废水蒸发技术..ppt
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1、多效蒸发技术讲座,环境分厂,多效蒸发技术讲座,废水蒸发技术讲义,环境工程分厂 汤清军,二O一一年十二月,内容简介及要求主要内容:简要介绍环境工程分厂主要工艺流程情况。蒸发、结晶概要。多效蒸发工艺。蒸发设备介绍。相关设计情况及使用厂家废水蒸发工艺设备情况简介。废水蒸发生产中面临的主要问题。本讲目的是要了解:环境工程分厂主要工艺流程是什么?蒸发操作的目的是什么?多效蒸发工艺有哪几种?常用高效废水蒸发器有哪几类?废水蒸发操作面临哪些问题?思考问题:我厂废水蒸发工艺和设备如何选择?,前 言 水是人类生活和生产活动中不可缺少的物质资源。水资源的循环利用始终是我们国家长期发展的重要战略决策。实现废水零排放
2、是公司煤制天然气项目在环保和节能方面的既定目标之一。采用多效蒸发结晶法,使废水中的水分子汽化,其蒸汽冷凝得到纯水后再使用,可实现废水零排放,又可节约大量的一次水,达到了既环保又节能的目的。同时,废水蒸发浓缩、结晶得到固废物,处置较容易。故采用此法处理废水是必要的,也是可行的。,环境工程分厂全厂工艺方框图 环境工程分厂主要由四个工艺完全不同的系统组成,它们又有机的联系在一起。它们是循环水、凝结水处理、有机污水处理、浓盐水处理四个系统。,污水及产水工艺方框简图,A.循环水系统工艺方框图,B.凝结水处理系统工艺方框图,C.有机污水处理系统工艺方框图,间断地坪冲洗水,格栅渠道,事故池,生活及化验污水,
3、煤气化废水,甲醇废水,初期雨水,泵,隔油沉淀池,综合调节池,污泥回流,隔油沉淀池,综合调节池,厌氧水解酸化池,A/O池,二沉池,泵,污水站站内污水,深度处理段,图例:污水管道和流向:污泥管道和流向:药剂管道和流向:空气管道和流向:事故废水管道和流向:,污泥处理系统,鼓风机,泵,泵,煤气化废水,有机污水深度处理系统工艺方框图,除硬降浊,沉降过滤,膜处理,蒸发塘,浓盐水,产水回用,外运,加药,D.浓盐水膜处理系统工艺方框图,(自然蒸发),高浓盐水,塘,蒸发器,压滤机,蒸发器,结晶器,脱水机,蒸发塘,高浓盐水,泥饼外运,蒸馏水回用,蒸汽,蒸汽,事故液,事故液,或废水,废水多效蒸发结晶系统工艺方框图,
4、水汽排空,(自然蒸发),浓液,、蒸发的定义 蒸发是指用加热的方法使溶液中一部分溶剂汽化,从而提高溶液的浓度,或使溶液浓缩到饱和而析出溶质的单元操作。、蒸发的目的和应用 1.蒸发是化工领域的重要操作单元之一,广泛应用于浓缩各种不挥发性溶质的水溶液,来获得浓缩溶液或溶质的结晶物,如电解法制碱、蒸发制食用糖、真空制盐、制药和海水淡化工程等。2.蒸发用于废水处理的目的就是加热废水,使水分大量汽化,将废水浓缩减量或使其溶质结晶析出,减少或避免环境污染;并回用蒸发后纯净的冷凝水。,一.蒸发、结晶概要,结晶基础知识,.结晶概述 1.结晶:通过蒸发浓缩或降温冷却,使溶液达到饱和,让多余的溶质形成晶体而析出的方
5、法。结晶和溶解是两个相反过程。要使溶液中固体溶质结晶析出,必须设法使溶液呈过饱和状态。2.过饱和度:同一温度下过饱和溶液与饱和溶液间的浓度差。其作用:它是产生晶核,并使晶核成长的推动力。3.溶质结晶分两步:首先要产生称为晶核的微观晶粒,作为结晶的核心;再是晶核长大成为宏观的晶粒。剧烈搅拌有利于晶核的形成,而较缓慢的搅拌则有利于晶体的均匀成长。4.溶质结晶方法有两大类:移除一部分溶剂的结晶和不移除溶剂的结晶。蒸发结晶属于前一类。5.在结晶过程中,为了较容易控制晶体的数目和大小,往往在结晶将要开始之前,于溶液中加入溶质的微细晶粒,作为晶种。这样,晶核可以在较低的过饱和程度下形成。作为晶种,并不限于
6、溶质本身,其它物质,倘其晶格与溶质相似,都可作为晶种。,.多效蒸发基本概念1.效:对蒸汽(不是二次蒸汽)的利用次数。2.单效蒸发:将蒸发时产生的二次蒸汽直接冷凝而不再利用的蒸发过程。(从废水中蒸发出来的蒸汽叫二次蒸汽。)3.多效蒸发:多个蒸发器串联,将前一效产生的二次蒸汽作为后一效的加热蒸汽的蒸发过程。4.真空蒸发:蒸发过程在低于大气压的条件下进行,即是使蒸发器内形成一定的真空度,降低溶液沸点的蒸发。5.蒸发比:又叫蒸发经济。是指加入蒸发系统生蒸汽量(一效或用生蒸汽预热废水)与蒸发系统从废水中蒸发出来的二次蒸汽总量之比。6.浓缩倍数:在蒸发废水过程中,原废水量与浓缩液量之比。浓缩倍数愈大,浓缩
7、液的浓度愈高。,蒸发浓缩概要,.蒸发的基本要求1.充足的加热热源,以维持溶液的沸腾和补充溶剂汽化所带走的热量;2.保证溶剂蒸汽,即二次蒸汽的迅速排除;3.一定的热交换面积,以保证传热量。,.蒸发的分类 1.蒸发按蒸发状态可分为自然蒸发和沸腾蒸发,自然蒸发是指溶剂在低于沸点的情况下汽化,沸腾蒸发是指溶剂在沸腾的条件下汽化。沸腾汽化的速率远远超过自然蒸发的速率,因此工业上大多采用沸腾蒸发。2.蒸发按操作压力的不同可分为常压蒸发、加压蒸发和真空(减压)蒸发。,.真空蒸发的优缺点1.优点:.溶液沸点降低,使传热推动力增大;.蒸发操作的热源可采用低压蒸汽,有利于能源利用;.蒸发器的热损失可减少;.适用于
8、处理热敏性溶液。2.缺点:.一是因溶液的沸点降低,使粘度增大,导致沸腾对流传热系数减少,总传热系数减少;.二是需配有减压设备,并消耗一定的能量。,(八).传热概述 当相邻两物体间有温度差存在时,就会有热量的传递发生。热量只能从高温物体传至低温物体。热量传递方式有三种:传导、辐射与对流传导:物体靠分子碰撞将热能由高温一端传至低温一端,叫热传导。它有两个条件:一是有温度差,二是有传热介质。辐射:热能可以不借任何传递介质,而以电磁波形式发射并在空间传播,当遇到物体时,则部分或全部被吸收而转变为热能。对流:物体借分子相互变动位置的方法,把热能从一处带至另一处的传热方式,叫对流传热。在列管式换热器中,蒸
9、汽在壳程中把热量传递给管程内的液体是采取:对流传导对流 的方式。,传热基础知识,1.以物态变化分类:无相变传热(不发生物态相变)和有相变传热(发生物态相变)。2.按传热面温度变化:恒温传热(物体在任一时间、任一壁面处的温度均不变,保持恒定。如蒸汽加热废水,蒸汽冷凝废水沸腾)和变温传热。3.按换热方式:直接换热(冷热流体直接接触传热)和间接换热。在热传递过程中,两个基本关系式:热量衡算式:Q热=Q冷 或 Q进=Q出传热速率式:Q=KFt 或 传热强度 Q/F=K t K与蒸汽冷凝给热系数、对流给热系数、垢层热阻、管壁热阻有关。Q/F主要影响因素是K和t,t 又与总温差、各项温度损失有关。,传热基
10、础知识,(九)传热系数1.传热速率方程:Q=KFt 则K=Q/(F t)2.蒸汽传热至管内流体(对流传导对流的方式)有五项热阻:蒸汽冷凝给热阻力;管外垢层的传热阻力;管壁的传导热阻力;管内垢层传导热阻;由管内垢层至废水的对流给热阻力。3.由傅利叶定律、牛顿冷却定律、传热速率方程式推出:K=1/(1/外+外/外+s/s+内/内+1/内)从上式可知:增大蒸汽冷凝给热系数、液体对流给热系数、管壁导热系数,K值将提高;垢层和管壁厚度增加,K值将降低。在提高K值时,首先要避免石膏等垢层,因为它们的导热系数均较低,其次要努力提高对流给热系数,特别是提高给热系数较小的一侧,它是提高K值的重要措施。(在各热阻
11、中,垢层热阻最大,占总热阻一半以上,其次是对流给热热阻),传热基础知识,(十)蒸汽冷凝(滴状冷凝和膜状冷凝)影响冷凝给热系数的主要因素:1.液膜厚度:减薄液膜厚度,增大冷凝给热系数;2.改变冷凝状态:将膜状改为滴状:3.改变冷凝水流动状态:在流速高时,液体由滞流变为湍流,改变了传热方式。4.蒸汽质量:据实验,蒸汽中如果含有空气等不凝结气体(不凝气),给热系数将大大降低。当蒸汽中不凝气含量为1%时,给热系数降低60%,故各效应减少空气漏入并及时排放不凝气;5.过热蒸汽:过热蒸汽给热时,必然有一段蒸汽降温放热过程,到降为饱和蒸汽温度时,才冷凝放热。过热蒸汽降温传热属于气体给热,其给热系数只有冷凝给
12、热的1/501/80,故蒸汽如果过热,就应在管上加装喷水装置,使它变为饱和蒸汽。过热度很小时,影响不是很大。,传热基础知识,多效蒸发中,第一效的加热蒸汽称生蒸汽,蒸发后产生的蒸汽称二次蒸汽,二次蒸汽进入下一效作为下一效的加热蒸汽。后一效蒸发室的压强和溶液沸点都要较前一效低,这样前一效的二次蒸汽才可以起到加热的作用,即后一效的加热室作为前一效二次蒸汽的冷凝器。将这样多个蒸发器串联起来,只用一次生蒸汽就可以进行多次蒸发,提高了蒸汽的利用率。末效产生的二次蒸汽被冷凝器冷凝成水。,二.多效蒸发工艺,.多效蒸发蒸汽流程,如果忽略热损失,理论上,每一效1吨生蒸汽可蒸发1吨水,实际上每一效1吨蒸汽大概能蒸发
13、0.91吨水。反过来说,每蒸发1吨水,一效蒸发器需生蒸汽1.1吨,二效只需0.57吨,三效只需0.4吨,四效只需0.3吨。故多效蒸发提高了生蒸汽的利用率,大大降低了蒸汽消耗。,多效蒸发工艺节能,.多效蒸发器蒸汽耗量评估,多效蒸发料液流程分为顺流转料、逆流转料、平流转料、错流转料四种方式。1.顺流的主要特点是溶液流向与蒸汽流向相同。,.多效蒸发工艺料液流程简介,2.逆流工艺流程:主要特点是溶液流向与蒸汽流向相反。,3.平流工艺流程:主要特点是溶液分别送入各效,浓缩液也分别由各效排出,蒸汽依次顺流转入下一效。,3.平流工艺流程:主要特点是溶液分别送入各效,浓缩液也分别由各效排出,蒸汽依次顺流转入下
14、一效。,3.平流工艺流程:主要特点是溶液分别送入各效,浓缩液也分别由各效排出,蒸汽依次顺流转入下一效。,4.错流工艺流程:主要特点是对前述三种流程采用了其中任意两种或三种组合流程。,(四)效蒸发制盐工艺流程及工艺指标,蒸发结晶系统组成 蒸发结晶系统一般由蒸发器(加热室和分离室组成)、结晶器、冷凝器和抽气泵等组成。蒸发结晶设备的种类繁多,可以根据物料特性和工艺要求,选择合适的蒸发结晶设备。,三.蒸发结晶设备,.废水蒸发常用的设备1.列管式蒸发器:分自然循环式和强制循环式两种。最常用的蒸发器为外加热式强制循环蒸发器,它在加热管内的循环速度一般为1.5-2.0m/s,传热系数高,对水垢有一定的冲刷作
15、用,适于蒸发结晶和结垢性废水,但能耗高。外加热式强制循环蒸发器由加热室、蒸发室(分离室)、循环泵、上下循环管组成。加热室:蒸汽与溶液进行热交换的设备,它由壳程、上下管板、加热管等组成,上下部位设有不凝气排放装置,下部有冷凝水排放口。蒸发室:钢板焊制的空壳体。上面有加料、洗罐装置,有视镜、人孔,有排料、二次蒸汽出口、有循环料液进出口等。它的作用有:供被加热溶液沸腾蒸发;将蒸发产生的二次蒸汽与其中夹带的雾沫分离,以获得较纯的二次蒸汽,减少冷凝水污染和加热室腐蚀;贮存部分溶液,蒸发结晶设备简介,保证溶液循环和蒸发;将析出晶体沉积于蒸发室下部,并从下部排出,它既是蒸发器,又是结晶器;收集二次蒸汽并从顶
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