一种盐水立体自然蒸发装置和方法

技术领域

本发明涉及一种盐水立体自然蒸发装置和方法。

背景技术

制盐业是盐化工的基础，是我国重要的基础产业，原盐是盐化工领域最主要的上游原料，用于制备纯碱、烧碱、盐酸、金属钠等产品。目前传统制盐技术为以海水或卤水整滩造埕、扬卤晒盐，或以工业废水蒸发结晶制取，这些制盐方式占地面积大，制盐过程蒸发效率低。

提高制盐蒸发效率的工艺有多效蒸发，多级闪蒸、机械压缩蒸发等方式，这些工艺可以提高盐水蒸发率，生产过程稳定，适合工业化生产，但对原料液的要求较高，运行过程需要消耗蒸汽，且设备投资大，使原盐制取成本增加，不利于制盐的经济性。此外盐水成分复杂，若采用以上工艺，需要投入更多的预处理程序，制盐成本将进一步升高。中国专利CN207792752 U公开了一种“强化自然蒸发装置和具有该强化自然蒸发装置的蒸发塘”，提高了蒸发效率，但是其采用了多种传动部件、伺服电机齿轮、滑条等，结构复杂；选用了加热件，需要消耗额外的能量，增加了蒸发成本。中国专利CN 113213572 A公开了“一种浓盐水自然蒸发系统”，该系统布水装置为尼龙布水管及经编网眼间隔结构织物，经编网眼间隔结构织物为一种立体空间交叉结构，大幅提高了蒸发表面积，从而提高了蒸发效率。经编网眼间隔结构织物为涤纶、锦纶或氨纶的一种，材料性质稳定，但相对于盐碱地区，耐腐蚀性较差，不适于在这种以及类似这种地区长期使用。由于盐水在蒸发过程中，不同溶解度的盐依次结晶析出，蒸发过程汇总硫酸钙附着于蒸发设备上，影响蒸发效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种盐水立体蒸发装置，该装置具有结构简单、机械强度高、布水均匀、通风性好、显著增大盐水与空气接触面积的特点，用于解决传统滩晒制盐、蒸发塘蒸发方式占地面积大，制盐过程蒸发效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明包括蒸发池，其结构特点是蒸发池中设置有立体蒸发支架，立体蒸发支架包括至少四根立柱，立柱顶部固设有水平布置的布水器，所述布水器包括布水主管和布水支管，布水主管呈方形闭环布置，所述布水支管间隔平行布置在布水主管上并两端与布水主管连通，布水支管两个侧面上间隔设置多个布水孔，每根布水支管上设有垂直蒸发面，垂直蒸发面由柔性网状材料搭在布水支管上由两侧垂下而成，呈方形闭环布置的布水主管的一侧设置有进水口，进水口通过进水管道连接到蒸发池底部，进水管道上设置有变频循环水泵。

所述的立体蒸发支架中部设有取样槽，取样槽中设有比重计，用于测量立体蒸发支架中部盐水的比重。

所述的布水支管间距为15-25cm。

所述的布水孔沿布水支管轴向等距分布；布水孔孔径自布水主管设置进水口的一边到对边逐渐变大，布水孔的孔径为0.3-0.8cm；布水孔的间距为5-10cm，朝向垂直蒸发面。

当布水支管与布水主管设置进水口的一边垂直时，布水孔的孔径在单根布水支管上，自布水主管设置进水口的一边到对边逐渐变大；当布水支管与布水主管设置进水口的一边平行时，布水孔的孔径自布水主管设置进水口的一边到对边逐管逐渐变大，单支布水支管上布水孔孔径大小一致。

所述的垂直蒸发面为抗紫外线、耐腐蚀的黑色的复合高分子柔性网状结构材料，包括玻纤土工格栅、三维渗水网、渔网布的一种，厚度为1-3cm。

所述的玻纤土工格栅是由玻纤长条相互垂直编制而成的具有正方形孔隙的结构，玻纤长条宽度0.5-1cm，并与正方形孔边长比例为1：2-4，所述的三维渗水网，是高分子复合材料弯曲层叠而成的孔隙不均匀结构，每平方米三维渗水网中2-8cm

所述蒸发池池内设置有液位计，蒸发池在一侧设有入口，在相对另一侧设有出口，入口和出口上分别设置有比重计，用于测量蒸发池入口和出口的比重。

所述布水主管中间还设置有一根布水中管，布水中管的两端与布水主管连通，使布水主管形成两个框，两个框内设置多个布水支管，布水支管两端与布水中管和布水主管连通。

本发明适用于对以下盐水的蒸发：地下卤水、盐湖卤水、海水、海水淡化后浓盐水、煤化工和石油化工化工的含盐废水。

本发明还提供了一种盐水立体自然蒸发的方法，采用上述盐水立体自然蒸发装置，由三组盐水立体自然蒸发装置串联，形成第一级蒸发池、第二级蒸发池、第三级蒸发池，包括如下步骤：

（1）盐水送入第一级蒸发池，再通过变频循环水泵送至布水主管，流经布水支管，通过布水支管上的布水孔分布到垂直蒸发面上蒸发，通过取样槽中的中间比重计的数值，调节循环水泵的输出频率，控制布水器喷向蒸发面的喷淋密度为4.2-6.9m

（2）在第二级蒸发池内采用与步骤（1）相同的操作，控制布水器喷向蒸发面的喷淋密度为2.0-3.8m

（3）在第三级蒸发池内采用与步骤（1）相同的操作，控制布水器喷向蒸发面的喷淋密度为0.6-1.5m

本发明的有益效果在于：

本发明装置采用立体蒸发支架、垂直蒸发面以及布水器的构造有利于空气和垂直蒸发面上的盐水充分接触，增加空气与蒸发的水汽的对流，及时将立体蒸发支架上蒸发出的水汽传递至立体蒸发支架之外，提高蒸发效率，有利于吸收阳光的热量，提升立体蒸发支架上液体的温度；垂直蒸发面采用柔性网状材，液体流经垂直蒸发面可以形成液膜，增大空气与水的垂直蒸发面积。而布水主管、布水支管及布水孔的结构使得布水更加均匀。本发明可以提高蒸发效率、减小占地面积目的；同时立体蒸发装置坚固耐用、使用寿命长、布水均匀，且避免形成水雾，实现了提高生产效率、降低生产成本的目的。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的结构示意图；

图2是图1的A-A’剖视图；

图3是图1的俯视图；

图4是本发明布水器的一种结构示意图；

图5是本发明布水器的另一种结构示意图；

图6是本发明布水器的第三种结构示意图；

图7是本发明垂直蒸发面的一种结构示意图；

图8是本发明垂直蒸发面的另一种结构示意图；

图9是本发明方法的结构示意图；

图中：101、蒸发池，102、立体蒸发支架，103、布水主管，104、垂直蒸发面105、布水支管，106、布水孔，107、布水器，200、进水口，201、进水管道，202、变频循环水泵，203、流量计，204、进水管线，205、进水开关阀，206、排水管线207、排水开关阀，301、取样槽，302、立体蒸发支架中部比重计，303、蒸发池入口比重计，304、蒸发池出口比重计，305、液位计，2001、布水中管，1001、玻纤长条，1002、正方形孔，1003、三维渗水网，1004、网孔，501、供水池，502、第一级蒸发池，503、第二级蒸发池，504、第三级蒸发池，505、储卤池，601、供水泵，602、供水池液位计，603、第一变频循环水泵，604、第一液位计，605、第一流量计，606、第二变频循环水泵，607、第二液位计，608、第二流量计，609、第三变频循环水泵，610、第三液位计，611、第三流量计，612、第一开关阀，613、第二开关阀，614、第三开关阀，615、排水泵，616、储卤池液位计，617、第一级蒸发池出口比重计，618、第二级蒸发池出口比重计，619、第三级蒸发池出口比重计，620、第一取样槽，621、第一中间比重计，622、第二取样槽，623、第二中间比重计，624、第三取样槽，625、第三中间比重计，626、第一级蒸发池入口比重计，627、第二级蒸发池入口比重计，628、第三级蒸发池入口比重计，701、第一立体蒸发支架，702、第二立体蒸发支架，703、第三立体蒸发支架，704、第一布水主管，705、第一布水孔，706、第一垂直蒸发面，707、第一布水支管，708、第二布水主管，709、第二布水支管，710、第二布水孔，711、第二垂直蒸发面，712、第三布水主管，713、第三布水支管，714、第三布水孔，715、第二垂直蒸发面，801、供水池供水管线，802、蒸发单元供水管线，803、第一循环水管线，804、第一排放管线，805、第二循环水管线，806、第二排放管线，807、第三循环水管线，808、第三排放管线，809、储卤池排水管线。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参照图1—图3，该盐水立体自然蒸发装置包括蒸发池101，蒸发池101内部设置有立体蒸发支架102，立体蒸发支架102包括至少四根立柱，四根立柱由螺栓固定于蒸发池101池底，立柱顶部固设有水平布置的布水器107，布水器107包括布水主管103和布水支管105，布水主管103沿立柱顶面呈方形闭环布置，呈方形闭环布置的布水主管103内设有多个布水支管105，布水支管105呈间隔平行布置，布水支管105两端与布水主管103连通，布水支管105两个侧面间隔设置多个布水孔106，每根布水支管105上设有垂直蒸发面104，垂直蒸发面104由柔性网状材料搭在布水支管上由两侧垂下，形成两个垂直蒸发面，方形闭环的布水主管103的一边设置有进水口200，进水口200通过进水管道201连接到蒸发池底部101，进水管道201上设置有变频循环水泵202，变频循环水泵202出口设置流量计203；立体蒸发支架102中部设置有取样槽301，取样槽301设置在其中一根立柱的中部，取样槽中设置有比重计302，蒸发池101入口和蒸发池101出口分别设有蒸发池入口比重计303和蒸发池出口比重计304，蒸发池101池沿设置有液位计305，蒸发池101内液体由进水管线204进入，进水管线204上设置有进水开关阀205，蒸发池内液体由排水管线206排出，排水管线206上设置有排水开关阀207。

本实施例中，各部件的材质和尺寸为：

各设备仪表的型号为：

立体蒸发支架的立柱由抗紫外线、耐腐蚀、高机械强度的复合高分子型材构成；复合高分子型材为黑色圆形、方形、三角形、槽型、工字形的一种或几种的组合。采用的设备、仪表、复合高分子材料、垂直蒸发面来自市售产品。

参照图4，在本发明的该实施例中，布水孔106的孔径自布水主管103设置进水口的一边到对边逐管逐渐变大，单支布水支管上布水孔孔径大小一致，布水孔孔径变化范围是0.3-0.8cm；液体在布水主管103内形成环形流动，使布水均匀；布水支管105平行间隔排列，布水支管105间距为15cm；布水孔106的孔径为0.5cm，布水孔106的间距为5cm，布水孔106分布在布水支管105两侧，并朝向垂直蒸发面104；参照图7，垂直蒸发面104采用玻纤土工格栅，玻纤长条1001宽度0.5-1.5cm并与正方形孔1002边长比例为1：2-4，垂直蒸发面104的厚度为1.0cm。

立体蒸发支架102的尺寸为2×2×6m；本实施例蒸发的盐水为地下卤水，地下卤水由进水管线经进水开关阀205进入蒸发池；液位计305的示数为800mm时，关闭进水开关阀205；变频循环水泵202的初始输出频率为30Hz；流量计203的示数为18.0m³/h；蒸发池入口比重计303的示数为8.2°Bé。

在另外一些实施例中，除了在布水支管上设置垂直蒸发面以外，在与布水支管平行排布的布水主管上也可以设置垂直蒸发面。

本发明的工作过程：

盐水由进水管线204经进水开关阀205进入蒸发池101，由液位计305测量蒸发池液位，当液位达到预期值时，进水开关阀205关闭，变频循环水泵202启动；卤水经立体蒸发支架供水管线201、流量计203到达立体蒸发支架102顶部的布水主管103，并进入布水支管105，通过布水支管105上的布水孔106分布至垂直蒸发面104上进行蒸发；蒸发池入口比重计303用于测量进入蒸发池101入口液体的比重，蒸发池出口比重计304用于测量蒸发池101出口的液体的比重，取样槽301的作用是收集流经立体蒸发支架102中部的液体，立体蒸发支架中部比重计302的作用是测量取样槽301中所收集液体的比重；根据立体蒸发支架中部比重计302的数值，控制变频循环水泵202的频率；当蒸发池内盐水的比重经蒸发池出口比重计304测量并达到预期数值时，蒸发池排水管线206上的排水开关阀207打开，排放蒸发池101内液体，此时变频循环水泵202关闭，当蒸发池101内液位降低至预期数值时，排水开关阀207关闭，进水管线204上的进水开关阀205打开，为蒸发池101供水。

取样槽301中的立体蒸发支架中部比重计302的示数与变频循环水泵202输出频率的关系如表1所示，随着立体蒸发支架中部比重计302示数的增加，变频循环水泵202频率逐渐增加。

表1 实施例1立体蒸发支架中部比重计示数与变频循环水泵输出频率的关系

当蒸发池101出口比重计304示数达到24.0°Bé时，蒸发池101的排水开关阀207打开，盐水由排水管线排放至其他工序使用；以同样尺寸蒸发池进行平面蒸发对比，盐水同样达到24.0°Bé，该实施例的蒸发速率是平面蒸发速率的14.6倍。

实施例2

与实施例1中的步骤和方法相同，本实施例蒸发的盐水是海水，不同之处在于蒸发池101的尺寸为10×10×1.5m，立体蒸发支架102的尺寸为7×7×6m；立体蒸发支架立柱为，黑色槽形、三角形、工字形型材的组合，盐水由进水管线经进水开关阀205进入蒸发池；液位计305的示数为1300mm时，关闭进水开关阀205；变频循环水泵202的初始输出频率为25Hz；流量计203的示数为15.0m³/h；蒸发池入口比重计303的示数为2.4°Bé。

参照图5，布水孔10的孔径在单根布水支管上，自布水主管103设置进水口的一边到对边逐渐变大；布水孔106的间距为10cm，布水孔106分布在布水支管105两侧，并朝向垂直蒸发面104；垂直蒸发面104采用渔网布，网孔孔径为0.5-1.5cm；垂直蒸发面104的厚度为3cm。

取样槽301中的立体蒸发支架中部比重计302的示数与变频循环水泵202输出频率的关系如表2所示。

表2 实施例2立体蒸发支架中部比重计示数与变频循环水泵输出频率的关系

当蒸发池101出口比重计304示数达到25.0°Bé时，蒸发池101的排水开关阀207打开，盐水由排水管线排放至其他工序使用。以同样尺寸蒸发池进行平面蒸发对比，盐水同样达到25.0°Bé，该实施例的蒸发速率是平面蒸发速率的30.8倍。

实施例3

与实施例1步骤相同，不同之处在于本实施例蒸发的盐水是海水淡化之后的浓盐水，蒸发池入口比重计303的示数为4.8°Bé；参照图8，垂直蒸发面104采用三维渗水网1003，每平方米三维渗水网中2-8cm

参照图6，在本发明的该实施例中，盐水在布水主管103内形成环形流动，使布水均匀；布水主管103中间还设置有一根布水中管2001，布水中管2001的两端与布水主管103连通，使布水主管103形成两个框，两个框内设置多个布水支管105，布水支管两端与布水中管和主管连通。这样的结构使得布水主管103中的盐水能够更加均匀地分布到布水支管105中，达到布水分布更加均匀的目的；布水支管105间距为25cm。

取样槽301中的立体蒸发支架中部比重计302的示数与变频循环水泵202输出频率的关系如表3所示。

表3 实施例3立体蒸发支架中部比重计示数与变频循环水泵输出频率的关系

当蒸发池101出口比重计304示数达到25.0°Bé时，蒸发池101的排水开关阀207打开，卤水由排水管线排放至其他工序使用。以同样尺寸蒸发池进行平面蒸发对比，盐水同样达到25.0°Bé，该实施例的蒸发速率是平面蒸发速率的21.5倍。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

实施例4

参照附图9，盐水立体自然蒸发的方法，采用前述实施例中的盐水立体自然蒸发装置，由三组盐水立体自然蒸发装置串联而成，形成第一级蒸发池502、第二级蒸发池503、第三级蒸发池504，第一级蒸发池502、第二级蒸发池503、第三级蒸发池504的尺寸为12×7×1.5m，立体蒸发支架102尺寸为10×5×3m，布水支管105间距为15cm；布水孔106的孔径为0.5cm，布水孔106的间距为5cm，布水孔106分布在布水支管105两侧，并朝向垂直蒸发面104；垂直蒸发面104采用玻纤土工格栅，玻纤长条1001宽度0.5-1.0cm并与正方形孔1002边长比例为1：2-4，垂直蒸发面104的厚度为1.0cm；再经过如下步骤：

（1）浓度为2.6-3.1°Bé盐水通过供水池供水管线801进入供水池501，由供水泵601为蒸发单元供水；

（2）来自供水池501的盐水依次通过第一级蒸发池502、第二级蒸发池503、第三级蒸发池504，第一级蒸发池502、第二级蒸发池503、第三级蒸发池504池沿分别设有第一液位计604、第二液位计607、第三液位计610；当第一级蒸发池502内盐水的液位达到第一级蒸发池502内侧高度80%时，供水泵601关闭，同时第一级蒸发池502的第一变频循环水泵603启动，盐水经立体蒸发支架第一循环水管线803到第一布水主管704，通过第一布水支管707上的第一布水孔705分布至第一垂直蒸发面706进行蒸发，通过第一取样槽620中的第一中间比重计621的数值，控制第一变频循环水泵603的输出频率；通过第一流量计605测量得到第一级蒸发池502内第一立体蒸发支架701的喷淋密度为6.8m

（3）当第二级蒸发池503内盐水的液位达到第二级蒸发池503内侧高度80%时，第一级蒸发池502的第一排放管线804上的第一开关阀612关闭，同时第二级蒸发池503的第二变频循环水泵606启动，盐水经第二立体蒸发支架702第二循环水管线805到达第二布水主管708，通过第二布水支管709上的第二布水孔710分布至第二垂直蒸发面711进行蒸发，通过第二取样槽622中的第二中间比重计623的数值，控制第二循环水泵606的输出频率；通过第二流量计608测量得到第二级蒸发池503内蒸发支架702的喷淋密度为3.8m

（4）当第三级蒸发池504内盐水的液位达到第三级蒸发池504内侧高度80%时，第二级蒸发池503的第二排放管线806上的第二开关阀613关闭，同时第三级蒸发池504的第三变频循环水泵609启动，盐水经第三立体蒸发支架703第三循环水管线807到达第三方形闭环布主水管712，通过第三布水支管713上的第三布水孔714分布至第三垂直蒸发面715进行蒸发，通过第三取样槽624中的第三中间比重计625的数值，控制第三循环水泵609的输出频率；通过第三流量计611测量得到第三级蒸发池504内第三立体蒸发支架703的喷淋密度为2.0m

（5）当储卤池505内盐水的液位达到储卤池内侧高度80%时，储卤池排水管线809上的排水泵615打开，将储卤池505内盐水输送至用户，当储卤池505内盐水的液位达到储卤池505内侧高度10%时，储卤池排水管线809上的排水泵615关闭。

在该实施例中，第一级蒸发池502、第二级蒸发池503、第三级蒸池504、储卤池505内侧高度的10%、和80%对应的液位如表4所示：

表4 液位表

试验选取非阴雨天进行，试验环境如表5所示，当第一级蒸发池、第二级蒸发池、第三级蒸发池内分别有相应浓度的盐水时，开始试验；以平面蒸发作为空白试验进行对比，每次试验开始时，输送新鲜海水进入平面蒸发池；蒸发量如表6所示。

以各级蒸发池的蒸发量除以平面蒸发池的蒸发量，得到表7的各级蒸发池蒸发量与平面蒸发的倍数。

第一级蒸发池的蒸发量可以达到平面蒸发的29倍以上，而随着蒸发池内盐水浓度的增加，第二级蒸发池和第三级蒸发池的蒸发量相对减少，这是由于随着蒸发池内盐水浓度增加，其粘度随之增加，其蒸发系数随之降低造成的，但是第二级蒸发池、第三级蒸发池的蒸发效果仍分别可以是平面蒸发的13倍、6倍以上，所得蒸发后盐水直接用于纯碱厂的化盐工序。

实施例5

与实施例4中的实施步骤和方法相同，不同之处在于，浓度为7.6-8.9°Bé的地下卤水经供水池供水管线801进入供水单元的供水池501；第一级蒸发池502、第二级蒸发池503、第三级蒸发池504的尺寸为15×5×1m，立体蒸发支架尺寸为3×3×4m，每级蒸发池内均安装有3个立体蒸发支架，立体蒸发支架间距为1m；布水支管平行间隔排列，布水主管中间还设置有一根布水中管，布水中管的两端与布水主管连通，使布水主管形成两个框，两个框内设置多个布水支管，布水支管两端与布水中管和主管连通。这样的结构使得方形闭环布水管中的盐水能够更加均匀地分布到布水支管中，达到布水分布更加均匀的目的；布水管间距为25cm；布水孔106的孔径为0.8cm；垂直蒸发面采用渔网布，网孔孔径为0.5-1.0cm，垂直蒸发面厚度为3cm。

当第一级蒸发池出口、第二级蒸发池出口、第三级蒸发池出口浓度分别为14.4、20.5、24.7°Bé。

第一立体蒸发支架的喷淋密度、第二立体蒸发支架喷淋密度、第三立体蒸发支架喷淋密度分别为4.2、2.2、0.6m

实施例5试验环境、蒸发效果、蒸发倍数分别如表8、表9、表10所示。

以各级蒸发池的蒸发量除以平面蒸发池的蒸发量，得到表4的各级蒸发池蒸发量与平面蒸发的倍数。

第一级蒸发池的蒸发量可以达到平面蒸发的23倍，第二级蒸发池、第三级蒸发池的蒸发效果仍分别可以是平面蒸发的13倍、7倍以上，所得蒸发后盐水卤水直接用于氯碱厂盐水精制车间。

实施例6

与实施例4中的实施步骤和方法相同，不同之处在于，浓度为3.4-5.2°Bé的海水淡化含盐废水经供水池供水管线801进入供水单元的供水池501，垂直蒸发面104采用三维渗水网1003，每平方米三维渗水网1003中2-8cm

当第一级蒸发池出口、第二级蒸发池出口、第三级蒸发池出口的浓度分别为14.0°、19.5°、23.2°Bé。

第一立体蒸发支架的喷淋密度、第二立体蒸发支架喷淋密度、第三立体蒸发支架喷淋密度分别为6.9、3.0、1.2m

实施例6试验环境、蒸发效果、蒸发倍数分别如表11、表12、表13所示。

以各级蒸发池的蒸发量除以平面蒸发池的蒸发量，得到表4的各级蒸发池蒸发量与平面蒸发的倍数。

第一级蒸发池的蒸发量可以达到平面蒸发的37倍，第二级蒸发池、第三级蒸发池的蒸发效果仍分别可以是平面蒸发的22倍、13倍以上，所得蒸发后盐水卤水直接用于氯碱厂盐水精制车间。