CN105833555A - 板式换热器浓缩系统及其浓缩工艺 - Google Patents

Abstract

一种板式换热器浓缩系统，其特征在于，包括原料罐；蒸馏水板式换热器，设有第一进料口、第一出料口、进水口、第一出水口；蒸汽板式换热器，设有第二进料口、第二出料口、蒸汽进口、第二出水口；板式强制循环换热器，包括强制循环泵、第三进料口、第三出料口、循环蒸汽进口、第三出水口；分离器，分离器上端和下端分别设有、循环蒸汽出口、排料口，分离器的一侧设有第四进料口；MVR压缩机系统；蒸馏水罐；控制系统。本发明结构简单，占用面积少，操作灵活，耗能少，传热效率高，可对热能进行多级利用，运行成本低，节能环保。

Description

板式换热器浓缩系统及其浓缩工艺

技术领域

本发明涉及浓缩工艺设备领域，尤指一种板式换热器浓缩系统及其浓缩工艺。

背景技术

在现行的蒸发结晶、蒸发浓缩装置，目前有三种主要的技术实现来实现。

1.多效技术（MEE）：在多效蒸发装置中，由新蒸汽加热第一效产生的蒸汽不进入冷凝器，而是作为第二效的加热介质得以再次利用。这样可以将新蒸汽消耗有效降低约50%。重复利用此原理，可进一步降低新蒸汽消耗。第一效的最高加热温度与最后一效的最低沸点温度形成了总温差，分布于各个效。结果，每效温差随效数增加而减小。所以为达到指定的蒸发速率必须增大加热面积。初步估算表明，用于所有效的加热面积随效数成比例增加，这样一来蒸汽节省量逐渐减少的同时，投资费用显著增加。

2.热力蒸汽再压缩技术（TVR）：热力蒸汽再压缩时，根据热泵原理，来自沸腾室的蒸汽被压缩到加热室的较高压力；即能量被加到蒸汽上。由于与加热室压力相对应的饱和蒸汽温度更高，使得蒸汽能够再用于加热。为此采用蒸汽喷射压缩器。它们是根据喷射泵原理来操作，没有活动件，设计简单而有效，并能确保最高的工作可靠性。使用一台热力蒸汽压缩器与增加一效蒸发器具有相同的节省蒸汽/节能效果。热力蒸汽压缩器的操作需要一定数量的新蒸汽，即所谓的动力蒸汽。这些动力蒸汽必须被传送到下一效，或者被送至冷凝器作为残余蒸汽。包含在残余蒸汽中的剩余能量大约与动力蒸汽所提供的能量相当。

3.机械蒸汽再压缩技术（MVR）：机械蒸汽再压缩时，通过机械驱动的压缩机将蒸发器蒸出的蒸汽压缩至较高压力。因此再压缩机也作为热泵来工作，给蒸汽增加能量。与用循环工艺流体（即封闭系统，制冷循环）的压缩热泵相反，因为蒸汽再压缩机是作为开放系统来工作，故可将其视为特殊的压缩热泵。在蒸汽压缩和随后的加热蒸汽冷凝之后，冷凝液离开循环。加热蒸汽（热的一侧）与二次蒸汽（冷的一侧）被蒸发器的换热表面分隔开来。开放式压缩热泵与封闭式压缩热泵的对比表明：在开放系统中的蒸发器表面基本上取代了封闭系统中工艺流体膨胀阀的功能。通过使用相对少的能量，即在压缩热泵情况下的压缩机叶轮的机械能，能量被加入工艺加热介质中并进入连续循环。在此情况下，不需要一次蒸汽作为加热介质。

以上三种蒸发浓缩工艺各有优点，但是还存在不足：均采用管壳式换热器（包括降膜蒸发器、升膜蒸发器、立式列管强制换热器、卧式列管强制换热器等）进行换热蒸发，占用面积大，使用上存在空间的局限，不便于维修保养；管壳式换热器传热效能低，使得冷热物料之间的传热温差较大，降低了成品的浓缩质量；需要采用大量的蒸汽进行换热，增加了运行成本。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种结构简单，占用面积少，操作灵活，耗能少，传热效率高，可对热能进行多级利用，运行成本低，节能环保的板式换热器浓缩系统及其浓缩工艺。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种板式换热器浓缩系统，包括：原料罐；蒸馏水板式换热器，设有第一进料口、第一出料口、进水口、第一出水口； 蒸汽板式换热器，设有第二进料口、第二出料口、蒸汽进口、第二出水口；板式强制循环换热器，包括强制循环泵、第三进料口、第三出料口、循环蒸汽进口、第三出水口；分离器，分离器上端和下端分别设有、循环蒸汽出口、排料口，分离器的一侧设有第四进料口；MVR压缩机系统；蒸馏水罐；控制系统；其中所述原料罐通过进料泵与第一进口连接，所述第一出料口与第二进料口连接，所述第二出料口与第三进料口连接，所述第三出料口与第四进料口连接，蒸馏水罐通过水泵与进水口连接，所述第二出水口、第三出水口分别与蒸馏水罐连接，所述循环蒸汽出口连接MVR压缩机系统并通过MVR压缩机系统与循环蒸汽进口连接，所述排料口连接强制循环泵，并通过强制循环泵与第三进料口连接，所述蒸汽进口外接供气装置，所述控制系统分别与进料泵、水泵、MVR压缩机系统、强制循环泵、供气装置连接。

一种板式换热器浓缩系统的浓缩工艺，包括以下步骤：

原料预热：通过进料泵将原料液进入蒸馏水板式换热器，同时水泵将蒸馏水罐中蒸馏水进入馏水板式换热器与原料进行热交换；随后原料液再进入蒸汽板式换热器，同时供气装置将鲜蒸汽进入蒸汽板式换热器与原料液进行热交换，随后进入板式强制循环换热器；

原料液浓缩：换热后的原料液进入板式强制循环换热器进行换热浓缩，随后进入分离器，原料液在分离器下端通过排料口排出，通过强制循环泵强制将原料液再次进入板式强制循环换热器进行换热浓缩；

气液分离：换热浓缩后的原料进入分离器，产生的蒸汽从分离器上端的循环蒸汽出口进入MVR压缩机系统进行加压升温，被升温升压的二次蒸汽进入板式强制循环换热器进行换热，达标的浓缩液在分离器底部的排料口排出；

蒸馏水利用：蒸汽板式换热器以及板式强制循环换热器换热后产生的蒸馏水进入蒸馏水罐，用作蒸馏水板式换热器的换热介质。

本发明中，原料罐用于放置待浓缩原料液；换热器用于对原料液预热升温至达到蒸发的温度；强制换热器用于将预热后的原料液与分离器中被升温加压的蒸汽进行强制热交换浓缩；分离器用于将经过板式强制循环换热器过的原料液进行浓缩分离，以及将未达到合格的原料液和原料液产生的蒸汽回至板式强制循环换热器再次换热； MVR压缩机系统用于对分离器中原料液上部的气体进行加热升温；蒸馏水罐用于收集板式换热器以及板式强制循环换热器换热后产生的水并将收集的水用作换热介质；控制系统用于控制原料液以及换热介质的流量。

本发明的有益效果在于：

1.本发明采用了板式蒸发器作为强制换热设备，与传统的管式蒸发器比较，具有以下特点（1）传热效率高，K值一般为3500-5800kW/（m²K），比管壳式蒸发器高2-4倍，因而在同等条件下所需传热面小;(2) 结构紧凑，体积小，克服空间局限的场合;(3)质量轻，传热板薄，耗用金属量少，每平方米加热面积约消耗金属10kg仅为列管式加热器的1/3-1/4;(4)加热物料在加热器中停留时间短，内部死角少，卫生条件好，适用于热敏性物料的加热；（5）操作灵活，设备余量大，可以根据需要增加或减少板片的数量以改变其加热面积，或改变工作条件，设备规格幅度很大；（6）可使用较低温度的热源，回收低温热源中的热量，冷热物料之间的传热温差可减少到4-5℃。

2.本发明采用了MVR（机械式蒸汽再压缩）技术，使用较少的鲜蒸汽加热，对热能进行多级利用，减少了对锅炉设备的依赖，减少了污染物，更加节能环保。

3.本发明工艺流程简单，易于实现，通过PLC控制系统对原料液流量、换热介质进行控制，自动化程度高，运行成本低，符合可持续发展要求，可广泛应用于实际工业生产过程中。

附图说明

图1 是本发明的系统连接示意图。

附图标号说明：1-原料罐；11-进料泵；2-蒸馏水板式换热器；21-第一进料口；22-第一出料口；23-进水口；24-第一出水口；3-蒸汽板式换热器；31-第二进料口；32-第二出料口；33-蒸汽进口；34-第二出水口；4-板式强制循环换热器；41-强制循环泵；42-第三进料口；43-第三出料口；44-循环蒸汽进口；45-第三出水口；5-分离器；51-循环蒸汽出口；52-排料口；53-第四进料口；6-离心压缩机；7-蒸馏水罐；71-水泵。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明关于一种板式换热器浓缩系统，包括：原料罐1；蒸馏水板式换热器2，设有第一进料口21、第一出料口22、进水口23、第一出水口24；蒸汽板式换热器3，设有第二进料口31、第二出料口32、蒸汽进口33、第二出水口34；板式强制循环换热器4，包括强制循环泵41、第三进料口42、第三出料口43、循环蒸汽进口44、第三出水口45；分离器5，分离器5上端和下端分别设有循环蒸汽出口51、排料口52，分离器5的一侧设有第四进料口53；MVR压缩机系统；蒸馏水罐7；控制系统；其中所述原料罐1通过进料泵11与第一进口21连接，所述第一出料口22与第二进料口31连接，所述第二出料口32与第三进料口42连接，所述第三出料口43与第四进料口53连接，蒸馏水罐7通过水泵71与进水口23连接，所述第二出水口34、第三出水口45分别与蒸馏水罐7连接，所述循环蒸汽出口51连接MVR压缩机系统并通过MVR压缩机系统与循环蒸汽进口44连接，所述排料口52连接强制循环泵41，并通过强制循环泵41与第三进料口42连接，所述蒸汽进口33外接供气装置，所述控制系统分别与进料泵11、水泵71、MVR压缩机系统、强制循环泵41、供气装置连接。

本实施例中，MVR压缩机系统包括至少两台相互串联的离心压缩机6，其中分离器5上端的循环蒸汽出口51与第一台离心压缩机6连接，最后一台离心压缩机6与板式强制循环换热器4的循环蒸汽进口44连接。

采用上述方案，通过设置至少两台相互串联的离心压缩机6，保证对分离器5中原料液产生的蒸汽进行充足的升温，提高换热浓缩的效果，本实施例中离心压缩机6为两台。

本实施例中，控制系统为PLC控制系统。

本实施例中，分离器5的底部设置有密度计显示密和观察视镜。

采用上述方案，通过在分离器5底部设置密度计显示密和观察视镜，可实时观察原料液是否达标排放。

本实施例中，分离器5下端的排料口52连接有循环管和排料管，其中排料管与强制循环泵41连接。

采用上述方案，达标后的浓缩液从排料管排出，没有达标的进入循环管后通过强制循环泵41进入板式强制循环换热器4继续换热浓缩至达标。

本发明的工作过程如下：

原料预热：通过进料泵11将原料液进入蒸馏水板式换热器2，同时水泵71将蒸馏水罐7中蒸馏水进入蒸馏水板式换热器2与原料进行热交换；随后原料液再进入蒸汽板式换热器3，同时供气装置将鲜蒸汽进入蒸汽板式换热器3与原料液进行热交换，随后进入板式强制循环换热器4；

原料液浓缩：换热后的原料液进入板式强制循环换热器4进行换热浓缩，随后进入分离器5，原料液在分离器5下端通过排料口52排出，通过强制循环泵强41制将原料液再次进入板式强制循环换热器4进行换热浓缩；

气液分离：换热浓缩后的原料进入分离器5，产生的蒸汽从分离器5上端的循环蒸汽出口51进入MVR压缩机系统进行加压升温，被升温升压的二次蒸汽进入板式强制循环换热器4进行换热，达标的浓缩液在分离器5底部的排料口52排出；

蒸馏水利用：蒸汽板式换热器3以及板式强制循环换热器4换热后产生的蒸馏水进入蒸馏水罐7，用作蒸馏水板式换热器2的换热介质。

以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种板式换热器浓缩系统，其特征在于，包括

原料罐；

蒸馏水板式换热器，设有第一进料口、第一出料口、进水口、第一出水口；

蒸汽板式换热器，设有第二进料口、第二出料口、蒸汽进口、第二出水口；

板式强制循环换热器，包括强制循环泵、第三进料口、第三出料口、循环蒸汽进口、第三出水口；

分离器，分离器上端和下端分别设有、循环蒸汽出口、排料口，分离器的一侧设有第四进料口；MVR压缩机系统；蒸馏水罐；控制系统；

其中所述原料罐通过进料泵与第一进口连接，所述第一出料口与第二进料口连接，所述第二出料口与第三进料口连接，所述第三出料口与第四进料口连接，蒸馏水罐通过水泵与进水口连接，所述第二出水口、第三出水口分别与蒸馏水罐连接，所述循环蒸汽出口连接MVR压缩机系统并通过MVR压缩机系统与循环蒸汽进口连接，所述排料口连接强制循环泵，并通过强制循环泵与第三进料口连接，所述蒸汽进口外接供气装置，所述控制系统分别与进料泵、水泵、MVR压缩机系统、强制循环泵、供气装置连接。

2.根据权利要求1所述的板式换热器浓缩系统，其特征在于，所述MVR压缩机系统包括至少两台相互串联的离心压缩机，其中分离器上端的循环蒸汽出口与第一台离心压缩机连接，最后一台离心压缩机与板式强制循环换热器的循环蒸汽进口连接。

3.根据权利要求1所述的板式换热器浓缩系统，其特征在于，所述控制系统为PLC控制系统。

4.根据权利要求1所述的板式换热器浓缩系统，其特征在于，所述分离器的底部设置有密度计显示密和观察视镜。

5.根据权利要求1所述的板式换热器浓缩系统，其特征在于，所述分离器下端的排料口连接有循环管和排料管，其中排料管与强制循环泵连接。

6.一种根据权利要求1所述的板式换热器浓缩系统的浓缩工艺，其特征在于，包括以下步骤：

原料预热：通过进料泵将原料液进入蒸馏水板式换热器，同时水泵将蒸馏水罐中蒸馏水进入馏水板式换热器与原料进行热交换；随后原料液再进入蒸汽板式换热器，同时供气装置将鲜蒸汽进入蒸汽板式换热器与原料液进行热交换，随后进入板式强制循环换热器；

原料液浓缩：换热后的原料液进入板式强制循环换热器进行换热浓缩，随后进入分离器，原料液在分离器下端通过排料口排出，通过强制循环泵强制将原料液再次进入板式强制循环换热器进行换热浓缩；

气液分离：换热浓缩后的原料进入分离器，产生的蒸汽从分离器上端的循环蒸汽出口进入MVR压缩机系统进行加压升温，被升温升压的二次蒸汽进入板式强制循环换热器进行换热，达标的浓缩液在分离器底部的排料口排出；

蒸馏水利用：蒸汽板式换热器以及板式强制循环换热器换热后产生的蒸馏水进入蒸馏水罐，用作蒸馏水板式换热器的换热介质。

7.根据权利要求6所述的板式换热器浓缩系统的浓缩工艺，其特征在于，所述进料泵、水泵、MVR压缩机系统、强制循环泵、供气装置通过控制系统控制工作。