高效率低能耗的高倍浓缩装置及其用于料液处理的方法

摘要

本发明涉及一种高效率低能耗的高倍浓缩装置及其用于料液处理的方法，高倍浓缩装置包括原料泵和依次与原料泵相连的高压泵以及膜装置，膜装置的浓缩液出口依次通过压力交换器和增压泵与膜装置进口相连通，且压力交换器还与原料泵出口相连通，压力交换器能使直接或间接来自原料泵的低压的料液和来自膜装置的浓缩液交换能量和传递物料，得到压力较高的回流液和压力较低的排出液，回流液经增压泵增压后回流进入膜装置，因此一方面能够进行循环膜浓缩，令本发明装置只通过一段膜浓缩即达到高回收效率，大大降低投资成本和运行成本，并有利于形成错流减少膜的污堵，另一方面由于回流液具有较高的压力能，经少许增压后即可进入膜装置，也能降低高压泵的能量消耗。

权利要求

1.一种高效率低能耗的高倍浓缩装置，包括原料液输送装置，所述原料液输送装置包括原料泵和输送管道，其特征是，还包括依次与所述原料泵相连的高压泵和膜装置，所述膜装置包括浓缩液出口和透过液出口，所述浓缩液出口依次通过一压力交换器和一增压泵与所述膜装置进口相连通，且压力交换器还与原料泵出口相连通，所述压力交换器能使直接或间接来自原料泵的低压的料液和来自膜装置的浓缩液交换能量和传递物料，得到压力较高的回流液和压力较低的排出液，回流液经增压泵增压后回流进入所述膜装置，所述膜装置为高倍浓缩装置中唯一的膜浓缩设备。

2.根据权利要求1所述的一种高效率低能耗的高倍浓缩装置，其特征是，所述增压泵与压力交换器为合体结构。

3.根据权利要求2所述的一种高效率低能耗的高倍浓缩装置，其特征是，所述输送管道包括连通高压泵和膜装置的管道，所述压力交换器的回流液的出口通过增压泵与所述管道连通。

4.根据权利要求1所述的一种高效率低能耗的高倍浓缩装置，其特征是，所述原料泵和高压泵之间还设有预处理装置。

5.根据权利要求4所述的一种高效率低能耗的高倍浓缩装置，其特征是，所述压力交换器与预处理装置出口相连通。

6.根据权利要求1所述的一种高效率低能耗的高倍浓缩装置，其特征是，还包括控制压力交换器进出料液量的若干阀门。

7.根据权利要求1所述的一种高效率低能耗的高倍浓缩装置，其特征是，所述膜装置为反渗透装置或纳滤装置。

8.使用权利要求1-7任一项所述一种高效率低能耗的高倍浓缩装置进行料液处理的方法，其特征是，包括如下步骤：（1）原料泵将原料液泵入高倍浓缩装置；

（2）进入高压泵前料液分流，部分经高压泵增压进入膜装置，透过液由透过液出口排出，浓缩液从浓缩液出口进入所述压力交换器；

（3）分流的另一部分料液进入所述压力交换器与浓缩液交换能量和物料，得到压力较高的回流液以及压力较低的排出液；

（4）所述回流液经增压泵增压后回流进入所述膜装置再次进行浓缩，排出液进行排放。

说明书

高效率低能耗的高倍浓缩装置及其用于料液处理的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种原料液浓缩装置及其浓缩方法。

背景技术

[0002] 浓缩技术被应用在多种不同行业，例如在蛋白、酶、染料、果汁、茶汁、医药制剂等行业中，普遍存在浓缩纯化过程，但传统的浓缩分离工艺，通常采用多级真空蒸发、多效蒸发、闪蒸等技术，存在能耗大、温度高、破坏有效成分、占地面积大等缺点。而在化工、医药、冶金等行业，已采用膜浓缩技术处理废水，其能耗相对减小，并且克服了温度高、破坏有效成分和占地面积大的问题，但是现有的膜回收工艺中回收率较低，废水中很多有价值成分被浪费掉，即使采用多级膜进行浓缩，一定程度提高浓缩效果，但投资成本和运行成本都较高。

发明内容

[0003] 本发明提供一种高效率低能耗的高倍浓缩装置，包括原料液输送装置，所述原料液输送装置包括原料泵和输送管道，其特征是，还包括依次与所述原料泵相连的高压泵和膜装置，所述膜装置包括浓缩液出口和透过液出口，所述浓缩液出口依次通过一压力交换器和一增压泵与所述膜装置进口相连通，且压力交换器还与原料泵出口相连通，所述压力交换器能使直接或间接来自原料泵的低压的料液和来自膜装置的浓缩液交换能量和传递物料，得到压力较高的回流液和压力较低的排出液，回流液经增压泵增压后回流进入所述膜装置，所述膜装置为高倍浓缩装置中唯一的膜浓缩设备。

[0004] 优选的，所述增压泵与压力交换器为合体结构。

[0005] 优选的，所述输送管道包括连通高压泵和膜装置的管道，所述压力交换器的回流液的出口通过增压泵与所述管道连通。

[0006] 优选的，所述原料泵和高压泵之间还设有预处理装置。

[0007] 优选的，所述压力交换器与预处理装置出口相连通。

[0008] 优选的，还包括控制压力交换器进出料液量的若干阀门。

[0009] 优选的，所述膜装置为反渗透装置或纳滤装置。

[0010] 本发还明提供一种使用高效率低能耗的高倍浓缩装置进行料液处理的方法。

[0011] 方法包括如下步骤：

[0012] （1）原料泵将原料液泵入高倍浓缩装置；

[0013] （2）进入高压泵前料液分流，部分经高压泵增压进入膜装置，透过液由透过液出口排出，浓缩液从浓缩液出口进入所述压力交换器；

[0014] （3）分流的另一部分料液进入所述压力交换器与浓缩液交换能量和物料，得到压力较高的回流液以及压力较低的排出液；

[0015] （4）所述回流液经增压泵增压后回流进入所述膜装置再次进行浓缩，排出液进行排放。

[0016] 优选的，交换能量后得到的回流液直接在压力交换器中经增压泵增压。

[0017] 优选的，回流液经增压泵增压后与经高压泵增压的料液汇合再进入膜装置。

[0018] 优选的，原料液经预处理装置后再进入膜装置。

[0019] 优选的，通过相应阀门控制由浓缩液出口进入压力交换器的料液量以及进入和由压力交换器排出的料液量。

[0020] 本发明所达到的有益效果：

[0021] 1.本发明高倍浓缩装置，通过设计浓缩液出口依次经压力交换器和增压泵与膜装置相连通，使得直接或间接来自原料泵的低压的料液与来自膜装置的浓缩液交换能量和传递物料，得到压力较高的回流液和压力较低的排出液，一方面回流液进行循环膜浓缩，令本发明装置只通过一段膜浓缩即达到高回收效率，大大降低投资成本和运行成本，并有利于形成错流减少膜的污堵，另一方面由于回流液具有较高的压力能，经少许增压后即可进入膜装置，降低了高压泵的能量消耗。

[0022] 而且压力交换器还与原料泵出口相连通，可以直接利用系统进入高压泵之前的料液与浓缩液进行能量交换，更有效节能。

[0023] 本发明装置的巧妙连接结构设计使得浓缩过程中能量交换与物料传递同步进行，通过简单的结构获得高回收率和低能耗的效果，相比普通多段膜浓缩工艺的设备甚至可节能50%以上。本发明高倍浓缩装置，用于物料分离时，由于大部分浓缩液包含在回流液内重新返回原系统，达到要求的小部分浓缩液得以收集，如此原水中的有价物质可以高浓度的得到回收利用。用于废水处理时，由于装置的高回收率，可实现大量水资源的工艺回用，最终废水排放量大大减少。

[0024] 2.设计增压泵与压力交换器为合体结构，即增压泵可直接设置在压力交换器的高压料液出口管道中，降低管路消耗，提高效率和减小空间占用。

[0025] 3. 可以设置高压料液出口与高压泵和膜装置之间的管道相连，令由增压泵流出的高压料液与上游经高压泵增压的料液混合后再一同进入膜装置，优化能量分配。

[0026] 4.原料泵和高压泵之间还可设置预处理装置，先行去除原料液中的固体颗粒杂质，尤其是设置保安滤器，保护膜装置。压力交换器的低压料液进口也可直接与预处理装置出口相连通，使经过预处理的原料液参与能量交换。

[0027] 5. 在压力交换器的低压料液出口设置阀门，通过该阀门与压力交换器本身即可控制低压料液进口流量、高压料液进口流量和低压料液出口流量，有利于调整参与能量交换的高压料液与低压料液的量，获得合适的能量传递和系统回收率。

[0028] 6. 使用本发明高倍浓缩装置进行料液处理的方法，在实现浓水回流的同时也实现了能量的回收利用，既提高回收率，又显著降低能耗。其中系统回收率可达90%以上。

附图说明

[0029] 图1是本发明优选实施例高倍浓缩装置应用在料液处理的系统框图；

[0030] 图2是本发明优选实施例高倍浓缩装置中增压泵与压力交换器的连接关系图；

[0031] 其中：1、增压泵，2、压力交换器，4、高压料液进口，5、高压料液出口，6、高压料液出口，7、低压料液进口，8、低压料液出口。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

[0033] 如图1-2所示，一种高效率低能耗的高倍浓缩装置，包括原料液输送装置，预处理装置，高压泵和膜装置。其中，膜装置为高倍浓缩装置中唯一的膜浓缩设备。原料液输送装置包括原料泵和输送管道，预处理装置，高压泵和膜装置依次与原料泵相连。

[0034] 膜装置包括浓缩液出口和透过液出口，浓缩液出口依次通过一压力交换器和一增压泵与膜装置进口相连通，且压力交换器还与原料泵出口相连通。透过液出口则可以连接其它水处理装置，作为工艺回水加以利用。

[0035] 具体的，如图2所示，压力交换器2包括用于料液压力交换和物料传递的腔室，以及分别与腔室连通的高压料液进口4、高压料液出口5、低压料液进口7和低压料液出口8，其中高压料液进口4与浓缩液出口相连通，低压料液进口7与原料泵出口相连通，高压料液出口5通过增压泵1连通膜装置进口，在增压泵1出口形成高压料液出口6。也即，浓缩液出口和原料泵出口分别与压力交换器相连通并最终通过增压泵与膜装置进口相连通。

[0036] 浓缩液出口所出浓缩液与直接或间接来自原料泵的低压的料液在压力交换器2的腔室中进行能量交换和物料传递，得到压力较高的回流液和压力较低的排出液，回流液经增压泵1增压后由高压料液出口6回流进入膜装置，排出液可经低压料液出口8排出。物料的回流，一方面实现循环浓缩，也有助于增加错流，减少膜的污堵；另一方面由于回流液具有满足需要的压力能，还有利于降低能耗。

[0037] 更具体的，压力交换器2低压料液进口7通过直接与预处理装置出口相连通实现与原料泵出口的间接连通。输送管道包括连通预处理装置与高压泵之间的第一管道，连通高压泵和膜装置的第二管道，其中，压力交换器2的低压料液进口7通过与第一管道连通实现与预处理装置出口的连通，高压料液出口6通过与第二管道的连通实现与膜装置进口的连通。

[0038] 因此，压力交换器2的腔室中发生能量交换和物料传递时，高压的浓缩液中可控的部分混入经预处理后进入腔室的料液，混合后经增压泵1增压形成高压料液E，并与上游经高压泵增压的料液再混合后一同进入膜装置，实现浓水回流的同时优化能量分配，提高系统回收率。

[0039] 高倍浓缩装置还包括分别设置在浓缩液出口控制由浓缩液出口进入压力交换器2的料液量，以及设置在低压料液出口8控制压力交换器2所出排出液量的阀门（未图示）。从而有利于调整参与能量交换的高压料液与低压料液的量，获得合适的能量传递和系统回收率。另外预处理装置可以为保安滤器但不限于保安滤器。

[0040] 需要说明的是，压力交换器2是现有的装置，通常与增压泵1分体，但可以设计压力交换器2与增压泵1为合体结构。例如增压泵1可直接设置在压力交换器2的高压料液出口5管道中，相对分体设计降低管路消耗，提高效率和减小空间占用。

[0041] 膜装置为反渗透装置或纳滤装置。

[0042] 下面介绍使用本发明高效率低能耗的高倍浓缩装置进行料液处理的方法，具体包括如下步骤：

[0043] （1）原料泵将原料液泵入高倍浓缩装置，经过原料泵的原料液A压力在0.3-0.4MPa。

[0044] （2）原料液A通过保安滤器过滤，除去颗粒物。

[0045] （3）经过保安滤器的滤液在进入高压泵前分为两路，一路料液B经高压泵增压进入膜装置，之后透过液（H）由透过液出口排出，浓缩液从浓缩液出口流出、并从高压料液进口4进入压力交换器2。料液B经高压泵增压后的压力略大于浓缩液压力，但二者的压力范围均在1.0-10.0MPa。

[0046] （4）另一路料液D（0.3-0.4MPa）由低压料液进口7进入压力交换器2与浓缩液F发生能量交换和物料传递，得到高压的回流液和压力在0.1-0.2MPa的排出液G，该回流液通过增压泵1再次增压后得到高压料液E。高压料液E的压力能与料液B经高压泵增压后、进入膜装置前的压力相当，在1.0-10.0MPa的范围。高压料液E由高压料液出口6回流进入膜装置再次进行浓缩，排出液G作为浓水由低压料液出口8排放。具体的，在能量交换和物料传递过程中，浓缩液F的一部分和料液D交换能量，该部分浓缩液F变为低压后以排出液G排放，剩余浓缩液F与得到压力能的料液D全部混合经增压泵1增压后作为高压料液E再进入膜装置。从浓缩液出口流出的浓缩液F经压力交换器后参与回流和直接排出的比例根据进入压力交换器的浓缩液F量及料液D量而定。高压料液E由高压料液出口6回流至膜装置上游后与高压泵所出增压后的料液混合为料液C（1.0-10.0MPa）再一同进入膜装置进行膜浓缩。因此进入膜装置前的高压的料液其压力能一方面来自高压泵的增压，另一方面来自回流液本身和增压泵1给回流液的压力，相对单纯依靠高压泵增压大大降低能耗。

[0047] 需要说明的是，本发明中原料液可以是废水和其它待处理料液。上述字母A、B、C、D、E、F、G、H分别表示图1-2相应位置的料液。

[0048] 采用本发明的高倍浓缩装置进行料液处理，设备能耗相比普通多段工艺设备可节能50%以上，且系统回收率达90%以上。

[0049] 回流进入膜装置的料液压力主要来自回流液的压力能，相比之下增压泵1的贡献要小得多。增压泵1的增压程度是远小于高压泵的。

[0050] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。