CN105498259A - 一种定-转子强化低温热泵蒸发工艺技术 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种定-转子强化低温热泵蒸发工艺技术，具体是涉及一种采用定-转子过程强化技术进行低温蒸发以达到物料浓缩或者固液分离的工艺技术，其中包含设备的组合方式及工艺实施方法。相对于常规的低温蒸发工业技术来讲，采用本发明提供的蒸发技术效率更高更节能，占地投资更低。本发明还可高效处理具有一定粘度的物料，特别的是当循环气采用惰性气体时可用于易燃易爆的物料分离，以及必须隔绝氧气和二氧化碳的蒸发情况。此外，本发明的工艺实施中热泵工质压缩机不直接接触蒸发物料，在降低设备成本和提高设备耐用性的同时，应用范围更宽。

Description

一种定-转子强化低温热泵蒸发工艺技术

技术领域

本发明提供一种定-转子强化低温热泵蒸发工艺技术，具体是涉及一种采用定-转子过程强化技术进行低温蒸发以达到物料浓缩或者固液分离的工艺技术，属于分离工程领域。

背景技术

低温蒸发技术是一项近些年来发展起来的气态分离技术，由于其不需要蒸汽源且特别适用于热敏性物料分离，被广泛的使用于生物、食品、医药、轻工、化工及环保等领域。该技术在生物提纯，食品浓缩，海水淡化，医药提纯，废水零排放甚至核工业废水处理等应用中得到了大力推广。

低温蒸发的主要原理在于利用物料中溶质与溶剂的蒸气压差异，在较低温度下采用循环气将蒸气压大的物料的气相带走，从而促使蒸气压大的物料液相向气相转化，达到浓缩的目的。

由于物料液体跟循环气的接触和气液传质效率是决定蒸发效率的重要环节，工程师及相关研究者在具体的实施设备及方法上做了大量改进，见诸于各科研报道及专利，常见类型有两种：喷淋法、流动斜板法。

喷淋法是增加液体比表面积最有效的方法之一，但其缺点在于如碰到粘度大的液体分散效果很差，在固液分离中可能会堵塞喷头，无法长期稳定运行；流动斜板法类似于板式填料塔，只是采用倾斜的板来促进物料的流动防止结垢，并未完全解决固液分离的结垢问题，其对于气液接触的改善依赖于物料的流体张力或者说粘度，气液接触效率并不比喷淋法高。

此外，MVR技术也常用于低温蒸发分离工程，其节能效果较好，但由于其压缩机与物料直接接触，常由于结垢或者物料腐蚀性影响其稳定性及设备造价。

针对上述的不足，本发明将定-转子过程强化技术引入低温蒸发体系，将热泵通过节点换热与蒸发体系分隔开，在工艺长期稳定，设备投资少的同时，极大的提高了气液接触及传质传热的效率。本发明特别在物料具有一定粘度时，仍可高效的进行低温蒸发处理。

发明内容

本发明提供一种定-转子强化低温热泵蒸发工艺技术，具体是涉及一种采用定-转子过程强化技术进行低温蒸发以达到物料浓缩或者固液分离的工艺技术。本发明采用的工艺技术包含设备的组合方式及工艺实施方法两方面：

设备组合说明

本发明提供的定-转子强化低温热泵蒸发工艺技术，其特征在于采用以下主要设备，并采用下列组合方式：

主要设备包括：定-转子蒸发器、复挡分离器、冷凝器、预热器I、预热器II、热泵、加热器I、加热器II、循环风机、增浓器I、增浓器II、循环罐、循环泵、采盐泵、节流阀、固液分离系统。

其组合方式如下：

定-转子强化低温热泵蒸发工艺按功能分区分为两个通路，一个通路为热泵工质循环系统用于热功转换及热量传递，另一个通路为分离系统用于固液分离操作，两个通路之间没有质量传递，仅有热量交换。

其中，热泵工质循环系统由加热器I、预热器II、节流阀、冷凝器与热泵串联而成，该系统为封闭循环系统，其中流通的物料仅为热泵工质。热泵工质循环系统与分离系统的换热节点有三处，分别为加热器I、预热器II和冷凝器。

分离系统的组合方式如下：

含盐溶液输入管道通过预热器I、预热器II、加热器I及加热器II与定-转子蒸发器的液体入口相连，定-转子蒸发器的出口通过管道与复挡分离器相连，复挡分离器的气体出口通过管道与冷凝器相连，冷凝器的液体出口通过预热器I输出冷凝液，冷凝器的气体出口与循环风机入口相连，循环风机的出口通过管道与定-转子蒸发器的气体入口相连，其管道分支设外排气出口；复挡分离器的液体出口通过管道与循环罐顶部入口相连。

循环罐中部出口通过循环泵与增浓器I入口相连，增浓器I的上部出口通过加热器I及加热器II与定-转子蒸发器液体入口相连，增浓器I的下部出口通过管道与循环罐相连，循环罐底部出口通过采盐泵与增浓器II入口相连，增浓器II的上部出口与循环罐顶部入口相连，增浓器II的下部出口通过管道送至固液分离系统，固液分离系统分离得到的母液通过管道与循环罐上部入口相连。

实施工艺说明

本发明采用上述设备组合进行低温热泵蒸发的工艺实施方法如下：

热泵工质循环系统内的热泵工质经灌装填入系统管路后密闭循环，在热泵处的工质气体获得热量，在加热器I内被分离系统的物流冷却后转化为液体，后经过预热器II换热降温及节流阀降温，在冷凝器内被分离系统的物流加热后转化为气体，被送回热泵进一步加热后构成整个热泵工质循环。

热泵工质循环的主要作用在于给物流分离系统提供两个加热和一个降温的节点。

含盐溶液经过预热器I、预热器II、加热器I换热，再经加热器II调节温度后被送入定-转子蒸发器，在定-转子蒸发器液体被高速旋转的转子撕裂成为比表面积很大的液膜或者小液滴，并在超重力环境下快速和循环气混合接触，在此过程中液体蒸发转化为气相进入循环气中，从而达到低温蒸发的目的。

其中，加热器II只有在开车阶段及蒸发温度未达到预期时运行，目的是为蒸发盐溶液补充热量，其热源视需要分别采用蒸汽或电加热两种方式。

从定-转子蒸发器中输出的气液混合物在复挡分离器中分离，蒸发后浓缩的液体被送至循环罐，富含蒸发液气相的循环气被送至冷凝器冷凝，循环气中的蒸发液气相冷凝下来的冷凝液通过预热器I与进料的含盐溶液换热降温后输出，经过冷凝器除去蒸发液气相的循环气被循环风机再次送入定-转子蒸发器中循环利用。

根据蒸发物料性质的不同，蒸发时使用的循环气可采用氮气等单一成分的惰性保护气体。

循环罐内的液体从中部出口经循环泵输入至增浓器I中，增浓器I中上部的液体通过加热器I换热，加热器II调节温度后被送往定-转子蒸发器进一步蒸发浓缩，增浓器I底部的浓溶液回流至循环罐；循环罐底部的物料通过循环罐底部出口经采盐泵送至增浓器II中，增浓器II上部的液体循环回流至循环罐，增浓器II底部的含固盐浓溶液被送往固液分离系统进行分离，分离出固体的母液被送回循环罐中。

本发明的有益效果包括：

由于定-转子蒸发器的过程强化作用，提高了液体在单位体积内的蒸发效率，相对普通低温蒸发更节省设备空间；

由于定-转子蒸发器可高效分散高粘度液体，与常规低温蒸发技术相比，处理高粘度液体时，本工艺单位时间单位蒸发面积下的蒸发量更大。

由于热泵工质压缩机不直接接触蒸发液，可选择不耐腐蚀较低价格的材质作为其加工材料，在大大降低设备制造成本的同时，其使用寿命也相对延长了很多。

蒸发采用的循环气可根据需求，采用惰性气体等单一成分的惰性保护气体，适用于必须隔绝氧气或二氧化碳的蒸发情况，同时蒸发过程中气相体系不易引入杂质，尤其适用于对纯度要求较高的两相分离。

附图说明

图1是定-转子强化低温热泵蒸发工艺技术的流程示意图。

具体实施案例

以下列举实施例对本发明的实施方案进一步说明。但本发明并不限于下述实施例。

实施例1

海水低温浓缩，海水处理量约10t/h，其含盐质量浓度约为3.5％，在浓缩到20％的工况下，蒸发水量8250kg/h，蒸发温度90摄氏度，能耗约796千瓦。

实施例2

维生素生产结晶，母液总处理量约1.5t/h，其中维生素质量浓度为3.7～4.1％，溶剂中甲醇质量浓度约70～71％，正己烷质量浓度约25～26％。蒸发冷凝后溶剂回收，循环气采用氮气作为保护气，蒸发温度不高于40摄氏度，能耗约59.6千瓦。

实施例3

煤化工含盐废水浓缩，处理量约20t/h，总盐质量浓度约为5％，浓缩至25％，蒸发水量大概16t/h，蒸发温度90摄氏度，能耗约为1339.6千瓦。

Claims (2)

1.一种定-转子强化低温热泵蒸发工艺技术，其特征在于采用以下主要设备及组合方式：

主要设备包括：定-转子蒸发器、复挡分离器、冷凝器、预热器I、预热器II、热泵、加热器I、加热器II、循环风机、增浓器I、增浓器II、循环罐、循环泵、采盐泵、节流阀、固液分离系统；

采用的组合方式如下：

定-转子强化低温热泵蒸发工艺按功能分区分为两个通路，一个通路为热泵工质循环系统用于热功转换及热量传递，另一个通路为分离系统用于固液分离操作，两个通路之间没有质量传递，仅有热量交换；

其中，热泵工质循环系统由加热器I、预热器II、节流阀、冷凝器与热泵串联而成，该系统为封闭循环系统，其中流通的物料仅为热泵工质；热泵工质循环系统与分离系统的换热节点有三处，分别为加热器I、预热器II和冷凝器；

分离系统的组合方式如下：

含盐溶液输入管道通过预热器I、预热器II、加热器I及加热器II与定-转子蒸发器的液体入口相连，定-转子蒸发器的出口通过管道与复挡分离器相连，复挡分离器的气体出口通过管道与冷凝器相连，冷凝器的液体出口通过预热器I输出冷凝液，冷凝器的气体出口与循环风机入口相连，循环风机的出口通过管道与定-转子蒸发器的气体入口相连，其管道分支设外排气出口；复挡分离器的液体出口通过管道与循环罐顶部入口相连；

循环罐中部出口通过循环泵与增浓器I入口相连，增浓器I的上部出口通过加热器I及加热器II与定-转子蒸发器液体入口相连，增浓器I的下部出口通过管道与循环罐相连，循环罐底部出口通过采盐泵与增浓器II入口相连，增浓器II的上部出口与循环罐顶部入口相连，增浓器II的下部出口通过管道送至固液分离系统，固液分离系统分离得到的母液通过管道与循环罐上部入口相连。

2.一种定-转子强化低温热泵蒸发工艺技术，其特征在于采用权利要求1中的设备及其组合方式，并采用以下工艺实施方法：

热泵工质循环系统内的热泵工质经灌装填入系统管路后密闭循环，在热泵处的工质气体获得热量，在加热器I内被分离系统的物流冷却后转化为液体，后经过预热器II换热降温及节流阀降温，在冷凝器内被分离系统的物流加热后转化为气体，被送回热泵进一步加热后构成整个热泵工质循环；

热泵工质循环的主要作用在于给物流分离系统提供两个加热和一个降温的节点；

含盐溶液经过预热器I、预热器II、加热器I换热，再经加热器II调节温度后被送入定-转子蒸发器，在定-转子蒸发器液体被高速旋转的转子撕裂成为比表面积很大的液膜或者小液滴，并在超重力环境下快速和循环气混合接触，在此过程中液体蒸发转化为气相进入循环气中，从而达到低温蒸发的目的；

其中，加热器II只有在开车阶段及蒸发温度未达到预期时运行，目的是为蒸发盐溶液补充热量，其热源视需要分别采用蒸汽或电加热两种方式；

从定-转子蒸发器中输出的气液混合物在复挡分离器中分离，蒸发后浓缩的液体被送至循环罐，富含蒸发液气相的循环气被送至冷凝器冷凝，循环气中的蒸发液气相冷凝下来的冷凝液通过预热器I与进料的含盐溶液换热降温后输出，经过冷凝器除去蒸发液气相的循环气被循环风机再次送入定-转子蒸发器中循环利用；

根据蒸发物料性质的不同，蒸发时使用的循环气可采用氮气等单一成分的惰性保护气体，用于防止物料接触氧气及二氧化碳；

循环罐内的液体从中部出口经循环泵输入至增浓器I中，增浓器I中上部的液体通过加热器I换热，加热器II调节温度后被送往定-转子蒸发器进一步蒸发浓缩，增浓器I底部的浓溶液回流至循环罐；循环罐底部的物料通过循环罐底部出口经采盐泵送至增浓器II中，增浓器II上部的液体循环回流至循环罐，增浓器II底部的含固盐浓溶液被送往固液分离系统进行分离，分离出固体的母液被送回循环罐中。