CN109248461A - 连续强制循环闪蒸节能浓缩器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了连续强制循环闪蒸节能浓缩器，包括物料罐及二次换热器，物料罐通过管道与二次换热器相连，二次换热器上设置上法兰、下法兰，上法兰、下法兰间设置换热列管，下法兰与第二蒸发腔室密封连接，第二蒸发腔室通过物料抽取管道与第一蒸发腔室相连，第一蒸发腔室产生二次与第二蒸发腔室产生的三次蒸汽抽取管道与二次换热器相连；第一蒸发腔室通过管道与循环泵相连，循环泵的入口与第一蒸发腔室相连，循环泵的出口与一次换热器其入料口相连，一次换热器结构与二次换热器结构相同；循环泵的入口与第一蒸发腔室下方相连的管道上设置结晶过滤器，二次换热器器壁上连通一根与冷凝器相连的管道，冷凝管其出口通过负压泵与冷却器的冷却管连通。

Description

连续强制循环闪蒸节能浓缩器

技术领域

本发明涉及一种连续强制循环闪蒸节能浓缩器。

背景技术

浓缩器主要用于水溶液及有机溶剂产品的浓缩，尤其适于用在污水处理(高盐废水)或药的中间体合成(固液相分离)或母液COD(化学需氧量)很大的情况(水力甲醇、乙醇含量较高)；现在的双效浓缩器，其不能连续进出料，在二效部分一直在釜内循环，浓缩温差小，我们研发的连续强制循环闪蒸节能浓缩器其直接外部物料连续定量加入，热效率高。一效内的溶剂(蒸发溶液为水溶液时，溶剂为水)部分蒸发为汽态(水蒸汽)，这部分汽态溶剂(水蒸汽)我们叫二次汽或乏汽，该乏汽直接作为二效的间接蒸发介质。一效内经新蒸汽蒸发浓缩后的浓缩液全部进二效，被一效产生的乏汽间接加热蒸发，二效内的溶液再次得到蒸发。但即使是双效浓缩器，无法做到充分利用蒸汽的热能，并且无法连续进料(这种间歇式进料，能耗大；如果采用膜处理，膜的成本高，单位成本变高了)、无法闪蒸，如果能够实现物料进入到浓缩器的加热器内就闪蒸的话则蒸发回收率高、能耗低。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种连续强制循环闪蒸节能浓缩器，实现连续少量进料、间断出料，做到物料已进入加热器内就闪蒸，提高了蒸发回收率、降低能耗，并且充分利用二次蒸汽及三次蒸汽，热效率高、产品浓度高；使用本闪蒸浓缩器，浓缩过程中易析晶、沉淀。

为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种连续强制循环闪蒸节能浓缩器，包括物料罐及竖向设置的二次换热器，物料罐通过管道与二次换热器其上端盖上的入料口相连，二次换热器的上部设置上法兰、二次换热器的下部设置下法兰，上法兰、下法兰之间固定设置换热列管，上法兰、下法兰上设置与换热列管相通的通孔，二次换热器其上端盖与上法兰密封连接、下法兰与二次换热器下方的第二蒸发腔室密封连接，第二蒸发腔室通过物料抽取管道与第一蒸发腔室相连，第一蒸发腔室通过二次与三次蒸汽抽取管道与二次换热器相连，二次与三次蒸汽抽取管道穿过二次换热器其上法兰、下法兰之间的换热器器壁并与换热列管外的空间相连通；第一蒸发腔室下方通过管道与循环泵相连，第一蒸发腔室上方与一次换热器的下法兰密封连接，一次换热器竖向设置，循环泵的入口与第一蒸发腔室下方相连，循环泵的出口通过管道与一次换热器其上端盖上的入料口相连，一次换热器的上部设置上法兰、一次换热器的下部设置下法兰，上法兰、下法兰之间固定设置换热列管，上法兰、下法兰上设置与换热列管相通的通孔，一次换热器其上端盖与上法兰密封连接；循环泵的入口与第一蒸发腔室下方相连的管道上设置第一结晶过滤器，管道上位于第一结晶过滤器入口、出口处分别设置阀门，二次换热器其下部器壁上连通一根与冷凝器相连的管道，此管道与冷凝器中的冷凝管相连通，冷凝管其出口通过负压泵与冷却器的冷却管相连通，冷却管的出口与第一蒸发液收集罐相连；一次换热器其上部器壁上设有与锅炉相连的一次蒸汽管道，一次蒸汽管道将锅炉的一次蒸汽通入一次换热器内并与一次换热器其换热列管外的空间相连通，一次换热器其下部器壁上设有一次蒸汽回收凝水管道，一次蒸汽回收凝水管道与锅炉相连；物料罐与二次换热器其上端盖上入料口相连的管道上沿进料方向还依次设置控制阀与流量计。当然，二次换热器其入料口也可以设置在物料罐下部，物料罐通过管道与二次换热器其下部的入料口相连(也即下方进物料，上方与第二蒸发腔室相连也可)；这样设置后整个浓缩器内除了二次换热器是管内空间、管外与壳(指换热器器壁)内空间均为负压，其他均为管层负压，壳层正压(比如冷凝器也是冷凝管外与冷凝器器壁内空间为正压，而冷凝管内为负压)，这样在第二蒸发腔室形成的三次蒸汽以及在第一蒸发腔室形成的二次蒸汽均能再流入二次换热器中(进入二次换热器其管外与壳内空间)得以利用，热能利用充分，大大降低能耗；并且由于控制阀(流量阀)与流量计的设置，使得进料(负压系统，所以只要流量阀打开一点就能自动进料)能够连续少量，这样少量的物料进入到二次换热器中一下子就蒸发，实现闪蒸，蒸发速度快、蒸发更彻底，而且一改以往的传统思路，物料先进入温度不算高的二次换热器，然后再进入一次换热器，使其蒸发相当彻底，并且热能利用极其充分。

进一步的技术方案是，第二蒸发腔室上还设有与二次与三次蒸汽抽取管道相连通的三次蒸汽输出管道，三次蒸汽输出管道的一端与第二蒸发腔室相连、另一端与二次与三次蒸汽抽取管道相连通。这样在物料先进入二次换热器后蒸发的蒸汽能够由于负压又进入到二次与三次蒸汽抽取管道内继续进入二次换热器中得以利用，热能利用很彻底，节能效果显著。

进一步的技术方案是，物料罐与二次换热器其上端盖上入料口相连的管道上沿进料方向位于流量计后还设有预热器，预热器包括外壳及外壳内的盘管，盘管的进料口与流量计的出口相连，盘管的出料口通过管道与二次换热器其上端盖上的入料口相连，预热器外壳上部与一次蒸汽回收凝水管道相连，预热器外壳下部与锅炉相连。这样设置能够利用锅炉的一次蒸汽，在一次蒸汽通过一次换热器后往往还有一些热量，并且其中夹杂着一些冷凝水，而这部分冷凝水的温度也往往比物料的温度高，这样设置预热器还能利用一次蒸汽的余热，结合前述其他设置节能效果相当大。

进一步的技术方案为，循环泵的入口与第一蒸发腔室下方相连的管道上还设置分支管道，分支管道的一端与循环泵的入口相连、另一端与第一蒸发腔室下方相连，分支管道上设置第二结晶过滤器，分支管道上位于第二结晶过滤器入口、出口处分别设置阀门。通过两个结晶过滤器的设置可以实现不停机，当一个结晶过滤器中结晶满了后其两端的阀门关闭，另一个结晶过滤器两端的阀门开启，这样无需停机一直在浓缩，将满的结晶过滤器中的结晶体倒出后即可重复这种过程。

进一步的技术方案为，冷却管出口与第一蒸发液收集罐相连的管道上还设置分支管，分支管的一端与前述管道相连通、另一端与第二蒸发液收集罐相连。两个蒸发液收集罐的设置让其中一个作为备用，当一个蒸发液收集罐收集满后使用另一个蒸发液收集罐，可以减少由于更换蒸发液收集罐而导致的停机。

进一步的技术方案为，与二次换热器其上端盖上的入料口处设置喷淋分水管，二次换热器的上法兰上设置多孔烧结板；与一次换热器其上端盖上的入料口处设置喷淋分水管，一次换热器的上法兰上设置多孔烧结板。喷淋分水管的设置使得进入换热器中的物料尽可能分散，加强物料后续与换热器列管充分接触，多孔烧结板的设置则是进一步分散物料，使得液体物料尽可能接触多个换热列管，加强闪蒸效果。

循环浓缩过程如下：首先开启负压泵，物料经流量控制阀、流量计、二次换热器换热列管加入进入第二蒸发腔室到、第一蒸发腔室，少量满足强制循环泵循环即可，关闭进料阀。开强制循环泵，一次换热器加热，物料到一定温度，开启流量控制阀，二次换热器连续、定量进料，蒸发出的蒸汽经、二次换热器、冷凝器、冷却器到收集罐收集，)根据第一蒸发腔室内的液面，调整控制阀(即流量阀)的开度，保证第一蒸发腔室内始终有液体，避免干烧。

由于浓缩器整体内是负压，因此进入二次换热器的换热列管内与二次换热器换热后物料进入第二蒸发腔室(在这个过程中还产生了由于物料换热蒸发而产生的三次蒸汽，这部分蒸汽通过三次蒸汽输出管道流入二次与三次蒸汽汇流如二次蒸汽管道)，进入第二蒸发腔室的物料由于位差作用迅速流向第一蒸发腔室，物料由于循环泵的作用流向第一过滤器后剩下的液体向一次换热器的入料口流去，然后经过一次换热器的换热列管后又流入到第一蒸发腔室内，在这个过程中，物料由于换热蒸发产生的二次蒸汽以及之前产生的三次蒸汽由于负压作用一起通过二次与三次蒸汽抽取管道进入到二次换热器中再利用，并且由于冷凝器处负压的作用，使得回收利用后的蒸汽被吸入冷凝器中以对蒸汽中有机溶剂的回收，当第一蒸发液收集罐收集满后则使用第二蒸发液收集罐继续收集，无需停机，当第一过滤器中结晶体满后关闭其两端的阀门且同时打开第二过滤器两端的阀门继续循环浓缩；连续进料结束后，关闭控制阀(即流量阀)，循环泵继续工作对第一蒸发腔室及第二蒸发腔室内的浓缩液二次加热继续工作。

本发明的优点和有益效果在于：实现连续少量进料、间断出料，做到物料已进入加热器内就闪蒸，提高了蒸发回收率、降低能耗，并且充分利用二次蒸汽及三次蒸汽，热效率高、产品浓度高。整个浓缩器内除了二次换热器是管内空间、管外与壳(指换热器器壁)内空间均为负压，其他均为管层负压，壳层正压(比如冷凝器也是冷凝管外与冷凝器器壁内空间为正压，而冷凝管内为负压)，这样在第二蒸发腔室形成的三次蒸汽以及在第一蒸发腔室形成的二次蒸汽均能再流入二次换热器中(进入二次换热器其管外与壳内空间)得以利用，热能利用充分，大大降低能耗；并且由于控制阀(流量阀)与流量计的设置，使得进料(负压系统，所以只要流量阀打开一点就能自动进料)能够连续少量，这样少量的物料进入到二次换热器中一下子就蒸发，实现闪蒸，蒸发速度快、蒸发更彻底，而且一改以往的传统思路，物料先进入温度不算高的二次换热器，然后再进入一次换热器，使其蒸发相当彻底，并且热能利用极其充分。在物料先进入二次换热器后蒸发的蒸汽能够由于负压又进入到二次与三次蒸汽抽取管道内继续进入二次换热器中得以利用，热能利用很彻底，节能效果显著。能够利用锅炉的一次蒸汽，在一次蒸汽通过一次换热器后往往还有一些热量，并且其中夹杂着一些冷凝水，而这部分冷凝水的温度也往往比物料的温度高，这样设置预热器还能利用一次蒸汽的余热，结合前述其他设置节能效果相当大。通过两个结晶过滤器的设置可以实现不停机，当一个结晶过滤器中结晶满了后其两端的阀门关闭，另一个结晶过滤器两端的阀门开启，这样无需停机一直在浓缩，将满的结晶过滤器中的结晶体倒出后即可重复这种过程。两个蒸发液收集罐的设置让其中一个作为备用，当一个蒸发液收集罐收集满后使用另一个蒸发液收集罐，可以减少由于更换蒸发液收集罐而导致的停机。喷淋分水管的设置使得进入换热器中的物料尽可能分散，加强物料后续与换热器列管充分接触，多孔烧结板的设置则是进一步分散物料，使得液体物料尽可能接触多个换热列管，加强闪蒸效果。甚至本浓缩器可以针对有结晶水的物质的分离(一般有结晶水的如六水氯化镁、六水氯化铝通过本浓缩器后高温下能够去除结晶水，而一般六水氯化镁、六水氯化铝通过高温炉都无法去除结晶水)。并且使用本闪蒸浓缩器，浓缩过程中易析晶、沉淀。

附图说明

图1是本发明一种连续强制循环闪蒸节能浓缩器的示意图；

图2是图1中上端盖部分的放大示意图。

图中：1、物料罐；2、二次换热器；3、上端盖；4、入料口；5、上法兰；6、下法兰；7、换热列管；8、第二蒸发腔室；9、串联管道；10、第一蒸发腔室；11、二次与三次蒸汽汇流管道；12、循环泵；13、一次换热器；14、第一结晶过滤器；15、阀门；16、冷凝器；17、负压泵；18、冷却器；19、第一蒸发液收集罐；20、一次蒸汽管道；21、一次蒸汽回收凝水管道；22、控制阀；23、流量计；24、三次蒸汽输出管道；25、预热器；26、盘管；27、外壳；28、锅炉；29、分支管道；30、第二结晶过滤器；31、分支管；32、第二蒸发液收集罐；33、多孔烧结板；34、二次蒸汽输出管道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1、图2所示，本发明是一种连续强制循环闪蒸节能浓缩器，包括物料罐1及竖向设置的二次换热器2，物料罐1通过管道与二次换热器2其上端盖3上的入料口4相连，二次换热器2的上部设置上法兰5、二次换热器2的下部设置下法兰6，上法兰5、下法兰6之间固定设置换热列管7，上法兰5、下法兰6上设置与换热列管7相通的通孔，二次换热器2其上端盖3与上法兰5密封连接、下法兰6与二次换热器2下方的第二蒸发腔室8密封连接，第二蒸发腔室8通过物料抽取管道9与第一蒸发腔室10相连，第一蒸发腔室10通过二次与三次蒸汽抽取管道11与二次换热器2相连，二次与三次蒸汽抽取管道11穿过二次换热器2其上法兰5、下法兰6之间的换热器器壁并与换热列管7外的空间相连通；第一蒸发腔室10下方通过管道与循环泵12相连，第一蒸发腔室10上方与一次换热器13的下法兰6密封连接，一次换热器13竖向设置，循环泵12的入口与第一蒸发腔室10下方相连，循环泵12的出口通过管道与一次换热器13其上端盖3上的入料口4相连，一次换热器13的上部设置上法兰5、一次换热器13的下部设置下法兰6，上法兰5、下法兰6之间固定设置换热列管7，上法兰5、下法兰6上设置与换热列管7相通的通孔，一次换热器13其上端盖3与上法兰5密封连接；循环泵12的入口与第一蒸发腔室10下方相连的管道上设置第一结晶过滤器14，管道上位于第一结晶过滤器14入口、出口处分别设置阀门15，二次换热器2其下部器壁上连通一根与冷凝器16相连的管道，此管道与冷凝器16中的冷凝管相连通，冷凝管其出口通过负压泵17与冷却器18的冷却管相连通，冷却管的出口与第一蒸发液收集罐19相连；一次换热器13其上部器壁上设有与锅炉28相连的一次蒸汽管道20，一次蒸汽管道20将锅炉28的一次蒸汽通入一次换热器13内并与一次换热器13其换热列管7外的空间相连通，一次换热器13其下部器壁上设有一次蒸汽回收凝水管道21，一次蒸汽回收凝水管道21与锅炉28相连；物料罐1与二次换热器2其上端盖3上入料口4相连的管道上沿进料方向还依次设置控制阀22与流量计23。第二蒸发腔室8上还设有与二次与三次蒸汽抽取管道11相连通的三次蒸汽输出管道24，三次蒸汽输出管道24的一端与第二蒸发腔室8相连、另一端与二次与三次蒸汽抽取管道11相连通。物料罐1与二次换热器2其上端盖3上入料口4相连的管道上沿进料方向位于流量计23后还设有预热器25，预热器25包括外壳27及外壳27内的盘管26，盘管26的进料口与流量计23的出口相连，盘管26的出料口通过管道与二次换热器2其上端盖3上的入料口4相连，预热器25外壳27上部与一次蒸汽回收凝水管道21相连，预热器25外壳27下部与锅炉28相连。循环泵12的入口与第一蒸发腔室10下方相连的管道上还设置分支管道29，分支管道29的一端与循环泵12的入口相连、另一端与第一蒸发腔室10下方相连，分支管道29上设置第二结晶过滤器30，分支管道29上位于第二结晶过滤器30入口、出口处分别设置阀门15。冷却管出口与第一蒸发液收集罐19相连的管道上还设置分支管31，分支管31的一端与前述管道相连通、另一端与第二蒸发液收集罐32相连。与二次换热器2其上端盖3上的入料口4处设置喷淋分水管，二次换热器2的上法兰5上设置多孔烧结板33；与一次换热器13其上端盖3上的入料口4处设置喷淋分水管，一次换热器13的上法兰5上设置多孔烧结板33。

采用本方案进行实验，采用蒸发介质配的溶液，实验水温25℃，真空度-0.08，蒸发回收率最终能达到95％，能耗为每蒸发1kg，蒸汽耗量为0.6kg，相比于单效浓缩器，能够节能25％，相比于双效浓缩器，能够节能10％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.连续强制循环闪蒸节能浓缩器，其特征在于，包括物料罐及竖向设置的二次换热器，物料罐通过管道与二次换热器其上端盖上的入料口相连，二次换热器的上部设置上法兰、二次换热器的下部设置下法兰，上法兰、下法兰之间固定设置换热列管，上法兰、下法兰上设置与换热列管相通的通孔，二次换热器其上端盖与上法兰密封连接、下法兰与二次换热器下方的第二蒸发腔室密封连接，第二蒸发腔室通过物料抽取管道与第一蒸发腔室相连，第一蒸发腔室通过二次与三次蒸汽抽取管道与二次换热器相连，二次与三次蒸汽抽取管道穿过二次换热器其上法兰、下法兰之间的换热器器壁并与换热列管外的空间相连通；第一蒸发腔室下方通过管道与循环泵相连，第一蒸发腔室上方与一次换热器的下法兰密封连接，一次换热器竖向设置，循环泵的入口与第一蒸发腔室下方相连，循环泵的出口通过管道与一次换热器其上端盖上的入料口相连，一次换热器的上部设置上法兰、一次换热器的下部设置下法兰，上法兰、下法兰之间固定设置换热列管，上法兰、下法兰上设置与换热列管相通的通孔，一次换热器其上端盖与上法兰密封连接；循环泵的入口与第一蒸发腔室下方相连的管道上设置第一结晶过滤器，管道上位于第一结晶过滤器入口、出口处分别设置阀门，二次换热器其下部器壁上连通一根与冷凝器相连的管道，此管道与冷凝器中的冷凝管相连通，冷凝管其出口通过负压泵与冷却器的冷却管相连通，冷却管的出口与第一蒸发液收集罐相连；一次换热器其上部器壁上设有与锅炉相连的一次蒸汽管道，一次蒸汽管道将锅炉的一次蒸汽通入一次换热器内并与一次换热器其换热列管外的空间相连通，一次换热器其下部器壁上设有一次蒸汽回收凝水管道，一次蒸汽回收凝水管道与锅炉相连；物料罐与二次换热器其上端盖上入料口相连的管道上沿进料方向还依次设置控制阀与流量计。

2.根据权利要求1所述的连续强制循环闪蒸节能浓缩器，其特征在于，所述第二蒸发腔室上还设有与二次与三次蒸汽抽取管道相连通的三次蒸汽输出管道，三次蒸汽输出管道的一端与第二蒸发腔室相连、另一端与二次与三次蒸汽抽取管道相连通。

3.根据权利要求2所述的连续强制循环闪蒸节能浓缩器，其特征在于，物料罐与二次换热器其上端盖上入料口相连的管道上沿进料方向位于流量计后还设有预热器，预热器包括外壳及外壳内的盘管，盘管的进料口与流量计的出口相连，盘管的出料口通过管道与二次换热器其上端盖上的入料口相连，预热器外壳上部与一次蒸汽回收凝水管道相连，预热器外壳下部与锅炉相连。

4.根据权利要求3所述的连续强制循环闪蒸节能浓缩器，其特征在于，所述循环泵的入口与第一蒸发腔室下方相连的管道上还设置分支管道，分支管道的一端与循环泵的入口相连、另一端与第一蒸发腔室下方相连，分支管道上设置第二结晶过滤器，分支管道上位于第二结晶过滤器入口、出口处分别设置阀门。

5.根据权利要求4所述的连续强制循环闪蒸节能浓缩器，其特征在于，所述冷却管出口与第一蒸发液收集罐相连的管道上还设置分支管，分支管的一端与前述管道相连通、另一端与第二蒸发液收集罐相连。

6.根据权利要求5所述的连续强制循环闪蒸节能浓缩器，其特征在于，与二次换热器其上端盖上的入料口处设置喷淋分水管，二次换热器的上法兰上设置多孔烧结板；与一次换热器其上端盖上的入料口处设置喷淋分水管，一次换热器的上法兰上设置多孔烧结板。