一种纤维素溶剂nmmo水溶液的蒸发浓缩工艺及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于溶剂法化纤生产中的回收溶剂的蒸发工艺及装置领域，具体地说是一种纤维素溶剂NMMO水溶液的蒸发浓缩工艺及装置。
【背景技术】
[0002]溶剂法生产化学纤维，是一种新纤维的生产工艺方法，所用溶剂是N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)的水溶液。此溶液在溶解分离纤维后的浓度为15?20 %，经过浓缩后回用的浓度要求为85 %或65 %。匪皿)水溶液的特点是“沸点升”高，并在高温、高浓下，会发生分解，国内尚没有先进而适用的蒸发装置。有专利号为200610027723.6，名称为“ΝΜΜ0的蒸发方法”，提供的是2个单效真空蒸发器组合生产的方法，仍然是很落后的生产方法。国内某研究院提出过三效蒸发NMMO溶液的方法，但其能耗和先进性完全不能满足现代化工业生产的需要。据闻，国外有6效蒸发NMMO的装置，汽水比可以达到0.23，但其技术是绝密。因此，有必要发明一种节能、高效的能满足现代化工业生产需要的纤维素溶剂NMMO水溶液的蒸发浓缩工艺及装置。
【发明内容】
[0003]根据高浓度NMMO水溶液具有高沸点、易分解的特点，而提供一种纤维素溶剂NMMO水溶液的蒸发浓缩工艺及装置。通过实验得知了 NMMO在不同浓度和温度下的沸点升高规律:真空下浓度91 %时，沸点升高为54度，浓度82.73 %时，沸点升高为45度，浓度65.94 %之时，沸点升高为34度。浓度54.82%时，沸点升高为22度。常压下，浓度为25.27%时，沸点升高为5度，浓度为22.39 %时，沸点升高仅为3度；
[0004]本发明利用NMMO溶液在不同温度、不同浓度下的沸点升高规律，设计出“串联预热、一效进料、顺流蒸发、浓效联接”的工艺方法，使全部物料经过预热后都进入一效，依次进入二效直至η效蒸发，浓度逐渐升高，使料液在前三效蒸发中，都处于低沸点升的状态，把由于沸点升高，导致的传热温差损失降至最低。从而可以使NMMO水溶液的蒸发效数提高到4效、五效、六效。六效蒸发的第六效要用低温冷却水(低于20°C)冷凝二次蒸汽。对于更高浓度的NMMO水溶液，沸点升为48°C，设计在浓效进行蒸发，本发明的浓效，也并非使用锅炉蒸汽，而是从前面的η-2效(当η为三?六)或η-3效(当η为四?六)蒸发器引出一部分二次蒸汽作为热源。
[0005]本发明采用的技术手段如下:
[0006]—种纤维素溶剂NMMO水溶液的蒸发浓缩装置，包括顺次连接的一效蒸发器、二效蒸发器直到η效蒸发器和只为一效蒸发器进料而串联预热的一级预热器、二级预热器直到η级预热器;还包括分别与一效蒸发器、二效蒸发器直到η效蒸发器连接的一效循环栗、二效循环栗直至Ijn效循环栗，其中，η为三、四、五、六中的一个，
[0007]工作状态下，待处理的低温的NMMO水溶液，依次经过η级预热器、η-1级预热器直至一级预热器串联预热升温后，进入一效蒸发器蒸发，之后依次进入二效蒸发器直至η效蒸发器蒸发，从η效蒸发器排出浓缩后的NMMO水溶液;上一效蒸发器产生的二次蒸汽进入下一效蒸发器的加热器，η效蒸发器产生的二次蒸汽进入冷凝装置;一效蒸发器的加热蒸汽冷凝水进入一级预热器，一级预热器排出的冷凝水连同二效蒸发器加热蒸汽冷凝水进入二级预热器，直至η-1级预热器排出的冷凝水连同η效蒸发器加热蒸汽的冷凝水进入η级预热器;η级预热器排出的低温冷凝水排出作他用。
[0008]所述一种纤维素溶剂NMMO水溶液的蒸发浓缩装置还包括与η效蒸发器连接的用于蒸发浓缩得到高浓度NMMO水溶液的浓效蒸发器，浓效蒸发器上设有浓效循环栗，
[0009]工作状态下，当η为四?六时，从η效蒸发器排出浓缩后的NMMO水溶液经过浓效蒸发器得到高浓度NMMO水溶液，引出一部分η-2效或η-3效蒸发器的二次蒸汽进入浓效蒸发器，浓效蒸发器加热蒸汽冷凝水进入η-1级预热器；当η为三时，从三效蒸发器排出浓缩后的NMMO水溶液经过浓效蒸发器得到高浓度NMMO水溶液，引出一部分一效蒸发器的二次蒸汽进入浓效蒸发器，浓效蒸发器加热蒸汽冷凝水进入二级预热器。
[0010]各效蒸发器和浓效蒸发器的蒸气室内设有用于阻挡高抛料液体的挡液板和用于对二次蒸汽中的雾沫进行高效分离的丝网；各效循环栗和浓效循环栗均为电磁驱动无密封循环栗或无泄漏循环栗，以最大限度减少NMMO水溶液的损失。
[0011]各效蒸发器和浓效蒸发器的结构设计为并流降膜蒸发器或逆流式降膜蒸发器，从而提高传热效率，降低蒸发器的持液量，缩短溶剂在蒸发器内的停留时间，减轻高温分解。
[0012]各级预热器均为全焊接式的板式换热器。
[0013]本发明还公开了一种应用一种纤维素溶剂NMMO水溶液的蒸发浓缩装置的纤维素溶剂NMMO水溶液的蒸发浓缩工艺，具有如下工艺步骤:
[0014]S1、串联预热:待处理的低温的NMMO水溶液依次经过η级预热器、η-1级预热器直至一级预热器串联预热升温后达到接近沸点的高温，其中，η为三、四、五、六中的一个；
[0015]S2、一效进料:将预热后达到接近沸点的高温的NMMO水溶液从一效蒸发器进料；
[0016]S3、顺流蒸发:经过一效蒸发器蒸发后料液从一效排出进入二效蒸发器蒸发，直至进入η效蒸发器排出料液，得到浓缩后的NMMO水溶液，
[0017]各效的排料溢流口均设置在液面处，高出液面而溢流的料液，通过U形管与后效的进料口相接，用U形管平衡各效蒸发器之间的压差，并使各效的液位保持恒定；
[0018]S4、浓效联热:当η为四?六时，从η效蒸发器排出浓缩后的NMMO水溶液经过浓效蒸发器得到高浓度NMMO水溶液，浓效蒸发器从前面的η-2效或η-3效蒸发器引出一部分二次蒸汽作为热源，实现与前η效蒸发装置的联合供热，浓效蒸发器加热蒸汽冷凝水进入η-1级预热器；当η为三时，从三效蒸发器排出浓缩后的NMMO水溶液经过浓效蒸发器得到高浓度NMMO水溶液，浓效蒸发器从前面的一效蒸发器引出一部分二次蒸汽作为热源，实现与前三效蒸发装置的联合供热，浓效蒸发器加热蒸汽冷凝水进入η-1级预热器。
[0019]η效蒸发器和浓效蒸发器的绝压压强均为0.0024?0.006MPa。
[0020]上一效蒸发器产生的二次蒸汽进入下一效蒸发器的加热器，η效蒸发器产生的二次蒸汽进入冷却装置;一效蒸发器的加热蒸汽冷凝水进入一级预热器，一级预热器排出的冷凝水连同二效蒸发器加热蒸汽冷凝水进入二级预热器，直至η-1级预热器排出的冷凝水连同η效蒸发器加热蒸汽的冷凝水进入η级预热器;η级预热器排出的低温冷凝水排出作他用。
[0021]当η为三?五时，所述浓缩后的NMMO水溶液的浓度为65%，所述浓效蒸发器排出的高浓度NMMO水溶液的浓度为85%。
[0022]当η为六时，末效蒸发器的二次蒸汽通过低于20°C的低温冷却水冷凝；当η为三、四、五中的一个时，末效蒸发器的二次蒸汽通过大气冷却塔的循环水冷凝。
[0023]本发明的关键之点在于“串联预热”。串联预热是把所有各效冷凝水的余热全部用于一效进料的预热，使一效达到高温进料，实现把冷凝水的低温能转化为进一效料液的高温能。减少一效内的升温热，增加蒸发热，最大限度地提高一效二次蒸汽量，从而提高以后各效的蒸发量，节约生蒸汽的数量，降低汽水比。
[0024]串联预热的热源是各效的加热蒸汽冷凝水，必要时也可以伴随冷凝水，进入一些二次蒸汽，以进一步提高一效进料的温度。
[0025]—效蒸发器的加热蒸汽冷凝水进入一级预热器，一级预热器排出的冷凝水连同二效蒸发器加热蒸汽冷凝水进入二级预热器，直至η-1级预热器排出的冷凝水连同η效蒸发器加热蒸汽的冷凝水进入η级预热器;η级预热器排出的低温冷凝水排出作他用。
[0026]本发明的关键之点还在于是设计“顺流蒸发”。顺流是指物料的流向与二次蒸汽的流向一致:一效排料进二效蒸发，直至进入η效蒸发器排出料液。“串联预热”使一效获得最高温度的预热，“顺流蒸发”使从二效开始的每一效都是沸点进料，二效开始的每一效的升温热都是“零”，从前效输入的二次蒸汽的热量，全部用于蒸发水分。
[0027]