自然真空工業汙水淨化裝置的製作方法
2023-05-03 04:58:21 1
專利名稱：自然真空工業汙水淨化裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種在真空下加熱來處理汙水的裝置，尤其是一種自然真空工業汙水淨化裝置。
美國著名環境科學家W.Wesely Eckenfelder Jr系統地介紹了《工業水汙染控制》，其中主要介紹某些化學法、生物化學法的汙水處理技術。化學法的工藝流程長，單元操作多，如中和、絮凝、沉澱、過濾、離心、洗滌等，治理不徹底，且易造成二次汙染，如用SO2中和等。而生物化學法，其時效甚差。在物理治理中，有蒸發法、冷凍法、超濾反滲透法，這些方法比較可行。例如，利用工廠常見的多效真空蒸發法來處理酒精糖蜜汙水，既治理了汙水，又回收了大量減水劑，把汙水中的水蒸出，成可排放的清水，使清濁有效地分開。可惜設備投資大，積垢、腐蝕、維修等未能很好地解決，蒸發鹼性汙水，泡沫連天，破沫造成的霧滴，清濁便是不太分得開了，且幾十近百立方汙水整體加熱，效率低，利用多效串聯來節能抵不過設備投資，因此，許多中小企業不敢問津。
以往有些廠家認為汙水治理「沒有產品，沒有直接經效益」。實際上，回收汙水中的珍品，如紙廠回收鹼，味精廠回收蛋白質、胺基酸……等有很高的經濟效益，但更重要的是具有很大的環境效益。國務院第47次常務會議討論基本通過的《關於環境保護若干問題的決定》指出，要按照「排汙費高於治理成本」的原則提高排汙費際準，促進排汙單位積極治理汙染。但企業家苦於沒有可操作的、有效的經濟的方法讓他們去治理。正急待一種投資少，運作成本低，有效的汙水臺理方法。本裝置則可基本滿足這種要求。
本實用新型的目的是提供一種投資少、運作成本低，經濟節能，適用面廣的自然真空工業汙水淨化裝置。
本實用新型是這樣實現的本裝置由2～4個結構相同、高度逐級遞增的真空蒸發器組成；每個真空蒸發器的上部是真空室(8)，真空室(8)上部固定有熱交換器(9)，最佳選用懸框式熱交換器，其出氣口接下一個真空室下部的加熱排管(7)，加熱排管的冷凝水回流管(6)等高或略高於前級熱交換器的冷凝水回流管；可免去水—汽—水獨立循環的動力，真空蒸發器中下部垂直固定若干條頂部為喇叭口伸入真空室中部、底部通清水池(12)的複合套管(4)和一條底部通往濃稠液池(11)、頂部通真空室底部的濃稠液落液管(5)，濃稠液通過閥門進入濃稠液池(11)。複合套管(4)由粗外管內套若干支細內管組成，每支複合套管由2～5節組合。二欠蒸汽在懸框式熱交換器外表冷凝成水滴，水滴由內管收集，淨化水經過複合套管內管經閥門進入清水池。真空室真空度由淨化水落下時與大氯壓達到動態平衡構成自然真空。最後一級熱交換器的出汽口接低溫烘房(10)，水汽在那裡冷凝成水，釋放出大量潛熱低溫烘烤待烘產品，冷凝水回流完成水—汽—水的獨立循環。連通汙水池(1)的汙水管(3)從底部進入複合套管(4)。汙水由汙水池過閥門經複合套管的內外管間的空間流入真空室。
以下結合附圖作進一步詳細描述。
圖1為本實用新型結構示意圖。
圖2為本實用新型複合套管俯視圖。
圖3為本實用新型複合套管側視圖。
圖4為本實用新型複合套管剖視圖。
本實用新型由2～4個，最佳選用3個相同的真空蒸發器組成，逐級遞增的高度一是構成不同真空度所需，二是不必提供額外的動力來完成熱交換器水—汽—水的循環。每一個真空蒸發器由真空室和若干支複合套管及濃稠液落液管組成。其中複合套管是由同軸的內外管組成，每一支複合套管分別由2節～5節組合。伸入真空室中部的內管頂部呈喇叭口，有利於收集懸框式交換器上冷凝的水滴及承接部分二次蒸汽進入內管與管外待蒸發的汙水進行熱交換。伸入真空室的這一節複合套管穿抄管通過三通與外管焊接組合。每節複合套管的兩頭各有一個三通(或四通)，兩個三通的外端用篩板與若干支細管密焊組成複合內管，兩頭三通的內端間焊有粗管(外管)。每一節套管總長約3m。複合套管由過渡管溝通內管。過渡管是一節兩頭焊有法蘭盤長度臨時調節的粗管子，使它與樓板交接。由三通的側管連管溝通各節套管的外管。調節汙水的閥門即穿接在側管的連管之間，以控制汙水的流通。
平均每m2真空室就有二支複合套管連接「高空」的真空室與地下的清水池。
真空室是鋼筋水泥的砼結構，四邊各有一條由鋼化破璃砌成的視窗，底部有若干支複合套管和一支濃稠液落液管及蒸汽加熱排管。真空室上部置有懸框式熱交換器，其中裝有一半容積的蒸餾水，蒸餾水受熱升溫沸騰變成水汽，由出氣管進入下一級真空室的加熱排管，加熱那裡的汙水，冷凝後又回流到懸框式熱交換器形成獨立的循環。真空室比懸框式熱交換器的真空度低，使真空室中汙水的沸點比懸框式熱交換器中蒸餾水的沸點高，溫差約10℃。
設法使體系成真空。各管下端浸在液下(液封)，在大氣壓的作用下，各管液面升高直至液柱平衡大氣壓與真空度之間的壓力差。
由於蒸發，汙水液面會下降，但大氣壓會自動使真空室內汙水液面基本不變，濃稠液逐漸積累在真空室底部，控制閥門開口大小，可使濃稠液排出速度平衡進液速度和蒸發速度。由於冷凝，內管清水量增多，但管中的液面也不會升高，多出的水進入比地面低的清水池，其溢出口在地面，由地溝流走。結果，整個系統，在大氣壓的作用下，自動進液，自動蒸發，自動出水，自動排出濃稠液。因此，在加熱蒸汽和大氣壓的作用下，汙水中的水將自動地源源不斷地變成清水。由於南方太陽能相當豐富，南寧一線太陽能年總輻射值大於110kcal/cm2y，這種免費無汙染的能源能利用儘量利用，即真空室的頂棚用窗格式的鋼化玻璃砌成，真空室四面的池牆也用窗格式鋼化玻璃砌成。最後一級是低溫烘房，以使最後懸框式熱交換器中的水汽冷凝。
整個裝置由鋼筋水泥澆注的塔式結構支撐。天面應能承載40-50t的負荷，底下各層無特殊要求。至於清水池、汙水池、濃稠液池可因地制宜設在室外。系統使用的各種閥門(2)均採用電動蝶閥或電動球閥，直接在中央控制室中控制，各處的直空表、溫度表以及液面高度計均引到中央控制室中集中監控，真空泵通過真空緩衝罐與各真空室、懸框式熱交換器連接也集中在中央控制室監控。
濃稠液中含有各種「精品」，回收它自有較高的經濟效益，進一步的處置技術，本文不作敘述。
本實用新型的裝置，具有如下優點1.自然真空本裝置採用在真空下加熱，於低溫沸騰，使清、濁分開，達到處理汙水的目的，本裝置構成「真空」有如下三個方法(1)利用大氣壓與水的物重達到動態平衡，「造成」自然真空。正如託裡折利實驗得知，一大氣壓可以支託760mm汞柱一樣，大氣可託住10.34m水柱，因此，本裝置的真空室置於「高空」，使冷卻水下落耐造成真空室的真空度，例如真空室的真空度為-0.07MPa時，水的沸點bp70℃，相應水柱的高度為7.14m高，若為-0.08MPa(bp61℃)8.21m水柱，-0.09MPa時(bp48℃)水柱高9.2m等。
(2)水汽冷凝造成負壓，1克水蒸汽在-0.070MPa真空度下70.0℃(沸騰)時的體積有
冷凝水的體積是1ml即1.0×10-6m3，體積相差5萬倍，即水汽冷凝造成負壓。這一點與多效真空蒸發罐構成真空的方法一樣。
(3)在真空下，溶於水中的非凝氣體，如空氣、CO2等會自動逸出破壞真空室的真空度，因此仍設有真空泵，以便抽去這些氣體。但此真空泵在汙水處理過程中不連續不斷地運行，所以，這方面的能量可節省。
2.只加熱蒸發麵一「薄」層汙水，不是整體加熱。使蒸發高效、快速。
3.節能。水的蒸發在沸騰時最激烈。因此，水先是升溫到沸點，再由液相變成氣相，真空下水的沸點比較低。其中，水變成汽吸熱比水升溫到沸點所吸的熱大約14倍。本裝置設有a同軸複合套管，使待蒸汙水在進入真空室蒸發之前，通過熱交換回收一部分熱能，使汙水先預熱，複合套管相當於預熱器，b懸框式熱交換器，使二次蒸汽在其表面冷凝成水滴(由複合套管內管頂上的漏鬥口收集)釋放出大量潛熱，加熱懸框式熱交換器中的蒸餾水，由於懸框式熱交換器中的真空度(與下一級真空室的真空度一樣)高於本真空室的真空度，即其中蒸餾水在比本真空室中的汙水的溫度低約10℃時沸騰，蒸餾水沸騰變成水汽，攜帶大量潛熱到下一個真空室，加熱那裡的汙水，本身冷凝成水後又回到該懸框式熱交換器中。充分利用可利用的熱量。初步估算，1噸120℃的鍋爐蒸汽可蒸發4噸以上汙水。熱量回收與多效真空蒸發罐一樣。為免額外的動力，下一級加熱排管冷凝水回流管略高或最少與懸框室冷凝水回流管等高。本裝置與多效真空蒸發罐不同之處是物料相對獨立，每一真空室物料與別的真空室的物料(包括二次蒸汽)不相互傳質。懸框式熱交換器構成密閉系統，通過水→汽→水的循環，把前一級的潛熱帶給後一級。稍加變化(汙水供給系統)本裝置可構成多溫段(70℃、60℃、45℃)的真空蒸發器，以滿足某些食品的蒸發乾燥用。
4.本裝置對加熱排管積垢的清除有獨到之處。利用真空室水沸騰提供的動力，即可隨時隨地地除去加熱排管上的積垢，而保持其良好的傳熱。
5.消泡效率高當汙水中含有大量鹼或其他發泡物時，在真空下加熱必然造成大量氣泡沫，氣泡將使清濁不分，由於破沫形成大量霧滴，造成機械夾帶，以及某些易被水汽帶餾的有機物，在蒸發時產生溶解夾帶，致使清水中含有一定量的有機物(有臭味)，將使清水不合排效標準，CODcr、BOD5太高而pH太低。我們在運行時加入0.5％的某種消泡劑可以很有效地消泡。不同行業汙水加不一樣特效消泡劑，都可取得很好的效果。
6.本裝置用傳熱係數很低的混凝土砼結構築成真空室(水泥的傳熱系統數λ＝0.30W/m2k)，不用鐵殼(碳鋼的λ＝36.7W/m2k)使其熱量儘量少傳到大氣中。
7.本裝置少部分部件在真空室內，絕大多數部件不在殼體之內，因此維修十分方便。複合套管可隨時拆換。當腐蝕嚴重，材質(高強度碳纖維導管)不能解決，用常見的材質(如不鏽鋼OCr19NiTi，普通鋼材)代替，難免會腐蝕(可用電化學防腐來減輕，即鋼材外貼鋅板)，更換之要比多效真空蒸發罐簡便得多。
8.汙水在大氣壓作用下，經由複合套管內外管間的空間流(溢)入各真空室總要使「汙水柱」高度平衡大氣壓與真空度間的壓力差。當汙水因蒸發液面降低，但大氣壓要使維持恆定，因此，上層汙水不斷更新，濃稠液積累在真空室底部，控制濃稠液落液管閥門開口大小，使傳質達到相對平衡，蒸發過程自動進行。
9.構造成本低，運作成本低因為動力消耗極少，在運行時，真空室的真空度主要靠自然真空和水汽變水時大的體積差來達到，不需真空泵自始至終日夜開動，既省動力又減免噪聲汙染。
10.通用性強本裝置不僅用於淨化造紙工業黑液，實踐證明，它也可適用於糖蜜酒精廠汙水、味精廠汙水、檸檬酸廠汙水、製革廠汙水的淨化，而且效果都比較好。
權利要求1.一種自然真空工業汙水淨化裝置，包括熱交換器、加熱排管、回流管及真空室，其特徵在於a.由2～4個結構相同、高度逐級遞增的真空蒸發器組成；b.每個真空蒸發器的上部是真空室(8)，真空室(8)上部固定有熱交換器(9)，其出氣口接下一個真空室下部的加熱排管(7)，加熱排管的冷凝水回流管(6)等高或略高於前級熱交換器的冷凝水回流管；真空蒸發器中下部垂直固定若干條頂部為喇叭口伸入真空室中部、底部通清水池(12)的複合套管(4)和一條底部通往濃稠液池(11)、頂部通真空室底部的濃稠液落液管(5)；c.最後一級熱交換器的出汽口接低溫烘房(10)；d.連通汙水池(1)的汙水管(3)從底部進入複合套管(4)。
2.根據權利要求1所述的自然真空工業汙水淨化裝置，其特徵在於所述的複合套管(4)由粗外管內套若干支細內管組成，每支複合套管由2～5節組合。
專利摘要本實用新型提供了一種自然真空工業汙水淨化裝置,採用2～4個結構相同、高度逐級遞增的真空蒸發器組成,每個真空蒸發器的上部是真空室,中下部固定若干條複合套管和一條濃稠液落液管,最後一級熱交換的出汽口接低溫烘房,汙水管連汙水池並通入複合套管。該裝置採用真空下加熱,低溫沸騰,使清濁分開,達到處理汙水的目的。投資少,構造成本低,運作成本亦低,節能,不僅用於淨化造紙工業黑液,也可適用於糖蜜酒精廠、味精廠、檸檬酸廠、製革廠等的汙水淨化,處理效果好。
文檔編號C02F1/04GK2294949SQ97220010
公開日1998年10月21日 申請日期1997年6月25日 優先權日1997年6月25日
發明者吳東寧 申請人:吳東寧