所述一效冷凝单元的蒸汽入口相连通;
所述二效MVR装置包括二效MVR蒸发器和压缩机;所述二效MVR蒸发器为一反应器，被板式蒸发器分隔成二效蒸发单元和二效冷凝单元，所述板式蒸发器中的板片为疏水性聚合物膜;所述二效蒸发单元上的蒸汽出口通过设有压缩机的管路与所述二效冷凝单元的蒸汽入口相连通;
所述冷凝水回收装置包括储液罐和冷凝水回收罐;
所述原料储液罐通过设有所述原料泵的管路与所述预热器的进料口相连通;所述预热器的出料口与所述一效混流器相连通;所述一效混流器通过设有所述一效循环泵的管路与所述一效蒸发单元的进料口相连通，且所述一效蒸发单元的出料口与所述一效混流器相连通;所述一效混流器通过设有所述效间增压泵的管路与所述二效混流器相连通;所述二效混流器通过设有所述二效循环泵的管路与所述二效蒸发单元的进料口相连通，且所述二效蒸发单元的出料口分成2个支路，1个支路与所述二效混流器相连通，另1个支路与所述浓缩液回收罐相连通;
所述一效冷凝单元的冷凝水出口和所述二效冷凝单元的冷凝水出口均与所述储液罐相连通;所述储液罐与所述冷凝水回收罐相连通。
2.根据权利要求1所述的蒸汽再压缩系统，其特征在于：所述疏水性聚合物膜的厚度为15～60μm;所述疏水性聚合物膜的接触角为110°～150°，吸水率为 0.0042%～0.41%，20℃热膨胀系数为44.1～100μm/(m·℃)，100℃热膨胀系数为 39.2～140μm/(m·℃)，熔点为330～340℃，玻璃态转变温度为140～220℃，导热系数为 0.2～0.35W/(m·K)。
3.根据权利要求1或2所述的蒸汽再压缩系统，其特征在于：所述疏水性聚合物膜为聚碳酸脂膜、聚醚醚酮膜、聚苯砜膜、聚砜膜或聚四氟乙烯膜。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的蒸汽再压缩系统，其特征在于：所述板式蒸发器为插件式可拆装板式蒸发器;所述板式蒸发器由1～10个可单独拆装的膜片组构成;每个所述膜片组的规格为：长500～1500mm，宽200～600mm，高1000～3000mm;每个膜片组由50～100张疏水性聚合物膜膜片叠加而成;
所述板式蒸发器的上方还设有布液器，所述布液器为溢流式布液器。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的蒸汽再压缩系统，其特征在于：所述一效混流器为调节式一效混流器，对进入所述一效蒸发单元和所述二效蒸发单元的料液的比例进行控制。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的蒸汽再压缩系统，其特征在于：所述二效 MVR装置还包括闪蒸器和离心机;所述二效蒸发单元的蒸汽出口和出料口为同一出口，所述闪蒸器的进料口和该出口相连通;所述闪蒸器的蒸汽出口和所述压缩机相连通;所述的闪蒸器的出料口和所述离心机相连通;所述离心机的出口分成2个支路，其中1个支路与所述二效混流器相连通，另外1个支路与所述浓缩液回收罐相连通。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的蒸汽再压缩系统，其特征在于：所述储液罐还通过设有冷凝水回抽电磁阀的管路与所述一效蒸发单元的进料口连通;所述压缩机为离心式风机。
8.一种利用权利要求1-7中任一种的蒸汽再压缩系统对无机盐废水进行浓缩的方法，包括如下步骤：
(1)将储存于原料液储罐中的废水原料液在原料泵的作用下输送至预热器内;经过预热的料液进入一效混合流器，在一效循环泵的作用下进入一效蒸发单元进行蒸发;蒸发得到的蒸汽升压后进入一效冷凝单元;所述蒸发过程中，所述一效蒸发单元内的料液与所述一效冷凝单元中的蒸汽通过板式蒸发器中的疏水性聚合物薄膜换热;
(2)在所述一效蒸发单元蒸发浓缩后的料液通过一效混流器，分成2股，分别记为A股和B股;A股料液在一效增压泵的作用下回流至一效蒸发单元内与原料液混合参与蒸发，B股料液通过效间增压泵和二效混流器进入二效蒸发单元内进行蒸发;蒸发得到的蒸汽升压后进入二效冷凝单元;所述蒸发过程中，所述二效蒸发单元内的料液与所述二效冷凝单元中的蒸汽通过板式蒸发器中的疏水性聚合物薄膜换热;换热得到的冷凝水通过储液罐被回收至冷凝水回收罐中;
(3)在所述二效蒸发单元蒸发浓缩后的料液通过二效混流器，分成2股，分别记为C股和D股;C股料液在二效增压泵的作用下回流至二效蒸发单元内与从一效蒸发单元内流出的料液混合参与蒸发，D股料液被浓缩液回收罐回收;换热得到的冷凝水通过储液罐被回收至冷凝水回收罐中。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：由电磁阀控制所述储液罐中的冷凝水进入所述一效蒸发单元的循环管路中，使得进入一效蒸发单元内的料液的总溶解固体含量值为0～3.5%，但不为0;所述一效混流器为调节式一效混流器，控制A股和B 股的体积比为(1～5)：1。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于：控制所述一效蒸发单元中的蒸发温度为54～57℃;所述一效蒸发器中，所述疏水性聚合物膜两侧的换热温差为 1.1～3.1℃;所述双效机械蒸汽再压缩系统的总换热面积为190～250m2。
说明书
一种板式疏水性聚合物双效MVR系统及废水浓缩方法
技术领域
本发明涉及一种板式疏水性聚合物双效MVR系统及废水浓缩方法，属于水处理技术领域。
背景技术
MVR是机械蒸汽再压缩技术(MechanicalVaporRecompression)的简称，基本原理就是对从蒸发单元蒸发得到蒸汽进行压缩并提高热焓，作为热源进行再次利用。采用 MVR技术的好处是：MVR系统中的蒸发一效相当于多效蒸发中的20至30效，经济性好，运行成本仅在传统多效蒸发器的30%左右;无需外来蒸汽，单机独立性好;采用低温蒸发技术，蒸发温度55-60℃，比低温多效蒸发装置中的顶温还要低10℃以上，系统结垢量进一步减少。
目前的MVR系统，依然存在能耗较高、换热面抗结垢抗腐蚀性能较差、无法实现污水零排放、水处理量较小等问题，同时，蒸汽压缩机能耗较高且造价高有待于进一步改进。比如，当前的MVR系统中使用的板式蒸发器多采用S316L不锈钢作为换热面基材，一方面由于不锈钢板片较厚，导致热阻大，热损失多;另一方面，为了实现滴状冷凝，通常在不锈钢基材的表面涂抹高聚合物涂层，增加了涂层脱落的风险。再比如，当前的多效MVR系统中，一效浓缩液的回收和二效浓缩液的回收是独立的，水处理量小。
发明内容
本发明的目的是提供一种板式疏水性聚合物双效MVR系统及废水浓缩方法，该双效MVR系统中，在所述MVR蒸发单元中采用板式蒸发器，所述板式蒸发器中的板片为疏水性聚合物，极大的减少需要补充的热量和传热温差损失。
本发明提供的一种双效机械蒸汽再压缩系统，它包括原料储液罐、增压装置、预热器、一效混流器、一效MVR装置、二效混流器、二效MVR装置、浓缩液回收罐和冷凝水回收装置;
所述增压装置包括原料泵、一效循环泵、效间增压泵和二效循环泵;
所述一效MVR装置包括一效MVR蒸发器和压缩机;所述一效MVR蒸发器为一反应器，被板式蒸发器分隔成一效蒸发单元和一效冷凝单元，所述板式蒸发器中的板片为疏水性聚合物膜;所述一效蒸发单元上的蒸汽出口通过设有压缩机的管路与所述一效冷凝单元的蒸汽入口相连通;
所述二效MVR装置包括二效MVR蒸发器和压缩机;所述二效MVR蒸发器为一反应器，被板式蒸发器分隔成二效蒸发单元和二效冷凝单元，所述板式蒸发器中的板片为疏水性聚合物膜;所述二效蒸发单元上的蒸汽出口通过设有压缩机的管路与所述二效冷凝单元的蒸汽入口相连通;
所述冷凝水回收装置包括储液罐和冷凝水回收罐;
所述原料储液罐通过设有所述原料泵的管路与所述预热器的进料口相连通;所述预热器的出料口与所述一效混流器相连通;所述一效混流器通过设有所述一效循环泵的管路与所述一效蒸发单元的进料口相连通，且所述一效蒸发单元的出料口与所述一效混流器相连通;所述一效混流器通过设有所述效间增压泵的管路与所述二效混流器相连通;所述二效混流器通过设有所述二效循环泵的管路与所述二效蒸发单元的进料口相连通，且所述二效蒸发单元的出料口分成2个支路，1个支路与所述二效混流器相连通，另1个支路与所述浓缩液回收罐相连通;
所述一效冷凝单元的冷凝水出口和所述二效冷凝单元的冷凝水出口均与所述储液罐相连通;所述储液罐与所述冷凝水回收罐相连通。
优选地，上述蒸汽再压缩系统中，所述疏水性聚合物膜的厚度可为15～60μm。
优选地，上述蒸汽再压缩系统中，所述疏水性聚合物膜的接触角可为110°～150°，吸水率可为0.0042%～0.41%，热膨胀系数(20℃)可为44.1～100μm/(m·℃)，热膨胀系数(100℃)可为39.2～140μm/(m·℃)，熔点可为330～340℃，玻璃态转变温度可为 140～220℃，导热系数可为0.2～0.35W/(m·K);满足上述条件的疏水性聚合物膜可使用，包括但不限于：聚碳酸脂膜(PC膜)、聚醚醚酮膜(PEEK膜)、聚苯砜膜(PPSU膜)、聚砜膜(PSU膜)或聚四氟乙烯膜(PTFE膜)，相关参数如表1所示。