Многоэффектные испарители — это эффективные и энергосберегающие технологии очистки сточных вод, специально разработанные для очистки промышленных сточных вод с высокой соленостью, высокой концентрацией и высокой степенью загрязнения (например, сточных вод химических, фармацевтических и пищевых производств, а также фильтрата свалок). Их основной принцип работы заключается в утилизации скрытой теплоты пара, что значительно снижает энергопотребление.

Ниже приводится подробное описание их принципов работы и ключевых элементов:

Основная концепция: Переработка пара

В однокорпусных испарителях греющий пар (первичный пар) передаёт тепло сточным водам, вызывая их кипение и испарение. Образующийся пар (вторичный пар) напрямую конденсируется и выбрасывается, при этом большое количество скрытой теплоты, содержащейся в нём, остаётся неиспользованным.

Суть многоэффектные испарители: Последовательно соедините несколько испарителей (называемых «корпусами»). Вторичный пар, полученный в предыдущем корпусе, повторно используется в качестве греющего пара для следующего корпуса. Таким образом, тепло от одной первоначальной подачи первичного пара может многократно использоваться в нескольких корпусах для испарения воды.

Рабочий процесс (на примере прямого потока)

1. Первый эффект

Предварительно нагретые неочищенные сточные воды поступают в испаритель первого корпуса.

Подаваемый извне первичный пар поступает в нагревательную камеру первого корпуса (одна сторона кожухотрубчатого или пластинчатого теплообменника), конденсируется снаружи стенок труб или пластин и выделяет скрытую теплоту.

Тепло передается через стенки трубок/пластин к сточной воде, протекающей внутри трубок или между пластинами, заставляя ее кипеть и испаряться.

Образующийся пар называется вторичным паром.

Концентрированные сточные воды (с повышенным содержанием твердых частиц) перекачиваются во второй эффект.

2. Вторичные и последующие эффекты

Вторичный пар из первого корпуса подается в нагревательную камеру второго корпуса и служит для него источником греющего пара.

Рабочее давление во втором корпусе ниже, чем в первом (обычно поддерживается вакуумным насосом или конденсатором), поэтому его температура кипения также ниже. Это позволяет вторичному пару с более высокой температурой из первого корпуса конденсироваться и плавно отдавать тепло в нагревательной камере второго корпуса.

Скрытая теплота, выделяющаяся при конденсации, передается концентрированной сточной воде (из первого корпуса), поступающей во второй корпус, заставляя ее кипеть и снова испаряться при более низкой температуре, образуя новый вторичный пар.

Этот процесс повторяется в серии связанных эффектов (которые могут быть 3-эффектными, 4-эффектными, 5-эффектными и более).

Концентрированная жидкость из каждого эффекта последовательно перетекает в следующий, при этом ее концентрация постепенно увеличивается (в режиме прямого потока).

Вторичный пар из каждого корпуса повторно используется в качестве греющего пара для следующего корпуса (за исключением последнего корпуса).

3. Последний эффект

Вторичный пар, полученный в последнем эффекте, больше не используется в качестве греющего пара (поскольку нет последующего эффекта).

Этот вторичный пар поступает в конденсатор, где он конденсируется в жидкость (конденсат) под действием охлаждающей воды.

Конденсатор обычно подключается к вакуумному насосу для поддержания необходимого вакуума (низкого давления) на конце системы.

Относительно чистый конденсат из конденсатора обычно собирается для повторного использования или сброса.

Продукты

Концентрат/маточный раствор: Высококонцентрированная сточная жидкость, сбрасываемая из последнего корпуса. Она может достичь пересыщенного состояния и потребовать дальнейшей обработки (например, кристаллизации, сушки) или утилизации как опасные отходы. В некоторых случаях частичный концентрат также может сбрасываться из промежуточных корпусов.

Конденсат: Смесь конденсата греющего пара каждого корпуса (высокой чистоты) и конденсата вторичного пара из последнего корпуса (относительно чистого, возможно содержащего следы летучих веществ). Как правило, имеет хорошее качество и может быть повторно использована в котлах или производственных процессах.

Неконденсирующиеся газы (НКГ): Неконденсирующиеся газы (например, воздух, CO₂ или другие летучие органические соединения), откачиваемые вакуумным насосом вместе со вторичным паром в конденсаторе. Перед сбросом эти газы необходимо очистить.

Ключевые элементы и технические соображения

1. Градиент давления (градиент температуры)

Это основа многокорпусного испарения. Давление в системе постепенно снижается от первого корпуса (с наибольшим давлением и температурой) к последнему корпусу (с наименьшим давлением и температурой), что обычно достигается за счёт конденсатора и вакуумного насоса на последнем корпусе. Градиент давления обеспечивает эффективную конденсацию вторичного пара с более высокой температурой из предыдущего корпуса и отдачу тепла в следующем корпусе (с более низкой температурой).

2. Повышение температуры кипения

По мере увеличения концентрации сточных вод в каждом корпусе повышается и их температура кипения. Это означает, что при одинаковом давлении концентрированные растворы испаряются сложнее, чем чистая вода, что необходимо учитывать при проектировании.

3. Потеря из-за разницы температур

Включая повышение температуры кипения, потерю статического напора (более высокое давление и температура кипения в нижней части из-за высоты столба жидкости) и потери сопротивления трубопровода. Эффективная разность температур теплопередачи постепенно уменьшается между эффектами, что ограничивает количество эффектов, которые можно бесконечно увеличивать.

4. Режимы кормления

Прямой поток: Исходная жидкость и пар движутся в одном направлении (от первого корпуса к последнему). Высокая эффективность достигается при высокой температуре исходной жидкости и низкой вязкости.

Противоточный поток: Исходная жидкость поступает из последнего корпуса (низкая температура и давление) и перетекает в первый корпус (высокая температура и давление); пар перетекает из первого корпуса в последний. Подходит для растворов с вязкостью, резко возрастающей с увеличением концентрации.

Параллельный поток: Необработанная жидкость добавляется в каждый корпус параллельно, а концентрированная жидкость выводится из каждого корпуса отдельно. Подходит для случаев, когда при испарении выпадают кристаллы.

Смешанный поток: Объединяет два или более из вышеперечисленных режимов.

5. Принцип энергосбережения

Теоретически количество пара, расходуемого на испарение 1 кг воды (в кг) ≈ 1 / число эффектов. Например:

• Однокорпусное испарение: ≈ 1,0 - 1,1 кг пара / кг воды
• Двухэффектное испарение: ≈ 0,5 - 0,6 кг пара / кг воды
• Тройное испарение: ≈ 0,33 - 0,4 кг пара / кг воды
• Четырехкратное испарение: ≈ 0,25 - 0,3 кг пара / кг воды

6. Предварительный нагрев

Отходящее тепло конденсата и концентрата, сбрасываемых с каждого корпуса, часто используется для предварительного нагрева неочищенных сточных вод, поступающих в систему, что дополнительно повышает тепловой КПД.

Преимущества применения при очистке сточных вод

• Высокая эффективность и энергосбережение: значительно сокращается расход пара и снижаются эксплуатационные расходы.
• Высококонцентрированное испарение: значительно сокращает объем сточных вод (в некоторых случаях степень сокращения объема может превышать 95%).
• Рекуперация воды: Полученный конденсат имеет хорошее качество и может быть использован повторно.
• Очищает сложные сточные воды: подходит для сточных вод с высоким содержанием солей, высоким ХПК, тяжелых металлов и органических веществ, особенно когда требуется восстановление или кристаллизация солей.
• Снижает затраты на последующую утилизацию: значительно уменьшает объем концентрата, требующего окончательной утилизации (например, сжигания, захоронения на свалке).

Краткое содержание

Благодаря последовательному соединению нескольких испарительных установок (корпусов) и тщательному регулированию градиента давления (градиента температуры), многокорпусные испарители сточных вод повторно используют вторичный пар из предыдущего корпуса в качестве источника тепла для следующего. Такая конструкция обеспечивает максимальную утилизацию скрытой теплоты пара, значительно снижая расход свежего пара, необходимого для испарения единицы объёма воды.

Являясь ключевой технологией очистки высококонцентрированных и трудновоспламеняющихся промышленных сточных вод, ее суть заключается в «каскадном использовании тепловой энергии» и «создании эффективной разницы температур/давлений для обеспечения теплопередачи».

Отказ от ответственности: данный сайт уважает права интеллектуальной собственности. В случае обнаружения каких-либо нарушений, пожалуйста, незамедлительно свяжитесь с сайтом для решения проблемы.