CN104248859A - 单程多效立管内降膜蒸发流程与设备布置方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用溶液具有一定温度和压力的初始条件逐级闪蒸降温降压，自动形成温度由高到低的单程多效立管内降膜蒸发流程的设备布置与管道连接方法，根据相邻效间温差△Ti确定压差△Pi，该压差使溶液输送抬升高度hi，把前效汽液分离罐收集的溶液通过S型管连续稳定输送到后效降膜蒸发器上部的闪蒸盘之内。S型管分为下降段和上升段，下降段具有U型管形状，高度Li，其一端与上升段连接，另一端开口插入汽液分离罐内设定的液面高度位置，保证Li与hi之和（Li+hi）＞△Pi/(gρl)，即可使汽液分离罐液位保持恒定，高于该液位的溶液被输送到后效，并防止效间串汽。
Description
技术领域
本发明涉及溶液余热余压能量循环利用技术领域，特别是利用溶液余热余压使其自动通过单程多效降膜蒸发进行溶液浓缩与溶剂分离的流程及设备布置方法。
背景技术
工业上常用的立管内降膜蒸发器，溶液通过上管口的布膜器进入管内形成自上而下流动的液膜，管外蒸汽冷凝放热通过管壁传给液膜，液膜受热汽化，汽液两相混合物从下管口流出，通过汽液分离得到产出的蒸汽，未汽化的溶液大部分通过循环泵送回上管口布膜器形成循环的降膜蒸发、小部分溶液作为浓缩液排出。以产出的蒸汽作为温度更低的降膜蒸发器的热源，则构成二效降膜蒸发；依此类推，可以构成三效、四效、五效甚至更多效的降膜蒸发，其特点是利用相邻两效之间（简称效间）的温差为传热推动力。与效间温差同步产生的汽液平衡压差（简称压差）是一种机械能，可以利用其在效间输送液体。但现有技术未见此种利用方式，在采用六效立管降膜蒸发已很普遍的氧化铝行业，效间输送仍然用泵（李正东．管式降膜蒸发技术在氧化铝生产中的应用．中南大学硕士学位论文，2005）。若能以连续、稳定方式利用效间压差代替泵在效间输送液体，则不仅减少设备、节约能源，且能通过压差实现液位自动恒定。
发明内容
本发明公开一种溶液浓缩和溶剂分离方法，利用溶液自身具有的温度和压力并借助重力作用，构造单程多效立管内降膜蒸发流程，利用效间溶液温差所致的压差输送溶液，并根据效间压差进行设备高差布置和管道连接、使每一效汽液分离器液位在操作条件下自动恒定。如此构成的单程多效降膜蒸发流程具有自适应和自稳定性质，特别适合于效数很多的系统。
本发明主要发明思想是：如附图所示，利用溶液具有一定温度和压力的初始条件，逐级闪蒸降温降压，自动形成温度由高到低的单程多效立管内降膜蒸发流程，从进液罐0开始，根据设定的各效蒸发温度T i（i代表效的序号，从0,1,2…直到n））及与之相邻的高温效间的温差△T i=（T i-1-T i）＞0，通过汽液平衡关系可确定相应效间压差△P i=（P i-1- P i）＞0，该压差可以使相应的效间溶液输送抬升高度h i≤△P i/(gρ l )，（ρ l 是溶液密度，g是重力加速度）。结合附图以第一效（i=1）和第二效（i=2）之间的溶液输送为例进行说明，利用压差推动力△P 2=（P 1- P 2），把前效即第一效汽液分离罐1收集的溶液连续稳定输送到后效即第二效降膜蒸发器5上部的闪蒸盘10之内，相应的抬升高度h 2=（△P 2/(gρ l )- h f2），（h f2是溶液从汽液分离罐1输送到闪蒸盘10必须克服的全部管路阻力损失水头，包括流经S型管下降段7、S型管上升段8和阻力调节阀9）。阻力调节阀9的作用，是改变管路阻力损失水头h f2来协调效间温差、压差和溶液流量在操作过程中的变化，使溶液抬升高度h 2保持为定值。以汽液分离罐1内设定的液面高度位置为界，将效间输送溶液的S型管分为下降段7和上升段8。上升段8的计算高度h 2等于汽液分离罐1的液面与闪蒸盘10的液面之间的高差。下降段7具有U型管形状，垂直高度L 2，其一端与上升段8连接，另一端是开口端、插入汽液分离罐1内设定的液面高度位置，高于该液位的溶液即进入管口被输送，从而保持液位恒定；垂直下降高度L 2必须保证（L 2+ h 2）＞△P 2/(gρ l )，由此可保证S型管上升段始终被液体封住从而防止效间串汽（即防止相邻两效的蒸汽相串通）。依此类推，从第1效到第n效的原理、方法均相同，例如（L i+ h i）＞△P i/(gρ l )的具体参数依据各效降膜蒸发温度及其相邻效间温差，通过汽液平衡关系和流体力学计算确定。所述单程多效降膜蒸发流程及设备布置与管道连接方法，适用于汽液平衡压力0.02~1.0MPa的溶液浓缩和溶剂分离，效间温差在4~15℃范围，效数在2~18范围。加热各效降膜蒸发器的蒸汽冷凝后，冷凝水均通入密闭的冷凝水回收槽。若无特别说明，所述压力值均为绝对压力，所述设备均是密闭的。在各效的蒸汽出口管上布置了真空抽气阀11，其作用是排出不凝气或短时间调节效间压差。
本发明的有益之处在于流程内各效降膜蒸发器的进出液量和液位均自动保持在设定值，并具有自适应和自协调性质，有利于提高多效蒸发系统的稳定性、节约能源、节约运转设备和控制节点数。
附图说明 附图是本发明提供的单程多效立管内降膜蒸发流程及设备布置与管道连接示意图。图中：0-进液罐；1-第一效气液分离罐；2-第二效气液分离罐；3-第n效气液分离罐； 4-第一效降膜蒸发器；5-第二效降膜蒸发器；6-第n效降膜蒸发器；7-S型管下降段； 8-S型管上升段管；9-阻力调节阀；10-闪蒸盘；11-真空抽气阀。以下结合实施例对附图作进一步阐述。
具体实施方式 以下结合但不限于实施例阐述本发明具体实施方式
实施例1：本例采用单程5效立式列管内降膜蒸发流程，立式列管长度6m，管外径55mm、壁厚2.5mm，用于石油开采行业4000吨/天（166.7吨/小时）稠油热采废水蒸发及冷凝水回用。各效降膜蒸发器均与闪蒸盘、汽液分离罐组合为一体，汽液分离罐内的液位与闪蒸盘液面的垂直距离均为8m。热采废水（以下称溶液）温度160℃、压力0.618MPa，166.7吨/小时进入初始溶液进液罐0，罐内液面设定标高14m。溶液的物性及汽液平衡性质按纯水计算、其误差不影响本方法的应用，不考虑降膜蒸发器内汽液两相流动阻力损失也不影响本方法的应用。
160℃的溶液在进液罐0中闪蒸降温到150℃，产生蒸汽3.1吨/小时，温度高于150℃，引入到第一效降膜蒸发器4的列管外作为加热蒸汽；降温到150℃的溶液163.6吨/小时，通过连接进液罐0与第一效降膜蒸发器组合体的S型管进入该组合体的闪蒸盘，溶液闪蒸降温到140℃，气液两相混合物通过布膜器进入第一效降膜蒸发器4的立式列管内，受到管壁外蒸汽加热而形成降膜蒸发，从下管口流出，产生140℃的蒸汽5.5吨/小时、通过该组合体的气液分离罐1除去雾沫后送往第二效降膜蒸发器5的列管外作为加热蒸汽，剩余140℃的溶液158.1吨/小时通过S型管下降段7、上升段8进入第二效闪蒸盘10。溶液在闪蒸盘上闪蒸降温到130℃，气液两相混合物通过布膜器进入第二效降膜蒸发器5的立式列管内，受到管壁外蒸汽加热而形成降膜蒸发，从下管口流出，产生130℃的蒸汽7.6吨/小时、通过该组合体的气液分离罐2除去雾沫后送去作第三效降膜蒸发器的加热蒸汽，130℃的剩余溶液150.5吨/小时通过S型管下降段和上升段进入第三效闪蒸盘，进行与前两效类似的降膜蒸发过程。依此类推，直到第五效。第一效至第五效降膜蒸发的温度T i、压力P i及出口蒸汽流量m i、剩余溶液流量M i分别为：
第一效：T 1=140℃，P 1=361.5kPa，m i=5.6吨/小时，M i=158.1吨/小时
第二效：T 2=130℃，P 2=270.3kPa，m 2=7.6吨/小时，M 2=150.5吨/小时
第三效：T 3=120℃，P 3=198.6kPa，m 3=9.2吨/小时，M 3=1141.3吨/小时
第四效：T 4=110℃，P 4=143.3kPa，m 4=10.4吨/小时，M 4=130.9吨/小时
第五效：T 5=100℃，P 5=101.3kPa，m 5=11.2吨/小时，M 5=119.7吨/小时
与各效温度、压力对应的△P i、△P i/(gρ l )及h i、L i分别为：
第一效：△P 1=114.5kPa，△P 1/(gρ l ) =11.67m，h 1=9m，L 1=4m
第二效：△P 2=91.2kPa，△P 2/(gρ l ) =9.30m，h 2=7m，L 2=4m
第三效：△P 3=71.7kPa，△P 3/(gρ l ) =7.31m，h 3=5m，L 3=4m
第四效：△P 4=55.3kPa，△P 4/(gρ l ) =5.64m，h 4=3.5m，L 4=3.5m
第五效：△P 5=42kPa，△P 5/(gρ l ) =4.28m，h 5=2m，L 5=4m
所述第五效降膜蒸发产生100℃的蒸汽11.2吨/小时需要辅助冷源加以冷凝。
本实施例的效果，是160℃、0.618MPa的稠油热采废水166.7吨/小时自动单程通过5效立式列管内降膜蒸发流程后，分离回收46.9吨/小时冷凝水，排出100℃、101.3kPa的剩余废水119.7吨/小时。
本发明不限于上述实施例，其技术方案已在发明内容部分予以说明。
Claims (2)
1.一种单程多效立管内降膜蒸发流程与设备布置方法，其特征在于利用溶液具有一定温度和压力的初始条件，逐级闪蒸降温降压，自动形成温度由高到低的单程多效立管内降膜蒸发流程，根据设定的各效蒸发温度T i及与之相邻的高温效间的温差△T i，通过汽液平衡关系确定相应效间压差△P i，该压差可以使相应的效间溶液输送抬升高度h i≤△P i/(gρ l )，ρ l 是溶液密度、g是重力加速度，由此即把前效汽液分离罐收集的溶液通过S型管连续稳定输送到后效降膜蒸发器上部的闪蒸盘之内；
为使设定的溶液抬升高度保持为定值，S型管路上设置了阻力调节阀，其作用是通过改变管路阻力损失水头来协调效间温差、压差和溶液流量在操作过程中的变化；
所述单程多效降膜蒸发流程及设备布置与管道连接方法，适用于汽液平衡压力0.02~1.0MPa的溶液浓缩和溶剂分离，效间温差4~15℃，效数2~18。
2.一种保持汽液分离罐内液位恒定的压差输送提升溶液的管路连接方法，其特征在于以汽液分离罐内设定的液面高度位置为界，将输送溶液的S型管分为下降段和上升段，下降段具有U型管形状，其一端与上升段连接，另一端开口插入汽液分离罐内设定的液面高度位置，高于该液位的溶液即进入管口被输送，从而保持液位恒定；
为保证S型管上升段始终被液体封住从而防止效间串汽，即防止压差为△P i的相邻两效的蒸汽相串通，下降段高度L i与上升段高度h i之和必须保证（L i+ h i）＞△P i/(gρ l )。
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