CN203370302U - 循环利用热能的减压蒸发浓缩器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种循环利用热能的减压蒸发浓缩器，属于节能减排技术化工设备领域，具体利用串联的两台水力喷射泵将蒸发出来的水蒸汽热能回收再利用，并将新蒸汽转化为高温饱和水作为补充热源或以太阳能热水作为补充热源，以及以高效换热器作为加热单元，在流动过程中进行瞬时加热，其蒸发浓缩过程的温度采用调节阀和变频的料液泵进行联合控制。这种蒸发浓缩器除了散热损失及排水带走部分热量外，其余热能均被循环利用，并且没有废气排放，因此可以达到很好的节能、减排效果。

Description

循环利用热能的减压蒸发浓缩器

技术领域

本实用新型涉及一种蒸发浓缩设备，属于节能减排技术化工设备领域，尤其是一种用于化工、医药、食品生产过程设备中循环利用热能的减压蒸发浓缩器。 

背景技术

目前，在蒸发浓缩技术领域主要采用的设备有标准式蒸发罐、外降液蒸发罐、外加热式蒸发罐、升膜式蒸发罐、降膜式蒸发罐等。其中外循环式真空浓缩装置主要应用于中药、西药、葡萄糖、酿酒、淀粉、口服液、食品、化工等工业有机溶剂(如酒精)的回收，适用于批量小品种多的热敏性物料的低温真空浓缩。 

历来的减压蒸发浓缩设备，分单效和多效两大类，后者又细分为二、三、四、五效多种。单效结构简单，制造成本低，但能耗大；多效具有一定的节能效果，但结构复杂，且随着效数的增加，制造成本和占地面积大幅度提高，并因流动阻力加大而造成电力消耗增加。无论是单效还是多效，最终仍有大量废汽排放，既浪费能源，又污染大气。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种循环利用热能的减压蒸发浓缩器，该装置结构简单、占地面积小、能将蒸发出来的水蒸气热能循环利用，不向大气排放任何废气。 

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种循环利用热能的减压蒸发浓缩器，包括装有待浓缩料液的蒸发罐和换热器，其特征在于还包括料液循环回路和水循环回路，所述料液循环回路和水循环回路并联设置；所述蒸发罐底部通过管路与换热器的进口连通，换热器的出口通过管路与蒸发罐的上部连通，形成料液循环回路，在蒸发罐和换热器之间的管路上设有蒸发罐罐底阀，换热器的出口管路上设有料液泵，换热器和料液泵之间设有取样支管。 

对上述结构做进一步说明，所述水循环回路包括两套串联的水力喷射泵和储水罐，所述储水罐的底部管路经过水泵、两套水力喷射泵以及换热器，返回至储水罐的顶部，形成水循环回路，所述蒸发罐顶部通过管道与水力喷射泵一连通，水力喷射泵二与外界的高温热源连通。本实用新型中的水力喷射泵一的作用是将蒸发出来的蒸汽回收至水循环回路中加以利用，水力喷射泵二的作用是吧外界补充热源属于水循环回路中，对循环水进一步加热。 

对上述结构做进一步说明，所述水循环回路包括两套串联的水力喷射泵、储水罐和太阳能热水罐，所述储水罐的底部管路经过水泵、两套水力喷射泵、换热器以及太阳能热水罐，返回至储水罐的顶部，太阳能热水罐底部的太阳能热水罐出水管与水力喷射泵二连通。 

对上述结构做进一步说明，还包括温度自控系统，所述温度自控系统包括设有蒸发罐内部的温度传感器，水力喷射泵二进口处的调节阀，所述蒸发罐内的温度传感器的温度信号传递至变频器并反馈控制调节阀和料液泵。本实用新型中的温度自控系统是根据蒸发罐内料液温度的测量优先通过变频器反馈控制料液泵的转速，并辅助反馈控制调节阀的开启度，其中的料液泵为变频泵。 

对上述结构做进一步说明，所述储水罐与水泵之间的管路上设有排水支路，所述排水支路上设有排水阀。 

对上述结构做进一步说明，所述料液循环回路终端管路上安装有雾化喷头，所述雾化喷头置于蒸发罐内部、待浓缩料液的上方。在蒸发罐内安装雾化喷头可增加蒸发表面积，提高蒸发效率。 

对上述结构做进一步说明，所述蒸发罐的内部安装有汽水分离器，所述汽水分离器置于待浓缩料液的上方，并且与料液循环回路终端管路连接。使用汽水分离器可减少蒸发出来的水蒸汽夹带料液，提高浓缩收得率。 

对上述结构做进一步说明，所述换热器为螺旋板式换热器。换热器可以是螺旋板式、板式、螺管式、列管式、套管式等任何高效间壁传热换热器，本实用新型中优先选用螺旋板式换热器，能瞬间将流动状态的料液加热，其内部无不流动和存料死角。 

对上述结构做进一步说明，所述储水罐上部设有溢流管。储水罐上部设有溢流管，能将储水罐内不断增加的冷凝水在满罐后通过溢流管自动溢流排放。 

本实用新型中两个循环回路的运行过程，先在储水罐中加入一定量的软水，然后启动水泵，将储水罐中的软水泵入水力喷射泵一中，高速喷射所形成的负压将蒸发罐内蒸发出来的水蒸气引入，压缩后成饱和热水使水温上升。水力喷射泵二形成的负压将外部高温蒸气或太阳能热水引入使水温进一步上升，通过高效换热器将料液加热，热水自身则被冷却回到储水罐。开启料液泵，料液进入蒸发罐后在负压的作用下加速蒸发，未被蒸发的料液则被冷却流至罐底，经与罐底连接的高效换热器重新加热后再由料液泵泵入雾化喷头或汽水分离器。如此通过料液和热水的两个循环换热和负压引射，使料液达到不断浓缩的目的。当通过取样分析确认料液达到所需的浓度后，即可停止操作，收集浓缩液。由于蒸汽凝结水的不断增加，储水罐内的水位将不断上升，为此在储水罐顶端装有溢流管，使满出的凝结水自动排放。 

本装置中的温度自控系统，可以实现蒸汽或热水调节阀温度控制和变频泵温度控制，这两个控制形式可以分别独立运行，对蒸发罐中的料液温度进行单一控制；也可以联合运行，对蒸发罐中的料液温度进行联合控制。在联合控制时，以变频控制为优先。 

以上运行过程为分批间歇蒸发操作，在料液循环回路上装设进料支管，并以适当方式进行流量控制，则可将运行过程转化为连续操作。 

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本实用新型是一种利用串联的两台水力喷射泵将蒸发出来的水蒸汽热能回收再利用，并将新蒸汽转化为高温饱和水作为补充热源或以太阳能热水作为补充热源，以及以高效换热器作为加热单元，在流动过程中进行瞬时加热，其蒸发浓缩过程的温度采用调节阀和变频泵进行联合控制。这种蒸发浓缩器除了散热损失及排水带走部分热量外，其余热能均被循环利用，并且没有废气排放，因此可以达到很好的节能、减排效果。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。 

图1是本实用新型的实施例一； 

图2是本实用新型的实施例二；

图3是本实用新型的实施例三；

其中：1—水力喷射泵一，2—雾化喷头，3—蒸发罐，4—水力喷射泵二，5—调节阀，6—温度传感器，7—溢流管，8—储水罐，9—排水阀，10—水泵， 11—变频器，12—蒸发罐罐底阀，13—换热器，14—取样阀，15—料液泵，16—太阳能热水罐，17—太阳能吸热管， 18—太阳能热水罐给水管，19—太阳能热水罐溢流管，20—太阳能热水罐出水管，21—汽水分离器。

具体实施方式

本实用新型具体涉及一种循环利用热能的减压蒸发浓缩器，主要由一台蒸发罐3、一台储水罐8、一台高效换热器13、两台水力喷射泵、两个止逆阀、两台水泵以及一套带有蒸汽或热水调节阀和变频泵的温度自控系统组成。 

根据附图1可知，在蒸发罐3内装有作为待浓缩料液喷射口的雾化喷头2或汽水分离器21以及测量料液温度的温度传感器6，雾化喷头2或汽水分离器21通过管道、料液泵15和换热器13的一个通道与蒸发罐13底部料液出口相连接，形成一个料液循环回路。两台水力喷射泵串联连接，水力喷射泵二4的出口通过管道及换热器13的另一个通道与储水罐8相连，储水罐8底部的出口再通过管道和水泵10与水力喷射泵一1的进口相连接，形成一个水循环回路。 

下面，结合附图对本实用新型的实施举例说明，但不作为本实用新型的限制。 

实施例一：以蒸汽作为补充热源的循环利用热能的减压蒸发浓缩器 

参照附图一，在蒸发罐3中加入罐容积3/4、有效活性物质含量1.82%的某中药提取液，储水罐8中加入罐容积1/4的常温软化水。打开蒸发罐罐底阀12，开启料液泵15，使该中药提取液在换热器13和蒸发罐3之间循环流动。开启水泵10，使储水罐8中的软化水经水力喷射泵1、4和换热器13返回储水罐8循环流动。水力喷射泵一1造成的负压加速蒸发罐3中的中药提取液蒸发，并将蒸发出来的水蒸汽经止逆阀吸入，在水力喷射泵一1中被压缩凝结成热水，将原有软化水加热。水力喷射泵二4将新蒸汽经止逆阀吸入并压缩成热水，使软化水进一步升温。进入换热器13后，热水与中药提取液进行热交换将中药提取液加热，自身被冷却后返回储水罐8中。被加热的中药提取液泵入蒸发罐3中，经雾化喷头2喷雾并在减压下蒸发、浓缩，浓缩液落至蒸发罐3罐底，再经换热器13加热、雾化喷头2喷雾、减压浓缩。如此循环往复，直至达到所需要的浓度。本例中，由取样阀14取出的浓缩液样品经检测有效活性物质含量达到12%后停止循环，将浓缩液经取样阀16全部放出，最终检测有效活性物质含量为12.56%，浓缩倍数达到6.9。

在上述整个蒸发浓缩过程中，蒸发罐3中的中药提取物的温度，始终通过温度传感器6的测量信号优先经由变频器11反馈调节料液泵15的转速以及辅以调节阀5的开启度进行调节，精确控制在39～40℃。 

被水力喷射泵1、4吸入的蒸汽凝结所造成的储水罐8中储水量的不断增加，满罐后可由溢流管7自动溢流排出。在本例中，储水罐8中的储水量（包括自动溢出的水）增加数与蒸发的水量相比，多出11.2%，亦即蒸汽消耗量是蒸发量的11.2%。这一消耗量显著低于现有的常规蒸发浓缩器。 

实施例二：以太阳能热水作为补充热源的循环利用热能的减压蒸发浓缩器 

参照附图二，在蒸发罐3中加入罐容积3/4、有效活性物质含量1.75%的某中药提取液，储水罐8中加入一定量能使太阳能热水罐16灌满后尚有富余的常温软化水。开启水泵10，将储水罐8中的软化水经水力喷射器1、4和换热器13、太阳能热水罐给水管18，泵入太阳能热水罐16中，至太阳能热水罐溢流管19有热水溢流时停泵。待确认太阳能热水罐16中的热水温度上升到70℃以上，打开蒸发罐罐底阀12，开启料液泵15，使待浓缩的中药提取液在换热器13和蒸发罐3之间循环流动。开启水泵30，并启动蒸发罐3的温度自控系统，使储水罐8中剩余的软化水经水力喷射泵1、4和换热器13、太阳能热水罐16、太阳能热水罐溢流管19返回储水罐8循环流动。水力喷射泵一1造成的负压加速蒸发罐3中的中药提取液蒸发，并将蒸发出来的水蒸汽经止逆阀吸入，在水力喷射泵一1中被压缩凝结成热水，将软化水加热。水力喷射泵二4将太阳能热水经太阳能热水罐出水管20、止逆阀吸入，使软化水进一步升温。进入换热器13后，热水与中药提取液进行热交换将中药提取液加热，自身被冷却后经太阳能热水罐给水管18送至太阳能热水罐16，再经太阳能热水罐溢流管19返回储水罐8中。被加热的中药提取液泵入蒸发罐3中，经雾化喷头2喷雾并在减压下蒸发、浓缩，浓缩液落至蒸发罐3罐底，再进入换热器13加热、雾化喷头2喷雾、减压浓缩。如此循环往复，直至达到所需要的浓度。本例中，由取样阀14取出的浓缩液样品经检测有效活性物质含量达到12%后停止循环，将浓缩液经取样阀36全部放出，最终检测有效活性物质含量为12.37%。

在这一蒸发浓缩过程中，蒸发罐3中的中药提取液温度始终由温度传感器6、调节阀5、变频器11和料液泵15组成的温度控制系统精确控制在39~40℃。储水罐8中不断增加的凝结水至满罐后由溢流管19自动溢流排出。 

实施例三：以汽水分离器代替雾化喷头的循环利用热能的减压蒸发浓缩器 

参照附图三，实施过程同实施例一，不同的是蒸发罐中的雾化喷头3被汽水分离器21取代，中药提取物进入蒸发罐后在蒸发的同时进行汽水分离，以减少夹带药液进入水力喷射器中的可能性，从而提高浓缩收得率。在本例中，收得率比实施例一提高了3.2%，相对于蒸发量的蒸汽消耗量为11.9%。

Claims (7)

1.一种循环利用热能的减压蒸发浓缩器，包括装有待浓缩料液的蒸发罐（3）和换热器（13），其特征在于还包括料液循环回路和水循环回路，所述料液循环回路和水循环回路并联设置；

所述蒸发罐（3）底部通过管路与换热器（13）的进口连通，换热器（13）的出口通过管路与蒸发罐（3）的上部连通，形成料液循环回路，在蒸发罐（3）和换热器（13）之间的管路上设有蒸发罐罐底阀（12），换热器（13）的出口管路上设有料液泵（15），换热器（13）和料液泵（15）之间设有取样支管。

2.根据权利要求１所述的循环利用热能的减压蒸发浓缩器，其特征在于所述水循环回路包括两套串联的水力喷射泵和储水罐（8），所述储水罐（8）的底部管路经过水泵（10）、两套水力喷射泵以及换热器（13），返回至储水罐（8）的顶部，形成水循环回路，所述蒸发罐（3）顶部通过管道与水力喷射泵一（1）连通，水力喷射泵二（2）与外界的高温热源连通。

3.根据权利要求1所述的循环利用热能的减压蒸发浓缩器，其特征在于所述水循环回路包括两套串联的水力喷射泵、储水罐（8）和太阳能热水罐（16），所述储水罐（8）的底部管路经过水泵（10）、两套水力喷射泵、换热器（13）以及太阳能热水罐（16），返回至储水罐（8）的顶部，太阳能热水罐（16）底部的太阳能热水罐出水管（20）与水力喷射泵二（2）连通。

4.根据权利要求2或3所述的循环利用热能的减压蒸发浓缩器，其特征在于还包括温度自控系统，所述温度自控系统包括设有蒸发罐（3）内部的温度传感器（6），以及水力喷射泵二（2）进口处的调节阀（5），所述蒸发罐（3）内的温度传感器（6）的温度信号传递至变频器（11）并反馈控制调节阀（5）和料液泵（15）。

5.根据权利要求4所述的循环利用热能的减压蒸发浓缩器，其特征在于所述储水罐（8）与水泵（10）之间的管路上设有排水支路，所述排水支路上设有排水阀（9）。

6.根据权利要求１所述的循环利用热能的减压蒸发浓缩器，其特征在于所述料液循环回路终端管路上安装有雾化喷头（2），所述雾化喷头（2）置于蒸发罐（3）内部、待浓缩料液的上方。

7.根据权利要求１所述的循环利用热能的减压蒸发浓缩器，其特征在于所述蒸发罐（3）的顶部安装有汽水分离器（21），所述汽水分离器（21）置于蒸发罐（3）内部、待浓缩料液的上方。

8. 根据权利要求2或3所述的循环利用热能的减压蒸发浓缩器，其特征在于所述储水罐（8）上部设有溢流管（7）。

9. 根据权利要求１所述的循环利用热能的减压蒸发浓缩器，其特征在于所述换热器（13）为螺旋板式换热器。

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