一种多效逆流蒸发系统及其使用方法与流程

本发明涉及一种蒸发器，尤其是指一种多效逆流蒸发系统及其使用方法。

背景技术：

蒸发就是用加热的方法，将含有不挥发性溶质的溶液加热至沸腾状况，使部分溶剂汽化并被移除，从而提高溶剂中溶质浓度的单元操作。如浓缩稀溶液直接制取产品或将浓溶液再处理(如冷却结晶)制取固体产品，同时浓缩溶液和回收溶剂，在化学工业、食品工业、制药等工业中，蒸发操作被广泛应用。目前传统的蒸发蒸馏技术能耗高，并对有些要求浓度高或结晶产品及有机溶剂回收等要求的生产工艺时，处理过程繁琐、耗时、并影响产品质量和利用率，对企业而言，由于热能利用率低，排放量大，运行成本高。在国家大力推动节能减排大趋势下、并且这种设备的运行成本能耗占很大的比例。

技术实现要素：

为了克服背景技术的缺点与不足之处，本发明提供一种多效逆流蒸发器及其使用方法。解决现有蒸发蒸馏技术能耗高，过程繁琐、耗时、并影响产品质量和利用率，热能利用率低，排放量大，运行成本高的技术问题。

发明的技术方案是：一种多效逆流蒸发系统，包括进料装置、蒸汽发生装置、蒸发器以及冷凝器，所述蒸发器包括依次连接的ⅰ效蒸发器、ⅱ效蒸发器以及ⅲ效蒸发器，所述蒸汽发生装置与所述ⅰ效蒸发器相连，所述进料装置与ⅲ效蒸发器相连，所述ⅲ效蒸发器连接有抽真空机构，所述各效蒸发器包括蒸发器本体、闪蒸布料机构、物料输送机构以及气液分离器，所述闪蒸布料机构位于蒸发器本体上端，所述物料输送机构包括送料管、循环泵、差压计，所述送料管的一端与蒸发器本体的下方相连接，另一端依次通过差压计、循环泵与闪蒸布料机构相连接，所述ⅲ效蒸发器的送料管与ⅱ效蒸发器的蒸发器本体、ⅱ效蒸发器的送料管与ⅰ效蒸发器的蒸发器本体以及ⅰ效蒸发器的送料管与成品出料口之间均设置有连接管路，所述连接管路上设置有控制阀，所述ⅰ效蒸发器的蒸发器本体与ⅱ效蒸发器的蒸发器本体、ⅱ效蒸发器的蒸发器本体与ⅲ效蒸发器的蒸发器本体以及ⅲ效蒸发器与冷凝器装置之间均通过气液分离器输送二次蒸汽。

所述闪蒸布料机构包括布料头、喷嘴，所述布料头位于蒸发器本体的上方，所述喷嘴位于布料头的顶部，所述布料头为上端较小下端较大的锥形结构，所述喷嘴与布料头相连，所述布料头内设有分配区，所述蒸发器本体内设有与所述分配区相通的蒸发管束，所述蒸发器本体上设有蒸汽进口和蒸汽排出口，所述蒸汽进口与蒸发管束相对应，所述蒸汽排出口位于蒸发管束的上端，所述蒸发管束的下方设有产品存放槽，还包括预热器，所述预热器安装于蒸发器本体的侧面，所述送料管设于预热器内并与所述所述喷嘴相连接。

所述冷凝器包括所述包括ⅰ级冷凝器、ⅱ级冷凝器、真空泵以及回收罐，所述ⅰ级冷凝器与ⅲ效蒸发器的气液分离器以及各效的蒸汽排出口相连接，所述ⅰ级冷凝器分别连接有冷却水进水口和冷却水出水口，所述ⅱ级冷凝器分别连接有冰水进水口和冰水出水口，所述ⅰ级冷凝器和ⅱ级冷凝器相连接，所述真空泵与ⅱ级冷凝器相连接，所述回收罐内设有回收腔和冷却腔，所述真空泵与回收罐的冷却腔相连接，且所述ⅱ级冷凝器通过连接管与回收罐的回收腔相连接，所述回收罐上设有与所述冷却腔相连通的尾气冷凝器，所述尾气冷凝器连接有尾气蒸汽排出口。

所述进料装置包括物料罐、软水进口、cip工作站以及物料进口，所述软水进口、cip工作站以及物料进口分别与物料罐的上端相连接，所述物料罐的下端依次连接进料泵、流量计，还连接有送料管路、清洗管路，所述进料泵通过流量计分别与送料管路、清洗管路相连，送料管路与ⅲ效蒸发器的蒸发器本体相连接，所述清洗管路分别与各效蒸发器的气液分离器相连接，所述送料管路连接有气动角座阀，所述清洗管路上连接有气动蝶阀，所述进料泵、气动角座阀以及气动蝶阀均由控制中心控制，所述物料罐的上端设有缓冲罐，所述物料罐内设有液位传感器。

一种多效逆流蒸发系统的使用方法，物料由进料泵输送进入真空的ⅲ效蒸发器，然后由ⅲ效循环泵通过预热器达到闪蒸所需要的温度后送到ⅲ效蒸发器顶部闪蒸，闪蒸使液体形成汽液混合物，当汽液混合物进入分配区，液体体积会迅速膨胀并雾化成为紊流的雾点，这些雾点充满了整个分配区并均匀的进入列管，这些雾状物料在列管内加速下降,吸收管壁的热量,使体积开始膨胀蒸发，形成了热加速，下降到蒸发器底部进行气液分离，部分物料由ⅲ效循环泵送到ⅲ效蒸发器顶部循环后再次蒸发，另一部分物料由ⅲ效循环泵出口至ⅱ效蒸发器，由ⅱ效循环泵送达ⅱ效蒸发器顶部，物料在ⅱ效循环蒸发后，除一部分物料自循环外，另一部分物料由ⅱ效循环泵进入ⅰ效蒸发器，再由ⅰ效循环泵送到ⅰ效蒸发器顶部，来自蒸汽主管的饱和水蒸汽经过滤减压后进入ⅰ效蒸发器作为ⅰ效蒸发器的热源，ⅰ效蒸发器产生的二次蒸汽去ⅱ效蒸发器作为ⅱ效蒸发器的热源，ⅱ效蒸发器产生的二次蒸汽去ⅲ效蒸发器作为ⅲ效蒸发器的热源，ⅲ效蒸发器产生的二次蒸汽去冷凝器冷凝。

本发明具有以下有益效果：新蒸汽消耗量降低，比如三效可节能60％，节水70％。适宜在真空负压下低温蒸发，传热温差少，器内贮存量少，所以蒸发量大，节能；采用逆流方式，物料首先进入的便是高真空的未效，低沸点的组分首先得以蒸发，经冷凝后得到较高浓度的低沸点组分回收溶剂，以后逐渐得到高沸点组分；特别适宜物料浓缩过程中同时大幅度回收溶剂的生产工艺。物料逆向运行，浓度及高沸点溶剂增加，而前效的加热温度液也在增加正好与之相应。只要对物料量、蒸发温度及冷却量等参数进行自动控制，便可使蒸发稳定，连续，便于操作。

附图说明

图1为本发明中蒸发系统的结构示意图。

图2为本发明中冷凝器的结构示意图。

图3为本发明中闪蒸布料机构的结构示意图。

图4为本发明中进料以及自动清洗装置的结构示意图。

图中，ⅰ效蒸发器1，ⅱ效蒸发器2，ⅲ效蒸发器3，蒸发器本体4，气液分离器5，送料管6，循环泵7，差压计8，连接管路9，控制阀10，布料头11，喷嘴12，分配区13，蒸发管束14，蒸汽进口15，蒸汽排出口16，ⅰ级冷凝器17，ⅱ级冷凝器18，真空泵19，回收罐20，冰水进水口21，冰水出水口22，回收腔23，冷却腔24，连接管25，尾气冷凝器26，尾气蒸汽排出口27，物料罐28，软水进口29，cip工作站30，物料进口31，进料泵32，流量计33，送料管路34，清洗管路35，气动角座阀36，气动蝶阀37，缓冲罐38，液位传感器39，冰水进水口40，冰水出水口41，预热器42。

具体实施方式

如图所示，一种多效逆流蒸发系统，包括进料装置、蒸汽发生装置、蒸发器以及冷凝器，所述蒸发器包括依次连接的ⅰ效蒸发器1、ⅱ效蒸发器2以及ⅲ效蒸发器3，所述蒸汽发生装置与所述ⅰ效蒸发器相连，所述进料装置与ⅲ效蒸发器相连，所述ⅲ效蒸发器3连接有抽真空机构，所述各效蒸发器包括蒸发器本体4、闪蒸布料机构、物料输送机构以及气液分离器5，所述闪蒸布料机构位于蒸发器本体4上端，所述物料输送机构包括送料管6、循环泵7、差压计8，所述送料管6的一端与蒸发器本体4的下方相连接，另一端依次通过差压计8、循环泵7与闪蒸布料机构相连接，所述ⅲ效蒸发器3的送料管6与ⅱ效蒸发器2的蒸发器本体4、ⅱ效蒸发器2的送料管6与ⅰ效蒸发器1的蒸发器本体4以及ⅰ效蒸发器1的送料管6与成品出料口之间均设置有连接管路9，所述连接管路9上设置有控制阀10，所述ⅰ效蒸发器1的蒸发器本体4与ⅱ效蒸发器2的蒸发器本体4、ⅱ效蒸发器2的蒸发器本体4与ⅲ效蒸发器3的蒸发器本体4以及ⅲ效蒸发器3与冷凝器装置之间均通过气液分离器5输送二次蒸汽。适用于植提、制药、食品、化工、烟草、污水处理等行业，特别对高温容易发生变性有效成份的提取液的蒸发、浓缩、溶剂回收(包括水和乙醇、丙酮等有溶剂)。也可用于含少量不溶性固体的液体和易结垢的液体的低温蒸发。根据蒸发器蒸出的蒸汽多次再利用的原理，新蒸汽消耗量降低，比如三效可节能60％，节水70％。适宜在真空负压下低温蒸发，当物料一效蒸发温度≥75℃时，可设计成4效以上的蒸发器，首次蒸发温度越高，热能重复利用次数越多越节能。采用上述方案传热系数大，传热温差少，器内贮存量少，所以蒸发量大，节能；采用逆流方式，物料首先进入的便是高真空的未效，低沸点的组分首先得以蒸发，经冷凝后得到较高浓度的低沸点组分回收溶剂，以后逐渐得到高沸点组分；特别适宜物料浓缩过程中同时大幅度回收溶剂的生产工艺。物料逆向运行，浓度及高沸点溶剂增加，而前效的加热温度液也在增加正好与之相应。只要对物料量、蒸发温度及冷却量等参数进行自动控制，便可使蒸发稳定，连续，便于操作。

在本发明中，所述闪蒸布料机构包括布料头11、喷嘴12，所述布料头11位于蒸发器本体4的上方，所述喷嘴12位于布料头11的顶部，所述布料头11为上端较小下端较大的锥形结构，所述喷嘴12与布料头11相连，所述布料头11内设有分配区13，所述蒸发器本体4内设有与所述分配区13相通的蒸发管束14，所述蒸发器本体4上设有蒸汽进口15和蒸汽排出口16，所述蒸汽进口15与蒸发管束14相对应，所述蒸汽排出口16位于蒸发管束14的上端，还包括预热器42，所述预热器42安装于蒸发器本体4的侧面，所述送料管6设于预热器42内并与所述所述喷嘴(2相连接。采用上述结构，物料通过闪蒸使液体形成汽液混合物，当汽液混合物进入分配区,液体体积会迅速膨胀并雾化成为紊流的雾点.这些雾点充满了整个分配区并均匀的进入列管,确保所有列管在蒸发器内的液体平均分布，具有更佳的润湿率。闪蒸降膜方式的蒸发沿直管一次性完成，二次蒸汽挤压液膜产生泡沫很少，而且二次蒸汽沿切线进入体积较大的汽液分离器，所以分离彻底，不易跑料，物料回收率高，十分环保。采用逆流闪蒸降膜蒸发，传热系数大，传热温差少。

在本发明中，所述冷凝器包括所述包括ⅰ级冷凝器17、ⅱ级冷凝器18、真空泵19以及回收罐20，所述ⅰ级冷凝器1与ⅲ效蒸发器3的气液分离器5以及各效的蒸汽排出口16相连接，所述ⅰ级冷凝器分别连接有冷却水进水口19和冷却水出水口20，所述ⅱ级冷凝器17分别连接有冰水进水口40和冰水出水口41，所述ⅰ级冷凝器17和ⅱ级冷凝器18相连接，所述真空泵19与ⅱ级冷凝器18相连接，所述回收罐20内设有回收腔23和冷却腔24，所述真空泵19与回收20罐的冷却腔24相连接，且所述ⅱ级冷凝器18通过连接管25与回收罐20的回收腔23相连接，所述回收罐23上设有与所述冷却腔24相连通的尾气冷凝器26，所述尾气冷凝器26连接有尾气蒸汽排出口27。该冷凝系统采用三级冷凝器冷凝，配备干式真空泵+尾气冷凝器，原料中溶剂(如酒精)一次性回收率高，酒精损耗低。通过设置尾气冷凝器，能够对溶剂蒸汽更加有效、彻底的回收和利用，有效防止蒸汽排放到空气中而对环境造成影响。通过由上述组成的真空冷凝装置，使得溶剂蒸汽能够在真空条件下被冷凝，效果更好，回收率更高。

在本发明中，所述进料装置包括物料罐28、软水进口29、cip工作站30以及物料进口31，所述软水进口29、cip工作站30以及物料进口31分别与物料罐28的上端相连接，所述物料罐28的下端依次连接进料泵32、流量计33，还连接有送料管路34、清洗管路35，所述进料泵32通过流量计33分别与送料管路34、清洗管路35相连，送料管路34与ⅲ效蒸发器3的蒸发器本体4相连接，所述清洗管路35分别与各效蒸发器的气液分离器5相连接，所述送料管路34连接有气动角座阀36，所述清洗管路35上连接有气动蝶阀37，所述进料泵32、气动角座阀36以及气动蝶阀37均由控制中心控制，所述物料罐28的上端设有缓冲罐38，所述物料罐28内设有液位传感器39。该系统通过使用全自动的cip系统，控制自动清洗，进料可控性强，稳定性高，清洗成本降到最低，只要自动切换到清洗程序，整个过程只需30分钟就能彻底清洁蒸发器，无需人工清洗，且进料稳定性强、平稳性好。通过在物料罐上设置液位传感器，能够对罐内的液面进行监测，并传送至控制中心控制气动蝶阀、进料泵的工作。在物料罐的下方设置第一气动蝶阀13、第二气动蝶阀14，通过第一气动蝶阀控制物料管路，通过第二气动蝶阀控制排水。

在本发明中，一种多效逆流蒸发系统的使用方法，其特征在于：物料由进料泵输送进入真空的ⅲ效蒸发器，然后由ⅲ效循环泵通过预热器达到闪蒸所需要的温度后送到ⅲ效蒸发器顶部闪蒸，闪蒸使液体形成汽液混合物，当汽液混合物进入分配区，液体体积会迅速膨胀并雾化成为紊流的雾点，这些雾点充满了整个分配区并均匀的进入列管，这些雾状物料在列管内加速下降,吸收管壁的热量,使体积开始膨胀蒸发，形成了热加速，下降到蒸发器底部进行气液分离，部分物料由ⅲ效循环泵送到ⅲ效蒸发器顶部循环后再次蒸发，另一部分物料由ⅲ效循环泵出口至ⅱ效蒸发器，由ⅱ效循环泵送达ⅱ效蒸发器顶部，物料在ⅱ效循环蒸发后，除一部分物料自循环外，另一部分物料由ⅱ效循环泵进入ⅰ效蒸发器，再由ⅰ效循环泵送到ⅰ效蒸发器顶部，来自蒸汽主管的饱和水蒸汽经过滤减压后进入ⅰ效蒸发器作为ⅰ效蒸发器的热源，ⅰ效蒸发器产生的二次蒸汽去ⅱ效蒸发器作为ⅱ效蒸发器的热源，ⅱ效蒸发器产生的二次蒸汽去ⅲ效蒸发器作为ⅲ效蒸发器的热源，ⅲ效蒸发器产生的二次蒸汽去冷凝器冷凝。物料首先进入的便是高真空的未效，低沸点的组分首先得以蒸发，经冷凝后得到较高浓度的低沸点组分回收溶剂，以后逐渐得到高沸点组分，物料逆向运行，浓度及高沸点溶剂增加，而前效的加热温度液也在增加正好与之相应。只要对物料量、蒸发温度及冷却量等参数进行自动控制，便可使蒸发稳定，连续，便于操作，成品从温度最高的第ⅰ效排出浓缩比大，适用于高浓度物料的蒸发浓缩，对于浓缩液可能析出结晶的物料。