CN112079376A - 硫酸锌蒸发结晶干燥设备及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及硫酸锌蒸发结晶干燥设备及其工艺，该设备包括顺次连接的原液预热单元、蒸发结晶单元、增稠单元、过滤分离单元和干燥单元，还包括控制单元。设备将硫酸锌溶液依次通过原液预热单元、蒸发结晶单元、增稠单元、过滤分离单元和干燥单元各工段自动化处理，直接将硫酸锌溶液蒸发结晶制备为了硫酸锌，是一种自动化程度高的生产设备，生产效率高，且设备结构简单，占地面积小，投资成本低，是一种低能耗、环保型生产设备。还公开了蒸发结晶工艺，硫酸锌溶液通过预热后蒸发浓缩，结晶得到一水产物，对产物过滤分离，对结晶盐进行干燥得到产物，该工艺步骤简单、能源消耗低、生产成本低廉，进一步降低了能源的消耗。

Description

硫酸锌蒸发结晶干燥设备及其工艺

技术领域

本发明涉及硫酸锌生产技术领域，更具体地说是指硫酸锌蒸发结晶干燥设备及其工艺。

背景技术

纯硫酸锌是无色或白色结晶、颗粒或粉末，别名皓矾，无气味，味涩。其是一种重要的无机化工产品，用途十分广泛，在工业上，是制造锌钡白和锌盐的主要原料，也可用作印染媒染剂，木材和皮革的保存剂，循环冷却水的稳定剂，也是生产粘胶纤维和维尼纶纤维的重要辅助原料。另外，在电镀和电解工业中也有应用，还可以用于制造电缆。医药上，口服硫酸锌可纠正锌缺乏，恢复酶系统的功能。锌离子能沉淀蛋白质，外用有收敛防腐作用，且能帮助肉芽组织形成。药用硫酸锌适用于治疗由于锌缺乏引起的肠病性肢端皮炎、口疮、慢性溃疡、结膜炎等。硫酸锌在饲料中可作为锌元素增补剂。农业上可用于防止果树苗圃的病害，也是一种补充作物锌微量元素肥的常用肥料，可做基肥，叶面肥等。

目前硫酸锌通常采用蒸发浓缩结晶的工艺制备，传统的蒸发结晶工艺中，蒸发工序多采用单效或多效蒸发进行，其中，单效蒸发的二次蒸汽或多效蒸发的最后一级蒸汽可直接被真空泵转移到系统外的冷却水中，这样还需配套建设冷却水循环降温系统，且需消耗蒸汽以维持蒸发的温度，存在能耗、设备投入成本高、生产效率低的问题，且一水硫酸锌存在在空气中极易潮解的问题。

因此，有必要设计一种新的设备，实现能耗低、设备投入小、生产效率高地蒸发结晶干燥硫酸锌。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供硫酸锌蒸发结晶干燥设备及其工艺。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：硫酸锌蒸发结晶干燥设备，包括顺次连接的原液预热单元、蒸发结晶单元、增稠单元、过滤分离单元以及干燥单元，还包括控制单元，所述控制单元分别与所述原液预热单元、蒸发结晶单元、增稠单元、过滤分离单元以及干燥单元连接。

其进一步技术方案为：所述原液预热单元包括通过管路顺次连接的原液罐、蒸馏水预热器以及鲜蒸汽预热器，所述原液罐与所述蒸馏水预热器通过进料泵连接，所述蒸馏水预热器通过蒸馏水泵连接有蒸馏水罐。

其进一步技术方案为：所述蒸发结晶单元包括通过管路顺次连接的气液分离器以及强制循环换热器，所述气液分离器与所述鲜蒸汽预热器通过管路连通，所述气液分离器通过管路连接有二次分离器。

其进一步技术方案为：所述增稠单元包括稠厚器，所述稠厚器通过一出料泵与所述气液分离器连接。

其进一步技术方案为：所述过滤分离单元包括活塞推料离心机，所述稠厚器与所述活塞推料离心机连接，所述活塞推料离心机通过管路连接有母液罐。

其进一步技术方案为：所述干燥单元包括回转窑干燥机，所述回转窑干燥机通过输送机与所述活塞推料离心机连接。

其进一步技术方案为：所述强制循环换热器以及所述气液分离器之间连接有强制循环泵。

其进一步技术方案为：所述二次分离器通过管路连接有一蒸汽压缩机，所述蒸汽压缩机与所述强制循环换热器连接，所述蒸汽压缩机连接有一积液罐，所述积液罐通过积液泵与所述蒸馏水罐连接。

其进一步技术方案为：所述稠厚器与所述气液分离器通过出料泵连接。

本发明还提供了一种利用上述的硫酸锌蒸发结晶干燥设备进行蒸发结晶干燥的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1、原液预热，将硫酸锌溶液通过原液预热单元升温至蒸发温度；

S2、蒸发结晶，预热后的硫酸锌溶液进入蒸发结晶单元，升温升压后闪蒸浓缩，得到含有一水硫酸锌结晶的过饱和溶液和二次蒸汽；

S3、结晶增稠，蒸发浓缩后的一水硫酸锌结晶的过饱和溶液经过增稠单元进行增稠处理；

S4、过滤分离，增稠后的含有一水硫酸锌结晶的过饱和溶液通过过滤分离单元离心分离，得到滤液以及一水硫酸锌晶体，所述滤液返回至蒸发结晶单元再次蒸发浓缩；

S5、结晶干燥，离心所得的一水硫酸锌晶体通过干燥单元进行干燥，以得到硫酸锌产品。

明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明所述的硫酸锌蒸发结晶干燥设备，将硫酸锌原液依次通过原液预热单元、蒸发结晶单元、增稠单元、过滤分离单元和干燥单元各工段自动化处理，直接将硫酸锌溶液蒸发结晶干燥制备为硫酸锌，是一种自动化程度高的生产设备，生产效率高，且设备结构简单，占地面积小，投资成本低，对环境无破坏，是一种低能耗、环保型生产设备。

(2)本发明所述的蒸发结晶干燥工艺，硫酸锌溶液通过预热后蒸发结晶得到一水产物，最后对产物过滤分离干燥得到最终产物，该工艺步骤简单、能源消耗低、生产成本低廉，与常规工艺相比，是一种MVR蒸发技术，进一步降低了能源的消耗，是一种节能环保的生产工艺。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例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为本发明具体实施例提供的硫酸锌蒸发结晶干燥设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

如图1所示的具体实施例，本实施例提供的硫酸锌蒸发结晶干燥设备可以运用在硫酸锌溶液制得硫酸锌晶体的场景中。硫酸锌蒸发结晶干燥设备是一种利用MVR(蒸汽机械再压缩技术，mechanical vapor recompression)技术和回转窑21干燥技术结合的方式直接将硫酸锌溶液制得硫酸锌晶体的设备。

请参阅图1，上述的硫酸锌蒸发结晶干燥设备，包括顺次连接的原液预热单元、蒸发结晶单元、增稠单元、过滤分离单元以及干燥单元，还包括控制单元，控制单元分别与原液预热单元、蒸发结晶单元、增稠单元、过滤分离单元以及干燥单元连接。

在本实施例中，所述控制单元为PLC，所述控制单元用于控制原液预热单元、蒸发结晶单元、增稠单元、过滤分离单元和干燥单元自动化加工过程，所有输入、输出信号均可由安装有PLC控制软件的计算机完成。

具体地，上述的原液预热单元包括通过管路顺次连接的原液罐1、蒸馏水预热器3以及鲜蒸汽预热器15，原液罐1与蒸馏水预热器3通过进料泵2连接，蒸馏水预热器3通过蒸馏水泵4连接有蒸馏水罐5。

所述原液罐1内盛装有硫酸锌溶液，所述进料泵2将原液罐1内的硫酸锌溶液依次泵入蒸馏水预热器3和鲜蒸汽预热器15，与蒸馏水预热器3内的蒸馏水、鲜蒸汽预热器15内的鲜蒸汽进行换热。其中，鲜蒸汽预热器15与所述蒸发结晶单元连接，所述鲜蒸汽预热器15还通过管路连接有一不凝气冷凝器14，所述不凝气冷凝器14连接有一真空泵13。

在一实施例中，请参阅图1，上述的蒸发结晶单元包括通过管路顺次连接的气液分离器18以及强制循环换热器8，气液分离器18与鲜蒸汽预热器15通过管路连通，气液分离器18通过管路连接有二次分离器17。

经鲜蒸汽预热器15中的鲜蒸汽预热后的硫酸钴进入气液分离器18进行闪蒸浓缩，所述二次分离器17通过管路连接有一蒸汽压缩机16，所述蒸汽压缩机16同时与强制循环换热器8连接。

进一步地，所述蒸汽压缩机16还连接有一积液罐7，所述积液罐7连接有积液泵6。

在一实施例中，请参阅图1，上述的增稠单元包括稠厚器20，稠厚器20通过一出料泵19与气液分离器18连接，所述稠厚器20用于增加浓缩液中一水硫酸锌结晶含量占比。

在一实施例中，请参阅图1，上述的过滤分离单元包括活塞推料离心机12，稠厚器20与活塞推料离心机12连接，活塞推料离心机12通过管路连接有母液罐11。母液罐11用于存储由活塞推料离心机12过滤而得的滤液。

具体地，所述活塞推料离心机12内具有活塞推送器，稠厚器20内的含结晶母液进入所述活塞推料离心机12后，沿活塞推料离心机12的锥形进料斗的内壁流至活塞推料离心机12的转鼓的滤网上，滤液穿过滤网经滤液出口连续排出，积于滤网内面上的滤渣则被往复运动的活塞推送器沿转鼓内壁面推出。所述滤液储存于母液罐11中，通过母液泵10连接于所述强制循环泵9入口再次蒸发浓缩结晶。

在一实施例中，上述的干燥单元包括回转窑干燥机21，回转窑干燥机21通过输送机与活塞推料离心机12连接。

所述回转窑干燥机21对所述活塞推料离心机12离心分离而得的结晶进行干燥，得到最终产品。

在一实施例中，请参阅图1，上述的强制循环换热器8以及气液分离器18之间连接有强制循环泵9。

所述强制循环换热器8底部连接强制循环泵9，所述强制循环泵9通过管路与气液分离器18连接，用于将气液分离器18内产生的浓缩液泵入强制循环换热器8中循环浓缩。

具体地，二次分离器17通过管路连接有一蒸汽压缩机16，蒸汽压缩机16与强制循环换热器8连接，蒸汽压缩机16连接有一积液罐7，积液罐7通过积液泵6与蒸馏水罐5连接。

在本实施例中，稠厚器20与气液分离器18通过出料泵19连接。

上述的硫酸锌蒸发结晶干燥设备，将硫酸锌原液依次通过原液预热单元、蒸发结晶单元、增稠单元、过滤分离单元和干燥单元各工段自动化处理，直接将硫酸锌溶液蒸发结晶干燥制备为硫酸锌，是一种自动化程度高的生产设备，生产效率高，且设备结构简单，占地面积小，投资成本低，对环境无破坏，是一种低能耗、环保型生产设备。

在一实施例中，还提供一种利用上述的硫酸锌蒸发结晶干燥设备进行蒸发结晶干燥的工艺，其包括如下步骤：

S1、原液预热，将硫酸锌溶液通过原液预热单元升温至蒸发温度。

具体地，储存于原液罐1内的硫酸锌原液由进料泵2依次打入蒸馏水预热器3和鲜蒸汽预热器15，依次与各预热器中的蒸馏水和鲜蒸汽进行换热，达到硫酸锌溶液的蒸发温度100℃，所述蒸馏水为蒸馏水罐5内的蒸馏水经蒸发得到的二次蒸汽冷凝水，所述鲜蒸汽为压力0.1MpaG，温度120℃的饱和蒸汽。

S2、蒸发结晶，预热后的硫酸锌溶液进入蒸发结晶单元，升温升压后闪蒸浓缩，得到含有一水硫酸锌结晶的过饱和溶液和二次蒸汽。

具体地，预热后的硫酸锌溶液进入气液分离器18内，并在强制循环泵9的作用下进入强制循环换热器8内升温升压，而后再进入气液分离器18内进行闪蒸浓缩，气液分离后的浓缩液在强制循环泵9和重力的作用下再次进入强制循环换热器8，升温后再次进入气液分离器18进行浓缩闪蒸，上述过程循环进行，所述气液分离器18内提供70.1KPa的微负压。气液分离后得到的温度为90℃、压力为70.1KPa的二次蒸汽，在气液分离器18的顶部经除沫处理后进入二次分离器17，二次蒸汽经进一步气液分离后进入蒸汽压缩机16，压缩后得到温度为108℃、压力为133.9KPa的高温高压蒸汽，高温高压蒸汽回用至强制循环换热器8加热物料，该高温高压蒸汽在加热物料过程中，冷凝成水流至蒸馏水罐5，并由蒸馏水泵4送入蒸馏水预热器3与原料液换热，降温至33℃后排出系统。蒸汽压缩机16连接有二次蒸汽大管道，开机过程中大管道中残留的冷凝积液流至积液罐7，并由积液泵6送入蒸馏水罐5，通过蒸馏水泵4送出系统。

S3、结晶增稠，蒸发浓缩后的一水硫酸锌结晶的过饱和溶液经过增稠单元进行增稠处理。

具体地，气液分离器18内硫酸锌溶液通过不断蒸发浓缩得到的含有一水硫酸锌结晶的过饱和溶液由出料泵19输送至稠厚器20，含有一水硫酸锌结晶的过饱和溶液在稠厚器20结晶自然沉降至稠厚器20底部增加过饱和溶液中结晶的占比。

S4、过滤分离，增稠后的含有一水硫酸锌结晶的过饱和溶液通过过滤分离单元离心分离，得到滤液以及一水硫酸锌晶体，滤液返回至蒸发结晶单元再次蒸发浓缩。

具体地，增稠后的硫酸锌晶浆通过过滤分离单元进行离心分离，得到滤液和一水硫酸锌晶体，所述滤液返回至蒸发浓缩系统再次蒸发浓缩，含有一水硫酸锌晶体的过饱和母液的溶液通过管路进入活塞推料离心机12中，沿活塞推料离心机12的锥形进料斗的内壁流至转鼓的滤网上，滤液穿过滤网经滤液出口连续排出，积于滤网内面上的滤渣则被往复运动的活塞推送器沿转鼓内壁面推出，由此分离开一水硫酸锌晶体与其过饱和母液。过饱和母液由活塞推料离心机12滤液出口流出，通过管路流入连接的母液罐11中，然后通过母液泵10输送至连接的强制循环泵9入口。

S5、结晶干燥，离心所得的一水硫酸锌晶体通过干燥单元进行干燥，以得到硫酸锌产品。

具体地，离心所得一水硫酸锌晶体经输送机送至回转窑21进行干燥，回转窑21的干燥温度为350℃，干燥完成后冷却的产品送出系统。

硫酸锌蒸发结晶干燥设备的处理量情况及运行能耗情况，结果如表1所示：

表1.硫酸锌蒸发结晶干燥设备的处理量情况及运行能耗情况

序号	项目	数值	单位
				1	处理水量	8	t/h
2	蒸发水量	6.72	t/h
				3	进料硫酸锌含量	16	Wt/％
4	硫酸锌产品量	1.28	t/h
				5	电耗	361	kw.h
6	蒸汽消量	0.35	t/h
				7	循环水消量	35	m<sup>3</sup>/h
8	天然气消量	50	Nm<sup>3</sup>/h

上述测试结果表明，所述的蒸发结晶设备具有能耗低、产量高、工艺简单、设备数量少、建设投资少的优势。

上述的工艺中，硫酸锌溶液通过预热后蒸发结晶得到一水产物，最后对产物过滤分离干燥得到最终产物，该工艺步骤简单、能源消耗低、生产成本低廉，与常规工艺相比，是一种MVR蒸发技术，进一步降低了能源的消耗，是一种节能环保的生产工艺。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.硫酸锌蒸发结晶干燥设备，其特征在于，包括顺次连接的原液预热单元、蒸发结晶单元、增稠单元、过滤分离单元以及干燥单元，还包括控制单元，所述控制单元分别与所述原液预热单元、蒸发结晶单元、增稠单元、过滤分离单元以及干燥单元连接。

2.根据权利要求1所述的硫酸锌蒸发结晶干燥设备，其特征在于，所述原液预热单元包括通过管路顺次连接的原液罐、蒸馏水预热器以及鲜蒸汽预热器，所述原液罐与所述蒸馏水预热器通过进料泵连接，所述蒸馏水预热器通过蒸馏水泵连接有蒸馏水罐。

3.根据权利要求2所述的硫酸锌蒸发结晶干燥设备，其特征在于，所述蒸发结晶单元包括通过管路顺次连接的气液分离器以及强制循环换热器，所述气液分离器与所述鲜蒸汽预热器通过管路连通，所述气液分离器通过管路连接有二次分离器。

4.根据权利要求3所述的硫酸锌蒸发结晶干燥设备，其特征在于，所述增稠单元包括稠厚器，所述稠厚器通过一出料泵与所述气液分离器连接。

5.根据权利要求4所述的硫酸锌蒸发结晶干燥设备，其特征在于，所述过滤分离单元包括活塞推料离心机，所述稠厚器与所述活塞推料离心机连接，所述活塞推料离心机通过管路连接有母液罐。

6.根据权利要求5所述的硫酸锌蒸发结晶干燥设备，其特征在于，所述干燥单元包括回转窑干燥机，所述回转窑干燥机通过输送机与所述活塞推料离心机连接。

7.根据权利要求3所述的硫酸锌蒸发结晶干燥设备，其特征在于，所述强制循环换热器以及所述气液分离器之间连接有强制循环泵。

8.根据权利要求7所述的硫酸锌蒸发结晶干燥设备，其特征在于，所述二次分离器通过管路连接有一蒸汽压缩机，所述蒸汽压缩机与所述强制循环换热器连接，所述蒸汽压缩机连接有一积液罐，所述积液罐通过积液泵与所述蒸馏水罐连接。

9.根据权利要求4所述的硫酸锌蒸发结晶干燥设备，其特征在于，所述稠厚器与所述气液分离器通过出料泵连接。

10.一种利用如权利要求1至9任一项所述的硫酸锌蒸发结晶干燥设备进行蒸发结晶干燥的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1、原液预热，将硫酸锌溶液通过原液预热单元升温至蒸发温度；

S2、蒸发结晶，预热后的硫酸锌溶液进入蒸发结晶单元，升温升压后闪蒸浓缩，得到含有一水硫酸锌结晶的过饱和溶液和二次蒸汽；

S3、结晶增稠，蒸发浓缩后的一水硫酸锌结晶的过饱和溶液经过增稠单元进行增稠处理；

S4、过滤分离，增稠后的含有一水硫酸锌结晶的过饱和溶液通过过滤分离单元离心分离，得到滤液以及一水硫酸锌晶体，所述滤液返回至蒸发结晶单元再次蒸发浓缩；

S5、结晶干燥，离心所得的一水硫酸锌晶体通过干燥单元进行干燥，以得到硫酸锌产品。

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