CN109107206A - 一种基于热泵的连续式进液多效真空浓缩方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于真空浓缩技术领域，涉及一种基于热泵的连续式进液多效真空浓缩方法，稀溶液在溶液进料泵的驱动下先进入启动加热器进行预热，再关闭启动组件在热管冷凝器中预热，预热后的稀溶液在溶液泵的驱动下，经过第一监控组件依次进入n效浓缩组件中进行浓缩，由于浓缩组件的浓缩管内为低压状态，溶液能够实现低温沸腾，同时产生浓缩液和溶剂蒸气，浓缩液通过浓缩组件底部设置的出液口，在真空吸力的驱动下进入下一效浓缩组件，如此浓缩多次后，即可得到最终浓缩液；将热泵、热管节能技术与真空浓缩技术有机结合在一起，高效节能，提高生产效率，避免了管壁结垢，清洗无死角，产出产品洁净无污染。

Description

一种基于热泵的连续式进液多效真空浓缩方法

技术领域：

本发明属于真空浓缩技术领域，涉及一种多效连续进液型真空浓缩工艺，特别是一种基于热泵的连续式进液多效真空浓缩方法，适用于药用粘稠的液体的浓缩，亦可在化工、食品等生产中使用。

背景技术：

目前，在某些粘稠液体，如浓缩果汁、药膏等生产过程中，往往涉及到浓缩过程，其方式就是将溶剂蒸发，一般采用的方式是直接加热，也可以通过降低环境压力，使得浓缩罐有一定的真空度，溶液在低压状态下容易蒸发，对于药物的生产，当遇到需要浓缩的工艺时，由于药物存在热敏性，不耐高温，需要进行低温低压蒸发。在蒸发的过程中，往往使用大型蒸发锅，如CN205948395U公开了一种双效快速浓缩器,包括蒸汽加热器,所述蒸汽加热器与一效浓缩室通过管道连接,所述一效浓缩室的上端安装有二次蒸汽管,所述一效浓缩室并排设置有二效浓缩室,且二次蒸汽管插接在二效浓缩室的内腔,二次蒸汽管下端对称设置有搅拌桨,两个所述搅拌桨的末端均安装有用于将二次蒸汽呈两个相反方向导出的弧形喷气管,一效浓缩室和二效浓缩室的下端均连接有出液管,且出液管上安装有阀门,所述二效浓缩室通过管道连接有冷凝器,冷凝器的下端安装有储水罐,该双效快速浓缩器能够对二效浓缩室中药液进行搅拌,极大的提升了二效浓缩室的工作效率,对比现有的双效浓缩器的浓缩效率更高；但是所述双效快速浓缩器的蒸汽管下端对称设置有搅拌桨用于加快浓缩和避免靠近容器器壁的部位凝固结垢，添加了搅拌器的设备会消耗额外的能源，且在搅拌器与蒸发锅的连接处不能够很好地密封，对于真空低压浓缩而言则会损失真空度，还容易造成灰尘进入；现有的绝大部分浓缩设备采用的热源为高温高压蒸汽，如CN206342932U公开了一种多效浓缩设备，包括浓缩釜一、浓缩釜二、浓缩釜三、冷凝器、换热器一、换热器二、换热器三、换热器四、料泵、真空泵,所述浓缩釜一、浓缩釜二和浓缩釜三通过管路依次串联组成一组多效浓缩装置,再依次与换热器一和冷凝器串联,最后与真空泵连接；所述浓缩釜一、浓缩釜二和浓缩釜三分别连接换热器二、换热器三和换热器四,所述换热器二、换热器三和换热器四再依次串联,最后与料泵二连接；所述浓缩釜一与浓缩釜二之间、浓缩釜二与浓缩釜三之间连接有料泵三；换热器一与料泵一连接，其采用强制泵循环加热,节约蒸汽60％左右,环境清洁舒适；新料在进入浓缩釜之前,进行多次换热,进一步提高了热能的利用率，虽然该浓缩设备在采用了多效方案后，节约了能源，但其热源仍然为蒸气，消耗的还是高品位能源，使用蒸汽又需要将温度和压力降低下来以满足工艺要求，这就损失了一部分高品位能源；也有通过喷淋、喷雾的方式进行闪蒸处理的案例，如CN203803126U所述的一种喷雾浓缩器,尤其是一种液体减压喷雾浓缩的设备，加热器顶部管道末端装有喷头，使得溶液在一开始进入到浓缩室时就能够发生闪蒸，同时增加传热传质面积，使用低压喷雾浓缩的方式的确能够在一开始就能够取得较好的浓缩效果，但这种喷雾浓缩的方式显然不适合用在多效浓缩上，原因在于在浓缩液不断增稠以后，其粘度较大，十分容易造成喷头堵塞，设备停运。热泵研究在我国有数十年历史，到目前为止已经研发出了中高温热泵，热泵能够将热量通过热泵工质循环输送给需要热量的地方，相比较传统的蒸汽热源，节能效果十分显著，热泵在真空浓缩领域仍然是一个缺口，应用不多，实施方案不明确。热管作为一种高效的节能设备，其技术逐渐发展成熟起来，但目前在真空浓缩领域，也还没有将热管使用起来的先例。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种新型的基于热泵的连续式进液多效真空浓缩方法，解决真空浓缩领域中的能量回收问题，将热泵和热管技术相结合实现高效、节能、安全生产。

为了实现上述目的，本发明在连续式进液多效真空浓缩器实现，具体浓缩过程为：

(1)首先打开各阀门，确保浓缩路线顺畅，然后打开蒸汽清洗阀，使蒸汽能够清洗整个设备；

(2)清洗结束后，关闭蒸汽清洗阀，打开真空泵，将第1效浓缩组件浓缩管的管内压力降低到-0.07Mpa，其后各效浓缩组件的管内压力依次进一步降低0.005Mpa；

(3)待各效浓缩组件真空度稳定后，打开启动组件，使启动加热器的载热剂温度稳定在70℃，打开溶液进料泵，溶液进入到启动加热器管程中，进行加热，出口温度65℃；

(4)加热后的溶液经热管蒸发器和第二监控组件进入第1效浓缩组件的浓缩管进液口，此时热泵循环和热管循环均是关闭的，没有进行加热；加热后的溶液进入第1效浓缩组件的浓缩管内立刻开始沸腾，沸腾产生的溶剂蒸气由于浮升力开始上浮，经由蒸汽出口进入到第2效浓缩组件的加热管中，入口蒸气温度也为65℃，在第2效浓缩组件的加热管内对浓缩管进行加热，同时发生相变冷凝为溶剂液体，溶剂液体经由第2效浓缩组件的冷凝液节流阀流向冷凝液集管，由第1效浓缩组件浓缩管排出的1效浓缩液在真空吸力的驱动下进入到第2效浓缩组件的浓缩管中，在第2效浓缩组件中，溶液的热量由第1效浓缩组件排出的溶剂蒸气通过相变提供，同时真空泵营造了相对第1效浓缩组件更低的压力，使得浓缩能够继续进行下去，如此反复浓缩直到第n-1效的溶液和溶剂蒸气分别进入到第n效浓缩组件的浓缩管和加热管，第n效浓缩组件的浓缩管所需要的热量仍然由溶剂蒸气提供，浓缩所产生的最终浓缩液在浓缩液引料泵的驱动下进入浓缩液低压储液罐，进而进入下一步工艺程序，产生的溶剂蒸气经过蒸汽出口进入到热泵蒸发器，进行换热；

(5)当检测到有溶剂蒸气进入到热泵蒸发器且流量稳定后，立刻启动热泵循环组件，此时热泵蒸发器开始对溶剂蒸气进行冷凝，热泵蒸发器的热泵制冷剂提取溶剂蒸气的相变潜热，经由热泵压缩机循环到第1效浓缩组件的加热管，热泵制冷剂蒸气进行放热，变成制冷剂液体，制冷剂液体经由热泵节流阀循环到热泵蒸发器，如此反复；当检测到第1效浓缩组件的加热管出口温度稳定在70℃时，关闭启动组件；

(6)当检测到有溶剂液体从热泵蒸发器流出且稳定，经冷凝液节流阀到达冷凝液集管，且冷凝液集管进一步进入到冷凝液总管中的冷凝液流量达到最大时，打开热管循环泵，热管循环开始运行，实现冷凝液显热的回收，并作用于稀溶液的预热，所述稀溶液是指从溶液进料泵进入，经过蒸汽清洗阀后的物料溶液；

(7)待浓缩产量达到预设目标要求后，首先关闭溶液进料泵，停止进料；当检测到第1效浓缩组件的浓缩管已没有溶液流出后，关闭热泵循环和热管循环的运行，同时开启水冷换热器，当检测到疏水阀已经没有冷凝液流出后，关闭水冷换热器；当检测到浓缩液引料泵也已经没有浓缩液流出后，关闭浓缩液引料泵；

(8)当所有部件均已经停止运行后，执行清洗工作，重复上述步骤。

本发明所述连续式进液多效真空浓缩器的主体结构包括第1效浓缩组件、第2效浓缩组件、第3效浓缩组件、……、第n-1效浓缩组件、第n效浓缩组件、真空泵、溶液进料泵、蒸汽清洗阀、启动加热器、热管冷凝器、第一监控组件、溶液泵、第二监控组件、热泵蒸发器、热泵压缩机、热泵节流阀、第2效冷凝液节流阀、热管循环泵、冷凝液集管、水冷换热器、冷凝液溶液泵、热管蒸发器、疏水阀、冷凝液低压储液罐、冷凝液总管、浓缩液低压储液罐、浓缩液引料泵和浓缩液集管，其中热泵蒸发器、加热管、热泵节流阀和热泵压缩机组成热泵循环组件，热管冷凝器、热管蒸发器、热管循环泵组成热管循环组件，外部冷源和水冷换热器组成水冷循环组件，外部热源和启动加热器组成启动组件；溶液进料泵与启动加热器管道连接，连接进料泵与启动加热器之间的管道上设有蒸汽清洗阀，用于清洗设备；热管冷凝器分别与热管启动器、溶液泵和热管蒸发器连通，热管冷凝器与热管蒸发器之间设有热管循环泵，热管冷凝器与溶液泵之间设有第一监控组件，溶液泵与第1效浓缩组件的顶部连通，溶液泵与第1效浓缩组件之间设有第二监控组件，热泵蒸发器分别与第1效浓缩组件侧面上部的加热工质入口、侧面下部的加热工质出口、第2效浓缩组件侧面下部的加热工质出口以及水冷换热器管道连通，热泵蒸发器与第1效浓缩组件侧面上部加热工质入口之间的管道上设有热泵压缩机，热泵蒸发器与第1效浓缩组件侧面下部加热工质出口之间的管道上设有热泵节流阀，热泵蒸发器与第2效浓缩组件侧面下部加热工质出口之间的管道上设有第2效冷凝液节流阀；第2效浓缩组件、第3效浓缩组件、……、第n-1效浓缩组件、第n效浓缩组件的底部分别与冷凝液集管管道连通，第1效浓缩组件、第2效浓缩组件、第3效浓缩组件、……、第n-1效浓缩组件、第n效浓缩组件均包括浓缩管、加热管、第三监控组件、冷凝液节流阀和浓缩液调节阀，细长结构的浓缩管两端均带有封头，浓缩管内装有被压缩溶液，加热管采用套管、绕管或其他形式设置在浓缩管外部，第1效浓缩组件的浓缩管顶部蒸汽出口与第2效浓缩组件的加热管侧面上部加热工质入口连通，底部出液口与第2效浓缩组件的浓缩管侧面上部进液口连通，第1效浓缩组件的浓缩管底部出液口与第2效浓缩组件的浓缩管侧面上部进液口之间依次设有第三监控组件和浓缩液调节阀，第2效浓缩组件和第3效浓缩组件之间的连接与第1效浓缩组件和第2效浓缩组件之间的连接相同，以此类推，直至连接至第n效浓缩组件，第2效浓缩组件、第3效浓缩组件、……、第n-1效浓缩组件、第n效浓缩组件的加热管侧面下部加热工质出口与冷凝液集管之间均设有冷凝液节流阀；第n效浓缩组件的顶部设有真空泵，便于保压和开启前抽真空；第n效浓缩组件顶部的蒸汽出口与水冷换热器管道连通，底部的出液口通过浓缩液集管与浓缩液低压储液罐连通，浓缩液集管上设有浓缩液引料泵，冷凝液集管与冷凝液总管连通，冷凝液总管上设有冷凝液溶液泵，冷凝液溶液泵与热管蒸发器连通，热管蒸发器与冷凝液低压储液罐管道连通，热管蒸发器与冷凝液低压储液罐之间的管道上设有疏水阀。

本发明所述外部热源包括电加热热源、厂房余热或高压蒸汽热，热源的热由载热剂带到启动加热器，将热量传输给稀溶液，使用后的载热剂通过外部的循环泵回到热源，再次吸热再次利用，所述稀溶液是指从进料泵进入，经过蒸汽清洗阀后的物料溶液。

本发明所述第1效浓缩组件1、第2效浓缩组件、第3效浓缩组件、……、第n-1效浓缩组件、第n效浓缩组件的顶部均设有蒸汽出口，左侧面均自上而下依次设有进液口、加热工质入口，右侧面均设有加热工质出口，底部均设有出液口；第n效浓缩组件的顶部还设有保压口。

本发明所述浓缩组件的排布形式在纵向上为单路或多路，在横向上为单效或多效，横向上的多效排布为竖直放置，从左到右依次为第1、2……n效，由真空吸力提供动力提供动力；或为倾斜、堆叠放置，由上至下依次为第1、2……n效，由重力和真空吸力提供动力。

本发明实现低温多效浓缩的工作原理为：从第1效浓缩组件到第n效浓缩组件，其浓缩管内的压力是有一定真空度且压力是逐渐递减的，稀溶液经过启动加热器、热管冷凝器的加热、预热，通过溶液泵驱动，进入到浓缩管中，由于压力低，溶液沸点低，可以实现低温沸腾，低压浓缩，多效浓缩。

本发明所述每效浓缩组件的浓缩管内部上端设有排气结构，使蒸汽出口只出蒸汽，避免因沸腾将溶液也带入蒸汽管造成运行不良，排气结构为离心排气管、孔板或除沫网等。

本发明的工作原理为：稀溶液在溶液进料泵的驱动下，首先进入启动加热器，设备刚开启时，稀溶液在启动加热器中进行预热，启动完成后，关闭启动组件，在热管冷凝器中预热，预热后的溶液在溶液泵的驱动下，经过第一监控组件依次进入第1效浓缩组件、第2效浓缩组件、第3效浓缩组件……第n-1效浓缩组件、第n效浓缩组件中进行浓缩，由于浓缩组件的浓缩管内为低压状态，溶液能够实现低温沸腾，同时产生浓缩液和溶剂蒸气，浓缩液通过浓缩组件底部设置的出液口，在真空吸力的驱动下进入下一效浓缩组件，如此浓缩多次后，即可得到最终浓缩液。

本发明将热泵和热管节能技术有机地与浓缩工艺相结合，浓缩组件外部的加热管，加热管内的管内工质由上而下地流动，第1效浓缩组件加热管的管内工质为热泵制冷剂，热泵制冷剂蒸气经热泵压缩机由加热工质入口进入，完全放热后冷凝为制冷剂液体，再经加热工质出口接热泵节流阀，从而将制冷剂液体从热泵蒸发器中吸热蒸发，再次变为制冷剂蒸气循环使用；后续浓缩组件的加热管内的加热工质为上一效浓缩组件的蒸气出口出来的溶剂蒸气，溶剂蒸气在加热管内完全放热后冷凝为溶剂液体即为冷凝液，经加热工质出口接冷凝液集管，冷凝液集管连接热管蒸发器，将冷凝液显热传递给热管工质，热量通过热管工质的搬运，由热管循环泵提供动力，在热管冷凝器传输给稀溶液，达到预热目的；第n效浓缩组件的浓缩管内产生的溶剂蒸气不进入冷凝液集管，它将经由溶剂蒸气集管传输到热泵蒸发器中，与热泵制冷剂液体进行换热，实现溶剂蒸气的冷凝和热泵制冷剂液体的蒸发，同时制冷剂吸收的潜热将会经热泵循环组件为第1效浓缩组件的稀溶液提供热量；冷凝后的溶剂液体再进入冷凝液集管，进而进入冷凝液总管，统一经冷凝液溶液泵、热管蒸发器、疏水阀回收至冷凝液低压储液罐，进入到下一工艺流程；第n效浓缩组件出来的最终浓缩液在浓缩液引料泵的驱动下进入浓缩液低压储液罐，进而进入下一步工艺程序。

本发明所述外部冷源包括自然水、蓄冷材料或空气源等其他形式。

本发明能在多路工况下进行使用，可采用以下四种方案：A、支路独立热泵，支路独立热管；B、支路独立热泵，干路单一热管；C、干路单一热泵，支路独立热管；D、干路单一热泵，支路单一热管；各方案还可以进行自由结合，可以令一个热泵循环组件为两路或更多第1效浓缩组件提供热量，也可以令一个干路热泵循环组件的两个支路热泵冷凝器共同为一个支路第1效浓缩组件加热；可以令冷凝液通过冷凝液总管进入到热管蒸发器中与热管工质换热，热管工质再进入到各支路热管冷凝其中放热，也可以令冷凝液通过冷凝液集管进入各支路热管蒸发器，完成换热后统一收集起来，吸收了热量的各支路热管工质进入到热管工质集管，在溶液泵的驱动下进入到干路热管冷凝器，在稀溶液进入各支路之前完成热管加热，组合形式多样可变，灵活性高，可适应各种生产工况。

本发明所述第一监控组件、第二监控组件和第三监控组件均包括视液镜、出液阀、流量监控调节器和密度检测仪，出液阀、流量调节器、视液镜依次连接，密度检测仪为数据传感器，放置在出液阀之后，第一监控组件、第二监控组件和第三监控组件与外接的电控柜相连，以方便监控浓缩液状态和调控设备。

本发明与现有技术相比，将热泵、热管节能技术与真空浓缩技术有机结合在一起，高效节能，大幅度降低了浓缩所需要的高品位能源；而且采用连续进液的模式，大大提高生产效率；通过外绕管加热与低压细长管内沸腾结合的方式，避免了管壁结垢，免去了搅拌器，从而避免因搅拌器与设备连接不紧密造成灰尘进入设备；由于溶液流经处全部采用了统一管径，在使用高温高压蒸汽进行清洗的过程中，可以做到清洗无死角，产出产品洁净无污染。

附图说明：

图1为本发明所述连续式进液多效真空浓缩器的主体结构原理示意图。

图2为本发明所述两效浓缩组件连接的原理示意图。

图3为本发明实施例2所述连续式进液多效真空浓缩器的主体结构原理示意图。

图4为本发明实施例3所述连续式进液多效真空浓缩器的主体结构原理示意图。

图5为本发明实施例4所述连续式进液多效真空浓缩器的主体结构原理示意图。

图6为本发明实施例5所述连续式进液多效真空浓缩器的主体结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

本实施例可以在单一生产路线下进行使用，也适用于多路工况，在多路工况下，本实施例可以采用以下四种方案：A、支路独立热泵，支路独立热管；B、支路独立热泵，干路单一热管；C、干路单一热泵，支路独立热管；D、干路单一热泵，支路单一热管。

实施例1：单一生产路线

本实施例在连续式进液多效真空浓缩器实现，具体浓缩过程为：

(1)首先打开各阀门，确保浓缩路线顺畅，然后打开蒸汽清洗阀8，使蒸汽能够清洗整个设备；

(2)清洗结束后，关闭蒸汽清洗阀8，打开真空泵6，将第1效浓缩组件1浓缩管30的管内压力降低到-0.07Mpa，其后各效浓缩组件的管内压力依次进一步降低0.005Mpa；

(3)待各效浓缩组件真空度稳定后，打开启动设备，使启动加热器9的载热剂温度稳定在70℃左右，打开溶液进料泵7，溶液进入到启动加热器9管程中，进行加热，出口温度65℃；

(4)加热后的溶液经热管蒸发器10和第二监控组件13进入第1效浓缩组件1的浓缩管30进液口，此时热泵循环和热管循环均是关闭的，没有进行加热；加热后的溶液进入第1效浓缩组件1的浓缩管30内立刻开始沸腾，沸腾产生的溶剂蒸气由于浮升力开始上浮，经由蒸汽出口进入到第2效浓缩组件2的加热管31中，入口蒸气温度也为65℃，在第2效浓缩组件2的加热管31内对浓缩管30进行加热，同时发生相变冷凝为溶剂液体，溶剂液体经由第2效浓缩组件2的冷凝液节流阀33流向冷凝液集管19，由第1效浓缩组件1浓缩管30排出的1效浓缩液在真空吸力的驱动下进入到第2效浓缩组件2的浓缩管30中，在第2效浓缩组件2中，溶液的热量由第1效浓缩组件1排出的溶剂蒸气通过相变提供，同时真空泵6营造了相对第1效浓缩组件更低的压力，使得浓缩能够继续进行下去，如此反复浓缩直到第n-1效的溶液和溶剂蒸气分别进入到第n效浓缩组件5的浓缩管30和加热管31，第n效浓缩组件5的浓缩管30所需要的热量仍然由溶剂蒸气提供，浓缩所产生的最终浓缩液在浓缩液引料泵27的驱动下进入浓缩液低压储液罐26，进而进入下一步工艺程序，产生的溶剂蒸气经过蒸汽出口进入到热泵蒸发器14，进行换热；

(5)当检测到有溶剂蒸气进入到热泵蒸发器14且流量稳定后，立刻启动热泵循环组件，此时热泵蒸发器14开始对溶剂蒸气进行冷凝，热泵蒸发器14的热泵制冷剂提取溶剂蒸气的相变潜热，经由热泵压缩机15循环到第1效浓缩组件1的加热管31，热泵制冷剂蒸气进行放热，变成制冷剂液体，制冷剂液体经由热泵节流阀16循环到热泵蒸发器14，如此反复；当检测到第1效浓缩组件1的加热管31出口温度稳定在70℃时，关闭启动组件；

(6)当检测到有溶剂液体从热泵蒸发器14流出且稳定，经冷凝液节流阀33到达冷凝液集管19，且冷凝液集管19进一步进入到冷凝液总管25中冷凝液的流量达到最大时，打开热管循环泵18，热管循环开始运行，实现冷凝液显热的回收，并作用于稀溶液的预热，所述稀溶液是指从溶液进料泵7进入，经过蒸汽清洗阀8后的物料溶液；

(7)待浓缩产量达到预设目标要求后，首先关闭溶液进料泵7，停止进料；当检测到第1效浓缩组件1的浓缩管30已没有溶液流出后，关闭热泵循环和热管循环的运行，同时开启水冷换热器20，当检测到疏水阀23已经没有冷凝液流出后，关闭水冷换热器20；当检测到浓缩液引料泵27也已经没有浓缩液流出后，关闭浓缩液引料泵27；

(8)当所有设备均已经停止运行后，执行清洗工作，重复上述步骤。

本实施例所述连续式进液多效真空浓缩器的主体结构包括第1效浓缩组件1、第2效浓缩组件2、第3效浓缩组件3、……、第n-1效浓缩组件4、第n效浓缩组件5、真空泵6、溶液进料泵7、蒸汽清洗阀8、启动加热器9、热管冷凝器10、第一监控组件11、溶液泵12、第二监控组件13、热泵蒸发器14、热泵压缩机15、热泵节流阀16、第2效冷凝液节流阀17、热管循环泵18、冷凝液集管19、水冷换热器20、冷凝液溶液泵21、热管蒸发器22、疏水阀23、冷凝液低压储液罐24、冷凝液总管25、浓缩液低压储液罐26、浓缩液引料泵27和浓缩液集管28，其中热泵蒸发器14、加热管30、热泵节流阀16和热泵压缩机15组成热泵循环组件，热管冷凝器10、热管蒸发器22、热管循环泵18组成热管循环组件，外部冷源和水冷换热器20组成水冷循环组件，外部热源和启动加热器9组成启动组件；溶液进料泵7与启动加热器9管道连接，连接进料泵7与启动加热器9之间的管道上设有蒸汽清洗阀8，用于清洗设备；热管冷凝器10分别与热管启动器9、溶液泵12和热管蒸发器22连通，热管冷凝器10与热管蒸发器22之间设有热管循环泵18，热管冷凝器10与溶液泵12之间设有第一监控组件11，溶液泵12与第1效浓缩组件1的顶部连通，溶液泵12与第1效浓缩组件1之间设有第二监控组件13，热泵蒸发器14分别与第1效浓缩组件1侧面上部的加热工质入口、侧面下部的加热工质出口、第2效浓缩组件2侧面下部的加热工质出口以及水冷换热器19管道连通，热泵蒸发器14与第1效浓缩组件1侧面上部加热工质入口之间的管道上设有热泵压缩机15，热泵蒸发器14与第1效浓缩组件1侧面下部加热工质出口之间的管道上设有热泵节流阀16，热泵蒸发器14与第2效浓缩组件2侧面下部加热工质出口之间的管道上设有第2效冷凝液节流阀17；第2效浓缩组件2、第3效浓缩组件3、……、第n-1效浓缩组件4、第n效浓缩组件5的底部分别与冷凝液集管19管道连通，第1效浓缩组件1、第2效浓缩组件2、第3效浓缩组件3、……、第n-1效浓缩组件4、第n效浓缩组件5均包括浓缩管30、加热管31、第三监控组件32、冷凝液节流阀33和浓缩液调节阀34，细长结构的浓缩管30两端均带有封头，浓缩管30内装有被压缩溶液，加热管31采用套管、绕管或其他形式设置在浓缩管30外部，第1效浓缩组件1的浓缩管30顶部蒸汽出口与第2效浓缩组件2的加热管31侧面上部加热工质入口连通，底部出液口与第2效浓缩组件2的浓缩管30侧面上部进液口连通，第1效浓缩组件1的浓缩管30底部出液口与第2效浓缩组件2的浓缩管30侧面上部进液口之间依次设有第三监控组件32和浓缩液调节阀34，第2效浓缩组件2和第3效浓缩组件之间的连接与第1效浓缩组件和第2效浓缩组件2之间的连接相同，以此类推，直至连接至第n效浓缩组件，第2效浓缩组件2、第3效浓缩组件3、……、第n-1效浓缩组件4、第n效浓缩组件5的加热管31侧面下部加热工质出口与冷凝液集管19之间均设有冷凝液节流阀33；第n效浓缩组件5的顶部设有真空泵6，便于保压和开启前抽真空；第n效浓缩组件5顶部的蒸汽出口与水冷换热器20管道连通，底部的出液口通过浓缩液集管28与浓缩液低压储液罐26连通，浓缩液集管28上设有浓缩液引料泵27，冷凝液集管19与冷凝液总管25连通，冷凝液总管25上设有冷凝液溶液泵21，冷凝液溶液泵21与热管蒸发器22连通，热管蒸发器22与冷凝液低压储液罐24管道连通，热管蒸发器22与冷凝液低压储液罐24之间的管道上设有疏水阀23。

本实施例所述外部热源包括电加热热源、厂房余热或高压蒸汽热。

本实施例所述所述第1效浓缩组件1、第2效浓缩组件2、第3效浓缩组件3、……、第n-1效浓缩组件4、第n效浓缩组件5的顶部均设有蒸汽出口，左侧面均自上而下依次设有进液口、加热工质入口，右侧面均设有加热工质出口，底部均设有出液口；第n效浓缩组件5的顶部还设有保压口，保压口与真空泵6连通。(受图形限制，各入口、出口未在图中标出)

本实施例所述每效浓缩组件的浓缩管内部上端设有排气结构(受图形限制，未在图中标出)，使蒸汽出口只出蒸汽，排气结构为离心排气管、孔板或除沫网。

本实施例所述外部冷源包括自然水、蓄冷材料或空气源。

本实施例所述第一监控组件11、第二监控组件13和第三监控组件32均包括视液镜、出液阀、流量监控调节器和密度检测仪，出液阀、流量调节器、视液镜依次连接，密度检测仪为数据传感器，放置在出液阀之后，第一监控组件、第二监控组件和第三监控组件均与外接的电控柜相连，以方便监控浓缩液状态和调控设备。

实施例2：支路独立热泵，支路独立热管

本实施例将实施例1所述单一路线简单并联，经过启动设备加热后的稀溶液进入到各支路，首先经过各支路热管冷凝器的加热，然后在各支路溶液泵的驱动下进行低温低压多效浓缩，各支路的浓缩形式、热泵循环组件均与单一路线时相同，各支路产物在完成浓缩工艺后，通过各集管统一收集，具体浓缩过程为：

(1)首先打开各阀门，确保浓缩路线顺畅，然后打开蒸汽清洗阀8，使蒸汽能够清洗整个设备；

(2)清洗结束后，关闭蒸汽清洗阀8，打开真空泵6，将第1效浓缩组件1浓缩管30的管内压力降低到-0.07Mpa，其后各效浓缩组件的管内压力依次进一步降低0.005Mpa；

(3)待各效浓缩组件真空度稳定后，打开启动设备，使启动加热器9的载热剂温度稳定在70℃左右，打开溶液进料泵7，溶液进入到启动加热器9管程中，进行加热，出口温度65℃；

(4)加热后的溶液经过第一监控组件11分为三路，分别经热管蒸发器10、溶液泵12和第二监控组件13进入第1效浓缩组件1浓缩管30进液口，此时各路热泵循环和热管循环均是关闭的，没有进行加热；加热后的溶液进入第1效浓缩组件1的浓缩管30内立刻开始沸腾，沸腾产生的溶剂蒸气由于浮升力开始上浮，经由蒸汽出口进入到第2效浓缩组件2的加热管31中，入口蒸气温度也为65℃，在第2效浓缩组件2的加热管31内对浓缩管30进行加热，同时发生相变冷凝为溶剂液体，溶剂液体经由第2效浓缩组件2的冷凝液节流阀33流向冷凝液集管19，由第1效浓缩组件1浓缩管30排出的1效浓缩液在真空吸力的驱动下进入到第2效浓缩组件2的浓缩管30中，在第2效浓缩组件2中，溶液的热量由第1效浓缩组件1排出的溶剂蒸气通过相变提供，同时真空泵6营造了相对第1效浓缩组件更低的压力，使得浓缩能够继续进行下去，如此反复浓缩直到第n-1效的溶液和溶剂蒸气分别进入到第n效浓缩组件5的浓缩管30和加热管31，第n效浓缩组件5的浓缩管30所需要的热量仍然由溶剂蒸气提供，浓缩所产生的最终浓缩液通过浓缩液集管28在浓缩液引料泵27的驱动下进入浓缩液低压储液罐26，进而进入下一步工艺程序，产生的溶剂蒸气经过蒸汽出口进入到热泵蒸发器14，进行换热；

(5)当检测到有溶剂蒸气进入到热泵蒸发器14且流量稳定后，立刻启动热泵循环组件，此时热泵蒸发器14开始对溶剂蒸气进行冷凝，热泵蒸发器14内的热泵制冷剂提取溶剂蒸气的相变潜热，经由热泵压缩机15循环到第1效浓缩组件1的加热管31，热泵制冷剂蒸气进行放热，变成制冷剂液体，制冷剂液体经由热泵节流阀16循环到热泵蒸发器14，如此反复；当检测到第1效浓缩组件1的加热管31出口温度稳定在70℃时，关闭启动组件；

(6)当检测到有溶剂液体从热泵蒸发器14流出且稳定，经冷凝液节流阀33到达冷凝液集管19，且冷凝液集管19进一步进入到冷凝液总管25中冷凝液的流量达到最大时，打开热管循环泵18，热管循环开始运行，实现冷凝液显热的回收，并作用于稀溶液的预热；

(7)待浓缩产量达到预设目标要求后，首先关闭溶液进料泵7，停止进料；当检测到第1效浓缩组件1的浓缩管30已没有溶液流出后，关闭热泵循环和热管循环的运行，同时开启水冷换热器20，当检测到疏水阀23已经没有冷凝液流出后，关闭水冷换热器20；当检测到浓缩液引料泵27也已经没有浓缩液流出后，关闭浓缩液引料泵27；

(8)当所有设备均已经停止运行后，执行清洗工作，重复上述步骤。

实施例3：支路独立热泵，干路单一热管

本实施例在实施例2方案的基础上进行热管循环组件的改变，如图4所示，经过启动设备和热管冷凝器10加热后的稀溶液进入到各支路，在各支路溶液泵的驱动下进行低温低压多效浓缩，各路第1、2……n-1效浓缩组件的溶剂蒸气，在为下一效浓缩组件加热完成冷凝为溶剂液体后，统一汇集到冷凝液集管19，进而汇集到冷凝液总管25，然后进入干路单一热管蒸发器中进行与热管工质的换热，进而完成热管循环，其他均与实施例2保持一致。

实施例4：干路单一热泵，支路独立热管

本实施例在实施例2的基础上进行热泵循环组件的改变，如图5所示，经过启动设备加热后的稀溶液进入到各支路，首先经过各支路热管冷凝器10的加热，然后在各支路溶液泵12的驱动下进行低温低压多效浓缩，从干路热泵蒸发器14出来的制冷剂气体经过热泵压缩机15的压缩后分到各支路第1效浓缩组件1的加热管31中，在各支路加热管完成冷凝放热后，变为制冷剂液体，统一进入制冷剂集管中，经过干路节流阀节流作用回到干路热泵蒸发器，各路第n效浓缩组件产出的溶剂蒸气，统一汇集到溶剂蒸气集管29，进而进入热泵蒸发器14，完成换热，进而完成热泵循环，其他部分均与实施例2相同。

实施例5：干路单一热泵，支路单一热管

本实施例将实施例3和实施例4相结合，各路第1、2……n-1效浓缩组件的溶剂蒸气，在为下一效浓缩组件加热完成冷凝为溶剂液体后，统一汇集到冷凝液集管19，进而汇集到冷凝液总管25，然后进入干路热管蒸发器22中进行与热管工质的换热，进而经过热管溶液泵的泵送达到干路热管冷凝器10，完成热管循环；各路第n效浓缩组件产出的溶剂蒸气，统一汇集到溶剂蒸气集管29，进而进入干路热泵蒸发器14，完成换热，干路热泵制冷剂在热泵蒸发器14中换热变为制冷剂气体，经过热泵压缩机15升压后进入集管，均匀分配到各支路的第1效浓缩组件加热管31中，在各支路加热管31完成冷凝放热后，变为制冷剂液体，统一进入制冷剂集管中，经过干路节流阀节流作用回到干路热泵蒸发器14，完成热泵循环，具体浓缩过程为：

(1)首先打开各阀门，确保浓缩路线顺畅，然后打开蒸汽清洗阀8，使蒸汽能够清洗整个设备；

(2)清洗结束后，关闭蒸汽清洗阀8，打开真空泵6，将第1效浓缩组件1浓缩管29的管内压力降低到-0.07Mpa，其后各效浓缩组件的管内压力依次进一步降低0.005Mpa；

(3)待各效浓缩组件真空度稳定后，打开启动设备，使启动加热器9的载热剂温度稳定在70℃左右，打开溶液进料泵7，溶液经溶液泵进入到启动加热器9管程中，进行加热，出口温度65℃；

(4)溶液经过第一监控组件11分为三路，分别经溶液泵12和第二监控组件13进入第1效浓缩组件1浓缩管30进液口，此时各路热泵循环和热管循环均是关闭的，没有进行加热；加热后的溶液进入第1效浓缩组件1的浓缩管30内立刻开始沸腾，沸腾产生的溶剂蒸气由于浮升力开始上浮，经由蒸汽出口进入到第2效浓缩组件2的加热管31中，入口蒸气温度也为65℃，在第2效浓缩组件2的加热管31内对浓缩管30进行加热，同时发生相变冷凝为溶剂液体，溶剂液体经由第2效浓缩组件2的冷凝液节流阀33流向冷凝液集管19，由第1效浓缩组件1浓缩管30排出的1效浓缩液在真空吸力的驱动下进入到第2效浓缩组件2的浓缩管30中，在第2效浓缩组件2中，溶液的热量由第1效浓缩组件1排出的溶剂蒸气通过相变提供，同时真空泵6营造了相对第1效浓缩组件更低的压力，使得浓缩能够继续进行下去，如此反复浓缩直到第n-1效的溶液和溶剂蒸气分别进入到第n效浓缩组件5的浓缩管30和加热管31，第n效浓缩组件5的浓缩管30所需要的热量仍然由溶剂蒸气提供，浓缩所产生的最终浓缩液在浓缩液引料泵27的驱动下进入浓缩液低压储液罐26，进而进入下一步工艺程序，产生的溶剂蒸气经过蒸汽出口进入到热泵蒸发器14，进行换热；

(5)当检测到有溶剂蒸气进入到热泵蒸发器14且流量稳定后，立刻启动热泵循环组件，此时热泵蒸发器14开始对溶剂蒸气进行冷凝，热泵蒸发器内的热泵制冷剂提取溶剂蒸气的相变潜热，经由热泵压缩机15循环到第1效浓缩组件1的加热管31，热泵制冷剂蒸气进行放热，变成制冷剂液体，制冷剂液体经由热泵节流阀16循环到热泵蒸发器14，如此反复；当检测到第1效浓缩组件1的加热管31出口温度稳定在70℃时，关闭启动组件；

(6)当检测到有溶剂液体从热泵蒸发器14流出且稳定，经冷凝液节流阀33到达冷凝液集管19，且冷凝液集管19进一步进入到冷凝液总管25中冷凝液的流量达到最大时，打开热管循环泵18，热管循环开始运行，实现冷凝液显热的回收，并作用于稀溶液的预热；

(7)待浓缩产量达到预设目标要求后，首先关闭溶液进料泵7，停止进料；当检测到第1效浓缩组件1的浓缩管30已没有溶液流出后，关闭热泵循环和热管循环的运行，同时开启水冷换热器20，当检测到疏水阀23已经没有冷凝液流出后，关闭水冷换热器20；当检测到浓缩液引料泵27也已经没有浓缩液流出后，关闭浓缩液引料泵27；

(8)当所有设备均已经停止运行后，执行清洗工作，重复上述步骤。

Claims (7)

1.一种基于热泵的连续式进液多效真空浓缩方法，其特征在于在连续式进液多效真空浓缩器实现，具体浓缩过程为：

(1)首先打开各阀门，确保浓缩路线顺畅，然后打开蒸汽清洗阀，使蒸汽能够清洗整个设备；

(2)清洗结束后，关闭蒸汽清洗阀，打开真空泵，将第1效浓缩组件浓缩管的管内压力降低到-0.07Mpa，其后各效浓缩组件的管内压力依次进一步降低0.005Mpa；

(3)待各效浓缩组件真空度稳定后，打开启动组件，使启动加热器的载热剂温度稳定在70℃，打开溶液进料泵，溶液进入到启动加热器管程中，进行加热，出口温度65℃；

(4)加热后的溶液经热管蒸发器和第二监控组件进入第1效浓缩组件的浓缩管进液口，此时热泵循环和热管循环均是关闭的，没有进行加热；加热后的溶液进入第1效浓缩组件的浓缩管内立刻开始沸腾，沸腾产生的溶剂蒸气由于浮升力开始上浮，经由蒸汽出口进入到第2效浓缩组件的加热管中，入口蒸气温度也为65℃，在第2效浓缩组件的加热管内对浓缩管进行加热，同时发生相变冷凝为溶剂液体，溶剂液体经由第2效浓缩组件的冷凝液节流阀流向冷凝液集管，由第1效浓缩组件浓缩管排出的1效浓缩液在真空吸力的驱动下进入到第2效浓缩组件的浓缩管中，在第2效浓缩组件中，溶液的热量由第1效浓缩组件排出的溶剂蒸气通过相变提供，同时真空泵营造了相对第1效浓缩组件更低的压力，使得浓缩能够继续进行下去，如此反复浓缩直到第n-1效的溶液和溶剂蒸气分别进入到第n效浓缩组件的浓缩管和加热管，第n效浓缩组件的浓缩管所需要的热量仍然由溶剂蒸气提供，浓缩所产生的最终浓缩液在浓缩液引料泵的驱动下进入浓缩液低压储液罐，进而进入下一步工艺程序，产生的溶剂蒸气经过蒸汽出口进入到热泵蒸发器，进行换热；

(5)当检测到有溶剂蒸气进入到热泵蒸发器且流量稳定后，立刻启动热泵循环组件，此时热泵蒸发器开始对溶剂蒸气进行冷凝，热泵蒸发器的热泵制冷剂提取溶剂蒸气的相变潜热，经由热泵压缩机循环到第1效浓缩组件的加热管，热泵制冷剂蒸气进行放热，变成制冷剂液体，制冷剂液体经由热泵节流阀循环到热泵蒸发器，如此反复；当检测到第1效浓缩组件的加热管出口温度稳定在70℃时，关闭启动组件；

(6)当检测到有溶剂液体从热泵蒸发器流出且稳定，经冷凝液节流阀到达冷凝液集管，且冷凝液集管进一步进入到冷凝液总管中的冷凝液流量达到最大时，打开热管循环泵，热管循环开始运行，实现冷凝液显热的回收，并作用于稀溶液的预热，所述稀溶液是指从溶液进料泵进入，经过蒸汽清洗阀后的物料溶液；

(7)待浓缩产量达到预设目标要求后，首先关闭溶液进料泵，停止进料；当检测到第1效浓缩组件的浓缩管已没有溶液流出后，关闭热泵循环和热管循环的运行，同时开启水冷换热器，当检测到疏水阀已经没有冷凝液流出后，关闭水冷换热器；当检测到浓缩液引料泵也已经没有浓缩液流出后，关闭浓缩液引料泵；

(8)当所有部件均已经停止运行后，执行清洗工作，重复上述步骤。

2.根据权利要求1所述基于热泵的连续式进液多效真空浓缩方法，其特征在于所述基于热泵的连续式进液多效真空浓缩器的主体结构包括第1效浓缩组件、第2效浓缩组件、第3效浓缩组件、……、第n-1效浓缩组件、第n效浓缩组件、真空泵、溶液进料泵、蒸汽清洗阀、启动加热器、热管冷凝器、第一监控组件、溶液泵、第二监控组件、热泵蒸发器、热泵压缩机、热泵节流阀、第2效冷凝液节流阀、热管循环泵、冷凝液集管、水冷换热器、冷凝液溶液泵、热管蒸发器、疏水阀、冷凝液低压储液罐、冷凝液总管、浓缩液低压储液罐、浓缩液引料泵和浓缩液集管，其中热泵蒸发器、加热管、热泵节流阀和热泵压缩机组成热泵循环组件，热管冷凝器、热管蒸发器、热管循环泵组成热管循环组件，外部冷源和水冷换热器组成水冷循环组件，外部热源和启动加热器组成启动组件；溶液进料泵与启动加热器管道连接，连接进料泵与启动加热器之间的管道上设有蒸汽清洗阀，用于清洗设备；热管冷凝器分别与热管启动器、溶液泵和热管蒸发器连通，热管冷凝器与热管蒸发器之间设有热管循环泵，热管冷凝器与溶液泵之间设有第一监控组件，溶液泵与第1效浓缩组件的顶部连通，溶液泵与第1效浓缩组件之间设有第二监控组件，热泵蒸发器分别与第1效浓缩组件侧面上部的加热工质入口、侧面下部的加热工质出口、第2效浓缩组件侧面下部的加热工质出口以及水冷换热器管道连通，热泵蒸发器与第1效浓缩组件侧面上部加热工质入口之间的管道上设有热泵压缩机，热泵蒸发器与第1效浓缩组件侧面下部加热工质出口之间的管道上设有热泵节流阀，热泵蒸发器与第2效浓缩组件侧面下部加热工质出口之间的管道上设有第2效冷凝液节流阀；第2效浓缩组件、第3效浓缩组件、……、第n-1效浓缩组件、第n效浓缩组件的底部分别与冷凝液集管管道连通，第1效浓缩组件、第2效浓缩组件、第3效浓缩组件、……、第n-1效浓缩组件、第n效浓缩组件均包括浓缩管、加热管、第三监控组件、冷凝液节流阀和浓缩液调节阀，细长结构的浓缩管两端均带有封头，浓缩管内装有被压缩溶液，加热管采用套管、绕管或其他形式设置在浓缩管外部，第1效浓缩组件的浓缩管顶部蒸汽出口与第2效浓缩组件的加热管侧面上部加热工质入口连通，底部出液口与第2效浓缩组件的浓缩管侧面上部进液口连通，第1效浓缩组件的浓缩管底部出液口与第2效浓缩组件的浓缩管侧面上部进液口之间依次设有第三监控组件和浓缩液调节阀，第2效浓缩组件和第3效浓缩组件之间的连接与第1效浓缩组件和第2效浓缩组件之间的连接相同，以此类推，直至连接至第n效浓缩组件，第2效浓缩组件、第3效浓缩组件、……、第n-1效浓缩组件、第n效浓缩组件的加热管侧面下部加热工质出口与冷凝液集管之间均设有冷凝液节流阀；第n效浓缩组件的顶部设有真空泵，便于保压和开启前抽真空；第n效浓缩组件顶部的蒸汽出口与水冷换热器管道连通，底部的出液口通过浓缩液集管与浓缩液低压储液罐连通，浓缩液集管上设有浓缩液引料泵，冷凝液集管与冷凝液总管连通，冷凝液总管上设有冷凝液溶液泵，冷凝液溶液泵与热管蒸发器连通，热管蒸发器与冷凝液低压储液罐管道连通，热管蒸发器与冷凝液低压储液罐之间的管道上设有疏水阀。

3.根据权利要求2所述基于热泵的连续式进液多效真空浓缩方法，其特征在于所述外部热源包括电加热热源、厂房余热或高压蒸汽热。

4.根据权利要求2所述基于热泵的连续式进液多效真空浓缩方法，其特征在于所述第1效浓缩组件、第2效浓缩组件、第3效浓缩组件、……、第n-1效浓缩组件、第n效浓缩组件的顶部均设有蒸汽出口，左侧面均自上而下依次设有进液口、加热工质入口，右侧面均设有加热工质出口，底部均设有出液口；第n效浓缩组件的顶部还设有保压口，保压口与真空泵连通。

5.根据权利要求2所述基于热泵的连续式进液多效真空浓缩方法，其特征在于所述每效浓缩组件的浓缩管内部上端设有排气结构，使蒸汽出口只出蒸汽，排气结构为离心排气管、孔板或除沫网。

6.根据权利要求2所述基于热泵的连续式进液多效真空浓缩器，其特征在于所述外部冷源包括自然水、蓄冷材料或空气源。

7.根据权利要求2所述基于热泵的连续式进液多效真空浓缩器，其特征在于所述第一监控组件、第二监控组件和第三监控组件均包括视液镜、出液阀、流量监控调节器和密度检测仪，出液阀、流量调节器、视液镜依次连接，密度检测仪为数据传感器，放置在出液阀之后，第一监控组件、第二监控组件和第三监控组件均与外接的电控柜相连，以方便监控浓缩液状态和调控设备。