CN104524798B - 机械蒸汽再压缩的连续蒸发结晶装置及连续蒸发结晶方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过机械蒸汽再压缩来节能的连续蒸发结晶装置和方法。该装置包括预热器、升膜蒸发器、一个压缩机、循环蒸发器、气液分离器和结晶分离器；气液分离器上设有入口、第一出口、第二出口以及第三出口；预热器通过管道连接升膜蒸发器，升膜蒸发器连接气液分离器的入口；压缩机通过蒸汽输送管道连接在气液分离器和升膜蒸发器之间；循环蒸发器通过管道连接在第二出口和入口之间，升膜蒸发器换热后的冷却水和循环蒸发器换热后的冷却水作为预热器的热源，将冷却水送入预热器，给流经预热器内的物料补充加热；结晶分离器连接气液分离器上的第三出口。该连续蒸发结晶装置和方法，不仅成本低，原料无浪费，连续性好，并且具有很好节能效果。

Description

机械蒸汽再压缩的连续蒸发结晶装置及连续蒸发结晶方法

技术领域

本发明涉及一种通过机械蒸汽再压缩来节能的连续蒸发结晶装置，以及采用该装置的连续蒸发结晶方法。

背景技术

机械蒸汽再压缩(MechanicalVaporRecompression)技术是一种高效节能环保技术，此技术主要运用一种机械装置将低温物体的热能转移到较高温度物体中。其具体过程是将蒸发过程中产生的二次蒸汽经过机械蒸汽压缩机(压缩介质一般为水蒸气)压缩，使其温度、压力上升，热焓值增加，这样经过压缩后的蒸汽可以直接用作为本级系统的加热热源。压缩蒸汽进入加热外管对溶液加热，二次蒸汽释放其潜热冷凝成冷凝水，料液吸收其潜热产生新的二次蒸汽，二次蒸汽又被吸入到机械蒸汽压缩机内压缩，这样源源不断进行循环蒸发。

现有技术中虽然公开了很多采用机械蒸汽再压缩技术的连续蒸发结晶装置以及方法，并且很多机械蒸汽再压缩连续蒸发结晶系统普遍只有单级蒸汽压缩机对蒸发器的供热，在结晶器部分，物料依然没有进行大量的热量供应，导致现有的机械蒸汽再压缩连续蒸发结晶系统的结晶效果不好，如出现结晶粒度细小等问题。当然，也有部分厂家会增加蒸汽管道以补充结晶部分供热，但是大大增加了MVR系统的复杂程度，并依赖蒸汽锅炉，使MVR系统没有了其原有的显著优势—摆脱对蒸汽锅炉的依赖。针对这些问题，公开号为CN103203116A中国发明专利申请公开说明书中公开了一种解决上述问题的机械蒸汽再压缩连续蒸发结晶系统以及方法，该机械蒸汽再压缩连续蒸发结晶系统采用了两个机械蒸汽压缩机，并且两个压缩机分别对蒸发器和结晶器供热，也对冷凝水显热回收，用于预热，但该连续蒸发结晶系统采用了两个机械蒸汽压缩机，购买两个机械蒸汽压缩机的设备成本非常高，并且没有合理的结构预先对物料进行加热至泡点温度，因此开动两个压缩机的能耗也很高，结构繁杂，导致节能效果也并不理想。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种结构新颖，成本低，原料无浪费，连续性好，并且具有更好节能效果的连续蒸发结晶装置；基于该连续蒸发结晶装置，本发明另一个发明目的在于提供一种低成本，能量和原料多级回收，低能耗生产的连续蒸发结晶方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：

一种机械蒸汽再压缩的连续蒸发结晶装置，所述蒸发结晶装置包括用于待结晶物料进料的原料槽、带电加热器的预热器、升膜蒸发器、一个机械蒸汽再压缩机、强制循环蒸发器、气液分离器和结晶分离器；所述气液分离器上设有用于送入气液混合物的入口、用于输出蒸汽的第一出口、用于料液强制循环的第二出口以及送出料液用于结晶的第三出口；所述原料槽通过管道连接预热器的物料输入端，预热器的物料输出端通过管道连接升膜蒸发器的物料输入端，升膜蒸发器的物料输出端连接气液分离器的入口；所述机械蒸汽再压缩机通过蒸汽输送管道连接在气液分离器和升膜蒸发器之间，用以将所述气液分离器的第一出口输出的蒸汽压缩成过热蒸汽并送入升膜蒸发器的热源输入端，以实现物料升膜加温；所述强制循环蒸发器通过管道连接在气液分离器的第二出口和气液分离器的入口之间，而强制循环蒸发器的热源输入端连接所述升膜蒸发器的热源输入端或直接连接机械蒸汽再压缩机压缩的过热蒸汽输出端，升膜蒸发器和强制循环蒸发器的冷却水输出端均通过管道连接预热器的热源输入端，并将冷却水送入预热器，用以给流经预热器内的物料补充加热；所述结晶分离器连接所述气液分离器上的第三出口。

作为优选，所述气液分离器内设有气滤式过滤网，气滤式过滤网是一网层高在80-150mm之间，目数在300-500目之间的丝网，且气滤式过滤网外边缘与气液分离器内壁密封连接，将气液分离器内隔成上下两个腔室。为了防止二次蒸汽短路，气滤式过滤网形成一道捕沫屏障，将物料蒸发产生的二次蒸汽夹带的液沫挡回去，只有二次蒸汽通过，采用了网层高在80-150mm之间，目数在300-500之间的丝网作为气滤式过滤网，丝网对雾沫捕集效率高，捕集效果好。

作为优选，所述升膜蒸发器是管式换热器。

进一步地，所述结晶分离器上设有析出晶体输出口和料液输出口，所述料液输出口连入所述强制循环蒸发器和气液分离器的第二出口之间连接的管道，结晶分离器上的浓缩物料可进一步加入到上述强制循环蒸发器，从而利于连续结晶，也利于提高结晶效果。

一种采用上述连续蒸发结晶装置的连续蒸发结晶方法，包括如下步骤：

a.将待结晶物料进料送入预热器加热至泡点温度，但不产生蒸汽的热溶液；

b.将步骤a中的热溶液送入升膜蒸发器加热，产生大量的二次蒸汽，二次蒸汽将溶液一起带入到气液分离器；

c.经过气液分离器分离，浓缩的溶液一部分通过气液分离器第二出口再次送入强制循环蒸发器加热蒸发，产生的气液混合物送回至气液分离器；另一部分排出至结晶分离器结晶；

所述步骤c中，二次蒸汽送出气液分离器被机械蒸汽压缩机压缩成过热蒸汽，再送入升膜蒸发器和强制循环蒸发器作为加热能源；所述升膜蒸发器和强制循环蒸发器的冷却水输出端将冷却水送入预热器作为预加热器的部分加热能源。

进一步地，所述步骤b中二次蒸汽将溶液一起带入到气液分离器过程的二次蒸汽喷入速度在25～50m/s之间。

采用了上述技术方案的连续蒸发结晶装置以及采用该装置的连续结晶方法，该连续蒸发结晶装置仅采用单个机械蒸汽压缩机，与现有的一些采用机械蒸汽再压缩技术的连续蒸发结晶装置相比，其缺省一个单价昂贵的机械蒸汽压缩机。同时，仅单个机械蒸汽压缩机组建的连续蒸发结晶装置，也能实现了对二次蒸汽进行能量的多级回收，最终收回二次蒸汽的显热和潜热，而对物料进入气液分离器和结晶分离器又进行层级强制循环，强制循环中也充分利用了二次蒸汽的热量，最终在预热器中排出冷凝水。因此本发明提供的上述连续蒸发结晶装置不仅结构合理新颖，搭建该装置的所采用的设备成本低，而且采用该设备可实现原料无浪费，利于连续性生产，保证连续结晶效果的基础上还达到了很好的节能效果。这样一来，采用该装置的上述连续结晶方法也是具备低成本，能量和原料多级回收，低能耗生产的优点。

附图说明

图1：本发明实施例中连续蒸发结晶装置的结构示意图。

图2：本发明实施例中气液分离器的局部剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

实施例1：

如图1所示的一种机械蒸汽再压缩的连续蒸发结晶装置，该蒸发结晶装置主要由用于待结晶物料进料的原料槽1、带电加热器的预热器2、升膜蒸发器3、机械蒸汽压缩机5、强制循环蒸发器7、气液分离器4和结晶分离器6组成。

上述带电加热器的预热器2、升膜蒸发器3和强制循环蒸发器7主要通过换热方式给流进其内的物料加热，因此，其结构是换热器，均具有供物料流入的物料输入端，流经其内流出完成加热或蒸发的物料输出端；还具有流入热源的热源输入端以及冷却水输出端，共四个端口。而预热器2除了具备换热器结构外，其内部还加装了电加热器，用于结合供热。

如图1和图2所示，上述气液分离器4的上部设有用于送入气液混合物的入口40和用于输出蒸汽的第一出口41，气液分离器4的下部设有用于料液强制循环的第二出口42以及送出料液用于结晶的第三出口43，在气液分离器4的入口40之上和第一出口41之下位置的气液分离器4上设有气滤式过滤网44，气滤式过滤网44是一网层高在80-150mm之间，目数在300-500目之间的丝网，且气滤式过滤网44外边缘与气液分离器4内壁密封连接，将气液分离器4内隔成上下两个腔室。

如图1所示，上述用于待结晶物料进料的原料槽1包括一存储盐类物料筒体和安装在筒体内的搅拌器，筒体下端连出管道，即该原料槽1通过管道连接预热器2，具体是原料槽1下端通过一带进料泵9的管道连接预热器2的物料输入端20。预热器2的物料输出端21管道连接升膜蒸发器3的物料输入端30，物料流进升膜蒸发器3升膜蒸发再从其物料输出端31喷出，升膜蒸发器3连接上述气液分离器4上的入口40。气液分离器4的送出料液用于结晶的第三出口43通过管道连接结晶分离器6，结晶分离器6上设有析出晶体输出口61和料液输出口62，结晶分离器6的析出晶体输出口61连接其下方的存储槽8。

上述气液分离器4的用于输出蒸汽的第一出口41通过蒸汽输送管道500连接机械蒸汽压缩机5的输入端50。机械蒸汽压缩机5的输出端51通过蒸汽输送管道500连入升膜蒸发器3的热源输入端32，用以将所述气液分离器的第一出口41输出的蒸汽压缩成的过热蒸汽并送入升膜蒸发器3，以实现物料在升膜蒸发器3里升膜加温。

上述强制循环蒸发器7通过管道连接在气液分离器4的第二出口42和气液分离器的入口40之间，具体是强制循环蒸发器7的物料输入端70通过带循环泵10的管道与气液分离器4的第二出口42相连，强制循环蒸发器7的物料输出端71通过管道连回液分离器的入口40。而强制循环蒸发器7的热源输入端72连接机械蒸汽压缩机5压缩的过热蒸汽的蒸汽输送管道500或连接升膜蒸发器的热源输入端32。

上述升膜蒸发器3换热后的冷却水和强制循环蒸发器7换热后的冷却水是具有一定温度的热水，还作为预热器2的热源，从而进一步节能。因此，升膜蒸发器3冷却水输出端33和强制循环蒸发器7的冷却水输出端73均通过管道连接预热器2的热源输入端22，目的是将冷却水送入预热器2用以给流经预热器内的物料预热。实际上，每台机械蒸汽压缩机5使用的功耗比较大，若没有将物料在预热器2中加热到泡点温度，最终会影响后续升膜加温以及压缩机对蒸汽的再压缩过程的总功耗，会增大整个连续结晶装置的总能耗，但为了保证良好的工艺节能效果，单靠冷却水作为热源的预热器2有时候预热升温不足，因此本发明采用了带电加热的预热器2以保证将流出预热器2的物料加热到泡点温度。

上述结晶分离器的料液输出口62连入强制循环蒸发器7和气液分离器4的第二出口42之间连接的管道，再次参与强制循环蒸发，更好地保证连续结晶。

综上可见，本发明采用一个机械蒸汽压缩机5对升膜蒸发器3和强制循环蒸发器7一同蒸汽供热，比采用两个机械蒸汽压缩机5分别对升膜蒸发器3和强制循环蒸发器7分别供热的设备，至少节能20％以上。之所以采用一个机械蒸汽压缩机5就能实现上述供热，原因之一还在于结合了本发明采用了能将物料加热到泡点温度的预热器2，从而降低单个机械蒸汽压缩机5的工作压力。考虑到机械蒸汽压缩机5价格昂贵，在现有采用机械蒸汽再压缩技术的连续蒸发结晶设备中，机械蒸汽压缩机5的价格是占整套设备价格30-50％，因此从成本上考虑，本发明的连续蒸发结晶装置兼具成本低和能耗低的双重优点。

本实施例上述机械蒸汽压缩机5是罗茨式压缩机，上述升膜蒸发器3是管式换热器。

一种采用上述连续蒸发结晶装置的连续蒸发结晶方法，包括如下步骤：

a.首先，将待结晶物料进料送入带电加热的预热器2中，电加热和预热器中的上述冷却水热源共同作用，将物料加热至其泡点温度，但不产生蒸汽的热溶液；

b.将步骤a中的热溶液送入升膜蒸发器3中，升膜蒸发器3通过机械蒸汽压缩机5压缩后的过热蒸汽作为能用，对上述热溶液物料进行换热，实现升膜加热，并产生大量的二次蒸汽，二次蒸汽将溶液一起带入到气液分离器7。

此步骤中，采用升膜蒸发器3是管式换热器的优点如下：首先，管式换热器单位体积的费用是目前蒸发器中最低的，其次，与其他蒸发器相比，管式换热器结构更加简单，制造安装要求相对较低，最后，在管式换热器的传热管中二次蒸汽的流速相当快，通常20m/s—50m/s之间，料液停留时间短，但是总换热系还是比较大，一般可达到1200～6009w/m²·h·℃。

其中二次蒸汽将溶液一起带入到气液分离器4过程的二次蒸汽喷入速度在25～50m/s之间，为了防止二次蒸汽短路，工作时，上述气液分离器4中安装的气滤式过滤网形成一道捕沫屏障，将物料蒸发产生的二次蒸汽夹带的液沫挡回去，只有二次蒸汽通过。

考虑到二次蒸汽喷入速度在25～50m/s之间，速度非常快，因此我们采用了网层高在80-150mm之间，目数在300-500之间的丝网作为气滤式过滤网，丝网对粒径≥3～5um的雾沫，捕集效率达97％-98.9％，效果非常好。

c.经过气液分离器4分离，浓缩的溶液一部分通过气液分离器4第二出口42再次送入强制循环蒸发器7加热蒸发，产生的气液混合物送回至气液分离器4；另一部分从排出至结晶分离器结晶6；

d.分离器结晶6中析出晶体排出，剩余浓缩溶液也送至步骤c中的强制循环蒸发器7中加热蒸发；

所述步骤c中，二次蒸汽送出气液分离器被机械蒸汽再压缩机压缩成过热蒸汽，再送入升膜蒸发器3和强制循环蒸发器7作为加热能源；升膜蒸发器3和强制循环蒸发器7的冷却水输出端将冷却水送入预热器2作为预加热器的部分加热能源。通过这种蒸汽热能的多级回收利用，采用上述装置的连续蒸发结晶方法，不仅连续生产效果好，无原料浪费，成本低，而且还非常节能。

实施例2：

实施例2与实施例1的区别在于，本实施例的机械蒸汽压缩机5是离心式压缩机，其余重复实施例1。

实验对比例：

选用碳酸钠为物料，将碳酸钠分别加入到实施例1和2的连续蒸发结晶装置中，并分别采用实施例1和2的方法。

蒸发1吨蒸汽多效蒸发所需生蒸汽量与采用mvr技术的实施例1和2的能耗比较，见如下表格：

表1：实施例1与多效蒸发的比较

表2：实施例2与多效蒸发的比较

注：按照1kW·h电的等价热量为0.404kg的标准煤，1kg饱和蒸汽的等价热量为0.145kg的标准煤计算

工业上常用蒸发为双效、三效、四效蒸发；五效蒸发之后基本没有。一是因为多效蒸发效数越多设备费用越为庞大，二是五效之后在添加效数效果并不明显。

从表1中的数据可得出实施例1采用MVR技术相对于传统蒸发具有较为明显的节能。其中较双效蒸发平均节能76％，较三效蒸发平均节能66％，较四效蒸发平均节能54％，较五效蒸发平均节能49％。

从表2中的数据可得出实施例2采用MVR技术相对于传统蒸发具有较为明显的节能。其中较双效蒸发平均节能85％，较三效蒸发平均节能79％，较四效蒸发平均节能72％，较五效蒸发平均节能69％。

Claims (4)

1.一种机械蒸汽再压缩的连续蒸发结晶装置，其特征在于：所述蒸发结晶装置包括用于待结晶物料进料的原料槽、带电加热器的预热器、升膜蒸发器、一个机械蒸汽再压缩机、强制循环蒸发器、气液分离器和结晶分离器；所述气液分离器上设有用于送入气液混合物的入口、用于输出蒸汽的第一出口、用于料液强制循环的第二出口以及送出料液用于结晶的第三出口；所述原料槽通过管道连接预热器的物料输入端，预热器的物料输出端通过管道连接升膜蒸发器的物料输入端，升膜蒸发器的物料输出端连接气液分离器的入口；所述机械蒸汽再压缩机通过蒸汽输送管道连接在气液分离器和升膜蒸发器之间，用以将所述气液分离器的第一出口输出的蒸汽压缩成过热蒸汽并送入升膜蒸发器的热源输入端，以实现物料升膜加温；所述强制循环蒸发器通过管道连接在气液分离器的第二出口和气液分离器的入口之间，而强制循环蒸发器的热源输入端连接所述升膜蒸发器的热源输入端或直接连接机械蒸汽再压缩机压缩的过热蒸汽输出端，升膜蒸发器和强制循环蒸发器的冷却水输出端均通过管道连接预热器的热源输入端，并将冷却水送入预热器，用以给流经预热器内的物料补充加热；所述结晶分离器连接所述气液分离器上的第三出口；所述结晶分离器上设有析出晶体输出口和料液输出口，所述料液输出口连入所述强制循环蒸发器和气液分离器的第二出口之间连接的管道；所述气液分离器内设有气滤式过滤网，气滤式过滤网是一网层高在80-150mm之间，目数在300-500目之间的丝网，且气滤式过滤网外边缘与气液分离器内壁密封连接，将气液分离器内隔成上下两个腔室，用于送入气液混合物的入口位于气滤式过滤网下方，用于输出蒸汽的第一出口位于气滤式过滤网上方。

2.根据权利要求1所述的机械蒸汽再压缩的连续蒸发结晶装置，其特征在于：所述升膜蒸发器是管式换热器。

3.一种采用权利要求1或2所述机械蒸汽再压缩的连续蒸发结晶装置的连续蒸发结晶方法，其特征在于：包括如下步骤：

a.将待结晶物料进料送入预热器加热至泡点温度，但不产生蒸汽的热溶液；

b.将步骤a中的热溶液送入升膜蒸发器加热，产生大量的二次蒸汽，二次蒸汽将溶液一起带入到气液分离器；

c.经过气液分离器分离，浓缩的溶液一部分通过气液分离器第二出口再次送入强制循环蒸发器加热蒸发，产生的气液混合物送回至气液分离器；另一部分排出至结晶分离器结晶；

d.分离器结晶中析出晶体排出，剩余浓缩溶液也送至步骤c中的强制循环蒸发器加热蒸发；

所述步骤c中，二次蒸汽送出气液分离器被机械蒸汽再压缩机压缩成过热蒸汽，再送入升膜蒸发器和强制循环蒸发器作为加热能源；所述升膜蒸发器和强制循环蒸发器的冷却水输出端将冷却水送入预热器作为预加热器的部分加热能源。

4.根据权利要求3所述的连续蒸发结晶方法，其特征在于：所述步骤b中二次蒸汽将溶液一起带入到气液分离器过程的二次蒸汽喷入速度在25～50m/s之间。