CN107963681A - 一种多级蒸汽再压缩式蒸馏水机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多级蒸汽再压缩式蒸馏水机，包括蒸发器、预热器、冷凝器、蒸汽喷射泵，喷射泵安装蒸发器分离室上端蒸汽出口与蒸发器分离室上端蒸汽出口之间；分离室蒸汽上出口的低温位热能二次蒸汽与蒸汽喷射泵的低压蒸汽吸入口连接，蒸汽喷射泵的高压蒸汽入口与分离室蒸汽上出口连接，蒸汽喷射泵的排气出口与蒸发器的壳程入口连接。增加了蒸汽喷射泵以少量高压蒸汽为动力，提高末效未凝结的低温位热能二次蒸汽的热焓值，使其返回蒸发器中继续换热，提高了二次蒸汽的蒸发效率。增加了余热回收系统，提高原料水的预热温度。经过对传统多效蒸馏水机的改造，多级蒸汽再压缩式蒸馏水机可有效提高系统的热能回收利用率，提高蒸发效率。另外，由于系统内低温位热能被再次循环利用，节约冷却水的同时，便于生产不同温度的注射用水。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种医药及食品行业常用的蒸馏水机，尤其涉及一种多级蒸汽再压缩式蒸馏水机。
背景技术
目前，国内外生产注射用水的方式主要是多效蒸馏和热压蒸馏。蒸发过程是消耗大量的饱和蒸汽，是高温位热能蒸汽向低温位热能蒸汽转化的过程，因此较低温位热能二次蒸汽的利用在很大程度上决定了蒸发操作的经济性。多效蒸馏即利用多效蒸馏水机生产注射用水，主要包括串在一起的多效蒸发器、分离器、预热器和冷凝器等组成，前一级蒸发器的二次蒸汽作为下一级蒸发器的加热蒸汽，下一级蒸发器的加热室便是前一级蒸发器的冷凝器，各效蒸发器又包含单独的预热器，这种传统的多效蒸馏方式需要消耗大量的工业蒸汽为蒸发器加热，同时需要大量的冷却水冷凝末效未凝结的纯蒸汽，这与当前可持续发展的节约型理念背道而驰。热压蒸馏即利用热压式蒸馏水机生产注射用水，采用机械蒸汽再压缩的方式，使蒸发器中的二次蒸汽全部进入压缩机，经过压缩机的压缩提高二次蒸汽的热焓值，使其继续返回蒸发器内进行换热，此种方式提高了热能的利用率，节约蒸汽消耗，但热压蒸馏前期投入成本过大，导致大多需求企业心有余而力不足，因此，目前热压蒸馏尚未得到更好的推广与普及。
发明内容
本发明专利公开了一种多级蒸汽再压缩式蒸馏水机，以解决当前传统多效蒸馏水机工业蒸汽消耗量大、冷却水消耗大、热能利用率不高的问题。
本发明专利为解决上述问题所采取的技术方案为：
主要由N个多效蒸发器（四效）、N个分离器（四效）、N个立式预热器（四效）及工业蒸汽凝结水预热器、原料水浓缩水预热器、注射水原料水冷凝器、注射水冷却水冷凝器及蒸汽喷射泵、气动PID调节阀，多级蒸汽再压缩式蒸馏水机通过管道连接而成；其中，
工业蒸汽入口与一效蒸发器的壳程入口连接，一效蒸发器的壳程出口与一效预热器的壳程入口连接，一效预热器的壳程出口与原料水凝结水预热器的壳程入口连接，原料水凝结水预热器的壳程出口与工业蒸汽凝结水出口连接，工业蒸汽凝结水通过出口排出；
原料水入口与原料水凝结水预热器的管程入口连接，原料水经预热器管程出口与原料水浓缩水预热器的管程入口连接，原料水经原料水浓缩水预热器的管程出口与注射水原料水冷凝器的管程入口连接，原料水经冷凝器的管程出口与四效预热器的管程入口连接，原料水经四效预热器的管程出口与三效预热器的管程入口连接，后原料水依次经过二效预热器、一效预热器后进入一效蒸发器的管程入口，未被蒸发的原料水从一效蒸发器的分离器下出口进入二效蒸发器的管程入口，后原料水依次经过三效蒸发器、四效蒸发器，原料水经逐级蒸发后以少量浓水的方式经蒸发器下分离器浓缩水出口排出，后与前三效蒸发器下分离器外侧产生的重水汇合一起进入原料水浓缩水预热器的壳程入口，预热器的壳程出口与浓缩水出口连接，浓缩水通过出口排出；
分离螺旋分离产生的二次纯蒸汽经上出口与蒸汽喷射泵的高压蒸汽入口连接，末效低温位热能二次蒸汽与蒸汽喷射泵的低压入口连接；低温位热能二次蒸汽经喷嘴升压后经蒸汽喷射泵的扩压器出口进入二效蒸发器的壳程，后依次通过三效蒸发、四效蒸发的壳管程，能量逐级递减后由分离上出口返回蒸汽喷射的低压蒸汽入口；
二效蒸发器壳程产生的二次蒸汽凝结水，经壳程出口与二效预热器的壳程入口连接，后依次通过三效预热器、四效预热器的壳程，经四效预热器壳程出口与注射水原料水冷凝器的壳程入口连接，注射水原料水冷凝器的壳程出口与注射水冷却水冷凝器的壳程入口连接，注射水冷却水冷凝器的壳程出口排出后与注射水出口连接，注射水通过出口排出；
冷却水经入口进入系统，冷却水入口与注射水冷却水冷凝器的管程入口连接，注射水冷却水冷凝器的管程出口与冷却水出口连接，冷却水通过出口排出；
气动PID调节阀的入口与原料水浓缩水预热器的管程出口连接，气动PID调节阀的出口与注射水原料水冷凝器管程出口连接，汇合后一起进入四效预热器的管程；
一效蒸发器管程、注射水原料水冷凝器的壳程、注射水冷却水冷凝器的壳程含有的不凝气体，汇合后与不凝气体排放口连接，不凝气体通过出口排出。
本发明的积极效果在于：结合了多效蒸馏及热压蒸馏的特点，在蒸汽动力压缩技术中，采用蒸汽喷射泵，充分利用末效未凝结的低温位热能蒸汽；增加了工业蒸汽凝结水及浓缩水的余热回收系统，提高能源利用率，由于末效蒸汽被循环利用，因此，节约了冷却水消耗同时便于通过管路调节生产不同温度的注射用水，提高系统热能的利用率。
附图说明
图1为本发明多级蒸汽再压缩式蒸馏水机结构原理图；
图中：E1、一效蒸发器；E2、二效蒸发器；E3、三效蒸发器；E4、四效蒸发器；E1.1、一效分离器；E2.2、二效分离器；E3.3、三效分离器；E4.4、四效分离器；P1、一效预热器；P2、二效预热器；P3、三效预热器；P4、四效预热器；PA、原料水凝结水预热器；PB、原料水浓缩水预热器；C1、注射水原料水冷凝器；C2、注射水冷却水冷凝器；PU、蒸汽喷射泵；TCV、气动PID调节阀；
A、工业蒸汽入口；B、不凝气体排放口；C、冷却水出口；D、冷却水入口；E、注射水出口；F、浓缩水出口；G、原料水入口；H、工业蒸汽凝结水出口；
图2为本发明蒸汽喷射泵的结构示意图；
图中，1、高压蒸汽入口；2、低压蒸汽入口；3、喷嘴；4、扩压器出口。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明专利的具体实施例。
实施例1
以四效蒸馏水机为例，同时该技术方案也适合其它效数蒸馏水机。
如图1、图2所示，多级蒸汽再压缩式蒸馏水机，主要包括串在一起的一效蒸发器E1、二效蒸发器E2、三效蒸发器E3 、四效蒸发器E4和蒸发器下端的一效分离器E1.1、二效分离器E2.2 、三效分离器E3.3 、四效分离器E4.4、一效预热器P1、二效预热器P2、三效预热器P3、四效预热器P4、原料水凝结水预热器PA、原料水浓缩水预热器PB、原料水冷凝器C1及冷却水冷凝器C2、蒸汽喷射泵PU、气动PID调节阀TCV等组成。
增设蒸汽喷射泵PU，蒸汽喷射泵包括高压蒸汽入口1、低压蒸汽入口2、喷嘴3、扩压器出口4。喷射泵安装在E4.4分离器上端蒸汽出口与E1.1分离器上端蒸汽出口之间；E4.4分离器蒸汽上出口的低温位热能二次蒸汽与蒸汽喷射泵的低压蒸汽入口2连接，蒸汽喷射泵的高压蒸汽入口1与E1.1分离器蒸汽上出口连接，蒸汽喷射泵的扩压器出口4与E2蒸发器的壳程入口连接。
增设PID调节阀TCV，PID气动调节阀被广泛使用在管路调节系统领域，该调节阀与C1预热器并联连接，调节阀的进水口与PB原料水浓缩水预热器的管程出口连接，调节阀的出水口与P4预热器的管程进水口连接。
针对系统内工业蒸汽凝结水及浓缩水排放温度过高问题，本专利另增加了余热回收系统，工业蒸汽凝结水预热器PA和浓缩水预热器PB。预热器PA的管程入口与原料水的入口管路连接，预热器PA的管程出口与浓缩水预热器PB的管程入口连接。预热器PB的管程出口与C1冷却器的管程入口连接。
实施例2
如图1图2所示，工业蒸汽经入口A进入系统，工业蒸汽入口A与一效蒸发器E1的壳程入口连接，一效蒸发器E1的壳程出口与一效预热器P1的壳程入口连接，一效预热器P1的壳程出口与原料水凝结水预热器PA的壳程入口连接，原料水凝结水预热器PA的壳程出口与工业蒸汽凝结水出口H连接，工业蒸汽凝结水通过出口H排出。
原料水经入口G进入系统，原料水入口G与原料水凝结水预热器PA的管程入口连接，原料水经预热器PA管程出口与原料水浓缩水预热器PB的管程入口连接，原料水经原料水浓缩水预热器PB的管程出口与注射水原料水冷凝器C1的管程入口连接，原料水经冷凝器C1的管程出口与四效预热器P4的管程入口连接，原料水经四效预热器P4的管程出口与三效预热器P3的管程入口连接，后原料水依次经过二效预热器P2、一效预热器P1后进入一效蒸发器E1的管程入口，一效蒸发器中未被蒸发的原料水从一效蒸发器E1的分离器下出口进入二效蒸发器E2的管程入口，后原料水依次经过三效蒸发器E3、四效蒸发器E4，原料水经逐级蒸发后以少量浓水的方式经E4蒸发器下分离器浓缩水出口排出，后与前三效分离器外侧产生的重水汇合一起进入原料水浓缩水预热器PB的壳程入口，PB预热器的壳程出口与浓缩水出口F连接，浓缩水通过出口F排出。
一效分离器E1.1螺旋分离产生的二次纯蒸汽经上出口与蒸汽喷射泵PU的高压蒸汽入口1连接，末效低温位热能二次蒸汽与蒸汽喷射泵PU的低压入口2连接；低温位热能二次蒸汽经喷嘴3升压后经蒸汽喷射泵PU的扩压器出口4进入二效蒸发器E2的壳程，后依次通过三效蒸发器E3、四效蒸发器E4的壳程，能量逐级递减后，由四效分离器分离器E4.4上出口返回蒸汽喷射泵PU的低压蒸汽入口2。
二效蒸发器E2壳程产生的二次蒸汽凝结水，即注射水，经壳程出口与二效预热器P2的壳程入口连接，后依次通过三效预热器P3、四效预热器P4的壳程，经四效预热器P4壳程出口与注射水原料水冷凝器C1的壳程入口连接，注射水原料水冷凝器C1的壳程出口与注射水冷却水冷凝器C2的壳程入口连接，注射水冷却水冷凝器C2的壳程出口排出后与注射水出口E连接，注射水通过出口E排出。
冷却水经入口D进入系统，冷却水入口D与注射水冷却水冷凝器C2的管程入口连接，注射水冷却水冷凝器C2的管程出口与冷却水出口C连接，冷却水通过出口C排出。
气动PID调节阀TCV的入口与原料水浓缩水预热器PB的管程出口连接，气动PID调节阀TCV的出口与注射水原料水冷凝器C1管程出口连接，汇合后一起进入四效预热器P4的管程。
一效蒸发器E1管程、注射水原料水冷凝器C1的壳程、注射水冷却水冷凝器C2的壳程含有的不凝气体，汇合后与不凝气体排放口B连接，不凝气体通过出口B排出。
本发明增设了蒸汽动力喷射泵，其工作原理为促进蒸汽循环，以高压蒸汽为动力，提高低温位热能蒸汽压力。其结构简单，价格低廉，消耗蒸汽而不耗电，可在投资较少的前提下取得较好的节能效果和经济效益。本发明的优势在于，以E1.1分离器内高压二次蒸汽为动力，利用卫生型蒸汽动力喷射泵，提高末效未凝结的低温位热能二次蒸汽的热焓值，使其返回蒸发器中继续换热，提高了二次蒸汽的蒸发效率。
相对传统的多效蒸馏水机，由于末效未凝结的二次蒸汽被回收利用，低温位热能蒸汽潜热未被原料水吸收利用，进入C1壳程的热媒仅剩二次蒸汽凝结水，从而节约了C2冷凝器冷却水的消耗。
系统额外增加PID气动调节阀。该调节阀膜片为卫生级PTFE膜片，符合药典的验证要求。PID调节阀具有可编程的流量特性曲线，调节稳定且精度高。由于末效未凝结的二次蒸汽被循环利用，增设PID调节阀，可便于生产不同温度的注射用水。
增加工业蒸汽凝结水及浓缩水的余热回收系统，在传统的多效蒸馏水机中，工业蒸汽凝结水及浓缩水均是以沸点的状态排放，造成了系统能量的大量损失，利用工业蒸汽凝结水及浓缩水的余热对原料水进行初步预热，提高系统热能的利用率。
此技术改进方案对不受蒸馏水机的效数限制，可根据效数的不同，配备不同型号的蒸汽动力喷射泵、工业蒸汽凝结水预热器、浓缩水预热器、PID调节阀。
Claims (1)
1.一种多级蒸汽再压缩式蒸馏水机，其特征在于：主要由N个多效蒸发器、N个分离器、N个立式预热器及工业蒸汽凝结水预热器、原料水浓缩水预热器、注射水原料水冷凝器、注射水冷却水冷凝器及蒸汽喷射泵、气动PID调节阀，多级蒸汽再压缩式蒸馏水机通过管道连接而成；其中，
工业蒸汽入口与一效蒸发器的壳程入口连接，一效蒸发器的壳程出口与一效预热器的壳程入口连接，一效预热器的壳程出口与原料水凝结水预热器的壳程入口连接，原料水凝结水预热器的壳程出口与工业蒸汽凝结水出口连接，工业蒸汽凝结水通过出口排出；
原料水入口与原料水凝结水预热器的管程入口连接，原料水经预热器管程出口与原料水浓缩水预热器的管程入口连接，原料水经原料水浓缩水预热器的管程出口与注射水原料水冷凝器的管程入口连接，原料水经冷凝器的管程出口与四效预热器的管程入口连接，原料水经四效预热器的管程出口与三效预热器的管程入口连接，后原料水依次经过二效预热器、一效预热器后进入一效蒸发器的管程入口，未被蒸发的原料水从一效蒸发器的分离器下出口进入二效蒸发器的管程入口，后原料水依次经过三效蒸发器、四效蒸发器，原料水经逐级蒸发后以少量浓水的方式经蒸发器下分离器浓缩水出口排出，后与前三效蒸发器下分离器外侧产生的重水汇合一起进入原料水浓缩水预热器的壳程入口，预热器的壳程出口与浓缩水出口连接，浓缩水通过出口排出；
分离螺旋分离产生的二次纯蒸汽经上出口与蒸汽喷射泵的高压蒸汽入口连接，末效低温位热能二次蒸汽与蒸汽喷射泵的低压入口连接；低温位热能二次蒸汽经喷嘴升压后经蒸汽喷射泵的扩压器出口进入二效蒸发器的壳程，后依次通过三效蒸发、四效蒸发的壳管程，能量逐级递减后由分离上出口返回蒸汽喷射的低压蒸汽入口；
二效蒸发器壳程产生的二次蒸汽凝结水，经壳程出口与二效预热器的壳程入口连接，后依次通过三效预热器、四效预热器的壳程，经四效预热器壳程出口与注射水原料水冷凝器的壳程入口连接，注射水原料水冷凝器的壳程出口与注射水冷却水冷凝器的壳程入口连接，注射水冷却水冷凝器的壳程出口排出后与注射水出口连接，注射水通过出口排出；
冷却水经入口进入系统，冷却水入口与注射水冷却水冷凝器的管程入口连接，注射水冷却水冷凝器的管程出口与冷却水出口连接，冷却水通过出口排出；
气动PID调节阀的入口与原料水浓缩水预热器的管程出口连接，气动PID调节阀的出口与注射水原料水冷凝器管程出口连接，汇合后一起进入四效预热器的管程；
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