CN216604770U - 一种古龙酸钠溶液膜分离浓缩工艺设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种古龙酸钠溶液膜分离浓缩工艺设备，给料泵的入口连接原料液罐V01的出口，给料泵的出口连接精密过滤器的入口；高压泵的入口连接精密过滤器的出口，高压泵的出口连接涡轮增压泵的泵侧入口；涡轮增压泵的泵侧出口连接单向止回阀；高压主管道一端连接单向止回阀出口，在高压主管道上分支管道连接循环增压泵的入口，循环增压泵的出口连接分离膜堆的高压入口，分离膜堆的透析液管连接至V02透析液罐，分离膜堆的高压浓缩液出口连接至高压主管道，高压主管道的末端连接至涡轮增压泵的涡轮侧高压浓缩液入口，涡轮增压泵的涡轮侧低压浓缩液出口连接至浓缩液罐V03。本发明可以显著地降低古龙酸钠膜分离浓缩系统高压泵的扬程。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种古龙酸钠溶液膜分离浓缩工艺设备，属于制药工业维生素C生产领域。
背景技术
近年来，维生素C生产工艺广泛采用古龙酸钠溶液膜分离浓缩工艺，在古龙酸产品品质、收率和能源消耗方面都有了很大改善，特别是在浓缩设备投资和能耗方面都有大幅降低。目前古龙酸钠溶液浓缩工艺一般分为低压膜分离浓缩和高压膜分离浓缩2级，在低压古龙酸钠溶液膜分离浓缩工艺流程中把3-5％的树脂离子交换液浓度提升至10-12％，低压膜分离堆的渗透压力一般小于40bar。在高压膜分离浓缩工艺流程中再把10-12％古龙酸钠溶液浓度提升至20-24％，高压膜分离堆的压力一般在50-75bar，经低压和高压膜分离浓缩后的高浓度古龙酸钠溶液然后进入后序蒸发器蒸发。高浓度的古龙酸钠溶液体积流量的减少使后序蒸发器的投资和能耗都大幅降低，但是在目前广泛使用的低压和高压古龙酸钠溶液膜分离浓缩工艺中，浓缩液流量与高压泵泵出的进料流量占比一般在55-65％之间，高压浓缩液经调节阀减为常压进入浓缩液罐。在膜分离浓缩过程中，高压浓缩液减压前的压力与高压泵出口原料液的压力基本相同，这样造成了高压浓缩液减压能量的浪费，高压浓缩液减压能量全部转换成了热能融入到浓缩液中，造成了浓缩液温度的升高，同时高压泵的驱动电机能耗仍然居高不下。
发明内容
本实用新型的目的在于高效回收古龙酸钠溶液膜分离浓缩工艺流程中高压浓缩液减压为低压浓缩液过程中的减压能量，把浓缩液的减压能量转换成涡轮增压泵轴的旋转机械能直接驱动涡轮增压泵的泵轮给高压泵出口的原料液再次增压，从而降低高压泵的扬程，减小高压泵驱动电机功率，实现古龙酸钠溶液膜分离浓缩过程中的节能减排绿色运行。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：
一种古龙酸钠溶液膜分离浓缩工艺设备，包括古龙酸钠溶液原料罐V01、给料泵、精密过滤器、高压泵、涡轮增压泵、单向止回阀、高压主管道、循环增压泵、分离膜堆、透析液罐V02和浓缩液罐，给料泵的入口连接原料液罐的出口，给料泵的出口连接精密过滤器的入口，高压泵的入口连接精密过滤器的出口，高压泵的出口连接涡轮增压泵的泵侧入口，涡轮增压泵的泵侧高压出口连接单向止回阀，高压主管道一端连接单向止回阀出口，在高压主管道上的分支管道连接循环增压泵的入口，循环增压泵的出口连接分离膜堆的高压入口，分离膜堆的透析液出口连接至透析液罐V02，分离膜堆的高压浓缩液出口连接至高压主管道。高压主管道的末端连接至涡轮增压泵的涡轮侧高压浓缩液入口，涡轮增压泵的涡轮侧低压浓缩液出口连接至浓缩液罐V03。
所述高压泵和涡轮增压泵串联，接力完成原料液升为高压力的任务。
所述高压浓缩古龙酸钠溶液进入涡轮增压泵的涡轮侧进行减压能量回收，涡轮把高压浓缩液的减压能量转换成涡轮增压泵轴的旋转机械能直接驱动涡轮增压泵的泵叶轮，减压后的低压浓缩液去浓缩液罐V03。
所述的涡轮增压泵的泵叶轮为单级叶轮结构，高压原料液入口连接高压泵的出口，高压原料液出口连接单向止回阀入口。
所述的涡轮增压泵的涡轮侧连接高压主管道的末端，涡轮壳体内设有主喷嘴和辅助喷嘴，通过管路连接至涡轮内，在辅助喷嘴管路上安装有流量压力调节阀。
调节阀开度增大浓缩液流量增大，分离膜堆的渗透压力降低，调节阀的开度减小浓缩液流量减小，分离膜堆的渗透压力升高。
所述的涡轮增压泵的涡轮叶轮和增压泵的泵叶轮，完全封闭在一个不锈钢高压壳体内，泵轴由中心轴承支撑涡轮增压泵无外伸轴，所以涡轮增压泵不需要轴封，可无泄漏地长周期稳定运行。
所述的涡轮增压泵内中心轴承是一种古龙酸钠溶液自润滑的滑动轴承，中心轴承既能支承涡轮增压泵轴，还能密封隔离涡轮增压泵的涡轮侧和增压泵侧古龙酸钠溶液。
所述的高压泵可以为多级高压离心泵或者容积式正位移柱塞泵，材料为不锈钢材料，耐古龙酸钠溶液腐蚀。
所述的涡轮增压泵为高压浓缩液涡轮直接驱动的单级增压泵叶轮，涡轮与增压泵叶轮共用一个泵轴。
采用上述工艺设备后，电动高压泵和涡轮增压泵串联接力工作，共同完成古龙酸钠原料液的升压任务。电动高压泵原料液的升压压力为总升压压力的50-60％，电动高压泵电机驱动功率比目前不设涡轮增压泵的膜分离浓缩工艺设备最高可降低55％，节能效果非常显著。
涡轮增压泵辅助喷嘴管路上的流量压力调节阀可用于调整膜分离的渗透压力和浓缩液的流量。调节阀可手动调节或自动调节，以使分离膜堆在工艺要求的渗透压力和古龙酸钠溶液浓缩浓度范围内运行。
附图说明
图1现有古龙酸钠溶液膜分离浓缩工艺设备；
图2本实用新型古龙酸钠溶液膜分离浓缩工艺设备；
图3涡轮增压泵5的外形示意图；
图4涡轮增压泵涡轮、增压泵轮、泵轴和中心轴承示意图；
图5涡轮增压泵涡轮侧端视图；
1 原料液罐V01 2 给料泵 3 精密过滤器 4 高压泵 5 涡轮增压泵
6 单向止回阀 7 高压主管道 8 循环增压泵 9 分离膜堆
10 透析液罐V02 11 浓缩液罐V03 12 调节阀 13 高压原料液入口
14 高压原料液出口 15 高压浓缩液入口 16 低压浓缩液出口
17 增压泵涡轮 18 泵轴 19 中心轴承 20 增压泵叶轮
21 涡轮增压泵涡轮主喷嘴 22 涡轮辅助喷嘴 23涡壳
具体实施方式
如图2所示本发明新型的古龙酸钠溶液膜分离浓缩工艺设备，包括V01原料液罐1、给料泵2、精密过滤器3、高压泵4、涡轮增压泵5、单向止回阀6、高压主管道7、循环增压泵8、分离膜堆9、V02透析液罐10、V03浓缩液罐11
其中给料泵2把V01原料液罐1中的原料液泵入精密过滤器3.过滤掉原料液中的颗粒物后,原料液以1-2bar的压力进入高压泵4入口,高压泵4把原料液增压到分离膜渗透总压力的50-60％后直接进入涡轮增压泵的增压泵入口13，在涡轮增压泵的泵叶轮20内原料液再次增压，涡轮增压泵的增压值为分离膜渗透总压力的50-40％。在高压主管道7分支管连接循环增压泵8的入口，循环增压泵8把来自主管道7的原料液增压后进入分离膜堆9的高压入口，在分离膜堆9内原料液进行分离，透过分离膜堆9的透析液进入透析液罐11，未透析的浓缩液返回主管道7，返回主管道的一部分浓缩液返回循环增压泵8循环，另外一部分浓缩液进入涡轮增压泵5的涡轮入口15回收高压浓缩液的减压能量，减压后的低压浓缩液自涡轮增压泵涡轮低压出口16进入V03浓缩液罐11。
涡轮增压泵5既可以回收高压浓缩液的减压能量同时还给原料液增压。涡轮增压泵由2部分组成，一部分是涡轮侧，另外一部分是增压泵侧。高压浓缩液由入口15进入涡轮，高压浓缩液推动涡轮旋转把高压浓缩液减压能转换成泵轴18的旋转机械能，减压后的低压浓缩液由出口16进入V03浓缩液罐11。来自高压泵4出口的原料液进入涡轮增压泵的泵侧入口13，在泵轴18的直接驱动下增压泵叶轮20把原料液增压后经涡轮增压泵的泵侧高压原料液出口14进入单向止回阀6。
图4为涡轮增压泵的旋转部件和中心轴承工作示意图，17为涡轮增压泵的涡轮，18为涡轮泵的泵轴，19为中心轴承，20为涡轮增压泵的泵叶轮。
涡轮17把高压浓缩液减压能转换成泵轴18的旋转机械能直接驱动增压泵轮20旋转，增压泵轮20把原料液升压至分离膜渗透所需压力后进入单向止回阀6。
图5为涡轮增压泵涡轮侧端视图，15为高压浓缩液入口，高压浓缩液经入口15进入涡轮壳体后，约70％的浓缩液进入主喷嘴21，另外约30％浓缩液经调节阀12调节流量压力后进入辅助喷嘴22后再进入涡轮17，高压浓缩液在涡轮17内回收能量，把浓缩液减压能量转换成泵轴18的旋转机械能。
调节阀12用于调节浓缩液的流量和膜分离的渗透压力，调节阀12可手动调节或自动调节，以满足分离膜堆要求的渗透压力和浓度要求，调节阀开度增大时浓缩液流量增大，膜分离渗透压力降低，调节阀开度减小时浓缩液流量减小，膜分离渗透压升高。
具体实施节能效果案例：
古龙酸钠溶液高压力膜分离浓缩设备工况参数：
古龙酸钠原料溶液进料流量40m3/h；
古龙酸钠浓缩液流量23m3/h；
古龙酸钠溶液膜分离浓缩工艺高压主管道7的压力65bar；
高压泵4的进口压力1.5bar；浓缩液调节阀12出口压力0.5bar；
传统工艺设备高压泵4的流量40m3/h,原料液增压值63.5bar，高压泵驱动电机功率160Kw，动力消耗功率为140Kw。
本发明古龙酸钠溶液膜分离浓缩工艺设备中的涡轮增压泵5给原料液的增压值为22bar，高压泵4原料液增压值降为41.5bar，高压泵4驱动电机功率为90Kw，动力消耗功率降为70Kw，本发明工艺设备每小时节电功率70Kwh，节电50％，按每年运行8000小时，电价按0.6/每度计算，全年节电560000度，减少CO2排放量385吨，年节约电费33.6万元。
以上所述，仅为本发明的古龙酸钠溶液膜分离浓缩工艺设备典型应用，并非对本发明实施范围的限定，凡依据本发明所做的其他溶液膜分离工艺的应用也在本发明保护范围内。
Claims (9)
1.一种古龙酸钠溶液膜分离浓缩工艺设备，包括古龙酸钠溶液原料罐V01（1）、给料泵（2）、精密过滤器（3）、高压泵（4）、涡轮增压泵（5）、单向止回阀（6）、高压主管道（7）、循环增压泵（8）、分离膜堆（9）、透析液罐V02（10）和浓缩液罐V03（11），其特征在于，给料泵（2）的入口连接原料罐V01（1）的出口，给料泵（2）的出口连接精密过滤器（3）的入口，高压泵（4）的入口连接精密过滤器（3）的出口，高压泵（4）的出口连接涡轮增压泵（5）的泵侧入口，涡轮增压泵（5）的泵侧出口连接单向止回阀（6），高压主管道（7）一端连接单向止回阀（6）出口，在高压主管道（7）上分支管道连接循环增压泵的入口，循环增压泵（8）的出口连接分离膜堆（9）的高压入口，分离膜堆（9）的透析液管路连接至透析液罐V02（10），分离膜堆（9）的高压浓缩液出口连接至高压主管道（7），高压主管道（7）的末端连接至涡轮增压泵（5）的涡轮侧高压浓缩液入口（15），涡轮增压泵（5）的涡轮侧低压浓缩液出口（16）连接至浓缩液罐V03（11）。
2.如权利要求1所述的一种古龙酸钠溶液膜分离浓缩工艺设备，其特征在于高压泵（4）和涡轮增压泵（5）串联。
3.如权利要求1所述的一种古龙酸钠溶液膜分离浓缩工艺设备，其特征在于高压浓缩古龙酸钠溶液进入涡轮增压泵（5）的涡轮侧进行减压能量回收，涡轮（17）把高压浓缩液的减压能量转换成涡轮增压泵轴（18）的旋转机械能直接驱动涡轮增压泵（5）的泵叶轮（20），减压后的低压浓缩液去浓缩液罐V03（11）。
4.如权利要求3所述的一种古龙酸钠溶液膜分离浓缩工艺设备，其特征在于所述的涡轮增压泵（5）的泵叶轮（20）为单级叶轮结构，高压原料液入口（13）连接高压泵的出口，高压原料液出口（14）连接单向止回阀（6）入口。
5.如权利要求3所述的一种古龙酸钠溶液膜分离浓缩工艺设备，其特征在于涡轮增压泵（5）的涡轮侧连接高压主管道（7）的末端，涡轮增压泵（5）的涡轮（17）壳体内设有主喷嘴（21）和辅助喷嘴（22），通过管路连接至涡轮内，在辅助喷嘴管路上安装有流量压力调节阀（12）。
6.如权利要求2或3所述的一种古龙酸钠溶液膜分离浓缩工艺设备，其特征在于涡轮增压泵（5）的涡轮叶轮和增压泵的泵叶轮共用一个泵轴（18），完全封闭在一个不锈钢高压壳体内，由中心轴承（19）隔离，无外伸轴不需要轴封。
7.如权利要求6所述的一种古龙酸钠溶液膜分离浓缩工艺设备，其特征在于涡轮增压泵（5）内的中心轴承（19）是一种古龙酸钠溶液自润滑的滑动轴承。
8.如权利要求7所述的一种古龙酸钠溶液膜分离浓缩工艺设备，其特征在于高压泵（4）可以为多级高压离心泵或者容积式正位移柱塞泵，材料为不锈钢材料。
9.如权利要求7所述的一种古龙酸钠溶液膜分离浓缩工艺设备，其特征在于所述的涡轮增压泵（5）为高压浓缩液涡轮直接驱动的单级增压泵叶轮，涡轮与增压泵叶轮共用一个泵轴。
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