部分蒸汽再壓縮蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種部分蒸汽再壓縮蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)及方法，屬于節(jié)能\環(huán)保領(lǐng)域。該系統(tǒng)啟動前需要采用真空泵（12）抽真空。該系統(tǒng)蒸發(fā)濃縮結(jié)晶過程特點(diǎn)在于，分離器（6）出口水蒸汽經(jīng)過二次蒸汽穩(wěn)壓分配器（7）分為兩路：一路進(jìn)入第一級預(yù)熱器（2）熱側(cè)對原料進(jìn)行預(yù)熱；另一路經(jīng)過蒸汽壓縮機(jī)（8）升壓后送入換熱器（5）熱側(cè)入口。二次蒸汽穩(wěn)壓分配器（7）具有流量分配和壓力平衡的功效。該系統(tǒng)因?qū)崿F(xiàn)了不同品位的二次蒸汽梯級利用，降低系統(tǒng)能耗，較常規(guī)蒸汽再壓縮蒸發(fā)系統(tǒng)節(jié)能效果顯著。另外，由于實(shí)現(xiàn)了部分蒸汽再壓縮，可使得蒸汽壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸規(guī)格減小，可顯著降低蒸汽壓縮機(jī)的投資成本。該發(fā)明具有節(jié)能、整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸緊湊、成本低的技術(shù)優(yōu)勢。
【專利說明】部分蒸汽再壓縮蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種部分蒸汽再壓縮蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)及方法，屬于節(jié)能及環(huán)保領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的蒸發(fā)濃縮結(jié)晶設(shè)備多采用外加蒸汽作為熱源，常用的是單效或多效蒸發(fā)技術(shù)，最終是將分離器產(chǎn)生的二次蒸汽直接排出或是經(jīng)冷凝設(shè)備冷凝后排走。這樣不僅浪費(fèi)了二次蒸汽的潛熱，浪費(fèi)了能源，還得為冷凝二次蒸汽增加一套冷凝設(shè)備，既增加了投資又不環(huán)保和經(jīng)濟(jì)。
[0003]目前最先進(jìn)的是蒸汽機(jī)械再壓縮蒸發(fā)濃縮結(jié)晶系統(tǒng)，其原理是采用蒸汽壓縮機(jī)將分離器產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)行壓縮，提升品位，在加熱器中利用其潛熱對原料進(jìn)行加熱，在一些情況下，較單效和多效系統(tǒng)而言，具有節(jié)能的優(yōu)勢。但蒸汽壓縮機(jī)的價格也是昂貴的，并且蒸汽壓縮機(jī)的價格是隨著結(jié)構(gòu)尺寸的增加而呈指數(shù)增長，這也就意味著如果蒸汽壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸下降，其價格下降的幅度就比較大。
[0004]較前幾年而言，目前人們越來越接受了蒸汽機(jī)械再壓縮蒸發(fā)濃縮技術(shù)是比較節(jié)能的概念，認(rèn)為只要采用蒸汽機(jī)械再壓縮就能節(jié)約大量的能量。
[0005]但通過近年來我們的研究發(fā)現(xiàn)，常規(guī)的蒸汽機(jī)械再壓縮蒸發(fā)濃縮技術(shù)，并不是對所有的物料蒸發(fā)濃縮都有明顯的節(jié)能效果，如某些沸點(diǎn)升高較高、或要求傳熱溫差較大的物料蒸發(fā)濃縮結(jié)晶的節(jié)能效果就不佳，甚至沒有節(jié)能效果。
[0006]為此，如何設(shè)計(jì)一個比常規(guī)的蒸汽機(jī)械再壓縮蒸發(fā)濃縮技術(shù)更加合理、更加節(jié)能、成本更低的蒸發(fā)濃縮結(jié)晶系統(tǒng)，成為一個新的研究方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠連續(xù)進(jìn)料、出料和能夠節(jié)約能源、成本更低，并且可以在不同溫度范圍下工作的結(jié)構(gòu)緊湊的部分蒸汽再壓縮蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)和方法。
[0008]本發(fā)明由原料罐、第一級預(yù)熱器、第二級預(yù)熱器、物料循環(huán)泵、換熱器、分離器、二次蒸汽穩(wěn)壓分配器、蒸汽壓縮機(jī)、凝液罐、成品罐、出料泵、真空泵組成；
其中第一級預(yù)熱器具有冷側(cè)入口、冷側(cè)出口、熱側(cè)入口、熱側(cè)出口 ；第二級預(yù)熱器具有冷側(cè)入口、冷側(cè)出口、熱側(cè)入口、熱側(cè)出口；換熱器具有冷側(cè)入口、冷側(cè)出口、熱側(cè)入口、熱側(cè)出口 ；分離器具有入口、蒸汽出口、濃縮液出口 ；
其中原料罐出口與第一級預(yù)熱器冷側(cè)入口相連，第一級預(yù)熱器冷側(cè)出口與第二級預(yù)熱器冷側(cè)入口相連，第二級預(yù)熱器冷側(cè)出口與混合管入口相連，混合管出口與換熱器冷側(cè)入口相連，換熱器冷側(cè)出口與分離器入口相連；分離器的蒸汽出口與二次蒸汽穩(wěn)壓分配器入口相連；分離器的濃縮液出口分為兩路，一路依次與出料泵和成品罐相連，另一路依次與物料循環(huán)泵和混合管入口相連；
二次蒸汽穩(wěn)壓分配器包括兩個出口，一個出口依次與蒸汽壓縮機(jī)和換熱器熱側(cè)入口相連；另一個出口與第一級預(yù)熱器熱側(cè)入口相連；換熱器熱側(cè)出口與第二級預(yù)熱器熱側(cè)入口相連，第二級預(yù)熱器熱側(cè)出口與凝液罐相連；第一級預(yù)熱器熱側(cè)出口與凝液罐相連。
[0009]所述二次蒸汽穩(wěn)壓分配器置于分離器的外部或內(nèi)部的頂部位置。
[0010]系統(tǒng)運(yùn)行過程如下:
一、抽真空過程:
在系統(tǒng)啟動前，打開真空泵對整個蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)管路及設(shè)備抽真空，達(dá)到系統(tǒng)操作壓力要求后關(guān)閉真空泵；
二、蒸發(fā)濃縮過程:
來自原料罐的物料首先進(jìn)入第一級預(yù)熱器冷側(cè)吸收來自二次蒸汽穩(wěn)壓分配器出口的二次蒸汽冷凝潛熱后溫度升高，再進(jìn)入第二級預(yù)熱器冷側(cè)吸收來自換熱器熱側(cè)出口的高壓高溫冷凝水顯熱，其溫度繼續(xù)升高；從第二級預(yù)熱器冷側(cè)出來的物料與來自物料循環(huán)泵出口的高溫濃縮液在混合管處混合后其溫度接近蒸發(fā)溫度，然后再進(jìn)入換熱器冷側(cè)，吸收來自蒸汽壓縮機(jī)出口二次蒸汽冷凝潛熱后，進(jìn)入分離器入口 ；物料在分離器內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槎握羝蜐饪s液混合物，分離器蒸汽出口的二次蒸汽進(jìn)入二次蒸汽穩(wěn)壓分配器經(jīng)過穩(wěn)壓后分為兩路，一路直接進(jìn)入第一級預(yù)熱器熱側(cè)對原料進(jìn)行預(yù)熱；另一路進(jìn)入蒸汽壓縮機(jī)增壓后進(jìn)入換熱器熱側(cè)對第一級預(yù)熱器出口的原料進(jìn)行再熱；
分離器濃縮液出口物料分為兩路，一路通過出料泵送入成品罐；另一路經(jīng)過物料循環(huán)泵進(jìn)入混合管與原料混合后進(jìn)入換熱器冷側(cè)吸收二次蒸汽冷凝潛熱部分蒸發(fā)后再進(jìn)入分離器開始下一輪循環(huán)。
[0011]本發(fā)明所提供的設(shè)備能夠滿足連續(xù)進(jìn)料和排料的濃縮結(jié)晶生產(chǎn)要求，采用二次蒸汽穩(wěn)壓分配器收集二次蒸汽，并將二次蒸汽進(jìn)行分配，部分蒸汽進(jìn)入蒸汽壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，進(jìn)入加熱器利用了二次蒸汽的潛熱，另外一部分二次蒸汽直接進(jìn)入第一級預(yù)熱器用于加熱原料，節(jié)約了能源，省去了冷凝設(shè)備，進(jìn)一步減少了冷卻水的用量，較大幅度降低了企業(yè)采購蒸汽壓縮機(jī)的成本，增加了企業(yè)收益，采用真空泵來抽出不凝性氣體和維持系統(tǒng)內(nèi)的真空度，保證溶液在設(shè)定的溫度下沸騰蒸發(fā)。
[0012]為了維持系統(tǒng)的真空度，在系統(tǒng)啟動前，打開真空泵對整個蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)管路及設(shè)備抽真空，達(dá)到系統(tǒng)操作壓力要求后關(guān)閉真空泵，系統(tǒng)的操作壓力是和蒸發(fā)溫度是一一對應(yīng)的，可根據(jù)蒸汽的飽和壓力和飽和溫度表來確定。
[0013]也可以采用將二次蒸汽穩(wěn)壓分配器置于分離器的內(nèi)部，這樣可以使得系統(tǒng)更加緊湊。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的第一種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的第二種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中標(biāo)號名稱:1、原料罐，2、第一級預(yù)熱器，3、第二級預(yù)熱器，4、物料循環(huán)泵，5、換熱器，6、分離器，7、二次蒸汽穩(wěn)壓分配器，8、蒸汽壓縮機(jī)，9、凝液罐，10、成品罐，11、出料泵，12、真空泵，13、混合管。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面參照圖1說明該高效節(jié)能部分蒸汽再壓縮蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的運(yùn)行過程。[0016]首次啟動該系統(tǒng)時，需要利用真空泵12抽真空。系統(tǒng)的操作壓力是要和蒸發(fā)溫度是一一對應(yīng)的，可根據(jù)蒸汽的飽和壓力和飽和溫度表來確定。
[0017]主要操作步驟如下:來自原料罐I中的原料經(jīng)過第一級預(yù)熱器2加熱后，再通過第二級預(yù)熱器3加熱后，溫度達(dá)到蒸發(fā)溫度，與循環(huán)濃縮液混合后進(jìn)入換熱器5冷側(cè)，受到換熱器5熱側(cè)蒸汽加熱后部分蒸發(fā)，進(jìn)入分離器6進(jìn)行氣液分離。從分離器6氣相出口的二次蒸汽再通過二次蒸汽穩(wěn)壓分配器7分為兩路:一路二次蒸汽進(jìn)入第一級預(yù)熱器2熱側(cè)冷凝，同時對預(yù)熱器2冷側(cè)的原料進(jìn)行預(yù)熱；另一路二次蒸汽經(jīng)過蒸汽壓縮機(jī)8升壓提升品位后，進(jìn)入換熱器5熱側(cè)對換熱器5冷側(cè)的物料放熱，同時換熱5熱側(cè)的二次蒸汽被冷凝為液態(tài)水。從換熱器5熱側(cè)出來的凝結(jié)水再進(jìn)入第二級預(yù)熱器3熱側(cè)對原料進(jìn)行第2級預(yù)熱。從分離器6底部出來的濃縮液混合物經(jīng)過物料循環(huán)泵11與預(yù)熱原料混合后進(jìn)入換熱器5冷側(cè)。待分離器6內(nèi)溶液循環(huán)濃縮達(dá)到一定結(jié)晶量時，打開出料泵11，排出部分濃縮液至成品罐10。至此整個部分蒸汽再壓縮蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)開始連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
[0018]其中，蒸汽壓縮機(jī)8的壓縮過程，可視為可逆多變過程，其壓縮功率可采用可逆多變過程進(jìn)行計(jì)算，多變指數(shù)η可取1，2-1.5。計(jì)算出的壓縮機(jī)功率主要是用于增加二次蒸汽的焓值。
[0019]另外，根據(jù)能量守恒原理，可以計(jì)算出物料在加熱器蒸發(fā)所需要的熱量，可以根據(jù)多出的能量的比例來確定需要進(jìn)行壓縮的二次蒸汽的比例。一旦確定下需要壓縮蒸汽的比例，就可根據(jù)該數(shù)據(jù)確定蒸汽壓縮機(jī)8的尺寸，達(dá)到部分蒸汽壓縮的目的，實(shí)現(xiàn)節(jié)能及減小蒸汽壓縮機(jī)投資成本的目標(biāo)。
[0020]如圖2所示，也可以采用將二次蒸汽穩(wěn)壓分配器置于分離器的內(nèi)部，這樣可以使得系統(tǒng)更加緊湊。
【權(quán)利要求】
1.一種部分蒸汽再壓縮蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)，其特征在于 由原料罐(I)、第一級預(yù)熱器(2)、第二級預(yù)熱器(3)、物料循環(huán)泵(4)、換熱器(5)、分離器(6)、二次蒸汽穩(wěn)壓分配器(7)、蒸汽壓縮機(jī)(8)、凝液罐(9)、成品罐(10)、出料泵(11)、真空泵(12)組成； 其中第一級預(yù)熱器(2)具有冷側(cè)入口、冷側(cè)出口、熱側(cè)入口、熱側(cè)出口 ；第二級預(yù)熱器(3 )具有冷側(cè)入口、冷側(cè)出口、熱側(cè)入口、熱側(cè)出口；換熱器(5 )具有冷側(cè)入口、冷側(cè)出口、熱側(cè)入口、熱側(cè)出口 ；分離器(6)具有入口、蒸汽出口、濃縮液出口 ； 其中原料罐(I)出口與第一級預(yù)熱器(2)冷側(cè)入口相連，第一級預(yù)熱器(2)冷側(cè)出口與第二級預(yù)熱器(3)冷側(cè)入口相連，第二級預(yù)熱器(3)冷側(cè)出口與混合管(13)入口相連，混合管(13 )出口與換熱器(5 )冷側(cè)入口相連，換熱器(5 )冷側(cè)出口與分離器(6 )入口相連；分離器(6)的蒸汽出口與二次蒸汽穩(wěn)壓分配器(7)入口相連；分離器(6)的濃縮液出口分為兩路，一路依次與出料泵(11)和成品罐(10)相連，另一路依次與物料循環(huán)泵(4)和混合管(13)入口相連； 二次蒸汽穩(wěn)壓分配器(7 )包括兩個出口，一個出口依次與蒸汽壓縮機(jī)(8 )和換熱器(5 )熱側(cè)入口相連；另一個出口與第一級預(yù)熱器(2)熱側(cè)入口相連；換熱器(5)熱側(cè)出口與第二級預(yù)熱器(3)熱側(cè)入口相連，第二級預(yù)熱器(3)熱側(cè)出口與凝液罐(9)相連；第一級預(yù)熱器(2 )熱側(cè)出口與凝液罐(9 )相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部分蒸汽再壓縮蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)，其特征在于:所述二次蒸汽穩(wěn)壓分配器(7)置于分離器(6)的外部或內(nèi)部的頂部位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部分蒸汽再壓縮蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的工作方法，其特征在于包括以下過程: 一、抽真空過程: 在系統(tǒng)啟動前，打開真空泵(12)對整個蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)管路及設(shè)備抽真空，達(dá)到系統(tǒng)操作壓力要求后關(guān)閉真空泵(12)； 二、蒸發(fā)濃縮過程: 來自原料罐(I)的物料首先進(jìn)入第一級預(yù)熱器(2 )冷側(cè)吸收來自二次蒸汽穩(wěn)壓分配器(7)出口的二次蒸汽冷凝潛熱后溫度升高，再進(jìn)入第二級預(yù)熱器(3)冷側(cè)吸收來自換熱器(5)熱側(cè)出口的高壓高溫冷凝水顯熱，其溫度繼續(xù)升高；從第二級預(yù)熱器(3)冷側(cè)出來的物料與來自物料循環(huán)泵(4)出口的高溫濃縮液在混合管(13)處混合后其溫度接近蒸發(fā)溫度，然后再進(jìn)入換熱器(5 )冷側(cè)，吸收來自蒸汽壓縮機(jī)(8 )出口 二次蒸汽冷凝潛熱后，進(jìn)入分離器(6)入口 ；物料在分離器(6)內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槎握羝蜐饪s液混合物，分離器(6)蒸汽出口的二次蒸汽進(jìn)入二次蒸汽穩(wěn)壓分配器(7)經(jīng)過穩(wěn)壓后分為兩路，一路直接進(jìn)入第一級預(yù)熱器(2 )熱側(cè)對原料進(jìn)行預(yù)熱；另一路進(jìn)入蒸汽壓縮機(jī)(8 )增壓后進(jìn)入換熱器(5 )熱側(cè)對第一級預(yù)熱器(2)出口的原料進(jìn)行再熱； 分離器(6)濃縮液出口物料分為兩路，一路通過出料泵(11)送入成品罐(10);另一路經(jīng)過物料循環(huán)泵(4 )進(jìn)入混合管(13 )與原料混合后進(jìn)入換熱器(5 )冷側(cè)吸收二次蒸汽冷凝潛熱部分蒸發(fā)后再進(jìn)入分離器(6)開始下一輪循環(huán)。
【文檔編號】B01D1/00GK103768808SQ201410031526
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】韓東, 岳晨, 蒲文灝, 何緯峰 申請人:南京航空航天大學(xué)