устройство для очистки технологических или промышленных сточных вод

Формула изобретения

1. Устройство для очистки технологических или промышленных сточных вод с испарителем (4), в котором предусмотрен теплообменник (5) с пучком труб, сторона с чистым дистиллятом которого соединена с сепаратором (8) для отделения дистиллята от всплывающей органической фазы или подобных свободных компонентов жидкости, отличающееся тем, что сепаратор (8) и находящийся в испарителе (4) теплообменник (5) с пучком труб расположены и/или без обвода соединены друг с другом таким образом, что уровни жидкости в сепараторе (8) и в испарителе (4) переходят вровень один в другой и что сепаратору (8) придано устройство (12) регулирования уровня, которое при понижении уровня жидкости открывает клапан (20) для сброса давления и при превышении уровня жидкости закрывает клапан (20) для сброса давления.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно имеет дополнительно компрессор (7), который сжимает чистый пар, поступающий из испарителя (4), причем компрессор (7) сжимает поступающий из испарителя чистый пар примерно до атмосферного давления.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что испаритель (4) предназначен для испарения посредством механического сжатия парогазовой смеси.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что во всасывающем и/или напорном трубопроводе компрессора (7) расположен температурный датчик (11), что во всасывающий трубопровод компрессора (7) входит трубопровод (22) дистиллята, поступающего от сепаратора (4), в котором промежуточным образом установлен распределительный клапан (19), и что распределительный клапан (19) для охлаждения компрессора (7) соединен в части управления таким образом с температурным датчиком (11), что распределительный клапан (19) открывает или закрывает в зависимости от температуры, зарегистрированной температурным датчиком (11).

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что распределительный клапан (19) представлен клапаном пропорционального регулирования, открываемым в зависимости от температуры, зарегистрированной температурным датчиком (11).

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что клапан (20) для сброса давления промежуточным образом установлен в трубопроводе (21) для сброса давления, идущем от испарителя (4).

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в испарителе (4) расположено впускное отверстие, ведущее к клапану (20) для сброса давления.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сепаратор (8) через трубопровод (17) соединен с отстойником испарителя и что впускное отверстие этого трубопровода для отделения органической фазы или подобных всплывающих свободных компонентов расположено на расстоянии ниже верхнего максимального уровня жидкости.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубопровод (21) для сброса давления, соединенный с теплообменником (5) с пучком труб, направлен через рекуператор (3) или подобный теплообменник, который для охлаждения инертного газа, а также не конденсированных легко летучих компонентов пара соединен с трубопроводом для сточной воды, ведущим к испарителю (4).

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что следом за рекуператором (3) или подобным теплообменником промежуточным образом установлена, по меньшей мере, одна коалесцентная ступень (14) и/или установлен, по меньшей мере, один фильтр (15) из активного угля.

11. Устройство по п.9 или 10, отличающееся тем, что в трубопроводе (21) для сброса давления, преимущественно в участке трубопровода, установленном следом за рекуператором (3) или подобным теплообменником, предусмотрен температурный датчик (16), который при превышении установленной максимальной величины запускает выдачу осадка, получающегося в испарителе (4) при дистилляции.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к устройству для очистки технологических или промышленных сточных вод с испарителем, который имеет теплообменник с пучком труб, конденсатная сторона которого соединена с сепаратором для отделения дистиллята от всплывающей органической фазы или подобных свободных компонентов жидкости.

При самых различных способах в качестве побочного продукта получаются технологические сточные воды, в которых в воде или другой жидкости содержатся масла, растворители или другие технологические остатки. Чтобы иметь возможность либо снова вернуть эти технологические сточные воды в технологический кругооборот, либо отправить их в канализацию, необходима очистка этих сточных вод. При этом, в частности, при отправке в канализацию должны выдерживаться определенные, частью установленные законом предельно допустимые концентрации.

Чтобы повысить степень очистки ранее известных способов перегонки, могут последовательно применяться несколько ступеней очистки, однако при этом существенно увеличиваются затраты на оборудование и потребность в рабочих площадях. Можно в общем отметить, что затраты, связанные с очисткой технологических сточных вод, непропорционально возрастают тем больше, чем выше степень очистки, которую стремятся получить.

Настоящее изобретение отталкивается теперь от одноступенчатого способа перегонки, который имеет замкнутый энергетический цикл для сокращения подачи энергии. Уже известны подобного рода очистные устройства, которые имеют испаритель, образованный теплообменником с пучком труб. Так как всякий дистиллят все еще содержит более или менее небольшую долю летучих масел, причем здесь маслом названы, только в качестве примера, также и другие летучие полярные и неполярные углеводороды, предусматривают ранее известные очистные устройства - коалесцентные органы, которые могут иметь минеральную вату или вязанную сетку из нержавеющей стали, чтобы, например, при очистке сточных вод уменьшить долю масел в дистилляте. Однако такие ранее известные коалесцентные органы не могут предотвратить проход дальше более или менее значительно содержащей масло смеси масло-вода. Хотя часть свободного масла всплывает в дистилляте и может сниматься, остающийся дистиллят может все еще представлять собой сравнительно стойкую масловодяную эмульсию.

Из международной заявки WO 92/03203 уже известно устройство для очистки и отделения эмульгированных жидкостей и, в частности, охлаждающих и смазочных эмульсий, в котором эмульгированные жидкости нагреваются в приемном резервуаре до точки кипения жидкости, подлежащей дистилляции, и в котором пары, образующиеся на первой стороне теплообменника и в приемном резервуаре, сжимаются в компрессоре, вследствие чего повышается температура. При этом нагретые таким образом пары с помощью компрессора направляются на вторую сторону теплообменника, на которой они охлаждаются и конденсируются и на которой высвобождающееся при конденсации тепло передается эмульгированной жидкости на первой стороне теплообменника, так что подлежащая дистилляции жидкость испаряется. Разность температур между испарением и конденсацией с помощью регулирующего органа удерживается внутри узкого диапазона температур от примерно 0,5 до 6°С. При этом уровень температуры эмульгированной жидкости, поддерживаемый внутри узкого диапазона температур, регулируется только регулирующими органами, которые образуются термостатом в сочетании с переключателем, работающим от давления, причем термостат заполняется жидкостью, идентичной с желаемым дистиллятом, и причем переключатель, работающий от давления, снабжается сильфоном, который находится в контакте с атмосферой, так что автоматически компенсируются изменения в атмосферном давлении.

Отсюда задача заключается в создании очистного устройства однажды упомянутого вида, с помощью которого могут быть существенно снижены установленные законом предельно допустимые концентрации в сточных водах.

Предложенное в соответствии с изобретением решение этой задачи состоит в очистном устройстве однажды упомянутого вида, в частности, в том, что сепаратор и находящийся в испарителе теплообменник с пучком труб с помощью перелива без отвода и с уровнями жидкости, переходящими вровень друг в друга, соединены друг с другом и что сепаратору придано устройство для регулирования уровня, которое при недостаточном уровне жидкости открывает клапан для сброса давления и при превышении уровня жидкости закрывает клапан для сброса давления.

В предложенном в соответствии с изобретением очистном устройстве сепаратор и теплообменник с пучком труб, находящийся в испарителе через перелив без отвода с переходящими вровень друг в друга уровнями жидкости, соединены друг с другом. Так как конденсат, поступающий на выходе теплообменника с пучком труб и состоящий из водной фазы, а также всплывающей органической фазы, например масла, практически без отвода и перехода через перелив направляется в сепаратор, чем предотвращается смешивание этих обеих фаз, которое, впрочем, могло бы способствовать образованию стойкой эмульсии и/или дисперсии. Таким образом, в сепараторе всплывающая органическая фаза может собираться из конденсата, чтобы эта фаза с помощью вакуума могла затем снова обратно засасываться в испаритель. Кроме этого смесь пара может направляться от теплообменника с пучком труб в дополнительный другой рекуператор или подобный теплообменник и в известной мере охлаждаться, происходит конденсация как воды, так и легких летучих растворителей, а также растворенной в паре органики и отдельный их выпуск или может обратно засасываться в отстойник испарителя. Благодаря этому может быть достигнуто существенно более высокое качество дистиллята.

Инертный газ, поступающий из испарителя, а также неконденсированные, легко летучие пары могут вести к нежелательному повышению давления в сепараторе. При повышенном давлении, однако, возникает опасность, что всплывающие на дистилляте органические компоненты жидкости соединятся с остальной жидкостью заново в эмульсию, дисперсию или суспензию. Однако с помощью предусмотренного в сепараторе устройства для регулирования предотвращается чрезмерное повышение давления в сепараторе за счет того, что собирающийся в сепараторе и испарителе инертный газ придавливает вниз уровень жидкости. При недостаточном уровне жидкости вследствие повышающегося давления газа в сепараторе при необходимости открывается подпружиненный клапан для сброса давления, который снова закрывается только при превышении точно так же установленного уровня жидкости. Так как с помощью этого предусмотренного в сепараторе устройства для регулирования создаются условия протекания процесса в части постоянного давления, как испарителе, так и соединенном с ним сепараторе, получается существенно благоприятной желаемая, основанная на потоке конструкция предложенного в соответствии с изобретением очистного устройства.

Предпочтительный вариант выполнения, который относится к очистному устройству с компрессором, сжимающим чистый пар, поступающий из испарителя, предусматривает, что компрессор сжимает чистый пар, поступающий из испарителя, примерно до атмосферного давления. Так как в этом предложении решения чистый пар сжимается не чрезмерно, а только примерно до атмосферного давления, до того, как он сможет, например, конденсироваться в теплообменнике с пучком труб, то оказывается противодействие образованию стойких смесей пара с маслом. Настоящее изобретение может быть также осуществлено в испарителе с тепловым насосом. Однако предпочтительным является вариант выполнения, при котором испаритель предназначен для испарения с помощью сжатия парогазовой смеси.

По усовершенствованному варианту согласно изобретению, которое также относится к очистному устройству с компрессором, который сжимает чистый пар, поступающий из испарителя, предусмотрено, что во всасывающем и/или напорном трубопроводе компрессора расположен температурный датчик, что во всасывающий трубопровод компрессора выходит идущий от сепаратора трубопровод дистиллята, в котором промежуточным образом установлен распределительный клапан, и что распределительный клапан для охлаждения компрессора таким образом соединен в плане регулирования с температурным датчиком, что распределительный клапан открывается или закрывается в зависимости от температуры, зарегистрированной температурным датчиком. При этом температурный датчик и распределительный клапан образуют цепь автоматического регулирования, и охлаждение, необходимое для компрессора парогазовой смеси, обеспечивается путем непрерывного впрыскивания дистиллята.

При этом особенно предпочтительно, когда клапан представлен клапаном пропорционального регулирования, открываемым в зависимости от температуры, зарегистрированной температурным датчиком, чтобы создать постоянные технологические условия, которые препятствуют образованию эмульсии, дисперсии или суспензии.

Другое предпочтительное выполнение согласно изобретению, которое относится к очистному устройству с испарителем, в котором предусмотрен теплообменник с пучком труб, сторона с чистым дистиллятом которого для отделения дистиллята от всплывающей органической фазы или подобных свободных компонентов жидкости соединена с сепаратором, предусматривает, что сепаратору придано устройство для регулирования уровня, которое при недостаточном уровне жидкости открывает клапан для сброса давления и при превышении уровня жидкости закрывает клапан сброса давления. Поступающий из испарителя инертный газ, а также неконденсированные, легко летучие пары могут в сепараторе вести к нежелательному повышению давления. При повышенном давлении существует, однако, опасность, что всплывающие на дистилляте органические компоненты жидкости заново соединятся с остальной жидкостью в эмульсию, дисперсию или суспензию. С помощью предусмотренного в сепараторе устройства для регулирования уровня предотвращается чрезмерное повышение давления в сепараторе; с помощью собирающегося в сепараторе и в испарителе инертного газа уровень жидкости придавливается вниз. При недостаточном уровне жидкости вследствие повышающегося давления газа в сепараторе открывается при необходимости также подпружиненный клапан для сброса давления, который снова закрывается только при превышении точно так же установленного уровня жидкости. Так как с помощью этого предусмотренного в сепараторе устройства для регулирования создаются постоянные в части давления условия протекания процесса, как в испарителе, так и в соединенном с ним сепараторе, получается существенно благоприятная желаемая, основанная на потоке конструкция предложенного в соответствии с изобретением очистного устройства.

При этом особенно предпочтительно, если клапан для сброса давления промежуточным образом установлен в преимущественно идущий от испарителя трубопровод для сброса давления. С помощью открытия промежуточным образом установленного в трубопровод для сброса давления клапана для сброса давления избыточное давление, господствующее в сепараторе, а также в испарителе, может отводиться через испаритель, и давление в предложенном в соответствии с изобретением очистном устройстве поддерживается постоянным.

Чтобы иметь возможность отвода при соответствующем повышении давления газовых компонентов, собравшихся в сепараторе и испарителе, целесообразно, если впускное отверстие, ведущее к клапану для сброса давления, расположено в теплообменнике с пучком труб испарителя выше верхнего уровня жидкости.

По предпочтительному усовершенствованному варианту согласно изобретению, который относится к очистному устройству, в котором предусмотрен теплообменник с пучком труб, сторона с чистым дистиллятом которого соединена с сепаратором для отделения дистиллята от всплывающей органической фазы или подобных свободных компонентов, предусмотрено, что сепаратор через трубопровод соединен со стороной для чистого пара теплообменника с пучком труб и/или с отстойником испарителя и что впускное отверстие этого трубопровода для отделения всплывающих компонентов жидкости расположено на расстоянии ниже верхнего максимального уровня жидкости. Таким образом, всплывающая в сепараторе органическая фаза может по трубопроводу направляться в отстойник испарителя с тем, чтобы снова подвергнуться процессу очистки, в то время как находящийся под органической фазой в сепараторе дистиллят может направляться для дальнейшего применения или на этапы очистки.

Предпочтительный вариант выполнения согласно изобретению, который относится к очистному устройству с испарителем, в котором предусмотрен теплообменник с пучком труб, предусматривает, что трубопровод для сброса давления направлен через рекуператор или подобный теплообменник, который для охлаждения неконденсированных, легко летучих паров соединен с трубопроводом для сточной воды, ведущим к испарителю. Таким образом, неконденсированные, легко летучие компоненты пара могут охлаждаться идущей к испарителю технологической сточной водой, в то время как подлежащая очистке технологическая сточная вода нагревается до температуры, близкой к температуре испарения. Таким образом, также легко летучие компоненты пара, как, например спирт или аммиак, могут конденсироваться и отводиться в рекуператоре. Рекуператор способствует небольшому потреблению энергии в предложенном в соответствии с изобретением очистном устройстве и позволяет существенное снижение установленных законом предельных концентраций в сточной воде.

Чтобы дополнительно повысить качество конденсата, является предпочтительным, если следом за рекуператором или подобным теплообменником установлена, по меньшей мере, одна коалесцентная ступень и/или установлен, по меньшей мере, один фильтр из активного угля.

При этом предпочтительный усовершенствованный вариант согласно изобретению предусматривает, что в участке трубопровода, установленного следом за рекуператором или подобным теплообменником, предусмотрен температурный датчик, который при превышении установленной максимальной величины дает команду на выдачу осадка, образовавшегося в испарителе при дистилляции.

Ниже названные предложения в части решения более подробно описываются с помощью предпочтительного примера выполнения.

Фиг.1 показывает принципиальную технологическую схему очистного устройства, в котором может очищаться технологическая или промышленная сточная вода с помощью механического сжатия парогазовой смеси в испарителе, и

фиг.2 - испаритель представленного на фиг.1 очистного устройства в области отстойника испарителя.

На фиг.1 изображены основные части испарительной установки 1 в принципиальной технологической схеме. Жидкость, подлежащая очистке или возвращению, в испарительной установке 1 засасывается через вход 2 для сточной воды и направляется в рекуператор 3, в котором подлежащая очистке технологическая сточная вода охлаждает стекающие из испарителя 4 компоненты пара, состоящие из инертного газа, а также неконденсированных, легко летучих веществ, и при этом нагревается несколько ниже температуры испарения.

Оттуда технологическая вода засасывается в испаритель 4 с помощью созданного в нем вакуума. В испарителе 4 расположен теплообменник 5 с пучком труб, через который проходит поток чистого пара, в котором жидкость может еще больше нагреваться и испаряться. При этом частицы загрязнения, а также тяжело кипящие жидкости остаются в виде осадка и автоматически выпускаются через спускной клапан, как только будет достигнута определенная концентрация.

Полученный из технологической воды и свободный от загрязняющих частиц и тяжело кипящих жидкостей пар через очиститель 6 засасывается компрессором 7, чтобы с помощью компрессора 7 сжаться от нескольких 100 миллибар до, по меньшей мере, атмосферного давления и поступить в теплообменник 5 с пучком труб, находящийся в испарителе 4. Чистый пар конденсируется в этом конденсаторе 5 и отдает высвободившуюся энергию конденсации жидкости, окружающей пучок труб.

На фиг.2 показан испаритель 4 и соединенный с ним сепаратор 8. Пар конденсируется в теплообменнике 5 с пучком труб, так что дистиллят может собираться в донной области этого теплообменника 5 с пучком труб; при этом теплообменник 5 с пучком труб соединен с сепаратором 8 таким образом, что всплывающая на дистилляте органическая фаза отделяется от дистиллята и дистиллят с помощью предусмотренного в сепараторе 8 и состоящего, например, из минеральной ваты или вязаного изделия из нержавеющей стали коалесцентного органа 9 дополнительно значительно очищается от свободных масляных компонентов. При этом испаритель 4 и сепаратор 8 таким образом без отвода соединены друг с другом, что уровни жидкости в сепараторе 8 с одной стороны и в испарителе 4 с другой стороны переходят вровень один в другой. Благодаря этому не имеющему отвода и таким образом основанному на потоке соединению испарителя 4 и сепаратора 8 осуществляется противодействие новому нежелательному смешиванию легких текучих паров в конденсате.

Часть дистиллята, находящегося в сепараторе 8, применяется для охлаждения выполненного в виде роторно-щелевого насоса компрессора 7. К тому же сепаратор 8 с помощью трубопровода 22, снабженного клапаном 11 пропорционального регулирования, со стороны всасывания соединен с компрессором 7. В идущем от компрессора 7 напорном трубопроводе к тому же предусмотрен температурный датчик 11, который регистрирует конечную температуру конденсации и в зависимости от определенной температуры таким образом открывает клапан пропорционального регулирования, пока конечная температура конденсации не опустится до установленной заданной величины и останется постоянной.

Так как процесс очистки в устройстве для очистки выполнен в виде замкнутой системы, то увеличивающаяся концентрация неконденсированного инертного газа и легких летучих паров в теплообменнике 5 с пучком труб, по-видимому, могла бы привести к соответствующему повышению давления. Увеличивающееся во время процесса очистки количество инертного газа сжимает дистиллят в сепараторе 8 при определенном уровне жидкости. В сепараторе 8 предусмотрено устройство 12 для регулирования уровня, которое при недостаточном определенном уровне жидкости открывает установленный промежуточным образом в идущий к испарителю 4 трубопровод 21 для сброса давления клапан 20 для сброса давления до тех пор, пока этот клапан 20 для сброса давления не сможет снова закрыться при превышении установленного уровня жидкости в сепараторе 8. Благодаря этой регулируемой с помощью уровня разгрузке сепаратора 8, а также соединенного с ним испарителя 4 осуществляется противодействие нежелательному образованию содержащей масло эмульсии, дисперсии или суспензии.

Извлеченные инертные газы и легкие летучие пары могут удаляться из испарителя 4 через трубопровод 21 для сброса давления и охлаждаться и конденсироваться в рекуператоре 3. Они могут образовывать стойкие эмульсии и направляться к служащей в качестве отделителя масла коалесцентной ступени 14, где инертные газы удаляются через выпуск 23 для газа в виде отработанного воздуха. Остающийся конденсат затем направляется через фильтр 15 из активного угля, прежде чем подобным образом очищенный конденсат будет направлен на дальнейшее применение или может быть направлен в канализационную сеть.

Так как конденсат, образованный в рекуператоре 3, содержит в единице объема по сравнению с дистиллятом большее количество возможно также содержащих масло вредных веществ, может быть существенно уменьшен расход активного угля в фильтре 15 из активного угля, так как с конденсатом, идущим через клапан 21 для сброса давления, через активный уголь направляется более загрязненный частичный поток, и поэтому активный уголь может загружаться более высокой долей вредных веществ. Так как конденсат, идущий через трубопровод 21 для сброса давления, составляет только около 10 процентов объема дистиллята и так как активный уголь может загружаться выше с конденсата, фильтр 15 из активного угля может выполняться небольшим и компактным.

Остающийся во время процесса очистки в испарителе 4, в частности, в отстойнике испарителя осадок автоматически выпускается через уже упоминавшийся выше спускной клапан. Чтобы иметь возможность устанавливать время выпуска осадка в зависимости от технологического параметра, с помощью температурного датчика измеряется температура конденсата, поступающего от испарителя 4 и охлажденного в рекуператоре 3, прежде чем будет направлен для дальнейшей очистки в коалесцентную ступень 14 и последующий фильтр 15 из активного угля. Именно температура этого конденсата возрастает с конденсацией осадка, остающегося в испарителе 4. Если температура конденсата достигает установленной максимальной величины, открытием спускного клапана дается команда на выдачу осадка, остающегося в испарителе 4.

Масляный компонент, возможно еще всплывающий в сепараторе, откачивается там и либо отсасывается в отстойник испарителя либо - через трубопровод 17 - в отделитель 6, чтобы там снова направить в процесс очистки. Чистый пар, поступающий от испарителя 4, с помощью компрессора 7 сжимается только примерно до атмосферного давления, благодаря чему оказывается противодействие образованию нежелательной водомасляной эмульсии.