CN105833562A - 真空蒸发浓缩结晶的系统和方法 - Google Patents

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岳晨
韩东
蒲文灏
何纬峰
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D9/00—Crystallisation
    • B01D9/0018—Evaporation of components of the mixture to be separated
    • B01D9/0031—Evaporation of components of the mixture to be separated by heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/30—Accessories for evaporators ; Constructional details thereof

Abstract

一种真空蒸发浓缩结晶系统及方法，属于节能领域。该系统结晶罐（1）出口的蒸汽（6）首先通过透平（13）降压降温，将蒸汽（6）的内能转化为机械能，透平（13）出口的乏气再进入冷凝器（9），被冷却水（10）冷凝为冷凝液（11），最后，具有一定真空度的冷凝液（11）再通过增压水泵（14）增压至高于常压后排入环境。与常规对结晶罐（1）出口蒸汽（6）通过真空泵（12）或者蒸汽喷射泵（8）增压后，再利用冷却水（10）冷凝的浓缩结晶方法相比，该系统对结晶罐（1）出口蒸汽（6）的显热和潜热进行回收，并对外输出机械能，而且由于冷却负荷的降低，还能够降低冷却水的耗量。该系统特别适合对高于常温的真空蒸发浓缩结晶系统节能节水改造。

Description

真空蒸发浓缩结晶的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种化工设备，尤其涉及一种真空蒸发浓缩结晶装置及其在中低温晶浆浓缩生产中的应用，属于节能领域。
技术背景
真空蒸发浓缩结晶是医药、化工及食品等行业常见的保持热敏性物料品质的结晶方法之一。真空蒸发浓缩结晶工艺，一般通过对结晶罐内蒸汽通过真空泵或蒸汽喷射泵抽真空，利用蒸发浓缩的方法来实现热敏性晶浆物料的结晶。然而，为了回收蒸汽中的有效物料或者减少其环境污染，这类工艺一般采用冷却水对抽出的蒸汽进行冷凝，降低蒸汽体积流量，然后对体积流量相对较小的冷凝液进行集中处理。此外，为了保持结晶过程的温度均匀，结晶罐也常采用水浴保温壳套层来进行控温。对于热敏性原料的真空浓缩结晶过程，主要可通过控制结晶温度和水分蒸发速率的方法，来保证其结晶产品的品质，这也是目前研究的重点。
然而，对于要求水分蒸发速率较慢或蒸发量大的工艺，由于达到结晶要求的工作时间长，因此真空泵或者蒸汽喷射泵的总功耗较高，而且总水耗也不低。从能量利用的角度来看，该系统存在大量蒸汽潜热的损失，如何进行节能和节水改造，是提高该工艺技术经济性能的研究方向之一。
发明内容
本发明的目的在于提出一种具有节能和节水效果的真空蒸发浓缩结晶系统和方法，该系统不仅能够对真空罐内蒸汽潜热进行回收并转化为机械功或者电能对外输出，而且该系统的水耗也显著降低。
一种真空蒸发浓缩结晶系统，其特征在于：该系统包括：结晶罐、保温夹套、电机、搅拌斧、透平、冷凝器和增压水泵。保温夹套布置在结晶罐外围，搅拌斧布置在结晶罐内，电机通过机械轴与搅拌斧相连。结晶罐上部布置有晶浆入口和蒸汽出口；冷凝器包括冷侧入口、冷侧出口、热侧入口和热侧出口。初始晶浆与结晶罐入口相连，结晶罐出口与透平相连，透平出口与冷凝器热侧入口相连，冷凝器热侧出口通过增压水泵与环境相连；冷却水与冷凝器冷侧入口相连，冷凝器冷侧出口与环境相连；
所述的真空蒸发浓缩结晶系统的工作方法，其特征在于包括以下过程：初始晶浆首先进入结晶罐，然后关闭结晶罐上部的晶浆入口并打开蒸汽出口；位于结晶罐底部及周向外围的保温夹套，用于保持结晶罐蒸发过程的温度恒定；结晶罐内的操作温度高于环境温度；启动电机，使得搅拌斧不断对结晶罐内的晶浆进行搅动，通过增强晶浆内的换热来提高晶浆内蒸汽的蒸发速率，该蒸汽然后进入透平膨胀做功，透平出口乏气再进入冷凝器热侧，向冷凝器冷侧的冷却水释放热量后，被冷凝为冷凝液，并通过增压水泵增压至高于常压后，排入环境；
根据本发明所述的真空蒸发浓缩结晶系统的工作方法，由于采用环境冷却水通过冷凝器对透平乏气进行冷凝，而蒸汽通过透平膨胀做功的关键是进出口蒸汽具有一定的压差，因此要求结晶罐操作温度高于环境温度。
与常规对结晶罐出口蒸汽先通过真空泵或者蒸汽喷射泵增压，然后再利用冷却水进行冷凝的方法相比，该系统不仅对结晶罐出口蒸汽的显热和潜热进行了回收，对外输出了机械能，而且由于冷却负荷的降低，还能够降低冷却水的耗量，特别适合结晶温度高于常温的真空蒸发浓缩结晶情况。
附图说明
图1 带蒸汽喷射泵的真空蒸发浓缩结晶系统；
图2带真空泵的真空蒸发浓缩结晶系统；
图3 本发明提出的真空蒸发浓缩结晶系统；
图中标号名称：1.结晶罐，2.保温夹套，3.初始晶浆，4.搅拌斧，5. 电机,6.蒸汽，7.高压蒸汽，8.蒸汽喷射泵，9.冷凝器，10.冷却水，11.冷凝液，12.真空泵，13.透平，14.增压水泵。
具体实施方法
下面参照附图1、2和3，说明该真空蒸发浓缩结晶系统的运行过程；
附图1为常规采用蒸汽喷射泵的真空蒸发浓缩结晶系统，蒸汽喷射泵7消耗高压蒸汽7对结晶罐1出口的蒸汽进行增压后，通过蒸汽喷射泵7排入冷凝器9热侧入口，冷却水10从冷凝器9冷侧入口进入，对冷凝器9热侧的蒸汽进行冷凝，冷凝器9热侧出口的冷凝液11则排入环境，冷凝器9冷侧出口的冷却水10排入环境；上述系统对于增压比较小的系统操作较为方便，但需要消耗一定量的高压蒸汽9，且该系统对蒸汽6潜力不回收；
附图2为带真空泵12的真空蒸发浓缩结晶系统，该系统需要消耗外功驱动真空泵12，对结晶罐1出口的蒸汽6进行增压，真空泵出口的蒸汽再进入冷凝器9热侧入口，冷却水10从冷凝器9冷侧入口进入，对冷凝器9热侧的蒸汽进行冷凝，冷凝器9热侧出口的冷凝液11则排入环境，冷凝器9冷侧出口的冷却水10排入环境；与附图1相比，上述系统增压比范围较大，适合真空度较高的结晶罐1操作，但需要消耗一定量的电能驱动真空泵12，且该系统对蒸汽6潜力不回收；
附图3为本发明提出的真空蒸发浓缩结晶系统，该系统中结晶罐1出口的蒸汽6通过透平13膨胀回收其外功，透平13出口的乏气然后进入冷凝器9热侧入口，冷却水10从冷凝器9冷侧入口进入，对冷凝器9热侧的蒸汽进行冷凝，冷凝器9热侧出口的冷凝液11则排入环境，冷凝器9冷侧出口的冷却水10排入环境；
与附图1、2所示的系统相比，该系统对蒸汽6的潜热进行回收利用，并通过透平13对外做功，因此热负荷明显降低，相应的冷却水9耗量也显著降低。

Claims (2)

1.一种真空蒸发浓缩结晶系统，其特征在于：
该系统包括：结晶罐（1）、保温夹套（2）、电机（4）、搅拌斧（5）、透平（13）、冷凝器（9）和增压水泵（14）；保温夹套（2）布置在结晶罐（1）底部及周向外围，搅拌斧（5）布置在结晶罐（1）内，电机（4）通过机械轴与搅拌斧（5）相连；结晶罐（1）上部布置有晶浆入口和蒸汽出口；冷凝器（9）包括冷侧入口、冷侧出口、热侧入口和热侧出口；初始晶浆（3）与结晶罐（1）入口相连，结晶罐（1）蒸汽出口与透平（13）入口相连，透平（13）出口与冷凝器（9）热侧入口相连，冷凝器（9）热侧出口通过增压水泵（14）与环境相连；冷却水（10）与冷凝器（9）冷侧入口相连，冷凝器（9）冷侧出口与环境相连。
2.根据权利要求1所述的真空蒸发浓缩结晶系统的工作方法，其特征在于包括以下过程：
首先将初始晶浆（3）送人结晶罐（1），然后关闭结晶罐（1）上部的晶浆入口并打开其蒸汽出口；
位于结晶罐（1）底部及周向外围的保温夹套（2），用于保持结晶罐（1）蒸发过程的温度恒定；结晶罐（1）内的操作温度高于环境温度；
启动电机（4）使得搅拌斧（5）不断对结晶罐（1）内的晶浆进行搅动，通过增强晶浆内的换热来提高晶浆内蒸汽（6）的蒸发速率，该蒸汽（6）然后进入透平（13）膨胀做功，透平（13）出口乏气再进入冷凝器（9）热侧，向冷凝器（9）冷侧的冷却水（10）释放热量后，被冷凝为冷凝液（11）并通过增压水泵（14）增压至高于常压后，排入环境。
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