[发明专利]一种利用非金属导热中空纤维的压汽蒸馏装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蒸发分离装置，具体涉及压汽蒸馏装置及方法。

背景技术

压汽蒸馏(Vapor Compression Distillation，VCD)技术是根据蒸汽被压缩时温度升高这一特性将蒸发器中沸腾溶液蒸发出来的二次蒸汽通过压缩机的绝热压缩或利用其它方式(蒸汽喷射器等)将二次蒸汽加压升温作为加热蒸汽再送回蒸发器的加热室加热物料液，而蒸汽本身则冷凝为液体水，蒸汽的潜热得到了反复利用，其显著优点是热功效率高。压汽蒸馏设备简单、紧凑、造水比高、节能，应用于海水淡化、化工蒸发、废水处理和蒸馏水生产等。但是由于其设备成本太高、易结垢、耐腐蚀性差等缺点妨碍了压汽蒸馏技术的广泛使用。为克服这些缺点，本发明研制出了一种利用非金属导热中空纤维的VCD装置及方法，将能够推动VCD技术的广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够显著提高VCD效率、设备耐腐蚀性和降低其制造成本的技术与方法。

通常情况下，VCD装置主要包括加热/冷凝及蒸发系统、除雾设备、蒸汽增压设备(如：蒸汽压缩机、蒸汽喷射器等)、排出液(冷凝水及浓缩液)热回收/补充料液预热系统、热量补充系统、泵及循环系统、监测控制系统、真空系统以及相关附属设备。

本发明的技术方案主要包括：

1、VCD加热/冷凝及蒸发系统中的加热/冷凝器为非金属中空纤维管式加热器/冷凝器。

2、VCD冷凝水及浓缩液热回收与补充料液预热系统和热量补充系统中的换热器为非金属中空纤维管式换热器。

以上所述的非金属中空纤维管式加热器/冷凝器是指以非金属导热中空纤维为主体而构成的管式加热器/冷凝器。

以上所述的非金属中空纤维管式换热器是指以非金属导热中空纤维为主体而构成的管式换热器。

所述的非金属导热中空纤维的材质包括具有备良好导热性、耐温性、耐腐蚀性和良好机械性能的高分子材质、无机非金属材料以及其复合材料、以及其与金属所形成的复合材料。

所述的非金属导热中空纤维的的内径为50～5000微米，厚度为0.01～3000微米。

所述的非金属导热中空纤维VCD能够根据需要设计成多种不同形式，能够单独使用，也能够同其它装置与技术集成联用，比如各种分离技术与设备、反应过程等，如：多效蒸发(馏)、多级闪蒸、精馏设备、结晶装置、化学分离设备、树脂分离装置、萃取分离装置、膜分离设备、化学以及生物反应工艺过程等。

一种利用上述非金属导热中空纤维VCD的方法，其特征在于包括以下过程：

如果被处理的液体含有大量悬浮物、凝胶、固体颗粒等不溶物，在进入非金属导热中空纤维VCD装置前需要分离移除。

被加热至预设温度的料液在蒸发系统内蒸发，经除雾或未经除雾的蒸汽被增压设备增压增温后进入非金属中空纤维管式加热器/冷凝器内加热料液至较高温度，同时蒸汽冷凝为蒸馏水；温度提升后的料液在蒸发器内部分蒸发，与此同时料液也降至较低温度，然后再被具有较高温度的水蒸气通过非金属中空纤维管式加热器/冷凝器加热至较高温度，继续进行料液的蒸发、蒸汽的增压增温、料液加热和蒸汽冷凝的过程，如此过程连续重复进行，料液被不断浓编，冷凝水不断产生。

在料液的VCD过程中能够同时获得蒸馏水和浓缩液甚至部分固体结晶物。

从VCD主体装置中排出的蒸馏水和浓缩液都具有较高的温度，为回收这部分热量利用非金属中空纤维管式换热器同补充料液进行热交换，料液被加热至较高的温度后进入VCD系统进行蒸发。

VCD系统所需的补充热量可通过附设的加热器或引入蒸汽而得到补充。

本发明的非金属导热中空纤维VCD装置和方法能够有效克服常规VCD易腐蚀、结垢的问题，同时能够显著降低设备成本、减小体积 和较大程度地提高工作效率。

具体实施方式

本实施方式中列举了5种代表性的非金属导热中空纤维VCD装置，具体见附图1至5，而实际应用中不仅限于此5种形式。

附图说明：1、中空纤维加热器；2、蒸发室；3、蒸汽压缩机；4、中空纤维换热器；5、蒸馏水；6、原料液；7、浓排液；8、真空装置；9、U型管；10、加热器；11、喷淋器；12、喷射器；13、高压蒸汽；14、除雾器。

图1是一种内置式非金属导热中空纤维换热器VCD工艺装置示图。

图2是一种外置式非金属导热中空纤维换热器VCD工艺装置示图。

图3是一种非金属导热中空纤维喷淋式VCD工艺装置示图。

图4是一种非金属导热中空纤维多效VCD工艺装置示图。