專利名稱：一種利用非金屬導熱中空纖維的壓汽蒸餾裝置及方法
技術領域：
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：
壓汽蒸餾(Vapor Compression Distillation, VCD)技術是根據(jù)蒸汽被壓縮時溫 度升高這一特性將蒸發(fā)器中沸騰溶液蒸發(fā)出來的二次蒸汽通過壓縮機的絕熱壓縮或利用 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利用，其顯著優(yōu)點是熱功效率 高。壓汽蒸餾設備簡單、緊湊、造水比高、節(jié)能，應用于海水淡化、化工蒸發(fā)、廢水處理和蒸餾 水生產(chǎn)等。但是由于其設備成本太高、易結垢、耐腐蝕性差等缺點妨礙了壓汽蒸餾技術的廣 泛使用。為克服這些缺點，本發(fā)明研制出了一種利用非金屬導熱中空纖維的VCD裝置及方 法，將能夠推動VCD技術的廣泛應用。

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、設備耐腐蝕性和降低其制造成 本的技術與方法。通常情況下，V⑶裝置主要包括加熱/冷凝及蒸發(fā)系統(tǒng)、除霧設備、蒸汽增壓設備 (如蒸汽壓縮機、蒸汽噴射器等)、排出液(冷凝水及濃縮液)熱回收/補充料液預熱系 統(tǒng)、熱量補充系統(tǒng)、泵及循環(huán)系統(tǒng)、監(jiān)測控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)以及相關附屬設備。本發(fā)明的技術方案主要包括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充料液預熱系統(tǒng)和熱量補充系統(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熱中空纖維為 主體而構成的管式加熱器/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熱中空纖維為主體而構 成的管式換熱器。所述的非金屬導熱中空纖維的材質(zhì)包括具有備良好導熱性、耐溫性、耐腐蝕性和 良好機械性能的高分子材質(zhì)、無機非金屬材料以及其復合材料、以及其與金屬所形成的復 合材料。所述的非金屬導熱中空纖維的的內(nèi)徑為50 5000微米，厚度為0. 01 3000微米。所述的非金屬導熱中空纖維VCD能夠根據(jù)需要設計成多種不同形式，能夠單獨使 用，也能夠同其它裝置與技術集成聯(lián)用，比如各種分離技術與設備、反應過程等，如多效蒸 發(fā)(餾)、多級閃蒸、精餾設備、結晶裝置、化學分離設備、樹脂分離裝置、萃取分離裝置、膜分離設備、化學以及生物 反應工藝過程等。一種利用上述非金屬導熱中空纖維V⑶的方法，其特征在于包括以下過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，在進入非金屬導熱 中空纖維VCD裝置前需要分離移除。被加熱至預設溫度的料液在蒸發(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 備增壓增溫后進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程，如此過程連續(xù)重復進 行，料液被不斷濃編，冷凝水不斷產(chǎn)生。在料液的VCD過程中能夠同時獲得蒸餾水和濃縮液甚至部分固體結晶物。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充料液進行熱交換，料液被加熱至較高的溫度后進入 V⑶系統(tǒng)進行蒸發(fā)。V⑶系統(tǒng)所需的補充熱量可通過附設的加熱器或引入蒸汽而得到補充。本發(fā)明的非金屬導熱中空纖維VCD裝置和方法能夠有效克服常規(guī)VCD易腐蝕、結 垢的問題，同時能夠顯著降低設備成本、減小體積和較大程度地提高工作效率。
具體實施例方式本實施方式中列舉了 5種代表性的非金屬導熱中空纖維VCD裝置，具體見附圖1 至5，而實際應用中不僅限于此5種形式。


1、中空纖維加熱器；2、蒸發(fā)室；3、蒸汽壓縮機；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熱中空纖維換熱器V⑶工藝裝置示圖。 圖3是一種非金屬導熱中空纖維噴淋式VCD工藝裝置示圖。 圖4是一種非金屬導熱中空纖維多效V⑶工藝裝置示圖。 圖5是一種非金屬導熱中空纖維熱力壓縮多效蒸發(fā)系統(tǒng)工藝裝置示圖。實施例1一種非金屬導熱中空纖維V⑶裝置如圖1所示，經(jīng)過加熱的原料液(6)進入蒸發(fā) 室(2)蒸發(fā)，經(jīng)過除霧器(14)后的水蒸氣經(jīng)蒸汽壓縮機(3)壓縮后進入置于蒸發(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)往復直至達到預設的排放濃度。具有較高溫度的蒸餾水(5)和濃排液(7)通過中空纖維換熱器(4)與補充料液 (6)進行熱交換后排出VCD系統(tǒng)，被預熱后的補充料液(6)進入蒸發(fā)室(2)進行循環(huán)蒸發(fā)。實施例2一種非金屬導熱中空纖維V⑶裝置如圖2所示，經(jīng)過加熱的原料液(6)進入蒸發(fā)室(2)蒸發(fā)，經(jīng)過除霧器(14)后的水蒸氣經(jīng)蒸汽壓縮機(3)壓縮后進入中空纖維加熱器(1)加熱料液至較高的溫度，而與此同時蒸汽冷凝為蒸餾水(5)；溫度提升后的料液循環(huán)進 入蒸發(fā)室(2)內(nèi)進行蒸發(fā)，所剩料液再次進入中空纖維加熱器(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)往復直至達到預設的排放濃度。具有較高溫度的蒸餾水(5)和濃排液(7)通過中空纖維換熱器(4)與補充料液 (6)進行熱交換后排出VCD系統(tǒng)，被預熱后的補充料液(6)通過中空纖維加熱器(1)進入蒸 發(fā)室(2)進行循環(huán)蒸發(fā)。實施例3一種非金屬導熱中空纖維V⑶裝置如圖3所示，經(jīng)過加熱的原料液(6)進入蒸發(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(3)壓縮進入置于蒸發(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 同時蒸汽冷凝為蒸餾水(5)，蒸餾水(5)直接或經(jīng)過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)，通過加熱器 (10)進行熱量補充。具有較高溫度的蒸餾水(5)和濃排液(7)通過中空纖維換熱器(4)與補充料液
(6)進行熱交換后排出VCD系統(tǒng)，被預熱后的補充料液(6)進入蒸發(fā)室(2)進行噴淋蒸發(fā)。實施例4一種非金屬導熱中空纖維V⑶裝置如圖4所示，具有多級蒸發(fā)室(2)，經(jīng)過加熱的 原料液(6)進入第一級蒸發(fā)室(2)進行蒸發(fā)，所得水蒸氣進入第二級蒸發(fā)室內(nèi)的中空纖維 加熱器(1)釋放潛熱并加熱第二級蒸發(fā)室(2)內(nèi)的料液至較高的溫度，同時水蒸氣在中空 纖維加熱器(1)內(nèi)冷凝為蒸餾水(5)，在第二級蒸發(fā)室(2)內(nèi)料液產(chǎn)生的水蒸氣進入第三級 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 次進入其下一級進行加熱、冷凝，如此加熱、冷凝、蒸發(fā)過程重復進行至最后一級。在最后一 級蒸發(fā)室(2)內(nèi)產(chǎn)生的水蒸氣被蒸汽壓縮機(3)壓縮后進入蒸發(fā)室第一級的中空纖維加熱 器(1)繼續(xù)加熱料液，重復上述冷凝、加熱、蒸發(fā)的過程。在上述蒸發(fā)過程不斷進行的同時，經(jīng)過第一級蒸發(fā)室濃縮后的料液進入第二級繼 續(xù)蒸發(fā)濃縮，然后再進入下一級蒸發(fā)濃縮，直至最后一級，經(jīng)過最后一級蒸發(fā)室濃縮的料液
(7)排出蒸發(fā)室(2)經(jīng)過中空纖維換熱器(4)與補充料液(6)進行熱交換后排出VCD系統(tǒng)； 而在每一級蒸發(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中空纖 維換熱器(4)與補充料液(6)進行熱交換后排出VCD系統(tǒng)；經(jīng)過預熱后的補充料液(6)進 入第一級蒸發(fā)室(2)進行蒸發(fā)。實施例5一種非金屬導熱中空纖維V⑶裝置如圖5所示，具有多級蒸發(fā)室(2)，經(jīng)過加熱的 原料液(6)進入第一級蒸發(fā)室(2)進行噴淋(11)蒸發(fā)，經(jīng)除霧(14)的水蒸氣被蒸汽噴射 器(12)增溫增壓后進入最后一級蒸發(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，而與此同時蒸汽冷凝為蒸餾水(5)；最后一級蒸發(fā)室(2)內(nèi)的料液蒸發(fā)所產(chǎn)生的蒸汽進入與其相鄰的下一級蒸發(fā)室(2)(若設備為兩級，則進入第一級 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，同時料液蒸發(fā)所產(chǎn)生 的水蒸氣依次進入其下一級蒸發(fā)室(2)進行加熱、冷凝，如此加熱、冷凝、蒸發(fā)過程重復進 行至第一級蒸發(fā)室(2)；如前所述，在第一級蒸發(fā)室內(nèi)產(chǎn)生的水蒸氣被增溫增壓進入最后 一級蒸發(fā)室(2)重復上述加熱、冷凝、蒸發(fā)過程。 同時， 經(jīng)過第一級蒸發(fā)室(2)蒸發(fā)后的料液被引入第二級蒸發(fā)室(2)進行二次蒸 發(fā)，然后進入第三極蒸發(fā)室(2)進行三次蒸發(fā)，如此過程直至最后一級蒸發(fā)室(2)的最后一 次蒸發(fā)，經(jīng)過最終蒸發(fā)濃縮后的料液(7)從最后一級蒸發(fā)室(2)排出；而在各級蒸發(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)通過中空纖維換熱器(4)與補 充料液(6)進行熱交換后排出VCD系統(tǒng)，被預熱后的補充料液(6)進入第一級蒸發(fā)室(2) 進行噴淋蒸發(fā)。
權利要求
1.一種利用非金屬導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 設備、蒸汽增壓設備、冷凝水及濃縮液熱回收與補充料液預熱系統(tǒng)、熱量補充系統(tǒng)、泵及循 環(huán)系統(tǒng)、監(jiān)測控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)以及相關附屬設備組成的，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 熱回收與補充料液預熱系統(tǒng)和熱量補充系統(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熱中空纖維為主體而構成的管式加熱器/冷凝器。
3.按照權利要求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 指以非金屬導熱中空纖維為主體而構成的管式換熱器。
4.按照權利要求2和權利要求3的非金屬導熱中空纖維，其特征在于所述的非金屬導 熱中空纖維的材質(zhì)是指具有備良好物理、機械性能和化學穩(wěn)定性能的高分子材質(zhì)、無機非 金屬材料以及其復合材料、以及它們與金屬形成的復合材料。
5.按照權利要求2和權利要求3的非金屬導熱中空纖維，其特征在于所述的非金屬導 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計成 多種形式而單獨使用，而且能夠同其它技術與裝置耦合聯(lián)用。
7.一種利用如權利要求1所述壓汽蒸餾裝置的方法，其特征在于包括以下過程對于料液中含有的大量懸浮物、凝膠、固體顆粒等不溶物，在進入壓汽蒸餾系統(tǒng)前需要 分離移除；被加熱至預設溫度的料液在蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)蒸發(fā)，蒸汽被增壓設備增壓增溫后進入非金屬 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)，與此同時料液也降至較低溫度，然后再被經(jīng)過增壓設備增 壓增溫后具有較高溫度的水蒸氣通過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程，如此過程連續(xù)重 復進行，料液被不斷濃縮，冷凝水不斷產(chǎn)生。在料液的壓汽蒸餾過程中能夠同時獲得蒸餾水和濃縮液甚至部分固體結晶物；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 維管式換熱器同補充料液進行熱交換，料液被加熱至較高的溫度后進入壓汽蒸餾系統(tǒng)進行 蒸發(fā)；壓汽蒸餾系統(tǒng)所需的補充熱量可通過附設的加熱器或引入蒸汽而得到補充；本發(fā)明的非金屬導熱中空纖維壓汽蒸餾不僅能夠設計成不同的形式使用，而且能夠同 其它技術與裝置耦合聯(lián)用，包括各種分離技術與設備、反應過程等，比如多效蒸發(fā)(餾)、 多級閃蒸、精餾設備、結晶裝置、化學分離設備、物理沉降過程、樹脂分離裝置、萃取分離裝 置、膜分離設備、化學以及生物反應工藝過程等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用非金屬導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)、除霧設備、蒸汽增壓設備(如蒸汽壓縮機、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/補充料液預熱系統(tǒng)、熱量補充系統(tǒng)、泵及循環(huán)系統(tǒng)、監(jiān)測控制系統(tǒng)以及相關附屬設備。本發(fā)明的非金屬導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、結垢的問題，同時能夠顯著降低設備成本、減小體積和較大程度地提高工作效率。
文檔編號B01D3/00GK102125804SQ201010031340
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月12日 優(yōu)先權日2010年1月12日
發(fā)明者張鵬碩, 王麗, 董為毅 申請人:天津海之凰科技有限公司