CN105056554A - 闭环式热泵蒸发机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种闭环式热泵蒸发机组，包括贮液罐；预热器，所述预热器与贮液罐通过管道相连通；闭式循环装置，所述闭式循环装置的原料进口端通过管道与所述预热器的原料出口端相连通；输送泵，汽液分离器，所述汽液分离器的进口端通过管道与所述闭式循环装置的冷凝液出口端相连通；真空排气装置，所述真空排气装置的进气口通过管道与所述汽液分离器的气体出口端相连通；排液装置，所述排液装置的进液口端通过管道与所述汽液分离器的出液口端相连接。本发明设计合理、结构简单、热效率高、生产成本低，能够避免在生产过程中产生废水和废气，环保节能。

Description

闭环式热泵蒸发机组

技术领域

本发明涉及蒸发浓度系统技术领域，特别涉及到一种适用于各种液体原料的蒸发浓缩，尤其涉及到适用于含有乙醇、甲醇等易燃易爆溶剂的闭环式热泵蒸发机组。

背景技术

目前，液体原料在生产过程中为了保证液体原料的浓度，通常在真空或常压状态下采用蒸汽或热水加热原料，达到沸点温度后沸腾，溶剂开始蒸发并形成二次蒸汽，经冷凝器并采用冷却水使二次蒸汽冷凝，系统达到平衡后连续进料蒸发。

而现有的蒸发型式大致有单效、双效、三效、球形浓缩四种类型。以上四种类型装置在生产过程中，加热需大量蒸汽提供蒸发能量，而蒸发过程产生的二次蒸汽冷凝也需要大量的冷却水吸收冷凝能量，如果是真空状态蒸发，还需要配备大功率的真空泵确保系统真空度。以真空状态单效蒸发水衡量，运行成本通常为320～380元/吨.水【蒸汽按300元/吨，电按0.75元/度计算,下同】；以真空状态单效蒸发乙醇衡量，运行成本通常为160～200元/吨.醇。以上四种类型的蒸发装置耗能较大，生产成本高，同时生产过程产生的废水、废气对环境造成了严重的污染。

然而针对现有技术的不足，研发者有必要研制一种设计合理、结构简单、热效率高、生产成本低，能够避免在生产过程中产生废水和废气，环保节能的闭环式热泵蒸发机组。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明目的提供了一种设计合理、结构简单、热效率高、生产成本低，能够避免在生产过程中产生废水和废气，环保节能的闭环式热泵蒸发机组。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案来是实现的：

一种闭环式热泵蒸发机组，包括

用于贮存原料的贮液罐；

用于对原料进行预热处理的预热器，所述预热器与贮液罐通过管道相连通；

释放能量能够使预热后的原料中的溶剂蒸发形成二次蒸汽且吸收能量能够使二次蒸汽冷凝的闭式循环装置，所述闭式循环装置的原料进口端通过管道与所述预热器的原料出口端相连通；

输送泵，所述输送泵的浓缩液进口端通过管道与所述闭式循环装置的浓缩液出口端相连通，所述输送泵的浓缩液出口端分别与输送达到设定浓度或比重的管道和输送未达到设定浓度或比重的管道相连通，输送未达到设定浓度或比重的管道与连接在所述闭式循环装置的原料进口端与所述预热器的原料出口端之间的管道相连通；

一用于对二次蒸汽冷凝后形成的冷凝液进行气、液分离的汽液分离器，所述汽液分离器的进口端通过管道与所述闭式循环装置的冷凝液出口端相连通；

一用于将所述汽液分离器分离出的气体排出的真空排气装置，所述真空排气装置的进气口通过管道与所述汽液分离器的气体出口端相连通；

一用于将所述汽液分离器分离出的冷凝液排出的排液装置，所述排液装置的进液口端通过管道与所述汽液分离器的出液口端相连接。

在本发明的一个优选实施例中，在所述预热器一端开设有进气口，另一端开设有出液口，所述预热器的进气口通过管道与提供蒸汽的装置相连通，所述预热器的出液口通过管道与提供蒸汽的装置的进液端相连接。

在本发明的一个优选实施例中，所述闭式循环装置包括冷凝器、蒸发器和压缩机，所述压缩机的出气口通过管道与所述冷凝器的进气口相连通，所述冷凝器的液体出口端通过管道与所述蒸发器的液体进口端相连通，所述蒸发器的出气口通过管道与所述压缩机的进气口相连通；

该闭式循环装置还包括用于将在所述冷凝器内形成的二次蒸汽分离出输送至蒸发器内并将二次蒸汽中分离出的浓缩液输送至输送泵内的蒸发室，所述蒸汽室与所述冷凝器相连接，所述蒸发室的液体出口端通过导管与输送泵的浓缩液进口端相接通，所述蒸汽室的气体出口端通过导管与蒸发器的气体进口端相接通。

在本发明的一个优选实施例中，在所述冷凝器的液体出口端与所述蒸发器的液体进口端之间的管道上设有能够使中温高压的液体转变为低温低压的湿蒸汽的膨胀阀。

在本发明的一个优选实施例中，在连通所述贮存罐与预热器的管道上设有动力泵。

在本发明的一个优选实施例中，所述真空排气装置包括真空泵，所述真空泵的气体进口端通过管道与所述汽液分离器的气体出口端相连通，所述真空泵的气体出口端通过管道与外界大气相连通。

在本发明的一个优选实施例中，所述排液装置包括排液泵，所述排液泵的液体进口端通过管道与所述汽液分离器的液体出口端相连通，所述排液泵从液体出口端通过管道将冷凝液排出。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、热效率高、节省能源、运行成本低，以真空状态单效蒸发乙醇衡量，运行成本通常为35-45元/吨.醇，节能效果十分显著。

2、清洁能源，不产生任何污染，闭环式热泵蒸发机组除开机需极少量的工业蒸汽外(也可用电源代替)，运行过程全部采用的是工业电源，几乎没有任何二氧化碳排放的问题。

3、过程不需要工业冷却水，二次蒸汽(醇或水)回收利用，生产过程排放的COD和BOD值以及氨氮含量完全符合国家规定的排放标准。

4、适用于易燃易爆溶剂蒸发浓缩。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的框架示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参照图1所示，图中给出的一种闭环式热泵蒸发机组，包括贮液罐100、预热器200、闭式循环装置、输送泵720、汽液分离器600、真空排气装置和排液装置。

在贮存罐100一端开设有原料入口端110，在贮存罐100的另一端开设有原料出口端120，原料通过管道101从贮存罐100的原料入口端110进入到贮存罐100内，贮存罐100的原料出口端120通过管道102与预热器200的原料进口端210相连通，在管道102上设有动力泵710，该动力泵710能够将贮存在贮存罐100内的原料通过管道102输送到预热器200内。

在预热器200一端开设有进气口240，另一端开设有出液口230，预热器200的进气口240通过管道201与提供蒸汽的装置相连通，预热器200的出液口230通过管道202与提供蒸汽的装置的进液端相连接，进而预热器200内部的原料与进入预热器200内部的蒸汽进行热量交换，使蒸汽释放能量转变为冷凝水从预热器200的出液口230流出，使原料温度升高并使升高温度的原料进入闭式循环装置。

闭式循环装置包括冷凝器300、蒸发器500和压缩机700，压缩机700的出气口720通过管道301与冷凝器300的进气口340相连通，冷凝器300的液体出口端320通过管道302与蒸发器500的液体进口端520相连通，在该管道302上设有能够使中温高压的液体转变为低温低压的湿蒸汽的膨胀阀500，蒸发器500的出气口530通过管道304与压缩机700的进气口710相连通。

该闭式循环装置还包括用于将在冷凝器300内形成的二次蒸汽分离出输送至蒸发器500内并将二次蒸汽中分离出的浓缩液输送至输送泵720内的蒸发室400，蒸汽室400与冷凝器300相连接，蒸发室400的液体出口端410通过导管与输送泵720的浓缩液进口端721相接通，蒸汽室400的气体出口端420通过导管401与蒸发器500的气体进口端510相接通。

输送泵720的浓缩液进口端721通过管道105与冷凝器300的浓缩液出口端330相连通，输送泵720的浓缩液出口端722分别与输送达到设定浓度或比重的管道106和输送未达到设定浓度或比重的管道107相连通，输送达到设定浓度或比重的管道106将浓缩液输出，输送未达到设定浓度或比重的管道107与管道104相连通，从而将未达到设定浓度或比重的浓缩液输送入冷凝器300中进一步蒸发浓缩。

汽液分离器600的进口端620通过管道402与蒸发器500的冷凝液出口端540相连通，主要用于对二次蒸汽冷凝后形成的冷凝液进行气、液的分离，分别通过真空排气装置和排液装置排出。

真空排气装置包括真空泵900，真空泵900的气体进口端910通过管道501与汽液分离器600的气体出口端610相连通，真空泵900的气体出口端920通过管道502与外界大气相连通，将混入在原料中的空气及其它不凝气排出系统，保证原料在真空状态下蒸发。

排液装置包括排液泵730，排液泵730的液体进口端731通过管道403与汽液分离器600的液体出口端630相连通，排液泵730从液体出口端732通过管道404将冷凝液排出。

本发明的工作原理如下：

原料从贮液罐100中，在动力泵710作用下将其输送到预热器200进行预热，再将预热后的原料通过管道输送至冷凝器300，预热后的原料在冷凝器内与通过压缩机输入到冷凝器内部的高温气体进行热量交换，使原料中的溶剂吸收能量后温度升高至沸点并汽化，并在蒸发室400内进行汽液分离，其中分离后的浓缩液如达到设定浓度或比重后，经输送泵720通过管道排出；如未达到设定浓度或比重后，则经输送泵720输送至冷凝器300内继续蒸发浓缩。其中分离后的二次蒸汽则进入蒸发器500，释放能量后冷凝成冷凝液，并进入汽液分离器600进行汽液分离，其中分离后的冷凝液经排液泵730排出，分离后的气体经真空泵900抽出。

经压缩机700压缩后升温升压的高温气体进入冷凝器300内，释放能量后冷凝成液体并流向膨胀阀800，经膨胀阀800节流，降温降压后进入蒸发器500内，吸收二次蒸汽释放的能量后重新蒸发为气体，重新吸回压缩机700，完成一个循环。

综上所述本发明的有益效果为：

1、热效率高、节省能源、运行成本低，以真空状态单效蒸发乙醇衡量，运行成本通常为35-45元/吨.醇，节能效果十分显著。

2、清洁能源，不产生任何污染，闭环式热泵蒸发机组除开机需极少量的工业蒸汽外(也可用电源代替)，运行过程全部采用的是工业电源，几乎没有任何二氧化碳排放的问题。

3、过程不需要工业冷却水，二次蒸汽(醇或水)回收利用，生产过程排放的COD和BOD值以及氨氮含量完全符合国家规定的排放标准。

4、适用于易燃易爆溶剂蒸发浓缩。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种闭环式热泵蒸发机组，其特征在于，包括

用于贮存原料的贮液罐；

用于对原料进行预热处理的预热器，所述预热器与贮液罐通过管道相连通；

释放能量能够使预热后的原料中的溶剂蒸发形成二次蒸汽且吸收能量能够使二次蒸汽冷凝的闭式循环装置，所述闭式循环装置的原料进口端通过管道与所述预热器的原料出口端相连通；

输送泵，所述输送泵的浓缩液进口端通过管道与所述闭式循环装置的浓缩液出口端相连通，所述输送泵的浓缩液出口端分别与输送达到设定浓度或比重的管道和输送未达到设定浓度或比重的管道相连通，输送未达到设定浓度或比重的管道与连接在所述闭式循环装置的原料进口端与所述预热器的原料出口端之间的管道相连通；

一用于对二次蒸汽冷凝后形成的冷凝液进行气、液分离的汽液分离器，所述汽液分离器的进口端通过管道与所述闭式循环装置的冷凝液出口端相连通；

一用于将所述汽液分离器分离出的气体排出的真空排气装置，所述真空排气装置的进气口通过管道与所述汽液分离器的气体出口端相连通；

一用于将所述汽液分离器分离出的冷凝液排出的排液装置，所述排液装置的进液口端通过管道与所述汽液分离器的出液口端相连接。

2.如权利要求1所述的一种闭环式热泵蒸发机组，其特征在于：在所述预热器一端开设有进气口，另一端开设有出液口，所述预热器的进气口通过管道与提供蒸汽的装置相连通，所述预热器的出液口通过管道与提供蒸汽的装置的进液端相连接。

3.如权利要求1所述的一种闭环式热泵蒸发机组，其特征在于：所述闭式循环装置包括冷凝器、蒸发器和压缩机，所述压缩机的出气口通过管道与所述冷凝器的进气口相连通，所述冷凝器的液体出口端通过管道与所述蒸发器的液体进口端相连通，所述蒸发器的出气口通过管道与所述压缩机的进气口相连通；

该闭式循环装置还包括用于将在所述冷凝器内形成的二次蒸汽分离出输送至蒸发器内并将二次蒸汽中分离出的浓缩液输送至输送泵内的蒸发室，所述蒸汽室与所述冷凝器相连接，所述蒸发室的液体出口端通过导管与输送泵的浓缩液进口端相接通，所述蒸汽室的气体出口端通过导管与蒸发器的气体进口端相接通。

4.如权利要求3所述的一种闭环式热泵蒸发机组，其特征在于：在所述冷凝器的液体出口端与所述蒸发器的液体进口端之间的管道上设有能够使中温高压的液体转变为低温低压的湿蒸汽的膨胀阀。

5.如权利要求1所述的一种闭环式热泵蒸发机组，其特征在于：在连通所述贮存罐与预热器的管道上设有动力泵。

6.如权利要求1所述的一种闭环式热泵蒸发机组，其特征在于：所述真空排气装置包括真空泵，所述真空泵的气体进口端通过管道与所述汽液分离器的气体出口端相连通，所述真空泵的气体出口端通过管道与外界大气相连通。

7.如权利要求1所述的一种闭环式热泵蒸发机组，其特征在于：所述排液装置包括排液泵，所述排液泵的液体进口端通过管道与所述汽液分离器的液体出口端相连通，所述排液泵从液体出口端通过管道将冷凝液排出。