CN108159719A - 一种节能高效的mvr蒸发浓缩系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能高效的MVR蒸发浓缩系统，该系统能够实现稳定、连续的运行，蒸发过程效率高。该系统包括有通过管道、阀门及相关的泵连接的原料罐、预热装置、水平管降膜蒸发器、丝网除沫器、冷凝液储罐、浓缩液储罐、蒸汽压缩机及真空系统；原料罐的底部连接进料泵的进口，并通过多级预热装置与水平管降膜蒸发器的进口相连，在水平管降膜蒸发器的顶部设有丝网除沫器，底部连接浓缩液储罐，水平管降膜蒸发器管程连接冷凝液储罐，蒸汽冷凝水通过冷凝液储罐连接预热装置；所述的真空系统包括有水环式真空泵、真空冷凝器、真空冷凝液储罐与循环水罐组成，水平管降膜蒸发器管程中压力及不凝性气体的排出是通过压力变送器与控制阀反馈调节完成。

Description

一种节能高效的MVR蒸发浓缩系统

技术领域

本发明涉及一种蒸发系统，更具体地说涉及一种节能高效的MVR蒸发浓缩系统。

背景技术

随着工业的快速发展，我国现如今面临着巨大的能源危机，成为制约一些企业发展的主要障碍。与此同时，人们环保意识的淡薄，以及多年粗放式发展模式，环境也面临着严重的威胁，于是，国家大力倡导节能减排，大力推进节能环保型产业的发展，并将节能环保作为中国的基本国策之一。

蒸发属于化工过程中基本的操作单元，需要大量的新鲜蒸汽作为加热源，同时又生成大量带有余热的浓缩液与蒸汽冷凝水，节约新鲜蒸汽的用量与充分利用二次蒸汽的冷凝热，冷凝水、浓缩液的显热是蒸发操作过程中应考虑的节能问题，它涉及到整个系统的经济衡算。 MVR即机械式蒸汽再压缩技术的英文缩写，英文全称为Mechanical VaporRecompression。是继单效蒸发、多效蒸发、热力蒸汽再压缩(TVR)之后出现的第四代蒸发技术。此技术的核心利用蒸汽压缩机将蒸发室产生的低品位二次蒸汽转化为高品位的二次蒸汽后，可以重新进入蒸发器内替代新鲜蒸汽进行换热，于是除了启动该系统时，需要通入一点蒸汽外，只要产生二次蒸汽，就可关闭新鲜蒸汽的加入，完全利用了二次蒸汽的全部能量。在实际工业运行中将产生带有大量余热的二次蒸汽、浓缩液和蒸汽冷凝水，充分利用将提高整个系统的节能性。同时节点的控制对MVR蒸发系统的稳定性以及蒸发效果有着很大的影响。另外，蒸发器作为产生二次蒸汽的场所，其传热系数的大小也严重影响蒸发效率的高低以及设备投资。因此开发一种新的节能高效的MVR蒸发浓缩系统势在必行。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术中存在的问题与不足，提供一种节能高效的MVR蒸发浓缩系统，该系统可以适用于低压蒸发环境，对系统中的节点进行了自动化控制，能够实现稳定、连续的运行；同时水平管降膜蒸发的传热系数3倍于闪蒸，2倍于竖直管降膜蒸发，实现了蒸发过程的高效率；另外还充分利用系统中二次蒸汽的全部热量，浓缩液、蒸汽冷凝水的余热，可以实现整个系统的节能性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的节能高效的MVR蒸发浓缩系统，包括有通过管道、阀门及相关的泵连接的原料罐、预热装置、水平管降膜蒸发器、丝网除沫器、冷凝液储罐、浓缩液储罐、蒸汽压缩机及真空系统；所述原料罐的底部连接进料泵的进口，并通过多级预热装置与水平管降膜蒸发器的进口相连，在水平管降膜蒸发器的顶部设有丝网除沫器，底部连接浓缩液储罐，浓缩液储罐出口管路上设置有浓度检测仪，对已达浓度要求的浓缩液可通过预热装置对原料液进行预热，未达浓度要求的浓缩液返回到水平管降膜蒸发器中继续浓缩，水平管降膜蒸发器管程连接冷凝液储罐，蒸汽冷凝水通过冷凝液储罐连接预热装置，可预热原料液；该蒸发浓缩系统刚开始运行的热源是来自于外部新鲜蒸汽通入水平管降膜蒸发器的管程，原料液在壳程通过顶部的液体分布器在换热管外壁进行布膜，吸收热量后沸腾汽化产生二次蒸汽通过丝网除沫器的分离纯化后通过出口连接到蒸汽压缩机入口，经过压缩后的高温高压蒸汽重新作为新鲜热源连接到水平管降膜蒸发器的管程，系统稳定运行后便可撤去外部新鲜蒸汽的通入，所述的真空系统包括有水环式真空泵、真空冷凝器、真空冷凝液储罐与循环水罐组成，水平管降膜蒸发器管程中压力及不凝性气体的排出是通过压力变送器与控制阀反馈调节完成。

本发明的节能高效MVR蒸发浓缩系统，其进一步的技术方案是所述的原料罐上安装液位计并与进料管路、清洗管路形成反馈调节，同时在水平管降膜蒸发器的进口处安装电磁流量计控制原料液的进料量，具体的进料量根据水平管降膜蒸发器换热管外的实际布膜情况进行确定；电磁流量计与原料液的进料量形成反馈调节，当未达浓度的料液需要重新进入到水平管降膜蒸发器时，新的原料液进料量需要根据进料总量进行自动控制。

本发明的节能高效MVR蒸发浓缩系统，其进一步的技术方案还可以是所述的原料液在进入水平管降膜蒸发器前需要预热至饱和温度，首先原料液分别与浓缩液和冷凝液在预热装置中进行一级、二级预热，最后通过以外部新鲜蒸汽为热源的预热装置进行三级预热，在原料液进入水平管降膜蒸发器前的管路安装温度传感器与外部新鲜蒸汽管路上的控制阀形成反馈调节。

本发明的节能高效MVR蒸发浓缩系统，其进一步的技术方案还可以是所述的冷凝液储罐、浓缩液储罐上均安装液位传感器并分别于出口管路上的自控阀形成反馈调节。

本发明的节能高效MVR蒸发浓缩系统，其进一步的技术方案还可以是所述的浓缩液储罐的出口管路上安装有浓度传感器，分别与不同的管支路形成并联控制，当浓缩液浓度没有达到预定要求时，开启通往水平管降膜蒸发器进料管路的控制阀；当浓缩液浓度达到预定要求时，开启浓缩液预热原料液管路；完成预热过程的浓缩液进入收集管路。

本发明的节能高效MVR蒸发浓缩系统，其进一步的技术方案还可以是所述的水平管降膜蒸发器蒸汽管路上安装温度传感器与新鲜蒸汽控制阀门形成反馈调节；在顶部二次蒸汽出口处安装温度传感器分别与连接真空系统的自控阀和通往水平管降膜蒸发器管程的新鲜蒸汽自控阀形成反馈调节

本发明的节能高效MVR蒸发浓缩系统，其进一步的技术方案还可以是是所述的蒸汽压缩机出口温度传感器与蒸汽压缩机进口补水的支路阀门反馈调节，根据蒸汽温度的变化调节相应的补水量。

本发明的节能高效MVR蒸发浓缩系统，其进一步的技术方案还可以是所述的循环水罐为水环式真空泵持续提供工作液，真空冷凝器储罐上安装液位传感器与出料管路形成反馈调节。

本发明的节能高效MVR蒸发浓缩系统，其进一步的技术方案还可以是所述的蒸汽压缩机进口与出口之间设置旁路，防止在系统启动过程中，蒸汽压缩机进口处压力过载，造成压缩机损坏。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

①节能高效性：与传统的单效蒸发、多效蒸发相比，MVR蒸发系统完全利用了二次蒸汽的全部热量，大大的减少了新鲜蒸汽的使用量，进而减少了煤炭的消耗量，并且省去了大型的二次蒸汽冷凝器与大量的冷却水，本发明中充分利用了系统中浓缩液、蒸汽冷凝水的余热，让系统中热量的利用率发挥到了极致。

②连续性、稳定性：本发明采用了合理的自控方案，对系统中进料量，进料温度，蒸发温度，浓缩液的浓度，加热蒸汽压力，储罐液位进行了自动化控制，能够持续稳定的进料、出料。

③设备的占地面积小：采用了传热系数较高的水平管降膜蒸发器，同等换热量下，减少了蒸发器的换热面积、设备规模与经济投资。同时料液走换热管外能增大其比表面积，提高换热效率。

④适用于热敏性物料：本发明可以在较低温度下运行，传热温差小。原料液在水平管降膜蒸发器，料液接触时间较短，不影响原料液的物性，因此可以应用于生物、食品、医药等行业。

附图说明

图1为本发明的节能高效MVR蒸发浓缩系统示意图。

图中，，1：原料罐；2、3、4：预热设备；5：浓缩液储罐；6：冷凝液储罐；7：水平管降膜蒸发器；8：丝网除沫器；9：蒸汽压缩机；10：真空冷凝器；11：真空冷凝液储罐；12：循环水罐；13、14、15：输送泵；16：水环式真空泵；17、18、19、20、21、22、23、24、 25、26、27、28：自控阀；29、30、31：温度传感器；32：电磁流量计；33：浓度传感器； 34、35、36、37：液位传感器。

具体实施方式

实施例一

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明的节能高效MVR蒸发浓缩系统，包括通过管道、阀门及相关的泵连接的原料罐1，预热装置2、3、4，水平管降膜蒸发器7，除沫器8，浓缩液储罐5，冷凝液储罐6、蒸汽压缩机9及真空系统10、11、12、16；所述原料罐1的底部通过连接进料泵13的进口，并通过多级预热装置2、3、4与水平管降膜蒸发器7 的进口相连，在水平管降膜蒸发器7的顶部设有除沫器8，底部连接浓缩液储罐5，通过浓度传感器31对已达浓度要求的浓缩液可通过预热装置2对原料液进行一级预热，未达浓度要求的浓缩液混入进料管路，重新进入水平管降膜蒸发器7中蒸发。水平管降膜蒸发器7管程连接冷凝液储罐6，蒸汽冷凝水通过冷凝液储罐6连接预热装置3，可进行原料液的二级预热；本发明的节能高效MVR蒸发浓缩系统刚开始运行的热源是来自于外部新鲜蒸汽通入水平管降膜蒸发器的管程，原料液在壳程通过顶部的液体分布器在换热管外壁进行布膜，吸收热量后沸腾汽化产生二次蒸汽通过除沫器分离提纯后连接到蒸汽压缩机入口，经过压缩后得到的过热蒸汽通过冷却水饱和化处理后重新作为新鲜热源连接到水平管降膜蒸发器的管程，系统稳定运行后便可撤去外部新鲜蒸汽的通入；所述的真空系统包括有水环式真空泵16、真空冷凝器10、真空冷凝水储罐11、循环水罐12，水平管降膜蒸发器管程中压力及不凝性气体的排出是通过压力变送器与控制阀反馈调节完成。

其中所述的原料罐1上安装液位传感器32并与进料管路、清洗系统形成反馈调节，同时在进料管路安装电磁流量计32和控制阀22反馈控制。原料液在进入水平管降膜蒸发器7前需要预热至饱和温度，首先原料液分别与浓缩液和冷凝水在预热装置2、3中进行一级、二级预热，最后通过以外部新鲜蒸汽为热源的预热装置3进行三级预热，在原料液进入水平管降膜蒸发器前的管路中安装温度传感器30与外部新鲜蒸汽管路上的控制阀19形成反馈调节。所述的水平管降膜蒸发器7下端与浓缩液储罐5连接，浓缩液罐5上安装液位传感器与控制阀23反馈调节。所述的浓缩液泵14的出口管路上安装有浓度传感器33，分别与不同的管支路形成并联控制，当浓缩液浓度没有达到预定要求时，开启通往水平管降膜蒸发器进料管路的控制阀21；当浓缩液浓度达到预定要求时，开启浓缩液预热原料液管路的自控阀20；完成预热过程的浓缩液进入收集管路。所述的水平管降膜蒸发器7上二次蒸汽出口处安装有温度传感器29分别与连接真空系统的自控阀27和通往水平管降膜蒸发器7管程的新鲜蒸汽自控阀24形成反馈调节，在蒸发浓缩过程中，当系统的蒸发压力低于设定值时，自动开启通往水平管降膜蒸发器7管程的新鲜蒸汽阀门24增加蒸汽换热量，以便产生更多的二次蒸汽以提高系统的蒸发压力；当系统的蒸发压力高于设定值时，自动开启连接真空系统的自控阀27，少量的二次蒸汽和系统产生的不凝性气体在抽出的同时，系统的蒸发压力也会相应的降低，被抽出的蒸汽经过真空冷凝器10冷凝后，冷凝液集中到真空冷凝液储罐11的底部，不凝性气体则由水环式真空泵16排出系统外。水环式真空泵运行过程中所需要的工作液由循环水罐12持续提供。真空冷凝液储罐11上安装液位传感器37与出口管路上的阀门28反馈调节，当冷凝液超过规定液位时，自动开启自控阀28排出多余的冷凝水。水平管降膜蒸发器7管程中的冷凝液进入冷凝液储罐6并通过凝水泵15打入预热装置对原料进行二级预热，在冷凝液储罐上安装液位传感器36与凝水泵出口的控制阀26反馈调节。所述的蒸汽压缩机9出口处安装温度传感器31与蒸汽压缩机进口补水的支路阀门25反馈调节，根据蒸汽温度的变化调节相应的补水量。当MVR蒸发浓缩系统停止运行需要清洗时，手动开启清洗管路的阀门，并与原料罐1上端的液位传感器进行反馈调节，同时将自控阀20、21、22改为旁路控制。

本发明上述节能高效MVR蒸发浓缩系统的工作过程如下：

原料罐1中的料液经过原料泵进入预热系统，需要外部新鲜蒸汽加热至饱和温度，进料温度由温度传感器28与外部新鲜蒸汽进料自控阀19形成反馈调节，然后进入水平管降膜蒸发器7，经过液体分布器后在换热管外壁布膜，未经浓缩的原料液进入到浓缩液罐5中，液位传感器34与自控阀23形成反馈调节，当浓缩液罐5中的液位达到一定的位置，自控开启自控阀34，原料液进入循环管路，浓度传感器32与自控阀20、21形成反馈调节，由于未达到设定浓度，自动开启自控阀21重新进入到水平管降膜蒸发器7中喷淋布膜，开启外部新鲜蒸汽管路的自控阀24，蒸汽进入到水平管降膜蒸发器7的管程，与管外液膜进行换热蒸发，产生的冷凝液进入冷凝液罐6，液位传感器6与自控阀35形成反馈调节，当冷凝液罐6中的液位达到一定的位置，自控开启自控阀35，冷凝水进入二级预热系统3，进而用于预热原料液所需的减少外部新鲜蒸汽量随之减少，随着蒸发过程的进行，开启自控阀27，水环式真空泵16，将蒸发过程中的不凝性气体排出以及控制蒸发温度，开启阶段需要向循环水罐中加入一定量的自来水用作水环式真空泵的工作液，随着二次蒸汽的产生，开启蒸汽压缩机9，在不超蒸汽压缩机9电流的情况下，缓慢关闭旁路阀门，压缩机出口处的温度传感器与自控阀25形成反馈调节，通过饱和处理的高温高压蒸汽循环进入水平管降膜蒸发器7的管程。外部新鲜蒸汽的补充量根据温度传感器29与自控阀24形成反馈调节，待系统稳定后，该系统即可连续稳定的工作。当完成蒸发浓缩任务，需要对系统进行清洗时，则只需开启清洗管路，即可对设备以及丝网除沫器8进行清洗。

实施应用：

将本发明应用到处理某有机废液，处理量为2t/h，进料浓度为10％，进料温度为30℃，出料浓度要求为30％。预热装置选择板式换热器，蒸汽压缩机选择罗茨式压缩机。具体的实施工艺如下：25℃质量流量为2t/h的有机废液经过三级预热系统加热到76℃，进入水平管降膜蒸发器，维持壳程温度为75℃(对应的蒸汽饱和压强为38.6KPa)，外部新鲜蒸汽的温度为 120℃，压缩机的出口温度为90℃，浓缩液出口处的浓度设定值为30％。在所述的工艺控制条件下，该系统实现了全部自动化控制，能够连续操作，并实现了很好的节能效果。

Claims (9)

1.一种节能高效的MVR蒸发浓缩系统，其特征在于包括有通过管道、阀门及相关的泵连接的原料罐、预热装置、水平管降膜蒸发器、丝网除沫器、冷凝液储罐、浓缩液储罐、蒸汽压缩机及真空系统；所述原料罐的底部连接进料泵的进口，并通过多级预热装置与水平管降膜蒸发器的进口相连，在水平管降膜蒸发器的顶部设有丝网除沫器，底部连接浓缩液储罐，浓缩液储罐出口管路上设置有浓度检测仪，对已达浓度要求的浓缩液可通过预热装置对原料液进行预热，未达浓度要求的浓缩液返回到水平管降膜蒸发器中继续浓缩，水平管降膜蒸发器管程连接冷凝液储罐，蒸汽冷凝水通过冷凝液储罐连接预热装置，可预热原料液；该蒸发浓缩系统刚开始运行的热源是来自于外部新鲜蒸汽通入水平管降膜蒸发器的管程，原料液在壳程通过顶部的液体分布器在换热管外壁进行布膜，吸收热量后沸腾汽化产生二次蒸汽通过丝网除沫器的分离纯化后通过出口连接到蒸汽压缩机入口，经过压缩后的高温高压蒸汽重新作为新鲜热源连接到水平管降膜蒸发器的管程，系统稳定运行后便可撤去外部新鲜蒸汽的通入，所述的真空系统包括有水环式真空泵、真空冷凝器、真空冷凝液储罐与循环水罐组成，水平管降膜蒸发器管程中压力及不凝性气体的排出是通过压力变送器与控制阀反馈调节完成。

2.根据权利要求1所述的节能高效MVR蒸发浓缩系统，其特征在于所述的原料罐上安装液位计并与进料管路、清洗管路形成反馈调节，同时在水平管降膜蒸发器的进口处安装电磁流量计控制原料液的进料量，具体的进料量根据水平管降膜蒸发器换热管外的实际布膜情况进行确定；电磁流量计与原料液的进料量形成反馈调节，当未达浓度的料液需要重新进入到水平管降膜蒸发器时，新的原料液进料量需要根据进料总量进行自动控制。

3.根据权利要求1所述的节能高效MVR蒸发浓缩系统，其特征在于所述的原料液在进入水平管降膜蒸发器前需要预热至饱和温度，首先原料液分别与浓缩液和冷凝液在预热装置中进行一级、二级预热，最后通过以外部新鲜蒸汽为热源的预热装置进行三级预热，在原料液进入水平管降膜蒸发器前的管路安装温度传感器与外部新鲜蒸汽管路上的控制阀形成反馈调节。

4.根据权利要求1所述的节能高效MVR蒸发浓缩系统，其特征在于所述的冷凝液储罐、浓缩液储罐上均安装液位传感器并分别于出口管路上的自控阀形成反馈调节。

5.根据权利要求1所述的节能高效MVR蒸发浓缩系统，其特征在于所述的浓缩液储罐的出口管路上安装有浓度传感器，分别与不同的管支路形成并联控制，当浓缩液浓度没有达到预定要求时，开启通往水平管降膜蒸发器进料管路的控制阀；当浓缩液浓度达到预定要求时，开启浓缩液预热原料液管路；完成预热过程的浓缩液进入收集管路。

6.根据权利要求1所述的节能高效MVR蒸发浓缩系统，其特征在于所述的水平管降膜蒸发器蒸汽管路上安装温度传感器与新鲜蒸汽控制阀门形成反馈调节；在顶部二次蒸汽出口处安装温度传感器分别与连接真空系统的自控阀和通往水平管降膜蒸发器管程的新鲜蒸汽自控阀形成反馈调节。

7.根据权利要求1所述的节能高效MVR蒸发浓缩系统，其特征在于是所述的蒸汽压缩机出口温度传感器与蒸汽压缩机进口补水的支路阀门反馈调节，根据蒸汽温度的变化调节相应的补水量。

8.根据权利要求1所述的节能高效MVR蒸发浓缩系统，其特征在于所述的循环水罐为水环式真空泵持续提供工作液，真空冷凝器储罐上安装液位传感器与出料管路形成反馈调节。

9.根据权利要求1所述的节能高效MVR蒸发浓缩系统，其特征在于所述的蒸汽压缩机进口与出口之间设置旁路，防止在系统启动过程中，蒸汽压缩机进口处压力过载，造成压缩机损坏。