CN209138035U - 硫酸锰、硫酸锌类物料用mvr系统专用蒸发结晶器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了硫酸锰、硫酸锌类物料用MVR系统专用蒸发结晶器，包括中空罐体，罐体内部设有轴流循环换热装置，轴流循环换热装置包括蒸汽加热器，蒸汽加热器内设有换热管；蒸汽加热器内设有导流筒；导流筒内设有使受热物料产生向下向蒸汽加热器外部后再向上的流体运动的搅拌器；罐体顶部设有二次蒸汽出口；罐体一侧或多侧设置有进液管，罐体底部设有出料管。本实用新型提供一体化的硫酸锰、硫酸锌类物料用MVR系统专用蒸发结晶器，解决现有硫酸锰、硫酸锌类物料蒸发结晶设备换热器堵管、晶体颗粒细小问题，有利于生态环保，降低硫酸锰、硫酸锌类物料生产能耗成本。本实用新型同时公开利用蒸发结晶器实现不堵管同时可长大晶体的蒸发结晶方法。

Description

硫酸锰、硫酸锌类物料用MVR系统专用蒸发结晶器

技术领域

本实用新型属于硫酸锰、硫酸锌类物料蒸发结晶技术领域，具体指像硫酸锰这样温度越高其溶解度越低，与大多数物料是相反的物料，具体为硫酸锰、硫酸锌类结晶细小物料用MVR系统专用蒸发结晶器。

背景技术

我国已成为世界制造大国，但并不是制造强国，除了一些高精尖产品我们还不能制造以外，我国常规产品的制造与世界制造强国的最显著差距是单位产值能耗居高不下，一般产品单位产值能耗是国外先进水平的2倍，部分高达4倍。

MVR（机械式蒸汽再压缩）是高效节能技术，国内早在2006年开始引进，经过十几年的发展，已经开始在中国普及。

MVR的技术原理是利用高能效蒸汽压缩机压缩蒸发系统产生的二次蒸汽，提高二次蒸汽的焓，被提高热焓的二次蒸汽再进入蒸发系统作为热源循环使用，替代绝大部分生蒸汽，生蒸汽仅用于补充系统热损失和补充进出料温差所需热焓，从而大幅度降低蒸发器的生蒸汽消耗，达到大量节能目的。MVR技术所属领域及适用范围：轻工、生化、医药和化工等行业料液和废水的蒸发浓缩结晶。MVR的关键技术包括机械式蒸汽再压缩蒸发器的工艺和设备配套选型设计、系统的自控设计、蒸汽压缩机的设计、适用蒸发结晶器的设计等。

需要注意的是，由于物料的特性千变万化，而MVR蒸汽压缩机的设计与制造趋向基于小时吨蒸发量的系列标准产品（如0.2吨/时，0.5吨/时、1吨/时、3吨/时、5吨/时、10吨/时等），为适应物料与工艺的变化，实际上蒸发结晶器的设计已经成为MVR蒸发浓缩系统的重中之重。

特别是像硫酸锰这样的物料，其特性是温度越高其溶解度越低，与大多数物料是相反的。硫酸锰的蒸发浓缩常常由于在蒸发过程中硫酸锰晶体大量析出，在蒸发器列管换热面上结垢，显著降低蒸发器的换热效率，导致蒸发的能耗成本急剧上升，生产效益降低甚至归零。

1、硫酸锰简介

硫酸锰是重要的微量元素肥料之一，可用作基肥，浸种、拌种、追肥以及叶面的喷洒，能促进作物的生长增加产量。在畜牧业和饲料工业中，用作饲料添加剂，可使得畜禽发育良好，并有催肥效果。在锰深加工工业中，属基础原料产品，用量大，用途广，现主要用于：冶金化工业的电解二氧化锰、电解金属锰、化学二氧化锰的生产。硫酸锰也在其它多种行业中使用：加工油漆、油墨时用作催干剂；合成脂肪酸时用作催化剂；此外，还可用于造纸、陶瓷、印染、矿石浮选；也用于电池、冶炼催化剂、分析试剂、媒染剂、添加剂、药用辅料等。

2、高纯硫酸锰简介

高纯硫酸锰主要应用于镍钴锰三元正极材料以及锰酸锂正极材料的合成，三元材料未来的发展趋势是向高容量和低成本方向发展，高能量密度是锂电池追求的永恒目标，三元正极材料中的Ni、Co、Mn三者不同比例的组合为动力电池行业提供了极大的发挥空间。

在三元体系中，随着Ni组分的增加，容量不断提高，同时因Co的含量减少，材料成本也随之下降，而Mn则在整个正极材料体系中起稳定性和安全性作用。三元材料逐步挤压钴酸锂市场，其优势在于：低成本、高容量、发展空间大。在三元中，可以通过调整Ni、Co、Mn三者的比例关系来获得不同特性的正极材料。且三元正极材料中锰的价格最便宜，因此提高锰的比例可以大大降低电池成本，这也成为行业研究的热点。由于石油、煤等传统资源的日益枯竭，新能源技术已经成为人类可持续发展的关键，锂离子电池可望大规模应用于电动汽车和太阳能、风能等清洁电能的，前景广阔。

3、社会经济意义

如上所述，硫酸锰一直是国民经济建设中不可或缺的重要基本原料产品，用途广泛，而硫酸锰的主要生产成本就是蒸发能耗。如果生产的硫酸锰的能耗成本过高，直接推高其大量下游产品使用成本。现有硫酸锰蒸发结晶设备有盘管浓缩釜、多效蒸发、MVR蒸发三种形式，但都存在一些问题：

（1）盘管浓缩釜生蒸汽只能利用一次，且因空间尺寸受限换热面积不能做的足够大，无法与MVR配套，蒸发成本高；单釜间歇操作，无法连续运行；占地面积大，人工劳动强度大；

（2）多效蒸发能利用大部分二次蒸汽，但容易在换热管加热面析出硫酸锰晶体，造成堵管，晶体在循环过程中被打碎，出来的晶体非常细，离心困难，离心后晶体含水率高，对后续烘干带来困难；本公司已经研发成功硫酸锰二效蒸发浓缩结晶系统（另行申请专利），但其节能效果仍然无法与MVR系统的节能效果相提并论。

（3）相比盘管浓缩釜和多效蒸发，MVR能耗最低，但硫酸锰的高温结晶特性使得常规MVR系统存在换热器堵管和晶体颗粒太小而不达标的两大难题。

一水硫酸锰晶体是白色或浅粉红色单斜晶系细结晶，易溶于水，不溶于乙醇，加热到 200℃以上开始失去结晶水。与一般物料不同，硫酸锰在水中溶解度随着温度升到而减小，这就导致硫酸锰溶液在蒸发结晶时很容易在换热管壁上析出硫酸锰晶体，粘结在管壁上，造成硫酸锰晶体堵塞换热管。因此对于硫酸锰的蒸发结晶，必须设计专有工艺流程和专有蒸发设备，保证蒸发结晶过程中不堵管，且具有良好的经济效益。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对以上问题，提供硫酸锰、硫酸锌类物料用MVR系统专用蒸发结晶器，解决了现有硫酸锰、硫酸锌蒸发结晶设备换热器堵管、晶体颗粒细小问题，有利于生态环保，降低硫酸锰的生产能耗成本。

本实用新型同时公开利用蒸发结晶器实现不堵管同时可长大晶体的蒸发结晶方法。

本实用新型同时公开硫酸锰、硫酸锌类物料用MVR系统。

为实现以上目的，本实用新型采用的技术方案是：硫酸锰、硫酸锌类物料用MVR系统专用蒸发结晶器，包括中空罐体，罐体内部设置有轴流循环换热装置，所述轴流循环换热装置包括蒸汽加热器，用于蒸发溶液溶剂，所述蒸汽加热器将罐体分隔为上下两部分，且所述蒸汽加热器内竖直设置有连通罐体的上下两部分的换热管；所述蒸汽加热器中部同轴设置有可以连通罐体的上下两部分的导流筒；所述导流筒内设置有使受热物料产生向下向蒸汽加热器外部后再向上的流体运动的搅拌器；所述罐体的顶部设置有二次蒸汽出口；所述罐体的一侧设置有进液管，所述罐体底部设置有出料管。

进一步的，所述蒸汽加热器为管束换热器，蒸汽加热器内部换热管为圆周或三角阵列布置。

进一步的，所述导流筒的过流面积小于所有换热管过流面积之和。

进一步的，所述导流筒上下两端突出于蒸汽加热器两端面。

进一步的，所述搅拌器为轴流搅拌器，所述搅拌器延伸至导流筒内，且搅拌器尾端设置有扇叶，所述扇叶设置于导流筒内部。

进一步的，所述进液管，延伸至罐体内部，且使其进料的料流的方向平行于导流筒轴线。

进一步的，所述蒸汽加热器上设置有延伸至与罐体外的蒸汽进口，所述蒸汽进口下方设置有冷凝水出口。

进一步的，所述导流筒与二次蒸汽出口之间设置有除沫器。

采用硫酸锰、硫酸锌类物料用MVR系统专用蒸发结晶器生产可长大晶体的方法，在上下开口的导流筒内，通过搅拌器使物料沿其轴向流动，同时，在轴流推力的作用下，使其沿导流筒外壁上设置的管束换热器内换热的同时逆向回流，然后再被搅拌器后方的轴流吸力吸入到导流筒；在受热的过程中，晶体长大，当晶体长大到一定粒度时，可以克服循环而在底部积聚。

硫酸锰、硫酸锌类物料用MVR系统，包括蒸汽压缩机和采用本实用新型蒸发结晶器，且根据工艺要求，物料特性，处理量，选择配置一个或者多个蒸发结晶器。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型提供硫酸锰、硫酸锌类物料用MVR系统专用蒸发结晶器，解决了现有硫酸锰、硫酸锌蒸发结晶设备换热器堵管、晶体颗粒细小问题，有利于生态环保，降低硫酸锰、硫酸锌的生产能耗成本；

2、本实用新型结晶器集加热、强制循环、蒸发、结晶、晶体沉降分级为一体的设备，替代传统的盘管式浓缩釜、以及常规MVR系统中蒸汽加热器与蒸发结晶器分离的结构，解决了传统浓缩釜采用MVR技术换热面积不够的问题，可为硫酸锰类物料利用MVR节能技术提供了可有效配套的蒸发浓缩结晶器；

3、本实用新型为了实现不堵管，将导流筒过流面积设计成小于所有换热管过流面积之和，这样截流面积由小转大，可以促使换热管内的流速适宜，换热均匀，过饱和度适宜，利于晶体生长。

4、所述进液管，延伸至罐体内部，且使其进料的料流的方向平行于导流筒轴线，一方面有助于形成与搅拌器轴流方向一致的流动性，另一方面大大降低了冷物料进入罐体后对物料温度的影响。

5、所述导流筒上下两端突出于蒸汽加热器两端面，其目的是，有利于物料进入或者被推出导流筒时，能进行充分的混合，避免局部循环。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型用于MVR系统连接示意图。

图中所述文字标注表示为：1、罐体；2、轴流循环换热装置；3、蒸汽加热器；4、导流筒；5、搅拌器；6、蒸汽压缩机；7、二次蒸汽出口；8、除沫器；11、出料管；12、进液管；31、蒸汽进口；32、冷凝水出口；30、换热管；50、连接筒；51、扇叶。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本实用新型的保护范围有任何的限制作用。

如图1-图2所示，本实用新型的具体结构为：硫酸锰、硫酸锌类物料用MVR系统专用蒸发结晶器，包括中空的罐体1，罐体1内部设置有轴流循环换热装置2，所述轴流循环换热装置2包括蒸汽加热器3，用于蒸发溶液溶剂，所述蒸汽加热器3将罐体1分隔为上下两部分，且所述蒸汽加热器3内竖直设置有连通罐体1的上下两部分的换热管30；所述蒸汽加热器3中部同轴设置有可以连通罐体1的上下两部分的导流筒4；所述导流筒4内设置有使受热物料产生向下向蒸汽加热器外部后再向上的流体运动的搅拌器5；所述罐体1的顶部设置有二次蒸汽出口7；所述罐体1的一侧或多侧设置有进液管12，所述罐体1底部设置有出料管11。

本实用新型的蒸汽加热器3为管束换热器，蒸汽加热器3内部换热管30为圆周或三角阵列布置，换热管30长度设计为1000mm~9000mm。

考虑到截流面积的变化对流速的影响，所述导流筒4的过流面积小于所有换热管30的过流面积之和；这样截流面积由小转大，可以促使换热管内的流速适宜，换热均匀，物料难以在换热管30内结垢，过饱和度适宜，利于晶体生长。

为了保证物料进入或者被推出导流筒时，能进行充分的混合，避免局部循环，所述导流筒4上下两端突出于蒸汽加热器3两端面；导流筒上端伸出蒸汽加热器顶部的距离为0~5000mm，导流筒下端伸出蒸汽加热器底部的距离0~3000mm。

在本设计中，所述搅拌器5为轴流搅拌器，所述搅拌器5延伸至导流筒4内，且搅拌器5尾端设置有扇叶51，采用轴流扇叶，所述扇叶51设置于导流筒4内部；轴流搅拌使得物料高流速通过换热管，同时，有助于形成与搅拌器轴流方向一致的流动性所述进液管12，延伸至罐体1内部，且使其进料的料流的方向与搅拌器5搅拌形成的料流方向一致，且液位的维持高度保证物料溶液不在换热管内沸腾，不存在以往多效系统或MVR系统物料堵管问题。

另外，由于搅拌器5长度较长，在实际运行时，搅拌器5的下端，或者说扇叶处，容易产生摆动，为了解决这一问题，在罐体1内壁顶部设置有连接筒50，所述连接筒50与搅拌器5之间设置轴承，端部通过密封件密封，如机械密封、盘根密封、迷宫密封、水环密封等密封形式和结构。

具体来说，所述蒸汽加热器3上设置有延伸至与罐体1外的蒸汽进口31，所述蒸汽进口31下方设置有冷凝水出口32；二次蒸汽出口7所收集到的蒸汽经过蒸汽压缩机6以后，由蒸汽进口31进入到蒸汽加热器3，再利用。可使用的蒸气压缩机为罗茨式蒸汽压缩机、离心式蒸汽压缩机、螺杆式蒸汽压缩机；也可用锅炉蒸汽、电厂蒸汽、余热蒸汽等蒸汽作为热源直接或间接加热。

蒸汽进口31、冷凝水出口32、二次蒸汽出口7数量可为1个、2个、4个，或者多个，且为对称布置；冷凝水出口32根据系统规格、设备型号设置蒸汽疏水阀或不设置生气疏水阀。

本专利中罐体1底部的结构形式为锥形、椭圆形、球形，连接出料管11，出料管11上设置相应的控制阀门，

优选的，所述导流筒4与二次蒸汽出口7之间设置有除沫器8；除沫器8采用丝网除沫器、旋流板式除沫器、折流板式除沫器、惯性式除沫器、旋风分离式除沫器等形式，根据型号规格和使用要求单独设置或组合设置。

本实用新型通过采用上述蒸发结晶器实现不堵管同时可长大晶体的蒸发结晶方法，包括以下步骤：

1、物料连续从进液管12进入蒸发器，并保持液位高度H（液面到蒸汽加热器3上端面的距离），H=2~8m，高于导流筒4上端；

2、经过蒸汽压缩机压缩热焓增加的再压缩蒸汽从蒸汽进口31进入蒸汽加热器3，对物料进行加热；

3、加热期间，在上下开口的导流筒4内，通过搅拌器5使物料沿其轴向旋转向下流动，使物料受热均匀，同时，在轴流推力的作用下，使其沿导流筒4外壁上设置的管束换热器内换热的同时逆向回流，然后再被搅拌器5后方的轴流吸力吸入到导流筒4，使物料产生旋转向下向蒸汽加热器外部后再向上的流体运动；

搅拌器5的转速应当适宜，约在100~1200转/min。

4、再压缩蒸汽在加热物料放出热量后变成冷凝水从冷凝水出口32流出；

5、物料在先下后上的流动中，在受热的过程中，晶体长大，当晶体长大到一定粒度时，可以凭借自身重力下沉并下沉并克服循环而在底部积聚，已经析出的晶体富集在蒸发结晶器的底部，并从出料管11流出，进入到离心机进行固液分离；需要说明的时，在从出料管11排料时，需要确保罐体1底部积聚适当多的结晶物料；

6、物料沸腾蒸发时产生的二次蒸汽从顶部二次蒸汽出口7去往蒸汽压缩机，经过压缩升温后重新经蒸汽进口31送入蒸汽加热器3，对物料进行持续加热；

7、由于富集在蒸发器底部的结晶体不再参与物料循环，结晶体有机会有时间持续长大，达到产品粒度要求。

如图2所示，图2中L表示蒸汽流向。本实用新型的蒸发结晶器与蒸气压缩机组成MVR系统时，且根据工艺要求，物料特性，处理量，选择配置1个、2个、3个甚至更多个蒸发结晶器，本实施例中采用2个。

结晶器内物料温度30~120℃、压力10KPaA~200KPaA，单套蒸发量0.2~50t/h；可以连续进料、连续出料，24小时连续工作。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.硫酸锰、硫酸锌类物料用MVR系统专用蒸发结晶器，包括中空罐体（1），其特征在于，罐体（1）内部设置有轴流循环换热装置（2），所述轴流循环换热装置（2）包括蒸汽加热器（3），用于蒸发溶液溶剂，所述蒸汽加热器（3）将罐体（1）分隔为上下两部分，且所述蒸汽加热器（3）内竖直设置有连通罐体（1）的上下两部分的换热管（30）；所述蒸汽加热器（3）中部同轴设置有可以连通罐体（1）的上下两部分的导流筒（4）；所述导流筒（4）内设置有使受热物料产生向下向蒸汽加热器（3）外部后再向上的流体运动的搅拌器（5）；所述罐体（1）的顶部设置有二次蒸汽出口（7）；所述罐体（1）的一侧设置有进液管（12），所述罐体（1）底部设置有出料管（11）；结晶器内物料温度30~120℃、压力10KPa（A）~200KPa（A），单套蒸发量0.2~50t/h。

2.根据权利要求1所述的硫酸锰、硫酸锌类物料用MVR系统专用蒸发结晶器，其特征在于，所述蒸汽加热器（3）为管束换热器，蒸汽加热器（3）内部换热管（30）成圆周或三角阵列设置有多个。

3.根据权利要求2所述的硫酸锰、硫酸锌类物料用MVR系统专用蒸发结晶器，其特征在于，所述导流筒（4）过流面积小于所有换热管（30）过流面积之和。

4.根据权利要求1所述的硫酸锰、硫酸锌类物料用MVR系统专用蒸发结晶器，其特征在于，所述导流筒（4）上下两端突出于蒸汽加热器（3）两端面。

5.根据权利要求1所述的硫酸锰、硫酸锌类物料用MVR系统专用蒸发结晶器，其特征在于，所述搅拌器（5）为轴流搅拌器，所述搅拌器（5）延伸至导流筒（4）内，且搅拌器（5）尾端设置有扇叶（51），所述扇叶（51）设置于导流筒（4）内部。

6.根据权利要求1所述的硫酸锰、硫酸锌类物料用MVR系统专用蒸发结晶器，其特征在于，所述进液管（12），延伸至罐体（1）内部，且使其进料的料流的方向与搅拌器（5）搅拌形成的料流方向一致。

7.根据权利要求1所述的硫酸锰、硫酸锌类物料用MVR系统专用蒸发结晶器，其特征在于，所述蒸汽加热器（3）上设置有延伸至与罐体（1）外的蒸汽进口（31），所述蒸汽进口（31）下方设置有冷凝水出口（32）。

8.根据权利要求1所述的硫酸锰、硫酸锌类物料用MVR系统专用蒸发结晶器，其特征在于，所述导流筒（4）与二次蒸汽出口（7）之间设置有除沫器（8）。