CN203090492U - 低温常压蒸发设备 - Google Patents

Abstract

一种低温常压蒸发设备，包括过滤式料液槽，与过滤式料液槽相连用于传送料液的进料泵，与进料泵相连对料液进行预热的预热装置，与预热装置相连的热泵循环系统、与热泵循环系统相连的管道风机、以及与预热装置和管道风机分别相连的蒸发装置；热泵循环系统对料液进行制热处理，将制热后的料液送入蒸发装置蒸发后产生的蒸汽通过管道风机返回至热泵循环系统进行冷凝处理得到纯净液体排出。本实用新型可实现低温蒸发，整个设备的热量和冷量收集更完全，无需额外的冷却水系统和加热源，避免了二次蒸汽再压缩过程与工作媒介接触所带来的污染；整套设备结构紧凑，维护和检修方便，而且稳定性高。

Description

低温常压蒸发设备

技术领域

本实用新型涉及蒸发技术领域，尤其涉及一种低温常压蒸发设备。

背景技术

现有的蒸发技术普遍采用多级蒸发设备，即多级蒸发装置串联，前一级蒸发装置产生的二次蒸汽作为后一级蒸发装置的热源，由此各级产生的二次蒸汽依次利用之后，最后一级二次蒸汽和不凝汽通过真空装置冷凝压缩后排出。该蒸发技术虽然充分提高了蒸汽的利用率，但在实际操作过程中，由于传热温差推动力、沸点升高等因素的影响，再加之设备部件多、占地面积大、投资费用高，到级数受到限制，一般仅限于3-5级。此外，对于一些热敏性物料的浓缩，对蒸发温度的要求很高，多级蒸发通常不能满足。

机械蒸汽在压缩式热泵蒸发中解决了部分上述问题，将蒸发室中的低温低压二次蒸汽通过压缩机绝热压缩，提高二次蒸汽的饱和温度及压力，并返回蒸发装置的加热室，作为加热热源。此蒸发过程除了在启动时需要输入一定的新鲜蒸汽外，运行过程需消耗电能，解决了多级蒸发的高能耗、高成本问题，其蒸发温度可以更低，对料液的适用性更广泛，但是作为蒸汽热泵压缩形式，蒸汽与热泵工质接触会造成料液污染，且对所用压缩机要求很高，如果被吸入的蒸汽中含有雾沫或杂质时，用通常的涡轮或轴流压缩机会引起振动，使运转停止；而离心式或罗茨式压缩机久之也会引起管道堵塞，叶轮、转子的磨损与变形等，造成压缩机损坏。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的蒸发设备需要外部电能驱动或对料液有接触而造成料液污染等的缺陷，提供一种低温常压蒸发设备。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种低温常压蒸发设备，包括过滤式料液槽、与过滤式料液槽相连传送料液的进料泵、与进料泵相连对料液进行预热的预热装置，以及与预热装置相连的热泵循环系统、与热泵循环系统相连的管道风机、与预热装置和管道风机分别相连的蒸发装置；热泵循环系统对料液进行制热处理，将制热后的料液送入蒸发装置蒸发后产生的蒸汽通过管道风机返回至热泵循环系统进行冷凝处理得到纯净液体排出。

优选的，所述热泵循环系统包括压缩机、加热装置、膨胀阀和冷凝装置；其中，

所述压缩机，分别与冷凝装置和加热装置相连，压缩机用于将来自冷凝装置内低压的工质进行增压升温形成高温高压的工质送入至加热装置41；该高温高压的工质对加热装置内的料液进行制热处理；膨胀阀，分别与加热装置和冷凝装置相连，该膨胀阀用于将来自加热装置内高压的工质进行降压降温形成低温低压的工质送至冷凝装置；所述低温低压的工质对冷凝装置内的蒸汽进行冷凝处理。

优选的，所述工质为氟利昂、氨、二氧化碳、丙烷或异丁烷。

优选的，所述加热装置包括第一外夹层和第一中通管；所述第一外夹层，连接于预热装置和蒸发装置之间；第一中通管，连接于压缩机和膨胀阀之间且固设在第一外夹层内。

第一外夹层包括与预热装置相连用于料液流入的第一进管及与蒸发装置相连用于料液流出的第一出管；第一中通管包括与压缩机相连用于高温高压的工质流入的第二进管及与膨胀阀相连用于高压的工质流出的第二出管。

优选的，所述冷凝装置包括外管和冷凝管；所述外管，与蒸发装置相连通过低温低压工质将蒸汽冷凝为纯净液体；冷凝管，连接于膨胀阀和压缩机之间且设于外管内流通低温低压工质并对通过吸收蒸汽热量对低温低压工质进行升温。

所述外管包括与管道风机相连用于流入蒸汽的第五进管及用于流出纯净液体的第五出管；冷凝管包括与膨胀阀相连用于流入低压低温的工质的第六进管及与压缩机相连用于流出低压的工质的第六出管。

优选的，所述蒸发装置包括蒸发装置进口、第一出口、第二出口和第三出口；其中，

所述蒸发装置进口，与加热装置相连且设于蒸发装置侧顶端用于输入制热后的料液；第一出口，与管道风机相连且设于蒸发装置顶端用于排出蒸汽；第二出口，设于蒸发装置侧底端用于排出废液；第三出口，与预热装置相连且设于蒸发装置底端用于排出可循环溶液或达标浓缩溶液。

优选的，所述低温常压蒸发设备还包括第三出料阀；第三出料阀，与冷凝装置的外管相连用于排出纯净液体。

优选的，所述预热装置包括第二外夹层和第二中通管；所述第二外夹层，与蒸发装置的第三出口相连用于流通可循环溶液或达标浓缩溶液并吸收该可循环溶液或该达标浓缩溶液余热；第二中通管，连接于进料泵和加热装置的第一外夹层之间用于流通料液并通过余热对该料液进行预热。

第二外夹层包括与蒸发装置相连用于流入可循环溶液或达标浓缩溶液的第三进管及用于流出可循环溶液或达标浓缩溶液的第三出管；第二中通管包括与进料泵相连用于流入料液的第四进管及与加热装置相连用于流出料液的第四出管。

优选的，所述低温常压蒸发设备还包括总出料阀、溶液循环泵、第一出料阀和第二出料阀；所述总出料阀，与预热装置的第二外夹层相连用于排出经冷却的可循环溶液或达标浓缩溶液至溶液循环泵；溶液循环泵，通过第一出料阀将可循环溶液通过第一出料阀打回至过滤式料液槽；第二出料阀，与溶液循环泵相连用于排出达标浓缩溶液；第一出料阀与第二出料阀通过三通阀连接于溶液循环泵。

优选的，所述预热装置为管壳式换热器、固定管板式换热器或板式换热器。

优选的，所述蒸发装置为循环型蒸发装置或膜式蒸发装置。

实施本实用新型的低温常压蒸发设备，具有以下优点或有益效果：本实用新型可以实现低温蒸发，适用于热敏性物料浓缩，低温常压蒸发设备的热量和冷量收集更完全，无需额外的冷却水系统和加热源，容易构建成以多种工质作为工作介质的封闭式热泵循环系统，避免了二次蒸汽再压缩过程与工作媒介接触所带来的污染；整套设备结构紧凑，维护和检修方便；模块化，可移动性强，便于组装和拆卸，而且稳定性高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，附图中：

图1是本实用新型低温常压蒸发设备实施例的结构示意图；

图2是本实用新型低温常压蒸发设备实施例的热泵循环系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了实施例的一部分，其中描述了实现本实用新型可能采用的各种实施例。应明白，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本实用新型的范围和实质。

如图1所示，在本实用新型提供的一种低温常压蒸发设备实施例中，是一种低温热泵蒸发浓缩装置，该低温常压蒸发设备包括过滤式料液槽1、与该过滤式料液槽1相连传送料液的进料泵2、与进料泵2相连对料液进行预热的预热装置3、与预热装置3相连的热泵循环系统4、与热泵循环系统4相连的管道风机6、与预热装置3和管道风机6分别相连的蒸发装置5；热泵循环系统4对料液进行制热处理，将制热后的料液送入蒸发装置5蒸发后产生的蒸汽通过管道风机6返回至热泵循环系统4进行冷凝处理得到纯净液体排出。

另外，在过滤式料液槽1和进料泵2之间、进料泵2与预热装置3之间、预热装置3与加热装置41之间、加热装置41与蒸发装置5之间、蒸发装置5与管道风机6之间、管道风机6与冷凝装置43之间均设置有出料阀，用于对各相应环节进行灵活的控制。

具体地，过滤式料液槽1设有两个进口和一个出口，过滤式料液槽1包括设于其顶端用于进料的第一进口15、设于其侧顶端用于进料的第二进口16及设于其底端用于输出过滤后料液的槽出口17。将过滤后的料液通过进料泵2打入预热装置3进行预热，并经加热装置41加热后进入蒸发装置5；蒸发装置5的底端与预热装置3相连并将可循环溶液或达标浓缩溶液输出至预热装置3中，可循环溶液或达标浓缩溶液经预热装置3降温后通过总出料阀9输出至溶液循环泵8，并由第二进口16打回过滤式料液槽1中，构成蒸发浓缩液的循环回路。而达标浓缩溶液通过第二出料阀10排除低温常压蒸发设备，可循环溶液和达标浓缩溶液是分别排放的，在未达到排放浓度指标时，排出的是可循环溶液，在达到排放浓度指标时，排出的是达标浓缩溶液。其中，可循溶液是指蒸发装置5中未蒸发且未达到排放浓度指标的料液，达标浓缩溶液是指蒸发装置5中未蒸发且达到排放浓度指标的料液。

如图2所示，在本实用新型低温常压蒸发设备中，包含独立的制冷/制热的热泵循环系统4，该热泵循环系统4包括首尾连接的压缩机44、加热装置41、膨胀阀42和冷凝装置43；其中，压缩机44分别与冷凝装置43和加热装置41相连，压缩机44用于将来自冷凝装置43内低压的工质进行增压升温形成高温高压的工质送入至加热装置41，高温高压的工质对加热装置41内的料液进行制热处理；膨胀阀42分别与加热装置41和冷凝装置43相连，膨胀阀42用于将来自加热装置41内高压的工质进行降压降温形成低温低压的工质送至冷凝装置43；低温低压的工质对冷凝装置43内的蒸汽进行冷凝处理。

热泵循环系统4的具体工作过程为，低压的工质经压缩机44增压升温后成为高温高压的工质，高温高压的工质作为加热装置41的热源对预热后的料液进行制热并成为高压的工质，高压的工质经膨胀阀42降压降温成为低温低压的工质，低温低压的工质作为冷凝装置43的冷源对蒸汽进行冷凝并成为低压的工质，实现冷/热量回收与循环，从而完成热量交换。其中，工质为氟利昂、氨、二氧化碳、丙烷或异丁烷等。

该热泵循环系统4对低温常压蒸发设备起到加热作用，为低温常压蒸发设备省却了冷却水系统，降低了蒸发操作的工艺能耗，同时该系统内工质为封闭环境循环，避免了料液与工质的直接接触所带来的污染，也减少了工质循环所造成的工质损失。

具体地，加热装置41包括第一外夹层411和第一中通管412，第一外夹层411连接于预热装置3和蒸发装置5之间；第一中通管412连接于压缩机44和膨胀阀42之间且固设在第一外夹层411内。

第一外夹层411包括与预热装置3相连用于料液流入的第一进管413及与蒸发装置5相连用于料液流出的第一出管414；第一中通管412包括与压缩机44相连用于高温高压的工质流入的第二进管415及与膨胀阀42相连用于高压的工质流出的第二出管416。进一步地，第一外夹层411的第一进管413连接于预热装置3、第一出管414连接于蒸发装置5、用于流通料液并对其进行制热；设于第一外夹层411中间的第一中通管412的第二进管415连接于压缩机44、第二出管416连接于膨胀阀42、用于流通预热后的料液并通过高温高压工质对料液进行制热。

冷凝装置43包括外管431和冷凝管432；外管431包括与管道风机6相连用于流入蒸汽的第五进管433及用于流出纯净液体的第五出管434；冷凝管432包括与膨胀阀42相连用于流入低压低温的工质的第六进管435及与压缩机44相连用于流出低压的工质的第六出管436，冷凝管432呈螺旋状内置固定于外管431内。进一步地，外管431的第五进管433与蒸发装置5相连、第五出管434与第三出料阀11相连、用于通过低温低压工质将蒸汽冷凝为纯净液体并将其排出；设于外管431内的冷凝管432的第六进管435与膨胀阀42相连、第六出管436与压缩机44相连、用于流通低温低压工质并对通过吸收蒸汽的热量对低温低压工质进行升温。

在低温常压蒸发设备初始运行时，需对冷凝装置43的外管431进行抽真空操作，以便使外管431形成一定的真空度，将蒸发装置5的蒸汽引入到冷凝装置43，在蒸汽后续冷凝过程中，由于管道风机6的作用，冷凝装置43会保持真空状态，使蒸汽源源不断被引入、冷凝液化。此外，冷凝装置43侧下端接有压力调节阀438和压力表437，在调节阀438排出不凝气体的同时，压力表437用来实时监控和调节冷凝装置43中的压力状态。

蒸发装置5包括蒸发装置进口51、第一出口52、第二出口53和第三出口54。其中，蒸发装置进口51，与加热装置41相连且设于蒸发装置5侧顶端用于输入制热后的料液；第一出口52，与管道风机6相连且设于蒸发装置5顶端用于排出蒸汽；第二出口53，设于蒸发装置5侧底端用于排出废液，例如，在料液浓缩或海水淡化过程主要用于蒸发装置5清污和其它杂质的排放，以防止蒸发装置5长时间运行结垢或堵塞；第三出口54，与预热装置3相连且设于蒸发装置5底端用于排出可循环溶液或达标浓缩溶液。

预热装置3包括第二外夹层31和第二中通管32。第二外夹层31包括与蒸发装置5相连用于流入可循环溶液或达标浓缩溶液的第三进管311及用于流出该可循环溶液或达标浓缩溶液的第三出管312；第二中通管32包括与进料泵2相连用于流入料液的第四进管321及与加热装置41相连用于流出料液的第四出管322。

具体地，第二外夹层31的第三进管311与蒸发装置5的第三出口54相连、第三出管312与总出料阀9相连、用于流通可循环溶液或达标浓缩溶液并吸收该可循环溶液或达标浓缩溶液余热；第二中通管32的第四进管321连接于进料泵2、第四出管322连接于加热装置41的第一外夹层411、用于流通料液并通过可循环溶液或或达标浓缩溶液的余热对其进行预热。

本实用新型低温常压蒸发设备还包括总出料阀9、溶液循环泵8、第一出料阀12和第二出料阀10。其中，总出料阀9，与预热装置3的第二外夹层31相连用于排出经冷却的可循环溶液或或达标浓缩溶液至溶液循环泵8；溶液循环泵8，与总出料阀9和第一出料阀12相连用于将可循环溶液通过第一出料阀12打回至过滤式料液槽1；第一出料阀12，与溶液循环泵8和过滤式料液槽1相连；第二出料阀10，与溶液循环泵8相连用于排出达标浓缩溶液；第一出料阀12与第二出料阀10通过三通阀连接于溶液循环泵8，第二出料阀10在蒸发浓度达到排放浓度指标后用于排除达标浓缩溶液的料液排出口。

更进一步地，预热装置3可采用管壳式换热器、固定管板式换热器、板式换热器等，预热装置3用来回收料液所携带的热量，对待处理料液进行预热，蒸发装置5为循环型蒸发装置或膜式蒸发装置。

为了对本实用新型低温常压蒸发设备有更为充分的理解，以海水淡化为例进行更为详细的介绍，低温常压蒸发设备的实施与运行过程如下。

将含有杂质的海水通过第一进口15引入到过滤式料液槽1中，经过过滤除杂后的海水通过进料泵2打入蒸发装置5中，此间过滤后的海水分别通过预热装置3和加热装置41，预热装置3的热量由蒸发装置5的可循环海水所携带的低品位热能供给，回收低品位热对海水起一级预热作用；加热装置41的热量由独立的热泵循环系统4中的工质压缩冷凝所释放的热能提供，然后海水到达蒸发温度通过蒸发装置进口51进入蒸发装置5中进行蒸发浓缩；蒸发装置5的第一出口52输出的蒸汽通过管道风机6接入冷凝装置43中的外管431中冷凝为纯净的淡化水并通过第三出料阀11引出，而蒸发装置5底端未蒸发的可循环海水流过预热装置3的第二外夹层31，对其所携带的低品位热能进行回收，并对新流过预热装置3中海水进行预热，可循环海水进一步通过总出料阀9进入溶液循环泵8，并通过溶液循环泵8经第二进口16打入过滤式料液槽1继续浓缩，直到海水达到浓缩指标。蒸汽在冷凝装置43中冷凝需要的冷量由独立的热泵循环系统4的工质蒸发所释放的能量提供。

本实用新型的低温常压蒸发设备通用于化工蒸发单元、废水、废液等的浓缩处理。

本实用新型低温常压蒸发设备可实现低温蒸发，适用于热敏性物料浓缩，低温常压蒸发设备的热量和冷量收集更完全，无需额外的冷却水系统和加热源；容易构建成以多种工质作为工作介质的封闭式热泵循环系统，相比于传统蒸汽机械再压缩式热泵蒸发，避免了二次蒸汽再压缩过程与工作媒介接触所带来的污染，扩大了其应用范围。采用封闭式制冷/制热热泵循环系统能够有效避免传统蒸汽机械式再压缩热泵蒸发被吸引的蒸汽中含有雾沫或杂质，进而造成的压缩机磨损或堵塞，蒸发过程无需停机清洗时间，可保障设备的连续运转，且无需设置吐出蒸汽旁路来确保吸入蒸气的过热度和雾沫分离。同时，设备结构紧凑，维护和检修方便，整个设备模块化，可移动性强，便于组装和拆卸，使用周期长，稳定性高。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种低温常压蒸发设备，包括过滤式料液槽（1）、与所述过滤式料液槽（1）相连用于传送料液的进料泵（2）、与所述进料泵（2）相连对所述料液进行预热的预热装置（3），其特征在于，还包括与所述预热装置（3）相连的热泵循环系统（4）、与所述热泵循环系统（4）相连的管道风机（6）、以及与所述预热装置（3）和所述管道风机（6）分别相连的蒸发装置（5）；所述热泵循环系统（4）对所述料液进行制热处理，将制热后的所述料液送入所述蒸发装置（5）蒸发后产生的蒸汽通过所述管道风机（6）返回至所述热泵循环系统（4）进行冷凝处理得到纯净液体排出。

2.根据权利要求1所述的低温常压蒸发设备，其特征在于，所述热泵循环系统（4）包括压缩机（44）、加热装置（41）、膨胀阀（42）和冷凝装置（43）；

所述压缩机（44）分别与所述冷凝装置（43）和所述加热装置（41）相连，所述压缩机（44）用于将来自所述冷凝装置（43）内低压的工质进行增压升温形成高温高压的工质送入至所述加热装置（41），所述高温高压的工质作为所述加热装置（41）的热源对所述加热装置（41）内的所述料液进行所述制热处理；

所述膨胀阀（42）分别与所述加热装置（41）和冷凝装置（43）相连，所述膨胀阀（42）用于将来自所述加热装置（41）内高压的工质进行降压降温形成低温低压的工质送至所述冷凝装置（43）；所述低温低压的工质作为所述冷凝装置（43）的冷源对所述冷凝装置（43）内的所述蒸汽进行所述冷凝处理。

3.根据权利要求2所述的低温常压蒸发设备，其特征在于，所述工质为氟利昂、氨、二氧化碳、丙烷或异丁烷。

4.根据权利要求2所述的低温常压蒸发设备，其特征在于，所述加热装置（41）包括第一外夹层（411）和第一中通管（412）；

所述第一外夹层（411）连接于所述预热装置（3）和所述蒸发装置（5）之间；所述第一中通管（412）连接于所述压缩机（44）和所述膨胀阀（42）之间且固设在所述第一外夹层（411）内；

所述第一外夹层（411）还包括与所述预热装置（3）相连用于流入所述料液的第一进管（413）、及与所述蒸发装置（5）相连用于流出所述料液的第一出管（414）；所述第一中通管（412）包括与所述压缩机（44）相连用于流入所述高温高压的工质的第二进管（415）、及与所述膨胀阀（42）相连用于流出所述高压的工质的第二出管（416）；

所述冷凝装置（43）包括外管（431）和冷凝管（432）；所述外管（431）与所述蒸发装置（5）相连；所述冷凝管（432）连接于所述膨胀阀（42）和所述压缩机（44）之间且设于所述外管（431）内；

所述外管（431）还包括与所述管道风机（6）相连用于流入所述蒸汽的第五进管（433）、及用于流出所述纯净液体的第五出管（434）；所述冷凝管（432）包括与所述膨胀阀（42）相连用于流入所述低压低温的工质的第六进管（435）、及与所述压缩机（44）相连用于流出所述低压的工质的第六出管（436）。

5.根据权利要求2所述的低温常压蒸发设备，其特征在于，所述蒸发装置（5）包括蒸发装置进口（51）、第一出口（52）、第二出口（53）和第三出口（54）；

所述蒸发装置进口（51）设于所述蒸发装置（5）侧顶端且与所述加热装置（41）相连用于输入制热后的所述料液；所述第一出口（52）设于所述蒸发装置（5）顶端且与所述管道风机（6）相连用于排出所述蒸汽；所述第二出口（53）设于所述蒸发装置（5）侧底端用于排出废液；所述第三出口（54）设于所述蒸发装置（5）底端且与所述预热装置（3）相连用于排出可循环溶液或达标浓缩溶液。

6.根据权利要求5所述的低温常压蒸发设备，其特征在于，所述预热装置（3）包括第二外夹层（31）和第二中通管（32）；

所述第二外夹层（31）与所述蒸发装置（5）的第三出口（54）相连用于流通所述可循环溶液或所述达标浓缩溶液并吸收所述可循环溶液或所述达标浓缩溶液余热；所述第二中通管（32）连接于所述进料泵（2）和所述加热装置（41）的第一外夹层（411）之间用于流通所述料液并通过所述余热对所述料液进行预热；

所述第二外夹层（31）包括与所述蒸发装置（5）相连用于流入所述可循环溶液或和所述达标浓缩溶液的第三进管（311）及用于流出所述可循环溶液或所述达标浓缩溶液的第三出管（312）；所述第二中通管（32）包括与所述进料泵（2）相连用于流入所述料液的第四进管（321）及与所述加热装置（41）相连用于流出所述料液的第四出管（322）。

7.根据权利要求6所述的低温常压蒸发设备，其特征在于，所述低温常压蒸发设备还包括总出料阀（9）、溶液循环泵（8）、第一出料阀（12）和第二出料阀（10）；

所述总出料阀（9）与所述预热装置（3）的第二外夹层（31）相连用于排出经冷却的所述可循环溶液或所述达标浓缩溶液至所述溶液循环泵（8）；所述溶液循环泵（8）通过所述第一出料阀（12）将所述可循环溶液打回至所述过滤式料液槽（1）；所述第二出料阀（10）与所述溶液循环泵（8）相连用于排出所述达标浓缩溶液；所述第一出料阀（12）与所述第二出料阀（10）通过三通阀连接于所述溶液循环泵（8）。

8.根据权利要求7所述的低温常压蒸发设备，其特征在于，所述预热装置（3）为管壳式换热器、固定管板式换热器或板式换热器。

9.根据权利要求7所述的低温常压蒸发设备，其特征在于，所述蒸发装置（5）为循环型蒸发装置或膜式蒸发装置。