CN103785185A - 一种蒸发浓缩***及浓缩方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蒸发浓缩***，所述蒸发浓缩***包括依次连接的原料罐、进料泵、加热器、刮膜蒸发器、长晶器和液固分离器；所述液固分离器的出液口与原料罐相连；所述加热器的外表面设有夹套，所述夹套的上部设有进口，所述夹套的下部设有出口，所述夹套的进口与设于刮膜蒸发器顶部的出气口相连通，所述夹套的出口依次连接气液分离器以及喷射泵。本发明提供的蒸发浓缩***具有节能、高效等优点，并且在浓缩的过程中实现了零排放，创造了更好的蒸发条件。

Description

一种蒸发浓缩***及浓缩方法

技术领域

本发明涉及一种化工领域的蒸发***，具体涉及一种采用刮膜蒸发器的蒸发浓缩***，以及采用该***进行浓缩的方法。

背景技术

化工生产中采用蒸发操作的目的有：获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品；借蒸发以脱除溶剂，通过结晶的联合操作以获得固体溶质；脱除杂质，制取纯净的溶剂。

蒸发器有多种结构形式，均由加热室、流动（或循环）通道、气液分离空间3部分组成。蒸发器按操作方式可分为单效蒸发器、多效蒸发器、蒸汽压缩蒸发器、闪蒸蒸发器和直接接触蒸发器等；按流体循环方式可分为不循环型、自然循环型、强制循环型和刮膜式蒸发器等。

刮膜蒸发器包括垂直型和水平型，比管壳式的投资大，可处理100Pa·s的液体，停留时间只有几秒，操作压力为40～10000Pa（表压），适于热敏性料液、浓缩固体悬浊液、发泡性液体及易生成污垢的液体。具体操作为：物料从加热区的上方径向进入蒸发器；经布料器分布到蒸发器加热壁面，然后，旋转的刮膜器将物料连续均匀地加热面上刮成厚薄均匀的液膜，并以螺旋状向下推进。在此过程中，旋转的刮膜器保证连续和均匀的液膜产生高速湍流，并阻止液膜在加热面结焦、结垢，从而提高传总系数，轻组份被蒸发形成蒸汽流上升，经汽液分离器到达和蒸发器直接相连的外置冷凝器；重组份从蒸发器底部的锥体排出。

刮膜蒸发器的刮板为硬质材料，刮板与蒸发筒的内壁之间的间距一般为0.2-2mm，为了避免腐蚀，蒸发筒一般为石墨材质，刮板在轴向受力不均匀时，易于和石墨内壁发生摩擦，进而损害石墨蒸发筒，另外，刮板与石墨蒸发筒之间为线接触，在夹套上的蒸汽温度不均匀或温度变化较大时，蒸发筒内壁上易于附着较大较硬质的晶块，刮板在无法将晶块刮掉时将停止转动，进而导致整个刮膜蒸发器无法正常运转，只有在人工将晶块刮掉时，才能重新启动刮膜蒸发器。

另外，采用刮膜蒸发器的蒸发***，对热能的利用率低，浓缩的效率较差。

鉴于刮膜蒸发浓缩***存在的上述不足，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种蒸发浓缩***，该蒸发浓缩***具有节能、高效等优点，并且在浓缩的过程中实现了零排放，创造了更好的蒸发条件。

本发明的第二目的在于提供一种采用上述蒸发浓缩***进行浓缩的方法。

为了实现本发明的上述目的，特采用如下技术方案：

一种蒸发浓缩***，包括依次连接的原料罐、进料泵、加热器、刮膜蒸发器、长晶器和液固分离器；所述液固分离器的出液口与原料罐相连；所述加热器的外表面设有夹套，所述夹套的上部设有进口，所述夹套的下部设有出口，所述夹套的进口与设于刮膜蒸发器顶部的出气口相连通，所述夹套的出口依次连接气液分离器以及喷射泵。

本发明提供的蒸发浓缩***，原料液经原料罐→进料泵→加热器→刮膜蒸发器→长晶器→液固分离器，分离的固体经干燥后包装，分离出的母液进入原料罐进行下一循环的蒸发浓缩，另外，在刮膜蒸发器内蒸发的热蒸气在喷射泵的作用下进入加热器的夹套内，与加热器内的原料液进行了热交换，充分利用了刮膜蒸发器产生的余热，达到了双效利用的目的。另外，采用喷射泵将刮膜蒸发器内的蒸气抽出，在刮膜蒸发器内形成负压，极大地提高了蒸发的效率，并且冷凝后形成的液体被气液分离器收集，少量未凝结的气体进入喷射泵内，从而使整个蒸发浓缩***实现了对环境的零排放。本发明的整个蒸发***设计合理，结构简单，节能环保，蒸发效率高，并且在浓缩的过程中实现了零排放，创造了更好的蒸发条件。

所述刮膜蒸发器包括驱动单元、布料器、转轴、刮板、蒸发筒、设于蒸发筒外表面的夹套、进料口、出料口。转轴从驱动单元的下方伸出，进入蒸发筒内，转轴的下方连接刮板，驱动单元带动转轴旋转，进而驱动刮板旋转，布料器将原料液均匀地泼向蒸发筒的内壁，并通过蒸发筒的内壁被夹套内的蒸气加热蒸发，在蒸发筒的内壁结晶，晶块被刮板刮下，从蒸发器底部的锥体出料口排出。

所述刮膜蒸发器的刮板的端部设有气囊。

现有技术中，刮膜蒸发器的蒸发筒一般为石墨材质，刮板为硬质材料，硬质刮板易于磨损石墨蒸发筒的内壁，并且硬质刮板与石墨蒸发筒的内壁之间有1-2mm的距离，刮膜的效果较差，且刮板与石墨蒸发筒之间为线接触，在夹套上的蒸汽温度不均匀或温度变化较大时，蒸发筒内壁上易于附着较大较硬质的晶块，刮板在无法将晶块刮掉时将停止转动，进而导致整个刮膜蒸发器无法正常运转。本发明提供的刮膜蒸发器，在刮板的端部设有气囊，气囊可以与蒸发筒内壁直接接触，刮膜的效果好，刮膜的效率高，另外，气囊在受力时可以产生形变，不会损坏石墨蒸发筒的内壁，并且，刮板在旋转的过程中遇到较大的晶块，气囊产生了弹性形变，进而与蒸发器的内壁形成面接触，增大了刮力，可以有效地将晶块刮下，避免了整个刮膜蒸发器无法正常运转的缺陷。

所述气囊为1个或多个。优选的，所述气囊为多个独立的气囊。在某个气囊出现破损漏气等情况时，只需要进行局部更换。

所述气囊采用柔性密封材料制成，优选为橡胶气囊。

所述气囊包括气囊本体和两个夹臂，所述气囊通过两个夹臂夹住刮板的端部，所述刮板的端部与气囊的两个夹臂通过螺钉固定。本发明采用夹臂结构将气囊固定在刮板的端部，结构简单，易于安装。

所述喷射泵包括抽真空泵、喉管和循环水槽。本发明提供的喷射泵构造简单、使用方便，从气液分离器出来的少量气体从喉管进入循环水槽，在喉管、循环水槽以及抽真空泵内循环，被喷射泵内的水所吸收，从而实现了对环境的零排放。

所述刮膜蒸发器内蒸发的气体进入加热器的夹套，作为加热器的热源。加热器内流过的原料液与夹套内的热蒸气进行热交换，原料液在进入刮膜蒸发器之前先被预热，从刮膜蒸发器内出来的热蒸气利用原料液被冷凝，充分将蒸发浓缩***的余热利用，达到双效利用的目的。

一种采用所述的蒸发浓缩***进行浓缩的方法，包括以下步骤：原料液经进料泵输送至加热器，在加热器中进行预加热后进入刮膜蒸发器进行蒸发浓缩，从刮膜蒸发器底部排出的固液混合物在长晶器中进一步长晶，之后在液固分离器中分离，分离出的固体进行干燥包装，分离出的液体进入原料罐中继续浓缩；所述刮膜蒸发器蒸发的气体在喷射泵的作用下进入加热器的夹套中作为加热器的热源，经热交换后进入气液分离器，液体被回收，气体进入循环水槽。

本发明提供的蒸发浓缩***特别适用于对含氯化铁的酸液、含氯化亚铁的酸液、含氯化铜的酸液的蒸发浓缩。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）整个蒸发***设计合理，结构简单，节能环保，蒸发效率高，并且在浓缩的过程中实现了零排放，创造了更好的蒸发条件。

（2）蒸发***中刮膜蒸发器的刮膜效果好，刮膜效率高，且解决了刮膜蒸发器易于停止运转的问题，刮板对蒸发筒的损伤小，整个***的运转效果好，使用寿命长。

附图说明

图1为本发明提供的蒸发浓缩***的结构示意图；

图2为本发明提供的刮膜蒸发器的结构示意图；

图3为本发明提供的刮板的横截面结构示意图。

其中：原料罐1、进料泵2、加热器3、刮膜蒸发器4、长晶器5、液固分离器6、气液分离器7、循环水槽8、抽真空泵9、喉管10、驱动单元41、转轴42、刮板43、蒸发筒44、设于蒸发筒外表面的夹套45、布料器46、进料口47、出料口48、气囊49、气囊本体491、两个夹臂492。

具体实施方式

下面结合附图1-3对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

本发明提供的蒸发浓缩***，如图1所示，包括依次连接的原料罐1、进料泵2、加热器3、刮膜蒸发器4、长晶器5和液固分离器6；所述液固分离器6的出液口与原料罐相连；所述加热器3的外表面设有夹套，所述夹套的上部设有进口，所述夹套的下部设有出口，所述夹套的进口与设于刮膜蒸发器4顶部的出气口相连通，所述夹套的出口依次连接气液分离器7以及喷射泵。

原料罐1内储存待浓缩的原料液，原料液被进料泵2输送至加热器3，在加热器3中进行预加热后进入刮膜蒸发器4进行蒸发浓缩。如图2所示，刮膜蒸发器4包括驱动单元41、布料器46、转轴42、刮板43、蒸发筒44、设于蒸发筒外表面的夹套45、进料口47、出料口48。转轴42从驱动单元41的下方伸出，进入蒸发筒44内，转轴42的下方连接刮板43，驱动单元41带动转轴42旋转，进而驱动刮板43旋转。原料液自刮膜蒸发器4的进料口47进入刮膜蒸发器4内，之后被布料器46均匀地泼向蒸发筒44的内壁，设于蒸发筒44外表面的夹套45的上部设有蒸汽进口，下部设有出口，蒸发筒内壁上附着的原料液被进入蒸发筒夹套45内的蒸汽加热蒸发，在蒸发筒的内壁结晶，晶块被刮板刮下，从蒸发器底部的锥体出料口48排出，蒸发筒夹套内的蒸汽在热交换后与部分转变成的冷凝水一起从夹套下部的出口流出。从从蒸发器底部的锥体出料口排出的晶块与部分母液在长晶器中进一步长晶，之后在液固分离器中分离，分离出的固体进行干燥包装，分离出的液体进入原料罐中继续浓缩。

另外，本发明通过喷射泵将刮膜蒸发器内产生的蒸汽抽送至加热器的夹套内，与加热器内的原料液进行了热交换，既充分利用了刮膜蒸发器产生的余热，达到了双效余热利用的目的，又利用喷射泵在刮膜蒸发器内部形成负压，极大地提高了蒸发的效率。刮膜蒸发器内抽出的蒸气在加热器的夹套内进行热交换后，被冷凝成液体，从夹套的出口流出，并在气液分离器收集，少量未凝结的气体进入喷射泵内。

喷射泵包括抽真空泵9、喉管10和循环水槽8。喷射泵首先使刮膜蒸发器内形成负压，提高了刮膜蒸发器内的蒸发效率，其次将刮膜蒸发器内产生的蒸汽抽至加热器的夹套内并与加热器内的原料液进行热交换，双效利用了刮膜蒸发器内产生的余热，并将加热器夹套内未凝结成液体的少量气体从喉管抽至喷射泵内部进行喉管→循环水槽→抽真空泵-喉管的循环，这些少量的气体在循环的过程中被水吸收，从而实现了对环境的零排放。

另外，现有技术中，刮膜蒸发器的蒸发筒一般为石墨材质，刮板为硬质材料，硬质刮板易于磨损石墨蒸发筒的内壁，并且硬质刮板与石墨蒸发筒的内壁之间有0.2-2mm的距离，刮膜的效果较差，且刮板与石墨蒸发筒之间为线接触，在夹套上的蒸汽温度不均匀或温度变化较大时，蒸发筒内壁上易于附着较大较硬质的晶块，刮板在无法将晶块刮掉时将停止转动，进而导致整个刮膜蒸发器无法正常运转。本发明提供的刮膜蒸发器，在刮板面向蒸发筒内壁的端部设有气囊，所述气囊采用柔性密封材料制成，优选为橡胶气囊。气囊可以与蒸发筒内壁直接接触，刮膜的效果好，刮膜的效率高，另外，气囊在受力时可以产生形变，不会损坏石墨蒸发筒的内壁，并且，刮板在旋转的过程中遇到较大的晶块，气囊产生了弹性形变，进而与蒸发器的内壁形成面接触，增大了刮力，可以有效地将晶块刮下，避免了整个刮膜蒸发器无法正常运转的缺陷。

所述气囊可以是为1整体气囊，也可以是多个并在一起的独立的气囊。当刮板的端部安装一个整体气囊时，气囊对晶块的刮力大，刮晶的效率高、效果好，当刮板的端部设多个独立的气囊时，在某个气囊出现破损漏气等情况时，只需要进行局部更换即可。

如图3所示，所述气囊49包括气囊本体491和两个夹臂492，所述气囊49通过两个夹臂夹住刮板的端部，所述刮板的端部与气囊的两个夹臂通过螺钉固定。本发明采用夹臂结构将气囊固定在刮板的端部，结构简单，易于安装。

本发明提供的蒸发浓缩***可适用于任何溶液的提浓、溶液中溶质的分离，特别适用于从含有无机盐的酸液中提取无机盐，如对含氯化铁的酸液、含氯化亚铁的酸液、含氯化铜的酸液的蒸发浓缩。以氯化亚铁的酸液为例，氯化亚铁的酸液经进料泵输送至加热器，在加热器中进行预加热后进入刮膜蒸发器进行蒸发浓缩，氯化亚铁的酸液被布料器均匀地泼向蒸发筒的内壁，并在蒸发筒内壁蒸发形成氯化亚铁的晶块，晶块被刮板刮板刮下并从刮膜蒸发器底部排出，混有盐酸的氯化亚铁晶块在长晶器中进一步长晶，之后在液固分离器中分离，分离出的氯化亚铁固体进行干燥包装，分离出的盐酸液进入原料罐中继续浓缩；所述刮膜蒸发器蒸发的氯化氢气体以及水蒸气在喷射泵的作用下进入加热器的夹套中作为加热器的热源，经热交换后进入气液分离器，盐酸被回收，为凝结的少量气体进入循环水槽循环，并被进一步吸收。

Claims (10)

1.一种蒸发浓缩***，其特征在于，包括依次连接的原料罐、进料泵、加热器、刮膜蒸发器、长晶器和液固分离器；所述液固分离器的出液口与原料罐相连；所述加热器的外表面设有夹套，所述夹套的上部设有进口，所述夹套的下部设有出口，所述夹套的进口与设于刮膜蒸发器顶部的出气口相连通，所述夹套的出口依次连接气液分离器以及喷射泵。

2.根据权利要求1所述的蒸发浓缩***，其特征在于，所述刮膜蒸发器包括驱动单元、布料器、转轴、刮板、蒸发筒、设于蒸发筒外表面的夹套、进料口、出料口。

3.根据权利要求2所述的蒸发浓缩***，其特征在于，所述刮板的端部设有气囊。

4.根据权利要求3所述的蒸发浓缩***，其特征在于，所述气囊为1个或多个。

5.根据权利要求3所述的蒸发浓缩***，其特征在于，所述气囊采用柔性密封材料制成，优选为橡胶气囊。

6.根据权利要求3或4或5所述的蒸发浓缩***，其特征在于，所述气囊包括气囊本体和两个夹臂，所述气囊通过两个夹臂夹住刮板的端部，所述刮板的端部与气囊的两个夹臂通过螺钉固定。

7.根据权利要求1所述的蒸发浓缩***，其特征在于，所述喷射泵包括抽真空泵、喉管和循环水槽。

8.根据权利要求1所述的蒸发浓缩***，其特征在于，所述刮膜蒸发器内蒸发的气体进入加热器的夹套，作为加热器的热源。

9.一种采用权利要求1-8任一项所述的蒸发浓缩***进行浓缩的方法，其特征在于，包括以下步骤：原料液经进料泵输送至加热器，在加热器中进行预加热后进入刮膜蒸发器进行蒸发浓缩，从刮膜蒸发器底部排出的固液混合物在长晶器中进一步长晶，之后在液固分离器中分离，分离出的固体进行干燥包装，分离出的液体进入原料罐中继续浓缩；所述刮膜蒸发器蒸发的气体在喷射泵的作用下进入加热器的夹套中作为加热器的热源，经热交换后进入气液分离器，液体被回收，气体进入循环水槽。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述原料液包括含氯化铁的酸液、含氯化亚铁的酸液、含氯化铜的酸液。

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