[发明专利]一种热膜耦合浓缩结晶系统

说明书

一种热膜耦合浓缩结晶系统，包括膜浓缩器、真空结晶器、U形连通器、蒸汽压缩机、气泡发生器和晶浆泵；所述膜浓缩器的出液口与U形连通器的进口连接、上出汽口和下出汽口与蒸汽压缩机的进口连接、蒸汽进口与蒸汽压缩机的出口连接、气泡进口和干燥进气口分别与气泡发生器连接；所述真空结晶器的进液口与U形连通器的出口连接、晶浆出料口与晶浆泵连接、蒸汽出口与蒸汽压缩机的进口连接、蒸汽进口与蒸汽压缩机的出口连接。该系统实现了分级浓缩和结晶以及能量的梯级利用和回收、系统热效率高、无需消耗冷却水并且操作条件温和、设备投资低，对于化工热敏物料的结晶制备和特种废水的近零排放具有重要意义。

技术领域

本发明属于蒸发浓缩及结晶技术领域，特别涉及一种一种热膜耦合浓缩结晶系统。

背景技术

蒸发浓缩和结晶广泛应用于化工、制药、食品、海水淡化、废水零排放等涉及蒸发工艺的诸多行业。蒸发浓缩和结晶上述行业工艺流程中的关键生产环节，但同时也是个高能耗过程，因此其节能降耗是该领域技术发展重要方向。传统的蒸发浓缩和结晶技术存在浓缩比低、易污堵、能耗高、投资大，对于热敏性物料及高盐、高COD、放射性等特种废水处理不适用等技术瓶颈。

膜蒸馏膜蒸馏(MD)是膜技术与蒸馏过程相结合的膜分离过程，它以疏水微孔膜为介质，在膜两侧蒸汽压差的作用下，料液中挥发性组分以蒸汽形式透过膜孔，从而实现分离、浓缩的目的。膜蒸馏依靠跨膜汽相分压驱动，无需将料液加热到沸点即可进行分离浓缩，由于其微孔膜材料的疏水性，只允许汽相通过、不允许液相通过，因此具有操作条件温和、分离效率高、耐酸碱、耐污堵，并且浓缩比大，膜蒸馏是目前唯一一种能从溶液中直接分离出结晶产物的膜过程，对于酸碱化工物料以及诸如放射性废水、尿液等废水处理具有较强的适应性。

真空闪蒸结晶是将热溶液通入低压力的容器内，由于过热而沸腾，一部分溶剂被蒸发，同时部分热量被蒸汽带走，溶液温度下降而析出结晶。真空闪蒸结晶是一种先进的结晶技术，负压操作，低温蒸发，与传统的冷却结晶技术相比，具有工艺筒单、设备投资低、无需冷却水、运行费用低、不易结垢的明显优势，特别适用于热敏性物料及高盐高COD废水的浓缩结晶。

膜蒸馏工艺和真空闪蒸结晶工艺在传质的过程中均存在汽化潜热的损失，因此二者均为高能耗过程。此外，单纯依靠膜蒸馏工艺进行物料的浓缩结晶容易造成膜孔堵塞，单纯依靠真空闪蒸结晶工艺进行浓缩结晶则溶剂蒸发负荷高，设备体积庞大，无经济优势。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种热膜耦合浓缩结晶系统，该系统实现了分级浓缩和结晶以及能量的梯级利用和回收、系统热效率高、无需消耗冷却水并且操作条件温和、设备投资低，对于化工热敏物料的结晶制备和特种废水的近零排放具有重要意义。

如上构思，本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种热膜耦合浓缩结晶系统，包括膜浓缩器、真空结晶器、U形连通器、蒸汽压缩机、气泡发生器和晶浆泵；所述膜浓缩器壳体的上封头顶部设置上出汽口，下封头底部设置有疏水排放口，下封头侧壁设置有下出汽口和干燥进气口，上封头与下封头分别与置于壳体内的中空纤维膜膜束的上端和下端浇注密封并连通，且上封头内腔、下封头内腔以及中空纤维膜内腔形成封闭的二次蒸汽通道，上封头、下封头与壳体之间的开放空间为料液通道，该料液通道顶部设置一定的气泡涌出空间，气泡涌出空间侧壁上设置排气口，料液浓缩通道内液面以下设置传热管束，传热管束进口和出口即分别为膜浓缩器的蒸汽进口和凝液/不凝气出口，料液通道底部侧壁上设置有膜浓缩器进料口和气泡进口，料液通道上部且在液面以下侧壁位置设置有出液口，所述中纤维膜膜束浸没于该料液通道中；

所述真空结晶器为密封容器，其上部为闪蒸室，下部为晶浆室，闪蒸室顶壁上设置有蒸汽出口，中部侧壁上设置有真空结晶器进液口，晶浆室液面以下设置有传热管束，传热管束的进口和出口分别为真空结晶器蒸汽进口和凝液/不凝气出口，晶浆室底部设置有晶浆出料口；