一种氯化铵的浓缩结晶设备及工艺
阅读说明：本技术 一种氯化铵的浓缩结晶设备及工艺 (Ammonium chloride concentration crystallization equipment and process ) 是由 赖愉豪 张小江 周齐 鲍燕娟 于 2021-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种氯化铵的浓缩结晶设备及工艺,包括依次连接的预热单元、蒸发结晶氯化铵单元、蒸汽压缩单元、冷凝水单元及压力控制单元,所述蒸汽压缩单元包括喷射热泵单元及压缩机压缩单元,所述蒸发结晶单元包括降膜浓缩单元和强制循环结晶单元。本发明结合了MVR蒸汽再压缩技术和蒸汽热泵技术,相比于单压缩机系统加大了二次蒸汽压缩比,提高了二次蒸汽压缩温差,打破了传统单压缩机系统温升20℃的极限,可以大幅减少了换热器等设备投资,减少投资成本,降低能耗,减少了污染物,减小对环境污染,更加节能环保,实际运行中只需少量的蒸汽,即可使整套系统正常运行,对于终点沸点升较高约15℃至20℃的物料的蒸发浓缩或热结晶工艺尤为适用。(The invention discloses ammonium chloride concentration and crystallization equipment and a process, which comprise a preheating unit, an evaporation crystallization ammonium chloride unit, a steam compression unit, a condensate water unit and a pressure control unit which are sequentially connected, wherein the steam compression unit comprises an injection heat pump unit and a compressor compression unit, and the evaporation crystallization unit comprises a falling film concentration unit and a forced circulation crystallization unit. The invention combines the MVR vapor recompression technology and the vapor heat pump technology, increases the secondary vapor compression ratio compared with a single compressor system, improves the secondary vapor compression temperature difference, breaks the limit of 20 ℃ of temperature rise of the traditional single compressor system, can greatly reduce the equipment investment of a heat exchanger and the like, reduces the investment cost, reduces the energy consumption, reduces pollutants and environmental pollution, is more energy-saving and environment-friendly, can normally operate the whole set of system only by a small amount of vapor in actual operation, and is particularly suitable for the evaporation concentration or thermal crystallization process of materials with higher terminal boiling point of about 15 ℃ to 20 ℃.)
技术领域
本发明涉及污水处理领域，适用于蒸发分离终点沸点升较高的物料，结合资源化利用、设备投资和能耗分析，尤适用于沸点升在15～20℃的物料的蒸发浓缩或热结晶工艺，具体地说适用于氯化铵、硝酸钠、硝酸钾等废水的蒸发热结晶，具体为一种氯化铵的浓缩结晶设备及工艺。
背景技术
近年来，环境和能源问题已经成为影响国家和企业长期稳定发展最突出的问题。随着工业铁蹄的高歌猛进，各种工业废水的种类和数量迅猛增加，对水体的污染也日趋广泛和严重，威胁人类的健康和安全。针对这一现状，各种废水处理方式应用而生，然而我国在工业污水处理上普遍存在成本高，回收利用率低的现状，主要原因是受工业废水处理技术限制。如何将工业废水达标或减少排放，并尽最大可能地实现水资源循环利用，成为困扰着工业企业一大难题，在我国大力提倡水资源节约利用和环境保护的大环境下，工业废水零排放应运而生，所谓零排放是指企业生产过程中产生的废水、废液和废渣进行资源循环再利用，要求无任何外排。
在盐化工、氯碱化工、煤化工、湿法冶炼、制药等行业的工业废水零排放过程中，会遇到废水中含有氯化铵的组分，这种废水由于饱和溶液沸点升较高，如果采用传统蒸发结晶中能耗最低的MVR单压缩机系统，其设备的投资，换热器面积等会非常大，再加上工业废水一般含杂质较多，往往沸点升比纯物质更高，往往达不到蒸发结晶目的；如果采用MVR双压缩机串联或多效蒸发结晶无疑加大了运行能耗，不利于节能环保，如果用传统浓缩+冷结晶氯化铵工艺则多了冷却系统投资和运行成本，且冷却工艺一般速率较慢，物料在冷热系统间循环存在热量损失，不利于能量回收。
发明内容
本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种氯化铵的浓缩结晶设备及工艺。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氯化铵的浓缩结晶设备及工艺，包括依次连接的预热单元、蒸发结晶氯化铵单元、蒸汽压缩单元、冷凝水单元及压力控制单元，所述蒸汽压缩单元包括喷射热泵单元及压缩机压缩单元，所述蒸发结晶单元包括降膜浓缩单元和强制循环结晶单元，所述预热单元与所述降膜浓缩单元连接，所述压缩机压缩单元与所述降膜浓缩单元连接，所述喷射热泵单元与所述压缩机压缩单元连接，所述强制循环结晶单元与所述喷射热泵单元连接，所述冷凝水单元与所述蒸发结晶氯化铵单元连接，所述压力控制单元与所述结晶氯化铵单元连接。
优选的，所述压缩机压缩单元包括依次连接的二次分离器、积液罐、压缩机，所述喷射热泵单元包括喷射泵，所述二次分离器的进口与喷射泵的出口与所述蒸发结晶氯化铵单元连接，所述压缩机的出口与所述蒸发结晶氯化铵单元连接。
优选的，所述蒸发结晶单元包括依次连接的降膜换热器、降膜分离器、降膜循环泵、转料泵、强制循环泵、强制循环换热器、结晶分离器、出料泵、氯化铵稠厚器、氯化铵离心机、氯化铵母液罐以及氯化铵母液泵，所述降膜换热器的壳程与所述压缩机的出口连接，所述降膜分离器的汽相与压缩机的出口连接，所述强制循环换热器的壳程与所述压缩机的出口连接，所述结晶分离器的汽相出口与所述喷射泵连接，所述预热单元与所述降膜循热器连接。
优选的，所述预热单元包括依次连接的原料罐、进料泵、冷凝水预热器、不凝汽预热器、鲜蒸汽预热器，所述冷凝水预热器与所述冷凝水单元连接，所述不凝汽预热器与所述降膜换热器、强制循环换热器连接，所述鲜蒸汽预热器与所述蒸发结晶氯化铵单元连接。
优选的，所述冷凝水单元包括依次连接的冷凝水罐和冷凝水泵，所述冷凝水罐与所述冷凝水泵连接，所述冷凝水泵与所述冷凝水预热器连接，所述冷凝水罐与所述蒸发结晶氯化铵单元连接。
优选的，所述蒸发结晶氯化铵单元还包括真空控制系统，所述真空控制系统包括真空泵冷却器和真空泵。
优选的，所述降膜浓缩单元蒸发温度为85℃、压力为57.8KPa，二次蒸汽经压缩机压缩后升温、升压至105℃、120.8KPa后重新返回降膜换热器。
优选的，所述强制循环单元蒸发温度为80℃、压力为47.36KPa，二次蒸汽经喷射泵喷射后进入压缩机、升压至105℃、120.8KPa后重新返回强制循环换热器。
优选的，所述喷射泵(18)工作蒸汽压力为160℃，压力630KPa,吸入蒸汽温度80℃，压力47.36KPa，喷射蒸汽温度为85℃、压力为57.8KPa，膨胀比13.3，压缩比为1.22，喷射系数约3.2。
优选的，所述工作蒸汽为鲜蒸汽，温度为160℃，压力630KPa，鲜蒸汽用量约为强制循环换热器蒸发量的1/4.2。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明结合了MVR蒸汽再压缩技术和蒸汽热泵技术，相比于单压缩机系统加大了二次蒸汽压缩比，提高了二次蒸汽压缩温差，打破了传统单压缩机系统温升20℃的极限，可以大幅减少了换热器等设备投资，相比双串联压缩机系统可以在相近能耗情况下减少投资成本，相比于多效蒸发系统采用二次蒸汽压缩作为循环热源，可降低锅炉的依赖性，降低能耗，减少了污染物，减小对环境污染，更加节能环保，实际运行中只需少量的蒸汽,约总蒸发量的 1/10,即可使整套系统正常运行，对于终点沸点升较高约15℃至20℃的物料的蒸发浓缩或热结晶工艺尤为适用。
附图说明
图1为本发明第一种立体的结构示意图；
图2为本发明第二种立体的结构示意图。
图中：1原料罐、2进料泵、3冷凝水预热器、4不凝汽预热器、5鲜蒸汽预热器、6凝水泵、7冷凝水罐、8积液泵、9积液罐、10二次分离器、11压缩机、12降膜循环泵、13降膜换热器、14降膜分离器、15转料泵、16强制循环换热器、17强制循环泵、18喷射泵、19结晶分离器、20氯化铵母液泵、 21出料泵、22氯化铵母液罐、23氯化铵离心机、24氯化铵稠厚器、25真空泵、26真空泵冷却器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-，一种氯化铵的浓缩结晶设备及工艺，包括依次连接的预热单元、蒸发结晶氯化铵单元、蒸汽压缩单元、冷凝水单元及压力控制单元，蒸汽压缩单元包括喷射热泵单元及压缩机压缩单元，蒸发结晶单元包括降膜浓缩单元和强制循环结晶单元，预热单元包括依次连接的原料罐1、进料泵2、冷凝水预热器3、不凝汽预热器4、鲜蒸汽预热器5，冷凝水预热器3与冷凝水单元连接，不凝汽预热器4与降膜换热器13、强制循环换热器16连接，鲜蒸汽预热器5与蒸发结晶氯化铵单元连接，蒸发结晶单元包括依次连接的降膜换热器13、降膜分离器14、降膜循环泵12、转料泵15、强制循环泵17、强制循环换热器16、结晶分离器19、出料泵21、氯化铵稠厚器24、氯化铵离心机23、氯化铵母液罐22以及氯化铵母液泵20，降膜换热器13的壳程与压缩机11的出口连接，降膜分离器14的汽相与压缩机11的出口连接，强制循环换热器16的壳程与压缩机11的出口连接，结晶分离器19的汽相出口与喷射泵18连接，预热单元与降膜循热器13连接，压缩机压缩单元包括依次连接的二次分离器10、积液罐9、压缩机11，喷射热泵单元包括喷射泵18，二次分离器10的进口与喷射泵18的出口与蒸发结晶氯化铵单元连接，压缩机11的出口与蒸发结晶氯化铵单元连接，冷凝水单元包括依次连接的冷凝水罐7和冷凝水泵6，冷凝水罐7与冷凝水泵6连接，冷凝水泵6与冷凝水预热器4连接，冷凝水罐7与蒸发结晶氯化铵单元连接，压力控制单元包括真空泵冷却器26，真空泵冷却器26连接有真空泵25，通过真空泵25控制系统真空度。
本发明所述的一种氯化铵的浓缩结晶设备及工艺步骤如下：
在本实施例中，氯化铵蒸发结晶分离装置适用于处理温度为25℃，氯化铵质量分数为10％，10t/h的氯化铵溶液。
其中，原料罐1的原料通过进料泵2进入预热系统冷凝水预热器3以及不凝汽预热器4、鲜蒸汽预热器5预热，使原料温度达到90℃后进入降膜换热器13，通过降膜循环泵12使氯化铵溶液在降膜换热器内循环并与壳程蒸汽不断发生换热蒸发，降膜换热器蒸发温度为85℃，压力57.8KPa,其二次蒸汽经降膜分离器14和二次分离器10分离后进入压缩机11，经压缩机升温升压的二次蒸汽温度约105℃，压力120.8KPa，重新回到降膜换热器13壳程作为加热热源；当降膜换热器13内氯化铵溶液沸点升达到8℃，即液相温度约93℃时，降膜换热器13内氯化铵浓度约25％，通过转料泵15将浓缩物料输送进入强制循环泵17，再进入强制循环换热器16，升温升压后，进入结晶分离器19 进行闪蒸分离，结晶分离器19内的蒸发温度为80℃，液相温度约95℃、压力为47.36KPa，其二次蒸汽经喷射泵18喷射后温度约85℃，压力57.8KPa，与降膜浓缩段的二次蒸汽一起进入压缩机11，经压缩机11升温升压的二次蒸汽温度约105℃，绝压120.8KPa，重新回到强制循环换热器16壳程作为加热热源，其中喷射泵18工作鲜蒸汽温度约为160℃，压力630KPa,吸入蒸汽温度80℃，压力47.36KPa，喷射蒸汽温度为85℃、压力为57.8KPa，膨胀比13.3，压缩比为1.22，喷射系数约3.2，鲜蒸汽消耗约为强制循环蒸发量的1/4.2；液相部分，闪蒸分离后浓缩液经强制循环泵17打入强制循环换热器16再次进行受热蒸发，浓缩液如此循环，闪蒸分离产生的氯化铵晶体经结晶分离器 19内育晶沉降后从底部经出料泵21送入氯化铵稠厚器24内，晶体增稠后排入氯化铵离心机23内进行离心分离，分离出氯化铵晶体送出系统，分离的母液进入氯化铵母液罐22，通过氯化铵母液泵20打回强制循环换热器，如此循环。
上述压缩机压缩单元还包括与蒸汽压缩机11连接的积液罐9，上述工艺还包括一冷凝水单元，的冷凝水单元包括依次连接的冷凝水罐7和冷凝水泵6，冷凝水罐7与冷凝水泵6连接，冷凝水泵6与冷凝水预热器3连接，冷凝水罐7与蒸发结晶氯化铵单元连接，由降膜换热器13及强制循环换热器16壳程冷凝下的二次蒸汽冷凝水收集至冷凝水罐7，经由冷凝水泵6输送至蒸馏水预热器3换热完成后输送出系统，蒸发结晶氯化铵单元包括一压力控制单元，压力控制单元包括真空泵冷却器26，真空泵冷却器26连接有一真空泵25，通过真空泵控制系统真空度。
在一实施例中，可通过真空泵25、压力传感器、调节阀连锁不同系统压力分别控制系统真空至设定值实现操作压力自控，可通过降膜换热器13液位连锁进料调节阀实现进料自控，可通过在线监控降膜分离器14液相温度和汽相温度差做沸点升或在线电导率仪连锁转料调节阀实现转料自控，可通过结晶分离器19物料密度连锁出料调节阀实现出料自控，可通过预热原料温度连锁预热蒸汽调节阀、喷射泵18喷射蒸汽温度连锁工作蒸汽温度实现蒸汽自控，整套系统可实现自动化程度高。
经本实施例所述的一种新型氯化铵蒸发结晶分离工艺处理的氯化铵质量分数为10％，10t/h的氯化铵溶液，运行参数如表1所示。
表1运行参数
物料名称
氯化铵溶液
原液总量(T/h)
10
氯化铵含量(％)
10
降膜浓缩蒸发量(T/h)
6
降膜浓缩氯化铵浓度(％)
25
强制循环蒸发量(T/h)
3
氯化铵产量(T/h)
1
压缩机温升(℃)
20
压缩机过气量(t/h)
9.72
压缩机运行功率(KW)
470
设备总运行功率(KW)
560
热泵蒸汽消耗(T/h)
0.72
表1
上述实施例仅为本专利的一个计算案例
上述的一种发明氯化铵蒸发结晶分离工艺，联合采用节能的机械蒸汽再压缩技术和蒸汽热泵技术，蒸发1吨水的能耗大约是传统蒸发器的1/6 到1/4，热效率高，功耗低，该技术的优势在于相比于单压缩机系统加大了二次蒸汽压缩比，提高了二次蒸汽压缩温差，可以大幅减少了换热器等设备投资，以上述同工况氯化铵MVR单压缩机热结晶工艺相比，强制循环结晶单元整体设备可减小一半，对于硝酸钾、硝酸钠沸点升更高单压缩机系统不能热结晶处理的物料也可使用，相比于双串联压缩机系统，在处理终点沸点升 15℃～20℃的物料，可以在能耗相近的情况下减少设备投资，相比于多效蒸发系统采用二次蒸汽压缩作为循环热源，可降低锅炉的依赖性，降低能耗，减少了污染物，减小对环境污染，更加节能环保，相比于传统浓缩冷结晶氯化铵工艺减少了冷却系统投资，加快了处理效率，实际运行中只需少量的蒸汽即可使整套系统正常运行，对于终点沸点升较高约15℃至20℃的物料的蒸发浓缩或热结晶工艺尤为适用，该装置工艺流程简单，易于实现，自动化程度高，运行成本低，符合可持续发展要求，可广泛应用于实际工业生产过程中。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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