專利名稱：一種利用非金屬導(dǎo)熱中空纖維的壓汽蒸餾裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蒸發(fā)分離裝置，具體涉及壓汽蒸餾裝置及方法。
背景技術(shù)：
壓汽蒸餾(Vapor Compression Distillation, VCD)技術(shù)是根據(jù)蒸汽被壓縮時(shí)溫 度升高這一特性將蒸發(fā)器中沸騰溶液蒸發(fā)出來(lái)的二次蒸汽通過(guò)壓縮機(jī)的絕熱壓縮或利用 其它方式(蒸汽噴射器等)將二次蒸汽加壓升溫作為加熱蒸汽再送回蒸發(fā)器的加熱室加熱 物料液，而蒸汽本身則冷凝為液體水，蒸汽的潛熱得到了反復(fù)利用，其顯著優(yōu)點(diǎn)是熱功效率 高。壓汽蒸餾設(shè)備簡(jiǎn)單、緊湊、造水比高、節(jié)能，應(yīng)用于海水淡化、化工蒸發(fā)、廢水處理和蒸餾 水生產(chǎn)等。但是由于其設(shè)備成本太高、易結(jié)垢、耐腐蝕性差等缺點(diǎn)妨礙了壓汽蒸餾技術(shù)的廣 泛使用。為克服這些缺點(diǎn)，本發(fā)明研制出了一種利用非金屬導(dǎo)熱中空纖維的VCD裝置及方 法，將能夠推動(dòng)VCD技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠顯著提高VCD效率、設(shè)備耐腐蝕性和降低其制造成 本的技術(shù)與方法。通常情況下，V⑶裝置主要包括加熱/冷凝及蒸發(fā)系統(tǒng)、除霧設(shè)備、蒸汽增壓設(shè)備 (如蒸汽壓縮機(jī)、蒸汽噴射器等)、排出液(冷凝水及濃縮液)熱回收/補(bǔ)充料液預(yù)熱系 統(tǒng)、熱量補(bǔ)充系統(tǒng)、泵及循環(huán)系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)以及相關(guān)附屬設(shè)備。本發(fā)明的技術(shù)方案主要包括1、VCD加熱/冷凝及蒸發(fā)系統(tǒng)中的加熱/冷凝器為非金屬中空纖維管式加熱器/ 冷凝器。2、VCD冷凝水及濃縮液熱回收與補(bǔ)充料液預(yù)熱系統(tǒng)和熱量補(bǔ)充系統(tǒng)中的換熱器為 非金屬中空纖維管式換熱器。以上所述的非金屬中空纖維管式加熱器/冷凝器是指以非金屬導(dǎo)熱中空纖維為 主體而構(gòu)成的管式加熱器/冷凝器。以上所述的非金屬中空纖維管式換熱器是指以非金屬導(dǎo)熱中空纖維為主體而構(gòu) 成的管式換熱器。所述的非金屬導(dǎo)熱中空纖維的材質(zhì)包括具有備良好導(dǎo)熱性、耐溫性、耐腐蝕性和 良好機(jī)械性能的高分子材質(zhì)、無(wú)機(jī)非金屬材料以及其復(fù)合材料、以及其與金屬所形成的復(fù) 合材料。所述的非金屬導(dǎo)熱中空纖維的的內(nèi)徑為50 5000微米，厚度為0. 01 3000微米。所述的非金屬導(dǎo)熱中空纖維VCD能夠根據(jù)需要設(shè)計(jì)成多種不同形式，能夠單獨(dú)使 用，也能夠同其它裝置與技術(shù)集成聯(lián)用，比如各種分離技術(shù)與設(shè)備、反應(yīng)過(guò)程等，如多效蒸 發(fā)(餾)、多級(jí)閃蒸、精餾設(shè)備、結(jié)晶裝置、化學(xué)分離設(shè)備、樹脂分離裝置、萃取分離裝置、膜分離設(shè)備、化學(xué)以及生物 反應(yīng)工藝過(guò)程等。一種利用上述非金屬導(dǎo)熱中空纖維V⑶的方法，其特征在于包括以下過(guò)程如果被處理的液體含有大量懸浮物、凝膠、固體顆粒等不溶物，在進(jìn)入非金屬導(dǎo)熱 中空纖維VCD裝置前需要分離移除。被加熱至預(yù)設(shè)溫度的料液在蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)蒸發(fā)，經(jīng)除霧或未經(jīng)除霧的蒸汽被增壓設(shè) 備增壓增溫后進(jìn)入非金屬中空纖維管式加熱器/冷凝器內(nèi)加熱料液至較高溫度，同時(shí)蒸汽 冷凝為蒸餾水；溫度提升后的料液在蒸發(fā)器內(nèi)部分蒸發(fā)，與此同時(shí)料液也降至較低溫度，然 后再被具有較高溫度的水蒸氣通過(guò)非金屬中空纖維管式加熱器/冷凝器加熱至較高溫度， 繼續(xù)進(jìn)行料液的蒸發(fā)、蒸汽的增壓增溫、料液加熱和蒸汽冷凝的過(guò)程，如此過(guò)程連續(xù)重復(fù)進(jìn) 行，料液被不斷濃編，冷凝水不斷產(chǎn)生。在料液的VCD過(guò)程中能夠同時(shí)獲得蒸餾水和濃縮液甚至部分固體結(jié)晶物。從VCD主體裝置中排出的蒸餾水和濃縮液都具有較高的溫度，為回收這部分熱量 利用非金屬中空纖維管式換熱器同補(bǔ)充料液進(jìn)行熱交換，料液被加熱至較高的溫度后進(jìn)入 V⑶系統(tǒng)進(jìn)行蒸發(fā)。V⑶系統(tǒng)所需的補(bǔ)充熱量可通過(guò)附設(shè)的加熱器或引入蒸汽而得到補(bǔ)充。本發(fā)明的非金屬導(dǎo)熱中空纖維VCD裝置和方法能夠有效克服常規(guī)VCD易腐蝕、結(jié) 垢的問(wèn)題，同時(shí)能夠顯著降低設(shè)備成本、減小體積和較大程度地提高工作效率。
具體實(shí)施例方式本實(shí)施方式中列舉了 5種代表性的非金屬導(dǎo)熱中空纖維VCD裝置，具體見(jiàn)附圖1 至5，而實(shí)際應(yīng)用中不僅限于此5種形式。


1、中空纖維加熱器；2、蒸發(fā)室；3、蒸汽壓縮機(jī)；4、中空纖維換熱器；5、 蒸餾水；6、原料液；7、濃排液；8、真空裝置；9、U型管；10、加熱器；11、噴淋器；12、噴射器； 13、高壓蒸汽；14、除霧器。
圖1是一種內(nèi)置式非金屬導(dǎo)熱中空纖維換熱器VCD工藝裝置示圖。 圖2是一種外置式非金屬導(dǎo)熱中空纖維換熱器V⑶工藝裝置示圖。 圖3是一種非金屬導(dǎo)熱中空纖維噴淋式VCD工藝裝置示圖。 圖4是一種非金屬導(dǎo)熱中空纖維多效V⑶工藝裝置示圖。 圖5是一種非金屬導(dǎo)熱中空纖維熱力壓縮多效蒸發(fā)系統(tǒng)工藝裝置示圖。實(shí)施例1一種非金屬導(dǎo)熱中空纖維V⑶裝置如圖1所示，經(jīng)過(guò)加熱的原料液(6)進(jìn)入蒸發(fā) 室(2)蒸發(fā)，經(jīng)過(guò)除霧器(14)后的水蒸氣經(jīng)蒸汽壓縮機(jī)(3)壓縮后進(jìn)入置于蒸發(fā)室(2)內(nèi) 的中空纖維加熱器(1)加熱料液至較高的溫度，而與此同時(shí)蒸汽冷凝為蒸餾水(5)；溫度提 升后的料液在蒸發(fā)室(2)內(nèi)部分蒸發(fā)，所剩料液再次被進(jìn)入中空纖維加熱器(1)內(nèi)的壓縮 蒸汽加熱至較高溫度，繼續(xù)蒸發(fā)，如此循環(huán)往復(fù)直至達(dá)到預(yù)設(shè)的排放濃度。具有較高溫度的蒸餾水(5)和濃排液(7)通過(guò)中空纖維換熱器(4)與補(bǔ)充料液 (6)進(jìn)行熱交換后排出VCD系統(tǒng)，被預(yù)熱后的補(bǔ)充料液(6)進(jìn)入蒸發(fā)室(2)進(jìn)行循環(huán)蒸發(fā)。實(shí)施例2一種非金屬導(dǎo)熱中空纖維V⑶裝置如圖2所示，經(jīng)過(guò)加熱的原料液(6)進(jìn)入蒸發(fā)室(2)蒸發(fā)，經(jīng)過(guò)除霧器(14)后的水蒸氣經(jīng)蒸汽壓縮機(jī)(3)壓縮后進(jìn)入中空纖維加熱器(1)加熱料液至較高的溫度，而與此同時(shí)蒸汽冷凝為蒸餾水(5)；溫度提升后的料液循環(huán)進(jìn) 入蒸發(fā)室(2)內(nèi)進(jìn)行蒸發(fā)，所剩料液再次進(jìn)入中空纖維加熱器(1)被加熱至較高溫度，在蒸 發(fā)室(2)繼續(xù)蒸發(fā)，如此循環(huán)往復(fù)直至達(dá)到預(yù)設(shè)的排放濃度。具有較高溫度的蒸餾水(5)和濃排液(7)通過(guò)中空纖維換熱器(4)與補(bǔ)充料液 (6)進(jìn)行熱交換后排出VCD系統(tǒng)，被預(yù)熱后的補(bǔ)充料液(6)通過(guò)中空纖維加熱器(1)進(jìn)入蒸 發(fā)室(2)進(jìn)行循環(huán)蒸發(fā)。實(shí)施例3一種非金屬導(dǎo)熱中空纖維V⑶裝置如圖3所示，經(jīng)過(guò)加熱的原料液(6)進(jìn)入蒸發(fā) 室(2)噴淋(11)蒸發(fā)，水蒸氣經(jīng)除霧器(14)后被蒸汽壓縮機(jī)(3)壓縮進(jìn)入置于蒸發(fā)室(2) 內(nèi)的串聯(lián)式中空纖維加熱器(1)連續(xù)加熱噴淋在該加熱器上的料液至較高的溫度，而與此 同時(shí)蒸汽冷凝為蒸餾水(5)，蒸餾水(5)直接或經(jīng)過(guò)U型管(9)流入串聯(lián)式中空纖維加熱器 (1)的底部而排出蒸發(fā)器；溫度提升后的料液在蒸發(fā)室(2)內(nèi)連續(xù)蒸發(fā)，所剩濃液(7)排放 出蒸發(fā)器。為使壓縮蒸汽能夠按一定方向通過(guò)串聯(lián)的中空纖維加熱器(1)，串聯(lián)中空纖維加 熱器(1)的末端出口與真空裝置(8)連接；為使料液在蒸發(fā)室(2)內(nèi)充分蒸發(fā)，通過(guò)加熱器 (10)進(jìn)行熱量補(bǔ)充。具有較高溫度的蒸餾水(5)和濃排液(7)通過(guò)中空纖維換熱器(4)與補(bǔ)充料液
(6)進(jìn)行熱交換后排出VCD系統(tǒng)，被預(yù)熱后的補(bǔ)充料液(6)進(jìn)入蒸發(fā)室(2)進(jìn)行噴淋蒸發(fā)。實(shí)施例4一種非金屬導(dǎo)熱中空纖維V⑶裝置如圖4所示，具有多級(jí)蒸發(fā)室(2)，經(jīng)過(guò)加熱的 原料液(6)進(jìn)入第一級(jí)蒸發(fā)室(2)進(jìn)行蒸發(fā)，所得水蒸氣進(jìn)入第二級(jí)蒸發(fā)室內(nèi)的中空纖維 加熱器(1)釋放潛熱并加熱第二級(jí)蒸發(fā)室(2)內(nèi)的料液至較高的溫度，同時(shí)水蒸氣在中空 纖維加熱器(1)內(nèi)冷凝為蒸餾水(5)，在第二級(jí)蒸發(fā)室(2)內(nèi)料液產(chǎn)生的水蒸氣進(jìn)入第三級(jí) 蒸發(fā)室(2)的中空纖維加熱器(1)中加熱料液并冷凝為蒸餾水，料液蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸氣依 次進(jìn)入其下一級(jí)進(jìn)行加熱、冷凝，如此加熱、冷凝、蒸發(fā)過(guò)程重復(fù)進(jìn)行至最后一級(jí)。在最后一 級(jí)蒸發(fā)室(2)內(nèi)產(chǎn)生的水蒸氣被蒸汽壓縮機(jī)(3)壓縮后進(jìn)入蒸發(fā)室第一級(jí)的中空纖維加熱 器(1)繼續(xù)加熱料液，重復(fù)上述冷凝、加熱、蒸發(fā)的過(guò)程。在上述蒸發(fā)過(guò)程不斷進(jìn)行的同時(shí)，經(jīng)過(guò)第一級(jí)蒸發(fā)室濃縮后的料液進(jìn)入第二級(jí)繼 續(xù)蒸發(fā)濃縮，然后再進(jìn)入下一級(jí)蒸發(fā)濃縮，直至最后一級(jí)，經(jīng)過(guò)最后一級(jí)蒸發(fā)室濃縮的料液
(7)排出蒸發(fā)室(2)經(jīng)過(guò)中空纖維換熱器(4)與補(bǔ)充料液(6)進(jìn)行熱交換后排出VCD系統(tǒng)； 而在每一級(jí)蒸發(fā)室(2)中空纖維加熱器(1)內(nèi)產(chǎn)生的具有較高溫度的冷凝水也通過(guò)中空纖 維換熱器(4)與補(bǔ)充料液(6)進(jìn)行熱交換后排出VCD系統(tǒng)；經(jīng)過(guò)預(yù)熱后的補(bǔ)充料液(6)進(jìn) 入第一級(jí)蒸發(fā)室(2)進(jìn)行蒸發(fā)。實(shí)施例5一種非金屬導(dǎo)熱中空纖維V⑶裝置如圖5所示，具有多級(jí)蒸發(fā)室(2)，經(jīng)過(guò)加熱的 原料液(6)進(jìn)入第一級(jí)蒸發(fā)室(2)進(jìn)行噴淋(11)蒸發(fā)，經(jīng)除霧(14)的水蒸氣被蒸汽噴射 器(12)增溫增壓后進(jìn)入最后一級(jí)蒸發(fā)室(2)的串聯(lián)式中空纖維加熱器(1)連續(xù)加熱噴淋 在其上的料液至較高的溫度，而與此同時(shí)蒸汽冷凝為蒸餾水(5)；最后一級(jí)蒸發(fā)室(2)內(nèi)的料液蒸發(fā)所產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入與其相鄰的下一級(jí)蒸發(fā)室(2)(若設(shè)備為兩級(jí)，則進(jìn)入第一級(jí) 蒸發(fā)室)的串聯(lián)式中空纖維加熱器(1)中加熱料液并冷凝為蒸餾水，同時(shí)料液蒸發(fā)所產(chǎn)生 的水蒸氣依次進(jìn)入其下一級(jí)蒸發(fā)室(2)進(jìn)行加熱、冷凝，如此加熱、冷凝、蒸發(fā)過(guò)程重復(fù)進(jìn) 行至第一級(jí)蒸發(fā)室(2)；如前所述，在第一級(jí)蒸發(fā)室內(nèi)產(chǎn)生的水蒸氣被增溫增壓進(jìn)入最后 一級(jí)蒸發(fā)室(2)重復(fù)上述加熱、冷凝、蒸發(fā)過(guò)程。 同時(shí)， 經(jīng)過(guò)第一級(jí)蒸發(fā)室(2)蒸發(fā)后的料液被引入第二級(jí)蒸發(fā)室(2)進(jìn)行二次蒸 發(fā)，然后進(jìn)入第三極蒸發(fā)室(2)進(jìn)行三次蒸發(fā)，如此過(guò)程直至最后一級(jí)蒸發(fā)室(2)的最后一 次蒸發(fā)，經(jīng)過(guò)最終蒸發(fā)濃縮后的料液(7)從最后一級(jí)蒸發(fā)室(2)排出；而在各級(jí)蒸發(fā)室(2) 中的中空纖維加熱器(1)內(nèi)產(chǎn)生的蒸餾水直接或經(jīng)過(guò)U型管(9)流入中空纖維加熱器的底 部而排出蒸發(fā)器；具有較高溫度的蒸餾水(5)和濃排液(7)通過(guò)中空纖維換熱器(4)與補(bǔ) 充料液(6)進(jìn)行熱交換后排出VCD系統(tǒng)，被預(yù)熱后的補(bǔ)充料液(6)進(jìn)入第一級(jí)蒸發(fā)室(2) 進(jìn)行噴淋蒸發(fā)。
權(quán)利要求
1.一種利用非金屬導(dǎo)熱中空纖維的壓汽蒸餾裝置，是由加熱/冷凝及蒸發(fā)系統(tǒng)、除霧 設(shè)備、蒸汽增壓設(shè)備、冷凝水及濃縮液熱回收與補(bǔ)充料液預(yù)熱系統(tǒng)、熱量補(bǔ)充系統(tǒng)、泵及循 環(huán)系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)以及相關(guān)附屬設(shè)備組成的，其特征在于所述加熱/冷凝及 蒸發(fā)系統(tǒng)中的加熱/冷凝器為非金屬中空纖維管式加熱器/冷凝器，所述冷凝水及濃縮液 熱回收與補(bǔ)充料液預(yù)熱系統(tǒng)和熱量補(bǔ)充系統(tǒng)中的換熱器為非金屬中空纖維管式換熱器。
2.按照權(quán)利要求1的壓汽蒸餾裝置，其特征在于所述的非金屬中空纖維管式加熱器/ 冷凝器是指以非金屬導(dǎo)熱中空纖維為主體而構(gòu)成的管式加熱器/冷凝器。
3.按照權(quán)利要求1的壓汽蒸餾裝置，其特征在于所述的非金屬中空纖維管式換熱器是 指以非金屬導(dǎo)熱中空纖維為主體而構(gòu)成的管式換熱器。
4.按照權(quán)利要求2和權(quán)利要求3的非金屬導(dǎo)熱中空纖維，其特征在于所述的非金屬導(dǎo) 熱中空纖維的材質(zhì)是指具有備良好物理、機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性能的高分子材質(zhì)、無(wú)機(jī)非 金屬材料以及其復(fù)合材料、以及它們與金屬形成的復(fù)合材料。
5.按照權(quán)利要求2和權(quán)利要求3的非金屬導(dǎo)熱中空纖維，其特征在于所述的非金屬導(dǎo) 熱中空纖維的的內(nèi)徑為50 5000微米，厚度為0. 01 3000微米。
6.按照權(quán)利要求1的壓汽蒸餾裝置，其特征在于所述的壓汽蒸餾裝置不僅能夠設(shè)計(jì)成 多種形式而單獨(dú)使用，而且能夠同其它技術(shù)與裝置耦合聯(lián)用。
7.一種利用如權(quán)利要求1所述壓汽蒸餾裝置的方法，其特征在于包括以下過(guò)程對(duì)于料液中含有的大量懸浮物、凝膠、固體顆粒等不溶物，在進(jìn)入壓汽蒸餾系統(tǒng)前需要 分離移除；被加熱至預(yù)設(shè)溫度的料液在蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)蒸發(fā)，蒸汽被增壓設(shè)備增壓增溫后進(jìn)入非金屬 中空纖維管式加熱器/冷凝器內(nèi)加熱料液至較高溫度，同時(shí)蒸汽冷凝為蒸餾水；溫度提升 后的料液在蒸發(fā)器內(nèi)部分蒸發(fā)，與此同時(shí)料液也降至較低溫度，然后再被經(jīng)過(guò)增壓設(shè)備增 壓增溫后具有較高溫度的水蒸氣通過(guò)非金屬中空纖維管式加熱器/冷凝器加熱至較高溫 度，繼續(xù)進(jìn)行料液的蒸發(fā)、蒸汽的增壓增溫、料液加熱和蒸汽冷凝的過(guò)程，如此過(guò)程連續(xù)重 復(fù)進(jìn)行，料液被不斷濃縮，冷凝水不斷產(chǎn)生。在料液的壓汽蒸餾過(guò)程中能夠同時(shí)獲得蒸餾水和濃縮液甚至部分固體結(jié)晶物；從壓汽蒸餾主體裝置中排出的蒸餾水和濃縮液都具有較高的溫度，利用非金屬中空纖 維管式換熱器同補(bǔ)充料液進(jìn)行熱交換，料液被加熱至較高的溫度后進(jìn)入壓汽蒸餾系統(tǒng)進(jìn)行 蒸發(fā)；壓汽蒸餾系統(tǒng)所需的補(bǔ)充熱量可通過(guò)附設(shè)的加熱器或引入蒸汽而得到補(bǔ)充；本發(fā)明的非金屬導(dǎo)熱中空纖維壓汽蒸餾不僅能夠設(shè)計(jì)成不同的形式使用，而且能夠同 其它技術(shù)與裝置耦合聯(lián)用，包括各種分離技術(shù)與設(shè)備、反應(yīng)過(guò)程等，比如多效蒸發(fā)(餾)、 多級(jí)閃蒸、精餾設(shè)備、結(jié)晶裝置、化學(xué)分離設(shè)備、物理沉降過(guò)程、樹脂分離裝置、萃取分離裝 置、膜分離設(shè)備、化學(xué)以及生物反應(yīng)工藝過(guò)程等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用非金屬導(dǎo)熱中空纖維的壓汽蒸餾裝置及方法，該裝置主要包括非金屬中空纖維加熱/冷凝及蒸發(fā)系統(tǒng)、除霧設(shè)備、蒸汽增壓設(shè)備(如蒸汽壓縮機(jī)、蒸汽噴射器等)、非金屬中空纖維排出液(冷凝水及濃縮液)熱回收/補(bǔ)充料液預(yù)熱系統(tǒng)、熱量補(bǔ)充系統(tǒng)、泵及循環(huán)系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)以及相關(guān)附屬設(shè)備。本發(fā)明的非金屬導(dǎo)熱中空纖維壓汽蒸餾裝置和方法能夠有效避免常規(guī)壓汽蒸餾易腐蝕、結(jié)垢的問(wèn)題，同時(shí)能夠顯著降低設(shè)備成本、減小體積和較大程度地提高工作效率。
文檔編號(hào)B01D3/00GK102125804SQ201010031340
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月12日
發(fā)明者張鵬碩, 王麗, 董為毅 申請(qǐng)人:天津海之凰科技有限公司