CN104548650A

CN104548650A - 一种连续蒸发结晶方法

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Publication number: CN104548650A
Application number: CN201510023810.3A
Authority: CN
Inventors: 丁武轩
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-01-18
Filing date: 2015-01-18
Publication date: 2015-04-29

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方法。该方法包括如下步骤：a.原料入槽，并搅拌获得溶液；b.将溶液泵送至第一加热器，通过第一加热器加热至泡点温度；c.将步骤b中的热溶液送入升膜蒸发器加热，升膜蒸发器使其产生大量的二次蒸汽，二次蒸汽将溶液一起以25～50m/s的速度喷入至气液分离器；d.经过气液分离器分离，浓缩的溶液一部分通过气液分离器送出并强制循环蒸发，强制循环蒸发后送回至气液分离器；另一部分排出结晶；e.气液分离器排出的蒸汽通过压缩机再压缩成为过热蒸汽，作为升膜蒸发器的加热源送回至升膜蒸发器，给步骤c中的热溶液加热。该连续蒸发结晶方法成本低，能量和原料多级回收，且能耗低。

Description

一种连续蒸发结晶方法

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方法。

背景技术

机械蒸汽再压缩(Mechanical Vapor Recompression)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：

一种连续蒸发结晶方法，包括如下步骤：

a.将待结晶原料注入到原料槽，并注入溶剂，搅拌获得溶液；

b.通过管道将上述步骤获得的溶液泵送至第一加热器，通过第一加热器加热至泡点温度，使得其形成不产生蒸汽的热溶液；

c.将步骤b中的热溶液送入升膜蒸发器加热，所述升膜蒸发器使其产生大量的二次蒸汽，二次蒸汽将溶液一起以25～50m/s的速度喷入至气液分离器；

d.经过气液分离器分离，浓缩的溶液一部分通过气液分离器送出并强制循环蒸发，强制循环蒸发后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；

e.步骤c中气液分离器排出的蒸汽通过机械蒸汽再压缩机压缩成为过热蒸汽，作为升膜蒸发器的加热源送回至升膜蒸发器，给步骤c中的热溶液加热。

作为优选，步骤d之后还包括如下步骤f；f.在结晶分离器中析出晶体排出，结晶分离器中剩余的浓缩溶液也送至步骤d中强制循环蒸发。

作为优选，所述步骤d中强制循环蒸发通过强制循环蒸发器实现，所述通过机械蒸汽再压缩机压缩的过热蒸汽还作为强制循环蒸发器的热源。

作为优选，所述第一加热器是带电加热的换热器，所述升膜蒸发器和强制循环蒸发器中的热源输出端均连接第一加热器的热源输入端，作为第一加热器的补充热源。

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，二次蒸汽和溶液的入口处于气滤式过滤网下方，而气液分离器中的蒸汽出口位于气滤式过滤网上方。

本发明的有益效果如下：

首先，该连续蒸发结晶方法过程中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，因此，为实现该方法的设备成本较低。

其次，如上述的连续蒸发结晶方法，虽然仅用了一个机械蒸汽压缩机进行一次蒸汽压缩，但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，最终在第一加热器中排除冷却水。

同时，上述连续蒸发结晶方法在强制循环中，对原料也进行连续循环分离，不仅充分利用热量，从而克服现有技术存在结晶供热不足问题，提高了结晶效果；也充分回用了原料，使得整个方法中，能源和资源双重节约。

最后，本发明在升膜蒸发器使其升膜加热，即产生大量的二次蒸汽，二次蒸汽将溶液一起带走，并且以25～50m/s的速度喷入至气液分离器。若喷入速度过低，远低于25m/s，那么蒸汽压缩过少，机械蒸汽压缩机本身需要电驱动，其压缩的所带来的能源回收过少，能耗利用率低；若速度喷入至气液分离器远大于50m/s，表明蒸汽量过大，液体量过小，最后结晶效率过低，使得大量的蒸汽被压缩循环使用，单位产量内，反而整体能耗过大。因此，本发明控制其升膜加热的程度，表现在以25～50m/s的速度喷入至气液分离器必须得以控制，进而，使得整个过程低能耗生产。

总而言之，上述的连续蒸发结晶方法不仅采用较为低成本的设备，实现能量和原料多级回收，且低能耗生产。

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：

为了更好地说明本发明的连续蒸发结晶方法，本实施例先对其所采用的设备作详细说明，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、第一加热器、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。其中，本实施例中的第一加热器、升膜蒸发器3和强制循环蒸发器7均是换热器结构。第一加热器是带电加热器的换热器2，主要用于对物料溶液的预热，而带电加热器的换热器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。

上述带电加热器的换热器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，因为其结构是换热器，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。

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。

本发明的连续蒸发结晶方法，包括如下步骤：

a.首先，将待结晶原料注入到原料槽，并注入溶剂，搅拌获得溶液；

b.通过管道将上述步骤获得的溶液泵送至第一加热器，通过第一加热器加热至泡点温度，使得其形成不产生蒸汽的热溶液；其中的加热方式是通过电加热和补充热源换热方式共同作用，将物料加热至其泡点温度，但不产生蒸汽的热溶液；

c.将步骤b中的热溶液送入升膜蒸发器3加热，实现升膜加热，使其产生大量的二次蒸汽，二次蒸汽将溶液一起以25～50m/s的速度喷入至气液分离器；

d.经过气液分离器分离，浓缩的溶液一部分通过气液分离器送出并强制循环蒸发，强制循环蒸发后产生的气液混合物送回至气液分离器4；另一部分排出至结晶分离器6结晶。强制循环蒸发通过强制循环蒸发器7实现，所述通过机械蒸汽再压缩机5压缩的过热蒸汽还作为强制循环蒸发器7的热源。

e.步骤c中气液分离器4排出的蒸汽通过机械蒸汽再压缩机压缩成为过热蒸汽，作为升膜蒸发器的加热源送回至升膜蒸发器3，给步骤c中的热溶液加热。

f.该步骤可以在d步骤之后e步骤之前，在结晶分离器6中析出晶体排出，结晶分离器6中剩余的浓缩溶液也送至步骤d中强制循环蒸发。

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20～50m/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。

所述步骤c和d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的连续蒸发结晶装置中，并采用实施例1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的能耗比较，见如下表格：

表1：实施例1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％。

Claims

1.一种连续蒸发结晶方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种连续蒸发结晶方法，其特征在于：步骤d之后还包括如下步骤f；f.在结晶分离器中析出晶体排出，结晶分离器中剩余的浓缩溶液也送至步骤d中强制循环蒸发。

3.根据权利要求1所述的一种连续蒸发结晶方法，其特征在于：所述步骤d中强制循环蒸发通过强制循环蒸发器实现，所述通过机械蒸汽再压缩机压缩的过热蒸汽还作为强制循环蒸发器的热源。

4.根据权利要求1所述的一种连续蒸发结晶方法，其特征在于：所述第一加热器是带电加热的换热器，所述升膜蒸发器和强制循环蒸发器中的热源输出端均连接第一加热器的热源输入端，作为第一加热器的补充热源。

5.根据权利要求1所述的一种连续蒸发结晶方法，其特征在于：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，二次蒸汽和溶液的入口处于气滤式过滤网下方，而气液分离器中的蒸汽出口位于气滤式过滤网上方。