CN106267870B - 一种闭路双效醇浓缩机组及其浓缩方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种闭路双效醇浓缩机组及其浓缩方法，本机组采用双效浓缩，机组包括加热、蒸发系统，喷雾传质式冷凝器，冷冻冷凝器，中环，底环，喷雾传质式冷凝器与冷冻冷凝器串联连接组成总冷凝系统，总冷凝系统与加热、蒸发系统，中环，底环串联连接形成一个闭路系统。采用本发明装置及方法能让二次蒸汽自动跑到冷凝器中接受有相变的冷却，改变了把大量冷却水输送到列管冷凝器中去进行无相变的冷却二次蒸汽的传统做法，节省了循环泵和凉水塔的大量功耗。

Description

一种闭路双效醇浓缩机组及其浓缩方法

技术领域

本发明涉及乙醇浓缩领域，特别是指一种闭路双效醇浓缩机组及其浓缩方法。

背景技术

酒精浓缩传统的做法是使用单效浓缩器，虽然双效浓缩比单效要节约一半蒸汽，但极少生产双效酒精浓缩。个别工厂买了双效酒精浓缩器在使用后都改成单效使用，原因是目前所有酒精双效浓缩的I效加热器与II效加热器的设计换热面积都一样大，这样的设计会造成产量低且冷凝器能耗高，由于I效二次蒸汽进入II效加热器成为II效加热器的热源，II效加热器吸收热源的同时成了I效的冷凝器。

在同一温度下，I效汽体冷凝放出来的热焓与II效液体汽化吸收的热焓是相同的，而作为换热器的II效加热器，当加热面积不够大时仍有一部分I效的二次蒸汽未能够冷凝，尤其是在高真空状态下乙醇的沸点非常低因此当II效加热器的面积不够大时，就不能更多地吸收I效的二次蒸汽所释放的热能，造成产量低。多余的二次蒸汽只能通过II效不凝气体管排到冷凝器中，还会增加冷凝器的功耗。

现有技术的第二个缺点是加热器连接浓缩罐的药液循环管喷到浓缩罐里的药液是以切线方向进入罐体，旋转约半圈后落到药液中，其目的是为了增加蒸发面积，然而负面影响是造成罐体的摇晃，产生安全隐患。

现有技术的第三个缺点是醇浓缩装置冷凝系统效率低，为了系统达到较高的真空而采用大功率的真空泵，在产生大量的能耗的情况下，浓缩效率并不高，效果也不好，而更重要的是大排气量的真空泵把大量的乙醇蒸汽排放出去造成乙醇回收率低。如何能在消耗更少能耗的情况下得到更高的浓缩回收率成为现如今本领域需要攻克的难题。

现有双效浓缩技术的第四个缺点是系统启动较慢，由于系统的正常运行必须I效、II效都达到设定真空度才能开始进液、加热等程序，而I效真空必须等II效达到设定真空度后才能开始，于是系统的启动较慢。尤其是本发明采用小功率的水环真空泵，抽气少启动时间长更需要解决启动慢的难题。

发明内容

本发明提出一种闭路双效醇浓缩机组及其浓缩方法，解决了现有技术中的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种闭路双效醇浓缩机组，包括加热、蒸发系统，喷雾传质式冷凝器，冷冻冷凝器，所述喷雾冷凝器与冷冻冷凝器串联连接组成总冷凝系统，总冷凝系统与加热、蒸发系统，中环，底环串联连接形成一个闭路。

作为优选，所述加热蒸发系统包括I效加热器，I效蒸发罐，II效加热器，II效蒸发罐，喷液管，弯头，喷液口，挡板，所述I效加热器，I效蒸发罐，II效加热器，II效蒸发罐顺次连接，II效加热器的换热面积大于I效加热器的换热面积。

作为优选，所述由加热器输送液体至蒸发罐内的喷液管垂直进入浓缩罐内中央，喷液管输出端加装弯头，弯头输出端口向上，在喷液口设圆形挡板，药液喷出后呈雨伞薄膜，既增大了蒸发面积又因喷出力偶对称而防止了罐体的摇晃，并且有很好的消泡作用。

作为优选，所述喷雾冷凝系统包括喷雾传质式冷凝器，冷冻冷凝器，中央分配管，翅片管，中环，底环，风机，布风器，雾化器，翅片管上端连接中央分配管，下端连接中环，中环与底环连接后经的汇总管将冷凝后的液体导入药液储罐。

作为优选，多条翅片管竖立排列成筒体，所有翅片管上端共同连接中央分配管，下端连接中环，风机把风经布风器水平吹向环形雾化器，雾化喷淋水被风吹到翅片管上。

作为优选，所述冷冻冷凝系统包括制冷压缩机，散热器，多级换热器，多级分离器，水环泵。散热器安装在喷雾传质式冷凝器预留的窗口上与其他翅片管连接形成一个环形封闭体。

作为优选，所述多级换热器的每一级都带汽液分离装置，冷冻冷凝器的多级换热器冷凝分离出乙醇连同加热蒸发系统和喷雾传质式冷凝器排出来的乙醇一起汇合于药液储罐。

使用上述闭路双效醇浓缩机组浓缩乙醇的方法，Ⅱ效乙醇二次蒸汽进入喷雾传质式冷凝器顶经多支中央分配管后均匀进入几百支翅片管中。风机把风经布风器水平吹向环形雾化器，雾化喷淋水被风吹到翅片管上获得汽化潜热发生了蒸发，水蒸发时吸收了管内乙醇蒸汽冷凝时释放出来大量的的冷凝潜热，翅片管内的乙醇蒸汽被冷凝成乙醇冷凝液直接排放到储液罐内，残留余的乙醇蒸汽继续进入冷冻冷凝器内。

作为优选，所述散热器直接安装在喷雾传质式冷凝器预留的窗口上与其他翅片管连接形成一个环形封闭体。冷媒在多级换热器里产生低温，低温使残余留的乙醇蒸汽被冷却成乙醇液体。多级换热器的每一级都带汽液分离装置，乙醇蒸汽被多级冷凝分离后只剩下夹带的不凝气体，最后不凝气体被水环泵排进喷雾传质式冷凝器水盘中经水洗后排出。

水环泵入口有主回路大管和旁路细管，主回路大管上加气动阀，旁路细管上加手动调节阀控制排气量。正常生产水环泵启动后当真空度达到-0.08MPa后自动关闭气动阀，留下经调节好流量的旁路排不凝气体，冷冻冷凝器的多级换热器冷凝分离出乙醇和喷雾传质式冷凝器排出来的乙醇一起汇合于药业储罐。

采用新技术后能让二次蒸汽直接自动跑到冷凝器中接受冷却，改变了把大量冷却水输送到列管冷凝器中去冷却二次蒸汽的传统做法，节省了循环泵的大量功耗。更有效的是新技术采用水喷淋雾化后经风力作用形成有相变的蒸发吸热，代替了冷却水在列管冷凝器中无相变的热交换方式。

本机组包括加热、蒸发系统、喷雾传质式冷凝器、冷冻冷凝器、吸引乙醇蒸汽进入本发明装置的小水环泵、中环等。喷雾传质式冷凝器与冷冻冷凝器组成总冷凝系统，在冷冻冷凝器的低温条件下克服了高真空状态下乙醇沸点低难冷凝的现象，利用低温把经喷雾传质式冷凝器未冷凝的乙醇蒸汽全部冷凝成乙醇液体。

当系统达到较高真空时自动关闭连接小水环泵大管的气动阀，只通过一条与大管并联的细管与外界相连，用于排出系统中的不凝气体，整个系统形成一个几乎闭路状态，因此达到很高的乙醇收率。

冷冻冷凝器与喷雾传质式冷凝器连接，翅片管冷凝的酒精留在中环底部，没有被冷凝的酒精气体在中环的上部通到底环，到底环后部分又被冷凝成酒精，没有被冷凝的酒精气体再从底环上部输送到中环一个独立小盒里，中环又通过几十支翅片管与上环的独立小盒相连接。然后上环独立小盒再引管接冷冻冷凝器。

有益效果

利用本发明装置的乙醇回收率高，通过几乎无排放的“闭路”结构和冷冻冷凝器低温做法达到回收率高。采用II效加热器面积比I效加热面积大的设计，实现双效醇浓缩的结构，达到节能的目的。通过中心喷液防止罐体的晃动和消泡的目的。采用并联启动加快启动速度。

本发明提出的闭路双效醇浓缩机组的冷凝装置及其原理，是一种没有凉水塔、没有循环泵，利用有相变热交换冷凝方式的浓缩方法，代替了传统的采用列管冷凝器靠凉水塔、循环泵的有相变热交换的冷凝方式的浓缩方法。

采用本发明装置及方法能让二次蒸汽自动跑到冷凝器中接受有相变的冷却，改变了把大量冷凝水输送到列管冷凝器中接受无相变的传统冷却做法，节省了循环泵和凉水塔的大量功耗；采用本发明装置的低温和“闭路”技术极大地提高了乙醇的回收率。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为喷雾传质式冷凝器的结构示意图。

图1中，I效加热器1，I效蒸发罐2，II效加热器3，II效蒸发罐4，喷液口5，喷液管6，挡板7，不凝气体管8，I效二次蒸汽管9，并联气动阀10，II效二次蒸汽管11，喷雾传质式冷凝器12，翅片管13，残余气体管14，多级换热器15，多级分离器16，制冷压缩机17，散热器18，水环泵19，气动阀20，手动球阀21。

图2中，II效二次蒸汽管11，中央分配管201，翅片管202，中环203，风机204，布风器205，雾化器206，底环207，汇总管208。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1，一种闭路双效醇浓缩机组，包括加热、蒸发系统，喷雾传质式冷凝器，冷冻冷凝器，所述喷雾冷凝器与冷冻冷凝器串联连接组成总冷凝系统，总冷凝系统与加热、蒸发系统，中环，底环串联连接形成一个闭路。

加热蒸发系统包括I效加热器1，I效蒸发罐2，II效加热器3，II效蒸发罐4，喷液管6，弯头，喷液口5，挡板7，所述I效加热器，I效蒸发罐，II效加热器，II效蒸发罐顺次连接，II效加热器的换热面积大于I效加热器的换热面积。

由加热器输送液体至蒸发罐内的喷液管垂直进入浓缩罐内中央，喷液管输出端加装弯头，弯头输出端口向上，在喷液口设圆形挡板7，药液喷出后呈雨伞薄膜，既增大了蒸发面积又因喷出力偶对称而防止了罐体的摇晃，并且有很好的消泡作用。

如图1、图2，喷雾冷凝系统包括喷雾传质式冷凝器12，中央分配管201，翅片管13，中环203，底环207，风机204，布风器205，雾化器206，翅片管上端连接中央分配管201，下端连接中环203，中环与底环连接后经的汇总管将冷凝后的液体导入中环。

多条翅片管竖立排列成筒体，所有翅片管上端共同连接中央分配管，下端连接中环，风机把风经布风器水平吹向环形雾化器，雾化喷淋水被风吹到翅片管上。

冷冻冷凝系统包括制冷压缩机17，散热器18，多级换热器15，多级分离器16，水环泵19。散热器安装在喷雾传质式冷凝器预留的窗口上与其他翅片管连接形成一个环形封闭体。

多级换热器15的每一级都带汽液分离装置，冷冻冷凝器的多级换热器冷凝分离出乙醇连同加热蒸发系统和喷雾传质式冷凝器排出来的乙醇一起汇合于中环。

使用上述闭路双效醇浓缩机组浓缩乙醇的方法，Ⅱ效乙醇二次蒸汽进入喷雾传质式冷凝器顶经多支中央分配管后均匀进入几百支翅片管中。风机把风经布风器水平吹向环形雾化器206，雾化喷淋水被风吹到翅片管上获得汽化潜热发生了蒸发，水蒸发时吸收了管内乙醇蒸汽冷凝时释放出来大量的的冷凝潜热，翅片管内的乙醇蒸汽被冷凝成乙醇冷凝液直接排放到储液罐内，残留余的乙醇蒸汽继续进入冷冻冷凝器内。

散热器18直接安装在喷雾传质式冷凝器预留的窗口上与其他翅片管连接形成一个环形封闭体。冷媒在多级换热器15里产生低温，低温使残余留的乙醇蒸汽被冷却成乙醇液体。多级换热器的每一级都带汽液分离装置，乙醇蒸汽被多级冷凝分离后只剩下夹带的不凝气体，最后不凝气体被水环泵排进喷雾传质式冷凝器水盘中经水洗后排出。

水环泵19入口有主回路大管和旁路细管，主回路大管上加气动阀，旁路细管上加手动调节阀控制排气量。正常生产水环泵启动后当真空度达到-0.08MPa后自动关闭气动阀，留下经调节好流量的旁路排不凝气体，冷冻冷凝器的多级换热器冷凝分离出乙醇和喷雾传质式冷凝器排出来的乙醇一起汇合于中环。

采用新技术后能让二次蒸汽自动跑到冷凝器中接受冷却，改变了把大量冷却水输送到列管冷凝器中去冷却二次蒸汽的传统做法，节省了循环泵和凉水塔的大量功耗。更有效的是新技术采用水喷淋雾化后经风力作用形成有相变的蒸发吸热，代替了冷却水在列管冷凝器中无相变的热交换方式。

如图1上半部B冷凝系统为下半部A蒸发系统提供真空，设备启动后A系统中的I效蒸发罐2和II效蒸发罐4都达到设定真空度后，设备才开始进液、加热等运行。但由于B冷凝系统只直接与II效蒸发罐4相连接，而I效蒸发罐2的真空的获得是通过罐顶部二次蒸汽管9与II效加热器3的壳程相连接，再通过接II效加热器3壳程的不凝气体管8与接冷凝系统的II效二次蒸汽管11相连接，从结构上可见II效达到真空后才带动I效，于是I效要达到设定真空度就要比II效滞后很多。

系统抽真空采取小功率的水环泵进行，而且当正常运行时还要把连接小水环泵的大管关闭，系统对外排放只剩下一条细管，因此系统对外的排放量很少。例如传统一般采用抽气量几百立方的水环泵，酒精蒸汽大量被排出系统，本发明只采用60立方/小时的水环泵，关闭大管后剩下细管时排放量就在10立方以下。另外一个很重要的原因是本发明增加了冷冻冷凝器，酒精气体基本上都被冷凝成液体了，酒精几乎没有对外排放、整个系统几乎称得上闭路状态，这是本发明与国内传统最大的区别，是本发明最成功之处。

本发明增加了并联启动阀10，在设备启动时打开并联启动阀10，令I效浓缩罐2及加热器1与II效浓缩罐4及加热器3并联直接通过II效二次蒸汽管11与B冷凝系统相接，于是加快了I效浓缩罐2及加热器1达到设定真空的时间，尤其对于配置小功率水环泵的本发明闭路双效醇浓缩机组很有必要。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种闭路双效醇浓缩机组，包括加热蒸发系统，喷雾传质式冷凝器，冷冻冷凝器，其特征在于，所述喷雾传质式冷凝器与冷冻冷凝器串联连接组成总冷凝系统，总冷凝系统与加热蒸发系统，中环，底环串联连接形成一个闭路，所述加热蒸发系统包括I效加热器，I效蒸发罐，II效加热器，II效蒸发罐，喷液管，弯头，喷液口，挡板，所述I效加热器，I效蒸发罐，II效加热器，II效蒸发罐顺次连接，II效加热器的换热面积大于I效加热器的换热面积，所述由加热器输送液体至蒸发罐内的喷液管垂直进入蒸发罐内中央，喷液管输出端加装弯头，弯头输出端口向上，在喷液口设置挡板。

2.根据权利要求1中的一种闭路双效醇浓缩机组，其特征在于，所述总冷凝系统包括喷雾传质式冷凝器，冷冻冷凝器，中央分配管，翅片管，风机，布风器，雾化器，翅片管上端连接中央分配管，下端连接中环,中环与底环接汇总管将冷凝后的液体导入药液储罐。

3.根据权利要求2中的一种闭路双效醇浓缩机组，其特征在于，多条翅片管竖立排列成筒体，所有翅片管上端共同连接中央分配管，下端连接中环，风机把风经布风器水平吹向环形雾化器，雾化喷淋水被风吹到翅片管上。

4.根据权利要求3中的一种闭路双效醇浓缩机组，其特征在于，所述冷冻冷凝器包括制冷压缩机，散热器，多级换热器，多级分离器、水环泵，散热器安装在喷雾传质式冷凝器预留的窗口上与其他翅片管连接形成一个环形封闭体。

5.根据权利要求4中的一种闭路双效醇浓缩机组，其特征在于，所述多级换热器的每一级都带汽液分离装置，冷冻冷凝器的多级换热器冷凝分离出乙醇连同喷雾传质式冷凝器排出来的乙醇一起汇合于药液储罐。

6.使用权利要求4中的闭路双效醇浓缩机组浓缩乙醇的方法，其特征在于，Ⅱ效蒸发罐内的Ⅱ效乙醇二次蒸汽经Ⅱ效二次蒸汽管进入喷雾传质式冷凝器顶经多支中央分配管后均匀进入几百支翅片管中，风机把风经布风器水平吹向环形雾化器，雾化喷淋水被风吹到翅片管上，翅片管内的乙醇蒸汽被冷凝成乙醇冷凝液直接排放到药液储罐内，残余的乙醇蒸汽继续进入冷冻冷凝器内。

7.根据权利要求6中的浓缩乙醇的方法，其特征在于，所述散热器直接安装在喷雾传质式冷凝器预留的窗口上与其他翅片管连接形成一个环形封闭体，冷媒在多级换热器里产生低温，低温使残余的乙醇蒸汽被冷凝成乙醇液体，多级换热器的每一级都带汽液分离装置，乙醇蒸汽被多级冷凝分离后只剩下夹带的不凝气体，最后不凝气体被水环泵排进喷雾传质式冷凝器水盘中经水洗后排出。

8.根据权利要求7中的浓缩乙醇的方法，其特征在于，水环泵入口有主回路大管和旁路细管，主回路大管上加气动阀，旁路细管上加手动调节阀调节排气量，正常生产水环泵启动后当真空度达到-0.08MPa后自动关闭气动阀，留下经调节好流量的旁路排出的仅仅是不凝气体，冷冻冷凝器的多级换热器冷凝分离出乙醇连同喷雾传质式冷凝器排出来的乙醇一起汇合于药液储罐。