真空蒸發(fā)濃縮結(jié)晶的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種真空蒸發(fā)濃縮結(jié)晶系統(tǒng)及方法，屬于節(jié)能領(lǐng)域。該系統(tǒng)結(jié)晶罐（1）出口的蒸汽（6）首先通過透平（13）降壓降溫，將蒸汽（6）的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，透平（13）出口的乏氣再進(jìn)入冷凝器（9），被冷卻水（10）冷凝為冷凝液（11），最后，具有一定真空度的冷凝液（11）再通過增壓水泵（14）增壓至高于常壓后排入環(huán)境。與常規(guī)對結(jié)晶罐（1）出口蒸汽（6）通過真空泵（12）或者蒸汽噴射泵（8）增壓后，再利用冷卻水（10）冷凝的濃縮結(jié)晶方法相比，該系統(tǒng)對結(jié)晶罐（1）出口蒸汽（6）的顯熱和潛熱進(jìn)行回收，并對外輸出機(jī)械能，而且由于冷卻負(fù)荷的降低，還能夠降低冷卻水的耗量。該系統(tǒng)特別適合對高于常溫的真空蒸發(fā)濃縮結(jié)晶系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水改造。
【專利說明】
真空蒸發(fā)濃縮結(jié)晶的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種化工設(shè)備，尤其涉及一種真空蒸發(fā)濃縮結(jié)晶裝置及其在中低溫晶漿濃縮生產(chǎn)中的應(yīng)用，屬于節(jié)能領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]真空蒸發(fā)濃縮結(jié)晶是醫(yī)藥、化工及食品等行業(yè)常見的保持熱敏性物料品質(zhì)的結(jié)晶方法之一。真空蒸發(fā)濃縮結(jié)晶工藝，一般通過對結(jié)晶罐內(nèi)蒸汽通過真空栗或蒸汽噴射栗抽真空，利用蒸發(fā)濃縮的方法來實(shí)現(xiàn)熱敏性晶漿物料的結(jié)晶。然而，為了回收蒸汽中的有效物料或者減少其環(huán)境污染，這類工藝一般采用冷卻水對抽出的蒸汽進(jìn)行冷凝，降低蒸汽體積流量，然后對體積流量相對較小的冷凝液進(jìn)行集中處理。此外，為了保持結(jié)晶過程的溫度均勻，結(jié)晶罐也常采用水浴保溫殼套層來進(jìn)行控溫。對于熱敏性原料的真空濃縮結(jié)晶過程，主要可通過控制結(jié)晶溫度和水分蒸發(fā)速率的方法，來保證其結(jié)晶產(chǎn)品的品質(zhì)，這也是目前研究的重點(diǎn)。
[0003]然而，對于要求水分蒸發(fā)速率較慢或蒸發(fā)量大的工藝，由于達(dá)到結(jié)晶要求的工作時(shí)間長，因此真空栗或者蒸汽噴射栗的總功耗較高，而且總水耗也不低。從能量利用的角度來看，該系統(tǒng)存在大量蒸汽潛熱的損失，如何進(jìn)行節(jié)能和節(jié)水改造，是提高該工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能的研究方向之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種具有節(jié)能和節(jié)水效果的真空蒸發(fā)濃縮結(jié)晶系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)不僅能夠?qū)φ婵展迌?nèi)蒸汽潛熱進(jìn)行回收并轉(zhuǎn)化為機(jī)械功或者電能對外輸出，而且該系統(tǒng)的水耗也顯著降低。
[0005]—種真空蒸發(fā)濃縮結(jié)晶系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括:結(jié)晶罐、保溫夾套、電機(jī)、攪拌斧、透平、冷凝器和增壓水栗。保溫夾套布置在結(jié)晶罐外圍，攪拌斧布置在結(jié)晶罐內(nèi)，電機(jī)通過機(jī)械軸與攪拌斧相連。結(jié)晶罐上部布置有晶漿入口和蒸汽出口 ；冷凝器包括冷側(cè)入口、冷側(cè)出口、熱側(cè)入口和熱側(cè)出口。初始晶漿與結(jié)晶罐入口相連，結(jié)晶罐出口與透平相連，透平出口與冷凝器熱側(cè)入口相連，冷凝器熱側(cè)出口通過增壓水栗與環(huán)境相連;冷卻水與冷凝器冷側(cè)入口相連，冷凝器冷側(cè)出口與環(huán)境相連；
所述的真空蒸發(fā)濃縮結(jié)晶系統(tǒng)的工作方法，其特征在于包括以下過程:初始晶漿首先進(jìn)入結(jié)晶罐，然后關(guān)閉結(jié)晶罐上部的晶漿入口并打開蒸汽出口；位于結(jié)晶罐底部及周向外圍的保溫夾套，用于保持結(jié)晶罐蒸發(fā)過程的溫度恒定;結(jié)晶罐內(nèi)的操作溫度高于環(huán)境溫度；啟動電機(jī)，使得攪拌斧不斷對結(jié)晶罐內(nèi)的晶漿進(jìn)行攪動，通過增強(qiáng)晶漿內(nèi)的換熱來提高晶漿內(nèi)蒸汽的蒸發(fā)速率，該蒸汽然后進(jìn)入透平膨脹做功，透平出口乏氣再進(jìn)入冷凝器熱側(cè)，向冷凝器冷側(cè)的冷卻水釋放熱量后，被冷凝為冷凝液，并通過增壓水栗增壓至高于常壓后，排入環(huán)境；
根據(jù)本發(fā)明所述的真空蒸發(fā)濃縮結(jié)晶系統(tǒng)的工作方法，由于采用環(huán)境冷卻水通過冷凝器對透平乏氣進(jìn)行冷凝，而蒸汽通過透平膨脹做功的關(guān)鍵是進(jìn)出口蒸汽具有一定的壓差，因此要求結(jié)晶罐操作溫度高于環(huán)境溫度。
[0006]與常規(guī)對結(jié)晶罐出口蒸汽先通過真空栗或者蒸汽噴射栗增壓，然后再利用冷卻水進(jìn)行冷凝的方法相比，該系統(tǒng)不僅對結(jié)晶罐出口蒸汽的顯熱和潛熱進(jìn)行了回收，對外輸出了機(jī)械能，而且由于冷卻負(fù)荷的降低，還能夠降低冷卻水的耗量，特別適合結(jié)晶溫度高于常溫的真空蒸發(fā)濃縮結(jié)晶情況。
【附圖說明】
[0007]圖1帶蒸汽噴射栗的真空蒸發(fā)濃縮結(jié)晶系統(tǒng)；
圖2帶真空栗的真空蒸發(fā)濃縮結(jié)晶系統(tǒng)；
圖3本發(fā)明提出的真空蒸發(fā)濃縮結(jié)晶系統(tǒng)；
圖中標(biāo)號名稱:1.結(jié)晶罐，2.保溫夾套，3.初始晶漿，4.攪拌斧，5.電機(jī)，6.蒸汽，7.高壓蒸汽，8.蒸汽噴射栗，9.冷凝器，10.冷卻水，11.冷凝液，12.真空栗，13.透平，14.增壓水栗O
[0008]具體實(shí)施方法
下面參照附圖1、2和3，說明該真空蒸發(fā)濃縮結(jié)晶系統(tǒng)的運(yùn)行過程；
附圖1為常規(guī)采用蒸汽噴射栗的真空蒸發(fā)濃縮結(jié)晶系統(tǒng)，蒸汽噴射栗7消耗高壓蒸汽7對結(jié)晶罐I出口的蒸汽進(jìn)行增壓后，通過蒸汽噴射栗7排入冷凝器9熱側(cè)入口，冷卻水10從冷凝器9冷側(cè)入口進(jìn)入，對冷凝器9熱側(cè)的蒸汽進(jìn)行冷凝，冷凝器9熱側(cè)出口的冷凝液11則排入環(huán)境，冷凝器9冷側(cè)出口的冷卻水10排入環(huán)境;上述系統(tǒng)對于增壓比較小的系統(tǒng)操作較為方便，但需要消耗一定量的高壓蒸汽9，且該系統(tǒng)對蒸汽6潛力不回收；
附圖2為帶真空栗12的真空蒸發(fā)濃縮結(jié)晶系統(tǒng)，該系統(tǒng)需要消耗外功驅(qū)動真空栗12，對結(jié)晶罐I出口的蒸汽6進(jìn)行增壓，真空栗出口的蒸汽再進(jìn)入冷凝器9熱側(cè)入口，冷卻水10從冷凝器9冷側(cè)入口進(jìn)入，對冷凝器9熱側(cè)的蒸汽進(jìn)行冷凝，冷凝器9熱側(cè)出口的冷凝液11則排入環(huán)境，冷凝器9冷側(cè)出口的冷卻水10排入環(huán)境;與附圖1相比，上述系統(tǒng)增壓比范圍較大，適合真空度較高的結(jié)晶罐I操作，但需要消耗一定量的電能驅(qū)動真空栗12，且該系統(tǒng)對蒸汽6潛力不回收；
附圖3為本發(fā)明提出的真空蒸發(fā)濃縮結(jié)晶系統(tǒng)，該系統(tǒng)中結(jié)晶罐I出口的蒸汽6通過透平13膨脹回收其外功，透平13出口的乏氣然后進(jìn)入冷凝器9熱側(cè)入口，冷卻水10從冷凝器9冷側(cè)入口進(jìn)入，對冷凝器9熱側(cè)的蒸汽進(jìn)行冷凝，冷凝器9熱側(cè)出口的冷凝液11則排入環(huán)境，冷凝器9冷側(cè)出口的冷卻水10排入環(huán)境；
與附圖1、2所示的系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)對蒸汽6的潛熱進(jìn)行回收利用，并通過透平13對外做功，因此熱負(fù)荷明顯降低，相應(yīng)的冷卻水9耗量也顯著降低。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種真空蒸發(fā)濃縮結(jié)晶系統(tǒng)，其特征在于: 該系統(tǒng)包括:結(jié)晶罐(I)、保溫夾套(2)、電機(jī)(4)、攪拌斧(5)、透平(13)、冷凝器(9)和增壓水栗(14);保溫夾套(2)布置在結(jié)晶罐(I)底部及周向外圍，攪拌斧(5)布置在結(jié)晶罐(I)內(nèi)，電機(jī)(4)通過機(jī)械軸與攪拌斧(5)相連;結(jié)晶罐(I)上部布置有晶漿入口和蒸汽出口；冷凝器(9)包括冷側(cè)入口、冷側(cè)出口、熱側(cè)入口和熱側(cè)出口 ；初始晶漿(3)與結(jié)晶罐(I)入口相連，結(jié)晶罐(I)蒸汽出口與透平(13)入口相連，透平(13)出口與冷凝器(9)熱側(cè)入口相連，冷凝器(9)熱側(cè)出口通過增壓水栗(14)與環(huán)境相連;冷卻水(10)與冷凝器(9)冷側(cè)入口相連，冷凝器(9)冷側(cè)出口與環(huán)境相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空蒸發(fā)濃縮結(jié)晶系統(tǒng)的工作方法，其特征在于包括以下過程: 首先將初始晶漿(3)送人結(jié)晶罐(1)，然后關(guān)閉結(jié)晶罐(I)上部的晶漿入口并打開其蒸汽出口； 位于結(jié)晶罐(I)底部及周向外圍的保溫夾套(2)，用于保持結(jié)晶罐(I)蒸發(fā)過程的溫度恒定;結(jié)晶罐(I)內(nèi)的操作溫度高于環(huán)境溫度； 啟動電機(jī)(4)使得攪拌斧(5)不斷對結(jié)晶罐(I)內(nèi)的晶漿進(jìn)行攪動，通過增強(qiáng)晶漿內(nèi)的換熱來提高晶漿內(nèi)蒸汽(6)的蒸發(fā)速率，該蒸汽(6)然后進(jìn)入透平(13)膨脹做功，透平(13)出口乏氣再進(jìn)入冷凝器(9)熱側(cè)，向冷凝器(9)冷側(cè)的冷卻水(10)釋放熱量后，被冷凝為冷凝液(11)并通過增壓水栗(14)增壓至高于常壓后，排入環(huán)境。
【文檔編號】B01D1/00GK105833562SQ201610278771
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月3日
【發(fā)明人】岳晨, 韓東, 蒲文灝, 何緯峰
【申請人】南京航空航天大學(xué)