CN114504838A - 一种高温连续蒸发结晶设备及其结晶工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温连续蒸发结晶设备，包括高温蒸发器，与高温蒸发器通过第一管路连接的蒸汽压缩机，以及通过第二管路与蒸汽压缩机并联的高温结晶器；高温蒸发器包括换热腔和蒸发腔，蒸汽压缩机通过第一管路的两端分别与换热腔和蒸发腔上的第一蒸汽入口和第一蒸汽出口连通；高温结晶器包括结晶腔、加热装置和搅拌装置；换热腔中经过加热蒸发形成的浓缩液输送至结晶腔；蒸汽压缩机通过第二管路的两端分别与加热装置和结晶腔上的第二蒸汽入口和第二蒸汽出口连通。该设备在不改变MVR高温蒸发系统部件和不增加新部件的基础上，通过与MVR高温蒸发系统并联高温结晶器，保留了MVR高温蒸发系统中处理容量大，能耗小的优势，同时实现对浓缩液的结晶。

Description

一种高温连续蒸发结晶设备及其结晶工艺

技术领域

本发明涉及流体结晶技术领域，尤其涉及一种高温连续蒸发结晶设备及其结晶工艺。

背景技术

目前，在污水处理、化工、制药、造纸、制盐等行业的产品制造过程中，很多流体需要蒸发浓缩和结晶的工艺过程。而流体的浓缩、结晶等多是采用工业蒸汽或电加热实现，传统的蒸发结晶方式能耗高，生产成本高。

现有技术中的MVR高温蒸发系统主要包括：高温蒸发器，和与高温蒸发器连接的蒸汽压缩机，高温蒸发温度在85℃～100℃，具有处理容积大且能耗低的优势。但是MVR高温蒸发系统在流体蒸发过程中随着流体的浓缩，产生的蒸汽量变小，无法满足蒸汽压缩机的正常运行条件，进而无法实现对浓缩液的结晶工艺。

现有技术中的低温结晶系统中主要包括：结晶腔，和加热结晶腔的加热装置，低温结晶温度为35℃～40℃，但是这种结构容易受到传热面积的影响，热传递效率较低，处理容积很小，结晶强度较差，导致低温结晶系统的结晶效率低且能耗巨大。

因此，有必要研究一种高温连续蒸发结晶设备，以解决上述问题。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种高温连续蒸发结晶设备及其结晶工艺。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种高温连续蒸发结晶设备，其特征在于，包括：高温蒸发器，与所述高温蒸发器通过第一管路连接的蒸汽压缩机，以及通过第二管路与所述蒸汽压缩机并联连接的高温结晶器；

所述高温蒸发器包括换热腔和蒸发腔，所述换热腔和所述蒸发腔上分别设置有第一蒸汽入口和第一蒸汽出口，所述蒸汽压缩机通过所述第一管路的两端分别与所述第一蒸汽入口和所述第一蒸汽出口连通；

所述高温结晶器包括结晶腔、加热装置和搅拌装置；所述换热腔中的流体经过加热蒸发后形成的浓缩液输送至所述结晶腔；所述加热装置和所述结晶腔上分别设置有第二蒸汽入口和第二蒸汽出口，所述蒸汽压缩机通过所述第二管路的两端分别与所述第二蒸汽入口和所述第二蒸汽出口连通。

本发明一个较佳实施例中，所述加热装置通过第三管路和第四管路分别向所述换热腔中回流蒸汽和蒸馏水。

本发明一个较佳实施例中，所述第一管路、所述第二管路、所述第三管路和所述第四管路中设置有阀门。

本发明一个较佳实施例中，所述换热腔中包括若干管程，以及设置在相邻所述管程之间的壳程，所述壳程连通所述第一管路、所述第三管路和所述第四管路。

本发明一个较佳实施例中，所述结晶腔的容积不大于所述高温蒸发器。

本发明一个较佳实施例中，所述加热装置为包套结构，所述加热装置包裹所述结晶腔的部分外表壁，或整个外表壁。

本发明一个较佳实施例中，所述搅拌装置设置在所述结晶腔中，所述搅拌装置用于搅拌浓缩液，和刮除所述结晶腔内壁上的结晶物或残留物。

基于上述所述的一种高温连续蒸发结晶设备的结晶工艺，包括以下步骤：

S1、向高温蒸发器中输入流体，流体在换热腔中加热，并在蒸发腔中产生蒸气；蒸汽通过第一管路中的蒸汽压缩机加压，使其变成高温高压蒸汽，并重新回到换热腔中用于流体的加热；

S2、待高温蒸发器中的流体连续加热蒸发形成浓缩液后，将浓缩液输送至结晶腔中，并向高温蒸发器中补充新流体，继续对新的流体进行换热，同时将第二管路连通，加热装置对结晶腔进行加热；

S3、高温蒸发器中新流体加热蒸发产生蒸汽，并与来自结晶腔中产生的蒸汽结合，一起输送至蒸汽压缩机中压缩；压缩后的蒸汽一部分通过第二管路输送至加热装置中，另一部分通过第一管路输送至换热腔中。

本发明一个较佳实施例中，在所述S2中，在一个蒸发周期内高温蒸发器中流体的蒸发是连续的，新流体的补充是间歇性且持续的；在一个蒸发周期完成后，选择向排空或不排空的结晶腔中通入蒸发腔内的浓缩液。

本发明一个较佳实施例中，通过调控第二管路的阀门的开度大小，进而控制进入第二管路的蒸汽量，保证高温蒸发器和高温结晶器的运行周期基本同步。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

(1)本发明提供了一种高温连续蒸发结晶设备，该设备对现有技术中的MVR高温蒸发系统进行改进，在不改变MVR高温蒸发系统的部件和不增加新部件的基础上，通过在现有技术中的MVR高温蒸发系统连接一高温结晶器，不仅保留了现有技术中MVR高温蒸发系统中处理容量大，能耗小的优势，还能够实现在高温下的浓缩液结晶。

(2)本发明在蒸汽压缩机的两端并联高温蒸发器和高温结晶器，利用高温蒸发器蒸发新流体产生的蒸汽和高温结晶器蒸发浓缩液自身产生的蒸汽，使得整个高温连续蒸发结晶设备实现了预浓缩和再结晶的功能分配，实现对结晶腔中浓缩液的结晶，保证了整个高温连续蒸发结晶满足了在高温蒸发器预浓缩新流体的工况下进一步结晶浓缩液的蒸汽产生、蒸汽分配的动态调整和能量平衡条件；实现在较低能耗和较大处理量下的流体蒸发和结晶，解决了现有MVR高温蒸发系统由于蒸汽量条件的原因造成无法进一步结晶的问题。

(3)本发明中通过调控第二管路的阀门的开度大小，进而控制进入第二管路的蒸汽量，保证高温结晶器和高温蒸发器的运行周期基本同步，实现设备连续对流体的蒸发浓缩结晶工艺，实现对整个设备热量的平衡，减小了能源损耗，提高结晶的效率。

(4)本发明中加热装置通过第三管路和第四管路向换热腔壳程中回流蒸汽和蒸馏水，使得加热装置无需向外界排蒸汽或蒸馏水，提高了热量的利用率，进一步实现对整个设备热量的平衡。

(5)本发明中的高温连续蒸发结晶设备相比较于现有技术中的低温结晶系统，克服了低温结晶系统传热面积受限和热传递效率差导致处理量小和能耗高的问题，及受环境温度影响较大的缺点，保证较大的处理量和较低的能耗下的结晶，且不受环境温度的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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是本发明的优选实施例的一种高温连续蒸发结晶设备的示意图；

图中：1、高温蒸发器；11、换热腔；111、第一蒸汽入口；12、蒸发腔；121、第一蒸汽出口；2、第一管路；3、蒸汽压缩机；4、第二管路；5、高温结晶器；51、结晶腔；511、第二蒸汽出口；52、加热装置；521、第二蒸汽入口；53、搅拌装置；6、第三管路；7、第四管路。

具体实施方式

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，本领域普通技术人员在没有做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。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以直接相连，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本发明对现有技术中的MVR高温蒸发系统进行改进，在不改变MVR高温蒸发系统的部件和不增加新部件的基础上，通过在MVR高温蒸发系统中连接一高温结晶器5，不仅保留了现有技术中MVR高温蒸发系统中处理容量大，能耗小的优势，还能够实现在高温下的浓缩液结晶。

如图1所示，示出了本发明中一种高温连续蒸发结晶设备的示意图。本发明中高温连续蒸发结晶设备包括：高温蒸发器1，与高温蒸发器1通过第一管路2连接的蒸汽压缩机3，以及通过第二管路4与蒸汽压缩机3并联连接的高温结晶器5。

需要说明的是，本发明高温蒸发器1产生的蒸汽，通过第一管路2输送至蒸汽压缩机3中，在蒸汽压缩机3中压缩后形成高温蒸汽，并通过第一管路2输送至高温蒸发器1中。本发明中的高温蒸发器1、第一管路2和蒸汽压缩机3形成一个蒸汽循环回路，为现有技术中的MVR高温蒸发系统的组成部分，高温蒸发器1的具体结构不限，只要包括换热腔11和蒸发腔12，且利用蒸汽蒸发流体的原理均可以作为本发明的高温蒸发器1。

本发明中优选的高温蒸发器1的结构为：高温蒸发器1包括换热腔11和蒸发腔12，换热腔11和蒸发腔12上分别设置有第一蒸汽入口111和第一蒸汽出口121，蒸汽压缩机3通过第一管路2的两端分别与第一蒸汽入口111和第一蒸汽出口121连通；换热腔11中包括若干管程，以及设置在相邻管程之间的壳程，管程的上部与蒸发腔12连通，管程与壳程不连通，壳程与蒸发腔12不连通；管程用于输入或输出流体，壳程用于输入蒸汽，管程中的流体与壳程中的蒸汽换热，并产生大量蒸汽，该蒸汽连通至蒸发腔12；壳程中换热后的蒸汽形成蒸馏水，并通过蒸馏水出口排出。

本发明中高温蒸发器1的流体进水端和出水端可以为一个端口，或分开设置。本发明中流体的输入或输出的方式不限，可以是自流、泵压或气压输送，或其他方式。本发明中优选使用流体的进水端和出水端为一个端口，且流体的输送方式选择为气压输送。

高温结晶器5包括结晶腔51、加热装置52和搅拌装置53。本发明中换热腔11中的流体经过加热蒸发后形成的浓缩液输送至结晶腔51，并在结晶腔51中再浓缩结晶，同时向换热腔11中引入新流体。

其中，本发明中结晶腔51的结构不限，但结晶腔51的容积不大于高温蒸发器1。本发明中结晶腔51内部的搅拌装置53，包括刮刀或搅拌桨叶，刮刀用于刮除结晶腔51内壁上的结晶物或残留物；搅拌桨叶用于搅拌浓缩液，以受热均匀。搅拌装置53的驱动方式不限，优选为电机驱动。本发明中结晶腔51的底部设置有结晶出口，用于排出结晶腔51中的结晶物。

加热装置52优选使用包套结构，加热装置52包裹结晶腔51外表壁的部分侧面或底部，或整个结晶腔51的外表壁；优选使用加热装置52包裹整个结晶腔51的底部和侧面。

加热装置52和结晶腔51上分别设置有第二蒸汽入口521和第二蒸汽出口511，蒸汽压缩机3通过第二管路4的两端分别与第二蒸汽入口521和第二蒸汽出口511连通。结晶腔51通过第二管路4将蒸发浓缩液产生的蒸汽，与高温蒸发器1产生的蒸汽汇合，并在蒸汽压缩机3中压缩形成高压高温的蒸汽，压缩后的蒸汽一部分通过第二管路4输送至加热装置52中，另一部分通过第一管路2输送至换热腔11壳程中。

本发明中加热装置52优选通过第三管路6和第四管路7向换热腔11中回流蒸汽和蒸馏水，其中第三管路6和第四管路7均连通壳程。结晶腔51内产生的蒸汽量是动态变化的，越到结晶后期产生的蒸汽量会越少，消耗的蒸汽量也会减少，第三管路6回流到换热腔11壳程中的蒸汽量就会增加，蒸发腔12产生的蒸汽量也就相应增大，越到结晶后期蒸发腔12内产生的蒸汽量就越大。这就通过高温蒸发器1和高温结晶器2的动态调整，共同实现了与蒸汽压缩机3做功的热能平衡。

本发明中第一管路2、第二管路4、第三管路6和第四管路7中设置有阀门，该阀门的种类不限于单向阀、流量阀、气动阀、电动阀或截止阀等。

本发明通过调控第二管路4阀门的开度大小，进而控制进入第二管路4的蒸汽量，保证高温结晶器和高温蒸发器的运行周期基本同步，保证结晶腔51中浓缩液结晶的结束时间基本等于高温蒸发器1的一个蒸发周期，实现设备连续对流体的蒸发浓缩结晶工艺，进一步实现对整个设备热量的平衡，减小了能源损耗，提高结晶的效率。

本发明使用时，包括以下步骤：

S1、向高温蒸发器1中输入流体，流体在换热腔11管程中加热，在蒸发腔12中产生蒸汽；蒸汽通过第一管路2中的蒸汽压缩机3加压，使其变成高温高压蒸汽并重新回到换热腔11壳程中用于对管程内流体进行加热；

S2、高温蒸发器1换热腔11管程内的流体因蒸发而减少后，需间断式向换热腔11管程内补充新流体，这一过程是持续的；待到高温蒸发器1中流体加热蒸发形成浓缩液后，将浓缩液输送至结晶腔51中，并重新向高温蒸发器1中通入新流体，继续对新的流体进行换热，同时将第二管路4连通，加热装置52对结晶腔51进行加热；

S3、高温蒸发器1蒸发腔12中的流体产生蒸汽，并与来自高温结晶器5结晶腔51中的蒸汽结合，一起输送至蒸汽压缩机3中压缩；压缩后的蒸汽一部分通过第二管路4输送至加热装置52中，另一部分通过第一管路2输送至换热腔11壳程中；同时，加热装置52中剩余的蒸汽和产生的蒸馏水通过第三管路6和第四管路7回流至换热腔11壳程中。

需要说明的是，在一个蒸发周期内高温蒸发器中流体的蒸发是连续的，流体的补充是间歇性且持续的；在一个蒸发周期完成后，优先选择将结晶腔内排空后，再将换热腔内的浓缩液输送至结晶腔中，也可以选择不每次排空结晶腔而直接将换热腔内的浓缩液输送至结晶腔中，在多个蒸发周期完成后再排空一次结晶腔。

相比较于现有技术中的MVR高温蒸发系统，本发明通过在蒸汽压缩机3的两端并联高温蒸发器1和高温结晶器5，利用高温蒸发器1蒸发新流体产生的蒸汽和高温蒸发器5自身产生的蒸汽，实现了预浓缩和再结晶的功能分配，实现对结晶腔51中浓缩液的结晶，保证了整个高温连续蒸发结晶满足了在高温蒸发器1预浓缩新流体的工况下进一步结晶浓缩液的蒸汽产生、蒸汽分配的动态调整和能量平衡条件，实现在较低能耗和较大处理量下的流体蒸发和结晶，解决了现有MVR高温蒸发系统由于蒸汽量条件的原因造成无法进一步结晶的问题。相比较于现有技术中的低温结晶系统，本发明克服了其传热面积受限和热传递效率差导致处理量小和能耗高的问题，及受环境温度影响较大的缺点，保证较大的处理量和较低的能耗下的结晶，且不受环境温度的影响。

以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (10)

1.一种高温连续蒸发结晶设备，其特征在于，包括：高温蒸发器，与所述高温蒸发器通过第一管路连接的蒸汽压缩机，以及通过第二管路与所述蒸汽压缩机并联连接的高温结晶器；

所述高温蒸发器包括换热腔和蒸发腔，所述换热腔和所述蒸发腔上分别设置有第一蒸汽入口和第一蒸汽出口，所述蒸汽压缩机通过所述第一管路的两端分别与所述第一蒸汽入口和所述第一蒸汽出口连通；

所述高温结晶器包括结晶腔、加热装置和搅拌装置；所述换热腔中的流体经过加热蒸发后形成的浓缩液输送至所述结晶腔；所述加热装置和所述结晶腔上分别设置有第二蒸汽入口和第二蒸汽出口，所述蒸汽压缩机通过所述第二管路的两端分别与所述第二蒸汽入口和所述第二蒸汽出口连通。

2.根据权利要求1所述的一种高温连续蒸发结晶设备，其特征在于：所述加热装置通过第三管路和第四管路分别向所述换热腔中回流蒸汽和蒸馏水。

3.根据权利要求2所述的一种高温连续蒸发结晶设备，其特征在于：所述第一管路、所述第二管路、所述第三管路和所述第四管路中设置有阀门。

4.根据权利要求2所述的一种高温连续蒸发结晶设备，其特征在于：所述换热腔中包括若干管程，以及设置在相邻所述管程之间的壳程，所述壳程连通所述第一管路、所述第三管路和所述第四管路。

5.根据权利要求1所述的一种高温连续蒸发结晶设备，其特征在于：所述结晶腔的容积不大于所述高温蒸发器。

6.根据权利要求1所述的一种高温连续蒸发结晶设备，其特征在于：所述加热装置为包套结构，所述加热装置包裹所述结晶腔的部分外表壁，或整个外表壁。

7.根据权利要求1所述的一种高温连续蒸发结晶设备，其特征在于：所述搅拌装置设置在所述结晶腔中，所述搅拌装置用于搅拌浓缩液，和刮除所述结晶腔内壁上的结晶物或残留物。

8.基于权利要求1-7中任一项所述的一种高温连续蒸发结晶设备的结晶工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、向高温蒸发器中输入流体，流体在换热腔中加热，并在蒸发腔中产生蒸气；蒸汽通过第一管路中的蒸汽压缩机加压，使其变成高温高压蒸汽，并重新回到换热腔中用于流体的加热；

S2、待高温蒸发器中的流体连续加热蒸发形成浓缩液后，将浓缩液输送至结晶腔中，并向高温蒸发器中补充新流体，继续对新的流体进行换热，同时将第二管路连通，加热装置对结晶腔进行加热；

S3、高温蒸发器中新流体加热蒸发产生蒸汽，并与来自结晶腔中产生的蒸汽结合，一起输送至蒸汽压缩机中压缩；压缩后的蒸汽一部分通过第二管路输送至加热装置中，另一部分通过第一管路输送至换热腔中。

9.根据权利要求8所述的一种高温连续蒸发结晶设备的结晶工艺，其特征在于：在所述S2中，在一个蒸发周期内高温蒸发器中流体的蒸发是连续的，新流体的补充是间歇性且持续的；在一个蒸发周期完成后，选择向排空或不排空的结晶腔中通入换热腔内的浓缩液。

10.根据权利要求8所述的一种高温连续蒸发结晶设备的结晶工艺，其特征在于：通过调控第二管路的阀门的开度大小，进而控制进入第二管路的蒸汽量，保证高温蒸发器和高温结晶器的运行周期基本同步。

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