CN107982943B - 一种硫酸钴溶液蒸发系统及其工艺 - Google Patents

一种硫酸钴溶液蒸发系统及其工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硫酸钴溶液蒸发系统及其工艺，蒸发系统包括蒸发机组、真空机组、预热机组和连接管道，蒸发机组包括分离器、蒸汽压缩机、蒸发器、强制循环泵，分离器二次蒸汽出口与蒸发器直接管道连通且间接通过蒸汽压缩机连通，蒸发器为两组且平行并通过循环泵连通；真空机组包括两级冷凝器、两级气液分离器、真空泵和冷凝液罐；预热机组包括四台预热器，一级预热器介质热进口与二级冷凝液冷介质出口及二级预热器的热介质出口相连，二级预热器介质进口通过冷凝液泵与冷凝液罐相连，三级预热器热介质进口与蒸发器不凝气体出口相连。利用上述系统蒸发硫酸钴溶液的工艺与现有蒸发工艺相比，具有热回收率高、连续性强、投资成本低的优点。

Description

一种硫酸钴溶液蒸发系统及其工艺
技术领域
本发明属于蒸发技术领域，具体涉及硫酸钴溶液的机械式蒸汽再压缩蒸发系统。
背景技术
传统的硫酸钴蒸发结晶工艺中，蒸发工序多采用单效或多效蒸发进行，单效蒸发的二次蒸汽或多效蒸发的最后一级蒸汽直接被真空泵转移到系统外的冷却水中，同时还需要配套建设冷却水循环降温系统，需要消耗蒸汽以维持蒸发的温度，蒸汽（0.8MPa）消耗约为0.8~1.2吨/水。
CN201610658077.7公开了一种用于硫酸钴高效浓缩和连续结晶的装置系统：将MVR技术应用在硫酸钴溶液蒸发中。该技术存在的缺点是：（1）分离器与循环泵通过循环通道和蒸发器形成强制循环，在蒸发器换热面积相同的情况下，蒸发器长度较大，设备整体高度高；（2）不凝气体夹带水蒸汽，直接用外冷水冷却，热量未得到回收；（3）蒸汽压缩机一旦出现故障，整个系统无法运行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述蒸发系统的不足，提供一套具有热回收率高、连续性强、设备整体高度低等优点的机械式蒸汽再压缩蒸发系统，适用于硫酸钴溶液的蒸发浓缩。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下。
本发明一方面提供了一种硫酸钴溶液蒸发系统，包括蒸发机组、真空机组、预热机组和连接管道；蒸发机组包括分离器、蒸发器、强制循环泵、蒸汽压缩机，分离器二次蒸汽出口与蒸发器直接管道连通且间接通过蒸汽压缩机连通，蒸发器为两组且平行并通过强制循环泵连通；真空机组包括两级冷凝器、两级气液分离器、真空泵和冷凝液罐；预热机组包括四台预热器，一级预热器热介质进口与二级冷凝液器冷介质出口及二级预热器热介质出口相连，二级预热器热介质进口通过冷凝液泵与冷凝液罐相连，三级预热器热介质进口与蒸发器不凝气体出口相连。
较佳地，分离器二次蒸汽出口与蒸发器通过两条管道连接，其中一条直接管道连通，另一条通过蒸汽压缩机后再连通。
较佳地，蒸发器两组且平行，管体进出口分别与强制循环泵和分离器连接，形成液体循环通道，蒸发器与循环泵出口的连接管道上分别设有溶液进出口。
较佳地，蒸发器壳体上设置有压缩蒸汽进口、新蒸汽进口、不凝气体出口、冷凝液出口，同名称的进口或出口相连。
较佳地，一级冷凝器热介质出口与一级气液分离器进口连通，一级气液分离器气体出口接入二级冷凝器、液体出口连通冷凝液罐，二级冷凝器热介质出口与二级气液分离器相连，二级气液分离器气体出口接入真空泵、液体出口连通冷凝液罐。
较佳地，一级预热器热介质进口与二级冷凝液器冷介质出口及二级预热器热介质出口相连，二级预热器热介质进口通过冷凝液泵与冷凝液罐相连，三级预热器热介质进口与蒸发器不凝气体出口相连，四级预热器热介质进口与连通新蒸汽管道，每级预热器溶液出口连接下一级预热器的溶液进口，四级预热器出口与蒸发器进料口相连。
较佳地，系统共有至少6个换热器，蒸发器优选为管程式换热器，其余的一级预热器、二级预热器、三级预热器、四级预热器、二级冷凝器优选为板式换热器。
本发明另一方面提供了一种利用上述的蒸发系统进行硫酸钴溶液蒸发的工艺，其工艺流程：硫酸钴溶液依次经过一级预热器、二级预热器、三级预热器、四级预热器后进入蒸发器，并在蒸发机组循环蒸发；二次蒸汽经压缩机压缩后进入蒸发器热交换，蒸发器中冷凝液收集到冷凝液罐后作为二级预热器热源；蒸发器中不凝气体通过三级预热器和二级冷凝器冷凝回收热量，不凝气体冷凝的水蒸汽并入冷凝液罐；冷却水在二级冷凝器中热交换获得的热量通过一级预热器转移到初始硫酸钴溶液。
利用上述的蒸发系统进行硫酸钴溶液蒸发的工艺，蒸汽压缩机工作不正常时，二次蒸汽不经压缩机直接进入蒸发器，同时向蒸发器中通入新蒸汽实现系统的正常运转。
一级预热器热介质出口水温高于冷却水不超过10ºC~30ºC，每级预热器升温不超过5ºC~30 ºC。
本发明与单效或多效蒸发相比，能耗是单效蒸发的20%左右，是三效蒸发的40%左右。
本发明与现有机械式蒸汽再压缩蒸发系统相比，具有以下优点：（1）分离器与循环泵通过两个并行的蒸发器形成强制循环，在蒸发器换热面积相同的情况下，蒸发器长度缩短为一般，设备整体高度降低，土建和设备架构投资成本低、安全性高；（2）不凝气体夹带的水蒸汽，依次经预热原料、冷却水换热降温，换热后的冷却水再经原料换热降温，冷却水温升不超过10ºC~30ºC，热量基本全部得到回收；（3）分离器二次蒸汽出口与蒸发器通过两条管道连接，其中一条直接管道连通，另一条通过蒸汽压缩机后再连通，蒸汽压缩机出现故障时，整个系统通过补入新蒸汽可正常蒸发。
附图说明
图1为本发明实施例示意图。
附图中：1、分离器；2、蒸发器；3、强制循环泵；4、蒸汽压缩机；5、一级预热器；6、二级预热器；7、三级预热器/一级冷凝器；8、四级预热器；9、二级冷凝器；10、冷凝液罐；11、一级气液分离器；12、二级气液分离器；13、真空泵；14、冷凝液泵。
具体实施方式
为进一步说明本发明的技术手段、新颖性和目的效果，结合实际阐述实施例，但以下实施例为示例性的，仅用于解释此发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图所示，一种硫酸钴溶液蒸发系统包括蒸发机组、真空机组、预热机组和连接管道；蒸发机组包括分离器1、蒸发器2、强制循环泵3、蒸汽压缩机4，分离器1二次蒸汽出口与蒸发器2直接管道连通且间接通过蒸汽压缩机4连通，蒸发器2为两组且平行并通过强制循环泵3连通；真空机组包括两级冷凝器7、9、两级气液分离器11、12、真空泵13和冷凝液罐10；预热机组包括四台预热器5、6、7、8，一级预热器5热介质进口与二级冷凝液器9冷介质出口及二级预热器6热介质出口相连，二级预热器6热介质进口通过冷凝液泵14与冷凝液罐10相连，三级预热器7热介质进口与蒸发器2不凝气体出口相连。
分离器1二次蒸汽出口与蒸发器2通过两条管道连接，其中一条直接管道连通，另一条通过蒸汽压缩机4后再连通。
蒸发器2两组且平行，管体进出口分别与强制循环泵3和分离器1连接，形成液体循环通道，蒸发器2与循环泵3出口的连接管道上分别设有溶液进出口。
蒸发器2壳体上设置有压缩蒸汽进口、新蒸汽进口、不凝气体出口、冷凝液出口，同名称的进口或出口相连。
一级冷凝器7热介质出口与一级气液分离器11进口连通，一级气液分离器11气体出口接入二级冷凝器9、液体出口连通冷凝液罐10，二级冷凝器9热介质出口与二级气液分离器12相连，二级气液分离器12气体出口接入真空泵13、液体出口连通冷凝液罐10。
一级预热器5热介质进口与二级冷凝液器9冷介质出口及二级预热器6热介质出口相连，二级预热器6热介质进口通过冷凝液泵14与冷凝液罐10相连，三级预热器7热介质进口与蒸发器2不凝气体出口相连，四级预热器8热介质进口与连通新蒸汽管道，每级预热器溶液出口连接下一级预热器的溶液进口，四级预热器8出口与蒸发器2进料口相连。
系统共有至少6个换热器，蒸发器2优选为管程式换热器，其余的一级预热器5、二级预热器6、三级预热器7、四级预热器8、二级冷凝器9优选为板式换热器。
本发明的蒸发过程为：硫酸钴溶液依次经过一级预热器、二级预热器、三级预热器、四级预热器预热，每级预热器升温不超过5ºC~30ºC，进入蒸发器并在蒸发机组循环蒸发；二次蒸汽经压缩机压缩后进入蒸发器热交换，蒸发器中冷凝液收集到冷凝液罐后作为二级预热器热源；蒸发器中不凝气体通过三级预热器和二级冷凝器冷凝回收热量，不凝气体冷凝的水蒸气并入冷凝液罐；冷却水在二级冷凝器中热交换获得的热量通过一级预热器转移到初始硫酸钴溶液。
蒸气压缩机工作不正常时，二次蒸汽不经压缩机直接进入加热器，同时向加热器中通入新蒸汽实现系统的正常运转。
一级预热器热介质出口水温高于冷却水不超过10ºC~30ºC，实现热量的基本完全回收。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，任何依据本发明的技术实质对以上实施例做任何简单的修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
值的说明的是，经实验验证，Ni、Cu、Zn、Mn、Fe、Mg等的硫酸盐、磷酸盐等等均可采用本蒸发系统及其工艺进行蒸发浓缩，同样属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种硫酸钴溶液蒸发的工艺，其特征在于：
所采用的蒸发系统包括蒸发机组、真空机组、预热机组和连接管道；蒸发机组包括分离器（1）、蒸发器（2）、强制循环泵（3）、蒸汽压缩机（4），分离器（1）二次蒸汽出口与蒸发器（2）直接管道连通且间接通过蒸汽压缩机（4）连通，蒸发器（2）为两组且平行并通过强制循环泵（3）连通；真空机组包括两级冷凝器（7、9）、两级气液分离器（11、12）、真空泵（13）和冷凝液罐（10）；预热机组包括四台预热器（5、6、7、8），一级预热器（5）热介质进口与二级冷凝液器（9）冷介质出口及二级预热器（6）热介质出口相连，二级预热器（6）热介质进口通过冷凝液泵（14）与冷凝液罐（10）相连，三级预热器（7）热介质进口与蒸发器（2）不凝气体出口相连；
蒸发器（2）管体进出口分别与强制循环泵（3）和分离器（1）连接，形成液体循环通道，蒸发器（2）与循环泵（3）出口的连接管道上分别设有溶液进出口；蒸发器（2）壳体上设置有压缩蒸汽进口、新蒸汽进口、不凝气体出口、冷凝液出口，同名称的进口或出口相连；
一级冷凝器（7）热介质出口与一级气液分离器（11）进口连通，一级气液分离器（11）气体出口接入二级冷凝器（9）、液体出口连通冷凝液罐（10），二级冷凝器（9）热介质出口与二级气液分离器（12）相连，二级气液分离器（12）气体出口接入真空泵（13）、液体出口连通冷凝液罐（10）；
一级预热器（5）热介质进口与二级冷凝液器（9）冷介质出口及二级预热器（6）热介质出口相连，二级预热器（6）热介质进口通过冷凝液泵（14）与冷凝液罐（10）相连，三级预热器（7）热介质进口与蒸发器（2）不凝气体出口相连，四级预热器（8）热介质进口与连通新蒸汽管道，每级预热器溶液出口连接下一级预热器的溶液进口，四级预热器（8）出口与蒸发器（2）进料口相连；
系统共有至少6个换热器，蒸发器（2）为管程式换热器，一级预热器、二级预热器、三级预热器、四级预热器、二级冷凝器（5、6、7、8、9）为板式换热器；
所采用的蒸发工艺为：硫酸钴溶液依次经过一级预热器、二级预热器、三级预热器、四级预热器后进入蒸发器，并在蒸发机组循环蒸发；二次蒸汽经蒸汽压缩机压缩后进入蒸发器热交换，蒸发器中冷凝液收集到冷凝液罐后作为二级预热器热源；蒸发器中不凝气体通过三级预热器和二级冷凝器冷凝回收热量，不凝气体冷凝的水蒸汽并入冷凝液罐；冷却水在二级冷凝器中热交换获得的热量通过一级预热器转移到初始硫酸钴溶液；蒸汽压缩机工作不正常时，二次蒸汽不经蒸汽压缩机直接进入蒸发器，同时向蒸发器中通入新蒸汽实现系统的正常运转；一级预热器热介质出口水温高于冷却水为10ºC~30 ºC，每级预热器升温为5ºC~30 ºC。
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