一種微波-蒸發裝置、應用及應用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種微波-蒸發裝置、應用及應用方法，屬于微波設備技術領域。
【背景技術】
[0002]蒸發過程是一個高能耗過程，生產中蒸發的目地通常是:(I)獲得濃縮的溶液直接作為化工產品或者半成品；(2)籍蒸發以脫除溶劑，將溶液增濃至飽和狀態，隨后加以冷卻，析出固體產物，即采用蒸發、結晶聯合操作以獲得固體溶質；(3)脫除雜質，制取純凈溶劑。
[0003]傳統蒸發過程的實質是熱量的傳遞，溶劑汽化的速率取決于傳熱速率，因此，蒸發操作應屬于傳熱過程。目前常用的蒸發設備有:降膜式蒸發器、升膜式蒸發器、強制循環蒸發器、外加熱式蒸發器、浸沒燃燒蒸發器、中央循環管蒸發器等。
[0004]但是，傳統蒸發過程由于只能采用蒸汽或其他熱源換熱來供給蒸發所需的能量，存在以下問題:
(I)蒸發效率低，往往需要采用多級或多效的復雜蒸發系統，設備投資大；(2)濃溶液在沸騰汽化過程中常在加熱表面上析出溶質而形成垢層，降低傳熱系數，使能耗增加；(3)溶劑蒸發汽化需吸收大量氣化熱，因此，蒸發操作是高耗能過程。4)傳統蒸發設備需要經過復雜的原料液和各效之間料液加熱的蒸汽換熱系統，并采用耐高溫、耐腐蝕的中間循環泵閥，需頻繁更換，投資和運行成本高。
[0005]微波是一種可以快速、原位傳遞能量的電磁波，也是一種綠色、快速、高效、易于自控的新型能源。利用微波作為能源實現海水淡化的報道較少，而利用方法大都是直接采用簡單的蒸發罐模式，采用微波直接加熱大體積溶液。
[0006]采用微波蒸發設備能對海水蒸發回收利用和在氧化鋁在氧化鋁生產過程中，拜耳法種分母液分解后得到的母液必須進行蒸發濃縮，排出多余的水分，以保持生產流程(循環系統)中的水量平衡。
[0007]全球的水總儲量為13.86億km3，其中96.5%為海水，其他分布在陸地、大氣和生物體中，約為2.53%，其中多存儲于冰川、雪蓋和750m深度以上的地下，而可取用的河水、湖水及淺層地下水等僅占0.2%左右，這里還包括相當大一部分的苦咸水。
[0008]多級閃蒸的海水淡化過程，在目前各種海水淡化技術中，多級閃蒸占有主導地位，其造水規模約占世界上總造水規模的60 %，技術比較成熟，而且特別適合熱電廠進行電水聯產。但該方法存在著設備投資高、蒸發效率低、能耗大、成本高腐蝕快、傳熱效率低及設備操作彈性小等缺點，無法實現低成本高效率的海水淡化處理。實用新型專利CN202744353U《一種微波加熱海水淡化噴淋集氣裝置》，是采用微波首先加熱海水，然后海水經過噴淋頭以液滴形式進入蒸發室，實現海水淡化。該專利采用了微波加熱海水，節省海水加熱時間，并采用噴淋增加了水蒸汽汽化面積。但是，水的汽化潛熱較大，在液滴蒸發過程中需要大量的熱量，提供蒸發所需熱量，而液滴在蒸發室中的蒸發過程中并沒有額外熱量供應，這將制約液滴的蒸發效果；另外，要達到較好的蒸發效果，海水需要加熱到較高的溫度。
【發明內容】
[0009]本發明針對現有技術存在的問題及不足，本發明提供一種微波-蒸發裝置、應用及應用方法。本發明的微波-蒸發裝置能對海水蒸發回收利用和拜耳法種分母液分解后得到的母液進行蒸發濃縮，本裝置取消了中間循環泵和蒸汽換熱系統，充分發揮微波選擇性脫水的特點，本發明通過以下技術方案實現。
[0010]一種微波-蒸發裝置，包括原料罐1、液滴產生裝置、微波蒸發裝置和蒸發水回收裝置，液滴產生裝置包括進料泵2、控制閥門和高壓噴頭12，微波蒸發裝置包括磁控管3、除沫器4、熱電偶5、蒸汽出口 6、蒸發罐7、控制閥門11、出料泵13、蒸發床14、料液出口 15、轉軸16、軸承17和密封圈18，蒸發水回收裝置包括蒸汽冷凝器8、蒸餾水收集罐9和真空泵10，原料罐I出料口依次與進料泵2、控制閥門和高壓噴頭12管道連接，高壓噴頭12通過管道從蒸發罐7側邊插入位于蒸發罐7內部上端，蒸發罐7外部四周均勻設置磁控管3，蒸發罐7根據實際情況安裝若干熱電偶5，蒸發罐7內部高壓噴頭12正下方通過轉軸16、軸承17和密封圈18設有蒸發床14，蒸發床14能通過轉軸16在0° -90°內可調，通過調節蒸發床14的角度，控制液膜厚度和料液在蒸發室內停留時間，蒸發罐7底部設有料液出口 15，料液出口 15與兩根管道連接，一根管道直接連接控制閥門，另一根管道通過控制閥門連接回高壓噴頭12管道，蒸發罐7內部上部設有除沫器4，蒸發罐7頂部設有蒸汽出口 6，蒸汽出口 6依次與蒸汽冷凝器8、蒸餾水收集罐9和真空泵10管道連接。
[0011]所述蒸發罐7與磁控管3之間設有保溫層。
[0012]所述高壓噴頭12采用PTFE改性強化塑料王加工而成，它有極好的耐溫性(_200到+260°C )、抗腐蝕性、抗老化性、憎水不耐粘性和機加工性；同時，它是透波材料基本不吸收微波，從而保證多模輻射下蒸發室空間微波的均勻。
[0013]所述蒸發床14采用由碳化硅、氮化硅、氧化鋁、硼硅酸鋁、鈦酸鋇、粘土或炭黑吸波陶瓷材料制成。
[0014]該裝置對海水蒸發回收利用和拜耳法種分母液分解后得到的母液進行蒸發濃縮。
[0015]一種上述的微波-蒸發裝置的應用方法，其具體步驟如下:
步驟1、壓力調節:首先通過真空泵10將微波蒸發裝置和蒸發水回收裝置的壓力控制為 0.01-0.03Mpa ；
步驟2、造滴:將海水或拜耳法種分母液加入到原料罐I中，然后海水或拜耳法種分母液通過進料泵2和高壓噴頭12中，使海水或拜耳法種分母液形成粒徑l~3mm的液滴進入蒸發罐7 ；
步驟3、制膜:將步驟2得到的液滴下落到蒸發罐7內的蒸發床14形成液膜；
步驟4、微波蒸發:在進行步驟2和3的同時，開啟蒸發罐7的磁控管3，采用微波直接加熱蒸發罐7中的液滴和液膜，同時蒸發床吸收微波能，間接加熱液膜和整個蒸發罐7獲得水蒸氣；
步驟5、產物收集:經步驟4得到的水蒸氣經除沫器4后，通過負壓方式快速從蒸發罐7中逸出，進入蒸汽冷凝器8冷凝，冷凝水經蒸餾水收集罐9回收得到蒸餾水，并獲得濃縮海水或濃縮拜耳法種分母液。
[0016]其中料液出口 15的應用過程:(I)海水或拜耳法種分母液一次蒸發達到標準:開啟進料泵2，關閉出料泵13，同時開啟閥門11a，關閉閥門Ilb和11c，待原料罐I中料液全部經微波蒸發濃縮后，關閉微波源3、真空泵10和進料泵2，并釋放系統中真空度，待整個系統達到常壓時，開啟出料泵13，濃縮后料液經出口 15進行回收；(2)海水或拜耳法種分母液需多次蒸發達到標準:同時開啟進料泵2和出料泵13，并且打開閥門Ila和11b，關閉閥門He,由蒸發床14落于蒸發罐7底部的濃縮液經料液出口 15，通過管道與原料罐中的稀料液混勻后，重新通過高壓噴頭12進入蒸發罐7，如此重復直至達到蒸發需求，待完成全部料液蒸發后，關閉微波源3、真空泵10和進料泵2，并釋放系統中真空度，同時開啟閥門11c，關閉閥門Ila和11b，待整個系統達到常壓時，開啟出料泵13，濃縮后料液經出口 15進行回收。
[0017]本發明的有益效果是:
(1)采用本裝置能對海水蒸發回收利用和拜耳法種分母液分解后得到的母液進行蒸發濃縮，本裝置取消了中間循環泵和蒸汽換熱系統，充分發揮微波選擇性脫水的特點；
(2)本裝置消除了循環泵和蒸汽換熱系統在高溫高壓苛刻條件下的嚴重腐蝕問題，且本發明由于設備腔體大，徹底解決原有的嚴重影響效率的換熱、蒸發的結垢問題。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明結構示意圖；
圖2是本發明蒸發罐結構示意圖；
圖3是本發明工藝流程圖。
[0019]圖中:1-原料罐，2-進料泵，3-磁控管，4-除沫器，5-熱電偶，6_蒸汽出口，7_蒸發罐，8-蒸汽冷凝器，9-蒸餾水收集罐，10-真空泵，11-控制閥門，12-高壓噴頭，13-出料泵，14-蒸發床，15-料液出口，16-轉軸，17-軸承，18-密封圈。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和【具體實施方式】，對本發明作進一步說明。
[0021]實施例1
如圖1和2所示，該微波-蒸發裝置，包括原料罐1、液滴產生裝置、微波蒸發裝置和蒸發水回收裝置，液滴產生裝置包括進料泵2、控制閥門11和高壓噴頭12，微波蒸發裝置包括磁控管3、除沫器4、熱電偶5、蒸汽出口 6、蒸發罐7、控制閥門、出料泵13、蒸發床14、料液出口 15、轉軸16、軸承17和密封圈18，蒸發水回收裝置包括蒸汽冷凝器8、蒸餾水收集罐9和真空泵10，原料罐I出料口依次與進料泵2、控制閥門和高壓噴頭12管道連接，高壓噴頭12通過管道從蒸發罐7側邊插入位于蒸發罐7內部上端，蒸發罐7外部四周均勻設置磁控管3，蒸發罐7根據實際情況安裝若干熱電偶5，蒸發罐7內部高壓噴頭12正下方通過轉軸16、軸承17和密封圈18設有蒸發床14，蒸發床14能通過轉軸16在0° -90°內可調，蒸發罐7底部設有料液出口 15，料液出口 15與兩根管道連接，一根管道直接連接控制閥門，另一根管道通過控制閥門連接回高壓噴頭12管道，蒸發罐7內部上部設有除沫器4，蒸發罐7頂部設有蒸汽出口 6，蒸汽出口 6依次與蒸汽冷凝器8、蒸餾水收集罐9和真空泵10管道連接。
[0022]其中蒸發罐7與磁控管3之間設有保溫層；所述高壓噴頭12采用PTFE改性強化塑料王加工而成，它有極好的耐溫性(-200到+260°C )、抗腐蝕性、抗老化性、憎水不耐粘性和機加工性；同時，它是透波材料基本不吸收微波，從而保證多模輻射下蒸發室空間微波的均勻；蒸發床14采用碳化硅吸波陶瓷材料制成。
[0023]如圖3所示，該裝置對海水蒸發回收利用進行蒸發濃縮，應用方法其具體步驟如下:
步驟1、壓力調節:首先通過真空泵10將微波蒸發裝置和蒸發水回收裝置的壓力控制為 0.0lMpa ；
步驟2、造滴:將30L海水加入到原料罐I中，然后海水通過進料泵2和高壓噴頭12中，使海水形成粒徑Imm的液滴進入蒸發罐7 ；
步驟3、制膜:將步驟2得到的液滴下落到蒸發罐7內的蒸發床14形成液膜，其中蒸發床14調整傾斜角度為0° ;
步驟4、微波蒸發:在進行步驟2和3的同時，開啟蒸發罐7的磁控管3，采用微波直接加熱蒸發罐7中的液滴和液膜，同時蒸發床吸收微波能，間接加熱液膜和整個蒸發罐7獲得水蒸氣，其中微波功率為800W、頻率為2.45GHz ；
步驟5、產物收集:經步驟4得到的水蒸氣經除沫器4后，通過負壓方式快速從蒸發罐7中逸出，進入蒸汽冷凝器8冷凝，冷凝水經蒸餾水收集罐9回收得到20.1L蒸餾水，并獲得濃縮海水。
[0024]其中料液出口 15的應用