廢水蒸發(fā)技術(shù)

多效蒸發(fā)技術(shù)講座

環(huán)境分廠多效蒸發(fā)技術(shù)講座

廢水蒸發(fā)技術(shù)講義環(huán)境工程分廠

湯清軍二O一一年十二月

內(nèi)容簡介及要求☆主要內(nèi)容：簡要介紹環(huán)境工程分廠主要工藝流程情況。①蒸發(fā)、結(jié)晶概要。②多效蒸發(fā)工藝。③蒸發(fā)設(shè)備介紹。④相關(guān)設(shè)計情況及使用廠家廢水蒸發(fā)工藝設(shè)備情況簡介。⑤廢水蒸發(fā)生產(chǎn)中面臨的主要問題。

☆本講目的是要了解：①環(huán)境工程分廠主要工藝流程是什么？②蒸發(fā)操作的目的是什么？③多效蒸發(fā)工藝有哪幾種？④常用高效廢水蒸發(fā)器有哪幾類？⑤廢水蒸發(fā)操作面臨哪些問題？☆思考問題：我廠廢水蒸發(fā)工藝和設(shè)備如何選擇？

前言

水是人類生活和生產(chǎn)活動中不可缺少的物質(zhì)資源。水資源的循環(huán)利用始終是我們國家長期發(fā)展的重要戰(zhàn)略決策。實現(xiàn)廢水零排放是公司煤制天然氣項目在環(huán)保和節(jié)能方面的既定目標(biāo)之一。采用多效蒸發(fā)—結(jié)晶法，使廢水中的水分子汽化，其蒸汽冷凝得到純水后再使用，可實現(xiàn)廢水零排放，又可節(jié)約大量的一次水，達(dá)到了既環(huán)保又節(jié)能的目的。同時，廢水蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶得到固廢物，處置較容易。故采用此法處理廢水是必要的，也是可行的。

環(huán)境工程分廠全廠工藝方框圖

環(huán)境工程分廠主要由四個工藝完全不同的系統(tǒng)組成，它們又有機的聯(lián)系在一起。它們是循環(huán)水、凝結(jié)水處理、有機污水處理、濃鹽水處理四個系統(tǒng)。

污水及產(chǎn)水工藝方框簡圖

A.循環(huán)水系統(tǒng)工藝方框圖

B.凝結(jié)水處理系統(tǒng)工藝方框圖

C.有機污水處理系統(tǒng)工藝方框圖間斷地坪沖洗水格柵渠道事故池生活及化驗污水煤氣化廢水甲醇廢水初期雨水泵隔油沉淀池綜合調(diào)節(jié)池污泥回流隔油沉淀池綜合調(diào)節(jié)池厭氧水解酸化池A/O池二沉池泵污水站站內(nèi)污水深度處理段圖例:污水管道和流向：污泥管道和流向：藥劑管道和流向：空氣管道和流向：事故廢水管道和流向：污泥處理系統(tǒng)鼓風(fēng)機泵泵

煤氣化廢水有機污水深度處理系統(tǒng)工藝方框圖

生化出水緩沖水池吸附池沉淀池中間水池生物濾池變孔隙濾池反洗排水池污泥至主生化系統(tǒng)真空皮帶脫水處理加焦系統(tǒng)排焦回用水處理段混凝池外運燃料

除硬降濁沉降過濾膜處理蒸發(fā)塘濃鹽水產(chǎn)水回用外運加藥

D.濃鹽水膜處理系統(tǒng)工藝方框圖（自然蒸發(fā)）高濃鹽水塘蒸發(fā)器壓濾機蒸發(fā)器結(jié)晶器脫水機蒸發(fā)塘高濃鹽水泥餅外運蒸餾水回用蒸汽蒸汽事故液事故液或廢水廢水多效蒸發(fā)—結(jié)晶系統(tǒng)工藝方框圖水汽排空（自然蒸發(fā)）濃液㈠、蒸發(fā)的定義蒸發(fā)是指用加熱的方法使溶液中一部分溶劑汽化，從而提高溶液的濃度，或使溶液濃縮到飽和而析出溶質(zhì)的單元操作。㈡、蒸發(fā)的目的和應(yīng)用

1.蒸發(fā)是化工領(lǐng)域的重要操作單元之一，廣泛應(yīng)用于濃縮各種不揮發(fā)性溶質(zhì)的水溶液，來獲得濃縮溶液或溶質(zhì)的結(jié)晶物，如電解法制堿、蒸發(fā)制食用糖、真空制鹽、制藥和海水淡化工程等。

2.蒸發(fā)用于廢水處理的目的就是加熱廢水，使水分大量汽化，將廢水濃縮減量或使其溶質(zhì)結(jié)晶析出，減少或避免環(huán)境污染；并回用蒸發(fā)后純凈的冷凝水。一.蒸發(fā)、結(jié)晶概要結(jié)晶基礎(chǔ)知識㈢.結(jié)晶概述

1.結(jié)晶：通過蒸發(fā)濃縮或降溫冷卻，使溶液達(dá)到飽和，讓多余的溶質(zhì)形成晶體而析出的方法。結(jié)晶和溶解是兩個相反過程。要使溶液中固體溶質(zhì)結(jié)晶析出，必須設(shè)法使溶液呈過飽和狀態(tài)。2.過飽和度：同一溫度下過飽和溶液與飽和溶液間的濃度差。其作用：它是產(chǎn)生晶核，并使晶核成長的推動力。3.溶質(zhì)結(jié)晶分兩步：首先要產(chǎn)生稱為晶核的微觀晶粒，作為結(jié)晶的核心；再是晶核長大成為宏觀的晶粒。劇烈攪拌有利于晶核的形成，而較緩慢的攪拌則有利于晶體的均勻成長。4.溶質(zhì)結(jié)晶方法有兩大類：移除一部分溶劑的結(jié)晶和不移除溶劑的結(jié)晶。蒸發(fā)結(jié)晶屬于前一類。

5.在結(jié)晶過程中，為了較容易控制晶體的數(shù)目和大小，往往在結(jié)晶將要開始之前，于溶液中加入溶質(zhì)的微細(xì)晶粒，作為晶種。這樣，晶核可以在較低的過飽和程度下形成。作為晶種，并不限于溶質(zhì)本身，其它物質(zhì)，倘其晶格與溶質(zhì)相似，都可作為晶種。

㈣.多效蒸發(fā)基本概念1.效：對蒸汽（不是二次蒸汽）的利用次數(shù)。2.單效蒸發(fā)：將蒸發(fā)時產(chǎn)生的二次蒸汽直接冷凝而不再利用的蒸發(fā)過程。（從廢水中蒸發(fā)出來的蒸汽叫二次蒸汽。）3.多效蒸發(fā)：多個蒸發(fā)器串聯(lián)，將前一效產(chǎn)生的二次蒸汽作為后一效的加熱蒸汽的蒸發(fā)過程。4.真空蒸發(fā)：蒸發(fā)過程在低于大氣壓的條件下進行，即是使蒸發(fā)器內(nèi)形成一定的真空度，降低溶液沸點的蒸發(fā)。5.蒸發(fā)比：又叫蒸發(fā)經(jīng)濟。是指加入蒸發(fā)系統(tǒng)生蒸汽量（一效或用生蒸汽預(yù)熱廢水）與蒸發(fā)系統(tǒng)從廢水中蒸發(fā)出來的二次蒸汽總量之比。6.濃縮倍數(shù)：在蒸發(fā)廢水過程中，原廢水量與濃縮液量之比。濃縮倍數(shù)愈大，濃縮液的濃度愈高。

蒸發(fā)濃縮概要㈤.蒸發(fā)的基本要求1.充足的加熱熱源，以維持溶液的沸騰和補充溶劑汽化所帶走的熱量；2.保證溶劑蒸汽，即二次蒸汽的迅速排除；3.一定的熱交換面積，以保證傳熱量。

㈥.蒸發(fā)的分類

1.蒸發(fā)按蒸發(fā)狀態(tài)可分為自然蒸發(fā)和沸騰蒸發(fā)，自然蒸發(fā)是指溶劑在低于沸點的情況下汽化，沸騰蒸發(fā)是指溶劑在沸騰的條件下汽化。沸騰汽化的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自然蒸發(fā)的速率，因此工業(yè)上大多采用沸騰蒸發(fā)。2.蒸發(fā)按操作壓力的不同可分為常壓蒸發(fā)、加壓蒸發(fā)和真空（減壓）蒸發(fā)。

㈦.真空蒸發(fā)的優(yōu)缺點1.優(yōu)點：⑴.溶液沸點降低，使傳熱推動力增大；⑵.蒸發(fā)操作的熱源可采用低壓蒸汽，有利于能源利用；⑶.蒸發(fā)器的熱損失可減少；⑷.適用于處理熱敏性溶液。2.缺點：⑴.一是因溶液的沸點降低，使粘度增大，導(dǎo)致沸騰對流傳熱系數(shù)減少，總傳熱系數(shù)減少；⑵.二是需配有減壓設(shè)備，并消耗一定的能量。

（八）.傳熱概述當(dāng)相鄰兩物體間有溫度差存在時，就會有熱量的傳遞發(fā)生。熱量只能從高溫物體傳至低溫物體。熱量傳遞方式有三種：傳導(dǎo)、輻射與對流傳導(dǎo)：物體靠分子碰撞將熱能由高溫一端傳至低溫一端，叫熱傳導(dǎo)。它有兩個條件：一是有溫度差，二是有傳熱介質(zhì)。輻射：熱能可以不借任何傳遞介質(zhì)，而以電磁波形式發(fā)射并在空間傳播，當(dāng)遇到物體時，則部分或全部被吸收而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。對流：物體借分子相互變動位置的方法，把熱能從一處帶至另一處的傳熱方式，叫對流傳熱。在列管式換熱器中，蒸汽在殼程中把熱量傳遞給管程內(nèi)的液體是采取：對流——傳導(dǎo)——對流的方式。傳熱基礎(chǔ)知識

1.以物態(tài)變化分類：無相變傳熱（不發(fā)生物態(tài)相變）和有相變傳熱（發(fā)生物態(tài)相變）。2.按傳熱面溫度變化：恒溫傳熱（物體在任一時間、任一壁面處的溫度均不變，保持恒定。如蒸汽加熱廢水，蒸汽冷凝廢水沸騰）和變溫傳熱。3.按換熱方式：直接換熱（冷熱流體直接接觸傳熱）和間接換熱。在熱傳遞過程中，兩個基本關(guān)系式：熱量衡算式：Q熱=Q冷或Q進=Q出傳熱速率式：Q=KF△t

或傳熱強度Q/F=K△t

K與蒸汽冷凝給熱系數(shù)、對流給熱系數(shù)、垢層熱阻、管壁熱阻有關(guān)。Q/F主要影響因素是K和△t，△t又與總溫差、各項溫度損失有關(guān)。傳熱基礎(chǔ)知識

（九）傳熱系數(shù)1.傳熱速率方程：Q=KF△t則K=Q/（F△t）2.蒸汽傳熱至管內(nèi)流體（對流—傳導(dǎo)—對流的方式）有五項熱阻：⑴蒸汽冷凝給熱阻力；⑵管外垢層的傳熱阻力；⑶管壁的傳導(dǎo)熱阻力；⑷管內(nèi)垢層傳導(dǎo)熱阻；⑸由管內(nèi)垢層至廢水的對流給熱阻力。3.由傅利葉定律、牛頓冷卻定律、傳熱速率方程式推出：

K=1/（1/α外+δ外/λ外+δs/λs+δ內(nèi)/λ內(nèi)+1/α內(nèi)）從上式可知：增大蒸汽冷凝給熱系數(shù)、液體對流給熱系數(shù)、管壁導(dǎo)熱系數(shù)，K值將提高；垢層和管壁厚度增加，K值將降低。在提高K值時，首先要避免石膏等垢層，因為它們的導(dǎo)熱系數(shù)均較低，其次要努力提高對流給熱系數(shù)，特別是提高給熱系數(shù)較小的一側(cè)，它是提高K值的重要措施。（在各熱阻中，垢層熱阻最大，占總熱阻一半以上，其次是對流給熱熱阻）

傳熱基礎(chǔ)知識

（十）蒸汽冷凝（滴狀冷凝和膜狀冷凝）

影響冷凝給熱系數(shù)的主要因素：1.液膜厚度：減薄液膜厚度，增大冷凝給熱系數(shù)；2.改變冷凝狀態(tài)：將膜狀改為滴狀：3.改變冷凝水流動狀態(tài)：在流速高時，液體由滯流變?yōu)橥牧鳎淖兞藗鳠岱绞健?.蒸汽質(zhì)量：據(jù)實驗，蒸汽中如果含有空氣等不凝結(jié)氣體（不凝氣），給熱系數(shù)將大大降低。當(dāng)蒸汽中不凝氣含量為1%時，給熱系數(shù)降低60%，故各效應(yīng)減少空氣漏入并及時排放不凝氣；5.過熱蒸汽：過熱蒸汽給熱時，必然有一段蒸汽降溫放熱過程，到降為飽和蒸汽溫度時，才冷凝放熱。

過熱蒸汽降溫傳熱屬于氣體給熱，其給熱系數(shù)只有冷凝給熱的1/50—1/80，故蒸汽如果過熱，就應(yīng)在管上加裝噴水裝置，使它變?yōu)轱柡驼羝?。過熱度很小時，影響不是很大。傳熱基礎(chǔ)知識

多效蒸發(fā)中，第一效的加熱蒸汽稱生蒸汽，蒸發(fā)后產(chǎn)生的蒸汽稱二次蒸汽，二次蒸汽進入下一效作為下一效的加熱蒸汽。后一效蒸發(fā)室的壓強和溶液沸點都要較前一效低，這樣前一效的二次蒸汽才可以起到加熱的作用，即后一效的加熱室作為前一效二次蒸汽的冷凝器。將這樣多個蒸發(fā)器串聯(lián)起來，只用一次生蒸汽就可以進行多次蒸發(fā)，提高了蒸汽的利用率。末效產(chǎn)生的二次蒸汽被冷凝器冷凝成水。

二.多效蒸發(fā)工藝㈠.多效蒸發(fā)蒸汽流程

如果忽略熱損失，理論上，每一效1噸生蒸汽可蒸發(fā)1噸水，實際上每一效1噸蒸汽大概能蒸發(fā)0.91噸水。反過來說，每蒸發(fā)1噸水，一效蒸發(fā)器需生蒸汽1.1噸，二效只需0.57噸，三效只需0.4噸，四效只需0.3噸。故多效蒸發(fā)提高了生蒸汽的利用率，大大降低了蒸汽消耗。多效蒸發(fā)工藝節(jié)能㈡.多效蒸發(fā)器蒸汽耗量評估多效蒸發(fā)料液流程分為順流轉(zhuǎn)料、逆流轉(zhuǎn)料、平流轉(zhuǎn)料、錯流轉(zhuǎn)料四種方式。1.順流的主要特點是溶液流向與蒸汽流向相同。㈢.多效蒸發(fā)工藝料液流程簡介2.逆流工藝流程：主要特點是溶液流向與蒸汽流向相反。3.平流工藝流程：主要特點是溶液分別送入各效，濃縮液也分別由各效排出，蒸汽依次順流轉(zhuǎn)入下一效。3.平流工藝流程：主要特點是溶液分別送入各效，濃縮液也分別由各效排出，蒸汽依次順流轉(zhuǎn)入下一效。3.平流工藝流程：主要特點是溶液分別送入各效，濃縮液也分別由各效排出，蒸汽依次順流轉(zhuǎn)入下一效。4.錯流工藝流程：主要特點是對前述三種流程采用了其中任意兩種或三種組合流程。（四）Ⅳ效蒸發(fā)制鹽工藝

流程及工藝指標(biāo)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)組成蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)一般由蒸發(fā)器(加熱室和分離室組成)、結(jié)晶器、冷凝器和抽氣泵等組成。蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備的種類繁多，可以根據(jù)物料特性和工藝要求，選擇合適的蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備。三.蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備㈠.廢水蒸發(fā)常用的設(shè)備1.列管式蒸發(fā)器：分自然循環(huán)式和強制循環(huán)式兩種。最常用的蒸發(fā)器為外加熱式強制循環(huán)蒸發(fā)器，它在加熱管內(nèi)的循環(huán)速度一般為1.5-2.0m/s，傳熱系數(shù)高，對水垢有一定的沖刷作用，適于蒸發(fā)結(jié)晶和結(jié)垢性廢水，但能耗高?！锿饧訜崾綇娭蒲h(huán)蒸發(fā)器由加熱室、蒸發(fā)室（分離室）、循環(huán)泵、上下循環(huán)管組成。⑴加熱室：蒸汽與溶液進行熱交換的設(shè)備，它由殼程、上下管板、加熱管等組成，上下部位設(shè)有不凝氣排放裝置，下部有冷凝水排放口。⑵蒸發(fā)室：鋼板焊制的空殼體。上面有加料、洗罐裝置，有視鏡、人孔，有排料、二次蒸汽出口、有循環(huán)料液進出口等。它的作用有：①供被加熱溶液沸騰蒸發(fā)；②將蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽與其中夾帶的霧沫分離，以獲得較純的二次蒸汽，減少冷凝水污染和加熱室腐蝕；③貯存部分溶液蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備簡介

保證溶液循環(huán)和蒸發(fā)；④將析出晶體沉積于蒸發(fā)室下部，并從下部排出，它既是蒸發(fā)器，又是結(jié)晶器；⑤收集二次蒸汽并從頂部排出。它的頂部安裝了捕沫器，以便汽、液分離。⑶循環(huán)泵：具有大流量、低揚程的軸流泵。它提供流體強制循環(huán)、克服阻力的推動力?！锿饧訜釓娭蒲h(huán)蒸發(fā)器的主要優(yōu)點：料液循環(huán)速度較大，傳熱速率較高；加熱室在蒸發(fā)室外，易于加熱管清洗和拆換修理；加熱室直徑較小，易于制作；適用于結(jié)晶、結(jié)垢的溶液蒸發(fā)。缺點：循環(huán)管長，阻力大，動力消耗多；對加熱管機械磨損較嚴(yán)重。蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備簡介

保證溶液循環(huán)和蒸發(fā)；④將析出晶體沉積于蒸發(fā)室下部，并從下部排出，它既是蒸發(fā)器，又是結(jié)晶器；⑤收集二次蒸汽并從頂部排出。它的頂部安裝了捕沫器，以便汽、液分離。⑶循環(huán)泵：具有大流量、低揚程的軸流泵。它提供流體強制循環(huán)、克服阻力的推動力?！锿饧訜釓娭蒲h(huán)蒸發(fā)器的主要優(yōu)點：料液循環(huán)速度較大，傳熱速率較高；加熱室在蒸發(fā)室外，易于加熱管清洗和拆換修理；加熱室直徑較小，易于制作；適用于結(jié)晶、結(jié)垢的溶液蒸發(fā)。缺點：循環(huán)管長，阻力大，動力消耗多；對加熱管機械磨損較嚴(yán)重。蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備簡介外加熱式強制循環(huán)蒸發(fā)器

（內(nèi)、外夾套式蒸發(fā)罐）溶液由軸流泵自下而上地打到加熱室流過,從加熱室加熱管獲得熱能后,進人蒸發(fā)室進行沸騰蒸發(fā),二次蒸汽自上部的二次蒸汽管排出,液體沿下循環(huán)管繼續(xù)進行循環(huán)。完成液由排出管排出。加熱蒸汽由加熱室殼體接管進入,在殼體與管束間的空隙處自上而下流過,經(jīng)過換熱后的冷凝液由加熱室下部的排出口排出。強制循環(huán)蒸發(fā)器.swf閃發(fā)區(qū)澄清區(qū)結(jié)晶區(qū)閃發(fā)罐閃發(fā)罐由：蒸發(fā)室、軸流泵、上下循環(huán)管等組成

2.薄膜式蒸發(fā)器它有長管式、旋流式和旋片式三種類型。其特點是廢水僅通過加熱室一次，不作循環(huán)，廢水在加熱管壁上形成一層很薄的水膜。蒸發(fā)速度快，傳熱效率較高。它適用于熱敏性物料蒸發(fā)，處理粘度較大，容易產(chǎn)生泡沫廢水的效果也較好。

★常用的是長管式薄膜蒸發(fā)器，它按水流方向分為升膜、降膜、升—降膜式三種。加熱室內(nèi)有一組5—8m長的加熱管，廢水從管端進入，沿管程汽化，然后進入分離室，分離二次蒸汽和濃縮液。

★目前國內(nèi)引進了一種先進的薄膜式蒸發(fā)器，它的廢水在加熱室內(nèi)成薄膜狀多次循環(huán)蒸發(fā)，稱為降膜式循環(huán)蒸發(fā)器。它又分為生蒸汽加熱的多效降膜式循環(huán)蒸發(fā)器和機械蒸汽再壓縮（電驅(qū)動壓縮蒸汽）降膜式循環(huán)蒸發(fā)器。3.浸沒燃燒蒸發(fā)器熱氣與廢水直接接觸式蒸發(fā)器，熱源為高溫?zé)煔狻Ｋ哂袀鳠嵝矢?，廢水沸點較低，構(gòu)造簡單等優(yōu)點，適用于蒸發(fā)強腐蝕性和易結(jié)垢的廢液，但不適于熱敏性物料和不能被煙氣污染的物料蒸發(fā)。