[发明专利]一种太阳能耦合MVR真空膜蒸馏浓缩硫酸溶液系统及方法

说明书

一种太阳能耦合MVR真空膜蒸馏浓缩硫酸溶液系统及方法，属于MVR技术领域。该装置包括原料罐、控制阀、循环泵、换热器、太阳能、太阳能集热器、真空泵、蒸汽蓄热器、排管、喷嘴、凝水罐、真空膜组件、蒸汽压缩机，本发明将太阳能、MVR技术和真空膜蒸馏技术结合起来，根据太阳辐射的强弱设置三种运行模式，充分利用了太阳能和二次蒸汽冷凝潜热作为热源加热原料液，采用真空膜蒸馏技术保证硫酸溶液高纯分离的同时，采用太阳能和MVR保证了其蒸发过程的高效节能特性，并节省了冷却水装置，有效减少了运行费用,适用于石油化工、钢铁、氯碱、有色金属等行业硫酸废液的高效回收利用。

技术领域

本发明涉及MVR技术领域，特别涉及一种太阳能耦合MVR真空膜蒸馏浓缩硫酸溶液系统及方法。

背景技术

硫酸作为一种基本工业原料，广泛应用于钢铁、石化、氯碱以及钛白等行业。然而，由于生产设备简陋、技术条件落后以及环境保护意识淡薄，在生产利用过程中将会产生大量的硫酸废液，其直接排放不仅浪费资源，还污染环境。目前，硫酸废液的处理主要以中和、高温裂解、化学氧化、萃取、单效蒸发和多效蒸发等为主，普遍存在分离效率低、能耗高、运行稳定性差等问题。因此，合理、高效的处理硫酸废液成为众多行业的迫切需求。

膜蒸馏（MD）是一种新兴的热驱动分离过程，旨在以疏水微孔膜为屏障，在膜两侧蒸汽压差的驱动下，热侧溶液中的水分子在膜表面蒸发并透过膜孔到达冷侧，而溶质分子无法通过膜孔，整个过程实现了溶液的高纯分离。根据冷侧水蒸汽的冷凝方式不同，膜蒸馏可分为直接接触式、气隙式、气扫式和真空式。因具有操作温度低、分离效率高、耐腐蚀性强以及工艺流程简单等优势，膜蒸馏技术已广泛应用于海水淡化、废水处理、中药浓缩以及食品加工等领域。然而，现有的膜蒸馏技术普遍以锅炉新鲜蒸汽或电能作为加热热源，并无蒸汽潜热回收装置，整个过程膜通量小、能耗高。机械蒸汽再压缩（MVR）是将蒸发器产生的二次蒸汽经过蒸汽压缩机压缩之后，提高其温度和压力，再将其作为热源加热料液，从而充分回收利用了二次蒸汽潜热，是一种高效节能技术。该技术已得到广泛应用。部分研究者尝试将其用于浓缩硫酸溶液，然而，采用常规的丝网和旋风分离器的分离效率为90%，二次蒸汽中含有一定的硫酸成分，会严重腐蚀压缩机，从而限制了MVR的进一步应用。

发明专利CN201610983912.4公开了一种MVR膜蒸馏装置及方法，该装置包括支撑体、中空纤维微孔疏水膜组件、中空纤维实壁导热管、隔板、蒸汽通道、压缩机等设备，通过利用蒸汽压缩机将膜蒸馏所产二次蒸汽进行压缩增温，再将其作为热源加热料液，从而回收了二次蒸汽潜热，降低了蒸发能耗，减小了运行成本。事实上，在实际的蒸发浓缩过程中随着硫酸溶液的浓度不断升高，蒸汽压缩机的电功耗也迅速增加，当硫酸溶液浓度增加至一定程度时，MVR将不再节能。显然，上述的MVR膜蒸馏装置并不适应处理高浓度硫酸溶液。

太阳能是一种丰富、可广泛获取的可再生能源，将其作为热源高效低成本地满足硫酸溶液膜蒸馏用能需求，具有重要价值和意义。若能将太阳能结合MVR膜蒸馏技术应用于高浓度硫酸溶液的浓缩回收，不仅可以通过真空膜蒸馏技术保证硫酸溶液的高纯分离，同时利用太阳能和MVR保证蒸发过程的高效节能特性。因此，如何耦合太阳能与MVR膜蒸馏技术浓缩回收高浓度硫酸溶液将是研究的难点 。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种太阳能MVR真空膜蒸馏浓缩硫酸溶液系统及方法。

本发明所采取的技术方案如下：一种太阳能耦合MVR真空膜蒸馏浓缩硫酸溶液系统，包括原料罐、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第五控制阀、第六控制阀、第一循环泵、第二循环泵、第一换热器、第二换热器、太阳能、太阳能集热器、真空泵、蒸汽蓄热器、排管、喷嘴、凝水罐、真空膜组件、蒸汽压缩机；