CN109200613B - 一种液体浓缩协同装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液体浓缩协同装置及其工作方法，括壳体，所述壳体内部设置真空离心室、真空闪蒸室、真空液化室一和真空液化室二，所述真空离心室位于壳体下部，真空闪蒸室位于壳体中部，真空液化室一和真空液化室二为与壳体上部。本发明液体浓缩协同装置将真空闪蒸+真空离心+真空低温沸腾+真空抽提负压引力+真空隔离等工艺合理组合，综合利用离心力产生超重力，液体增压喷射、真空抽提负压引力、低温沸腾等技术，增大介质汽化相界面，降低介质汽化温度，减少液体浓缩循环周期、缩短分离时间，实现缩小设备体积、降低能源消耗、提高浓缩效率的目的。
Description
技术领域
本发明涉及液体浓缩技术领域，具体涉及一种液体浓缩协同装置及其工作方法。
背景技术
液体浓缩是从溶液中分离部分溶剂的单元操作，在食品、生物制药、饮料、乳制品、石油化工、精细化工、环境治理、海水淡化、废弃资源回收利用等行业，涉及液体浓缩的生产过程较多。在现有液体浓缩应用技术中，主要有单效和多效蒸发、蒸馏、冷冻浓缩等平衡浓缩方法和膜(渗)分离等非平衡浓缩方法，这些浓缩工艺的应用，为液体浓缩生产过程提供了应用性技术措施，但也存在较多的缺陷，主要有：设备庞大、能耗大、膜易堵塞、膜材消耗大、易结垢结焦、热敏性物料适应性较差、设备操作复杂、化学除垢易腐蚀设备和易产生污染及有毒有害物质残留等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液体浓缩协同装置及其工作方法，用以解决现有技术中的液体浓缩设备大、消耗高、设备操作复杂等问题。
本发明一方面提供了一种液体浓缩协同装置，包括壳体，所述壳体内部设置真空离心室、真空闪蒸室、真空液化室一和真空液化室二，所述真空离心室位于壳体下部，真空闪蒸室位于壳体中部，真空液化室一和真空液化室二位于壳体上部；
所述真空离心室内部设置液体离心装置，该液体离心装置底部通过转动轴连接调速传动机，所述真空离心室对应的壳体上设置真空导出口一、循环液加热出口、液体浓缩循环出口和液体浓缩循环进口，所述液体浓缩循环出口位于壳体底部，液体浓缩循环出口和液体浓缩循环进口通过管道和浓缩循环泵连通，且液体浓缩循环进口通过管道连通至液体离心装置，液体浓缩循环进口和浓缩循环泵之间的管道上设置目标液出口；
所述真空闪蒸室内安装若干并联的汽化装置，真空闪蒸室对应的壳体侧面设置循环液加热进口，所述所有的汽化装置均连通循环液加热进口，该循环液加热进口通过管道和恒热循环泵连通循环液加热出口，所述恒热循环泵和循环液加热出口之间的管道上设置液体补充口，所述真空闪蒸室底部安装虹吸管，该虹吸管连通至液体离心装置；
所述真空液化室一与真空闪蒸室密闭隔离，真空液化室二与真空闪蒸室通过气体导流通道连通，所述真空液化室一和真空液化室二内部均安装热换器，该热换器的管程为循环冷却介质通道，壳程为气体通道，换热器下方均设置集液盘，所述真空液化室一内部换热器的管程进口通过管道连通冷却循环泵，真空液化室一内部换热器的管程出口通过冷却液输送管连通真空液化室二内部换热器管程进口，真空液化室二内部换热器管程出口通过管道连通至壳体外部，将冷却液输出；
真空液化室一对应的壳体上设置真空引导口一、真空引导口二和抽气口，其中真空引导口一通过管道连通真空导出口一，抽气口通过管道连通真空抽提装置，所述真空液化室二对应的壳体上设置真空导出口二，该真空导出口二通过管道连通真空引导口二且该管道上设置真空调节阀；
所述真空液化室一和真空液化室二内均安装集液器，所述集液器均连通真空隔离装置。
进一步的，所述循环液加热进口和恒热循环泵之间的管道上安装恒热器。
进一步的，所述汽化装置的数量为2，且每个汽化装置与循环液加热进口之间的管道上均安装阀门。
本发明另一方面提供一种液体浓缩协同装置的工作方法，
恒热循环泵将循环液体输入恒热器加热后，将循环液体高压输入真空闪蒸室内的汽化装置释放，使液体呈喷射状态，加速了低沸点介质的汽化程度，所述真空闪蒸室箱体内的液体，在真空环境中沸点降低，产生连续的沸腾现象，使得低沸点介质蒸发变为气体，真空闪蒸室内的液体经虹吸管流入液体离心装置；
调速传动机驱动真空离心室内的液体离心装置快速旋转形成超重力效应，将导入的液体撕裂成成微米至纳米级的液膜、液丝和液滴，液体离心装置内的液体甩出口形成更新的悬空水膜，增大了汽化面积，低沸点介质被快速汽化成气体，由液体离心装置流入真空离心室箱体内的液体，在真空环境中沸点降低，产生连续的沸腾现象，使低沸点介质沸腾蒸发变为气体，由液体离心装置流入真空离心室箱体内的液体经浓缩循环泵连续导入液体离心装置内部形成液体的循环流动；
在真空抽提装置抽提导致的负压引力的作用下，所述真空离心室和真空闪蒸室内被汽化的介质，分别被快速引入所述真空液化室一和真空液化室二，可凝性气体在换热器中经热交换后，由气态转变为液态流到下方的集液盘内，不凝性气体随真空抽提气流排出。
进一步的，所述真空离心室内真空度为-0.085～-0.093MPa，所述真空闪蒸室内的真空度范围为-0.065～-0.075MPa。
进一步的，所述液体离心装置的转速为160～2250转/分钟。
采用上述本发明技术方案的有益效果是：
本发明液体浓缩协同装置将真空闪蒸+真空离心+真空低温沸腾+真空抽提负压引力+真空隔离等工艺合理组合，综合利用离心力产生超重力，液体增压喷射、真空抽提负压引力、低温沸腾等技术，增大介质汽化相界面，降低介质汽化温度，减少液体浓缩循环周期、缩短分离时间，实现缩小设备体积、降低能源消耗、提高浓缩效率的目的；
本发明液体浓缩协同装置，适合物料浓缩的范围较广，尤其更适合热敏性物料的浓缩和提纯；
提高了设备的稳定性能、耐用性能、安全性能，而且汽化相界面呈递增式迭加，有效地提高了汽化速率和分离效率，降低热敏性物料热分解危险，物料处理量更大，为液体浓缩单元操作提供了更加科学和合理的应用性新工艺及装备；
液体湍动程度加剧，物料受热时间短，分离程度高，降低液体浓缩过程中结晶或粘性物的附着速率，不易产生结垢或结焦现象，更适合工业连续性生产过程。
附图说明
图1为本发明液体浓缩协同装置结构示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-壳体，2-真空离心室，3-真空闪蒸室，4-真空液化室一，5-真空液化室二，6-液体离心装置，7-调速传动机，8-真空导出口一，9-循环液加热出口，10-液体浓缩循环出口，11-液体浓缩循环进口，12-浓缩循环泵，13-目标液出口，14-汽化装置，15-循环液加热进口，16-恒热循环泵，17-液体补充口，18-虹吸管，19-冷却循环泵，20-真空引导口一，21-真空引导口二，22-抽气口，23-真空抽屉装置，24-真空导出口二，25-真空隔离装置，26-恒热器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本发明一种液体浓缩协同装置，包括壳体1，所述壳体1内部设置真空离心室2、真空闪蒸室3、真空液化室一4和真空液化室二5，所述真空离心室2位于壳体1下部，真空闪蒸室3位于壳体1中部，真空液化室一4和真空液化室二5位于壳体1上部；
所述真空离心室2内部设置液体离心装置6，该液体离心装置6底部通过转动轴连接调速传动机7，所述真空离心室2对应的壳体1上设置真空导出口一8、循环液加热出口9、液体浓缩循环出口10和液体浓缩循环进口11，所述液体浓缩循环出口10位于壳体1底部，液体浓缩循环出口10和液体浓缩循环进口11通过管道和浓缩循环泵12连通，且液体浓缩循环进口11通过管道连通至液体离心装置6，液体浓缩循环进口11和浓缩循环泵12之间的管道上设置目标液出口13；
所述真空闪蒸室3内安装若干并联的汽化装置14，真空闪蒸室3对应的壳体1侧面设置循环液加热进口15，所述所有的汽化装置14均连通循环液加热进口15，该循环液加热进口15通过管道和恒热循环泵16连通循环液加热出口9，所述恒热循环泵16和循环液加热出口9之间的管道上设置液体补充口17，所述真空闪蒸室3底部安装虹吸管18，该虹吸管18连通至液体离心装置6；
所述真空液化室一4与真空闪蒸室3密闭隔离，真空液化室二5与真空闪蒸室3通过气体导流通道连通，所述真空液化室一4和真空液化室二5内部均安装热换器，该热换器的管程为循环冷却介质通道，壳程为气体通道，换热器下方均设置集液盘，所述真空液化室一4内部换热器的管程进口通过管道连通冷却循环泵19，真空液化室一4内部换热器的管程出口通过冷却液输送管连通真空液化室二5内部换热器管程进口，真空液化室二5内部换热器管程出口通过管道连通至壳体1外部，将冷却液输出；
真空液化室一4对应的壳体1上设置真空引导口一20、真空引导口二21和抽气口22，其中真空引导口一20通过管道连通真空导出口一8，抽气口22通过管道连通真空抽提装置23，所述真空液化室二5对应的壳体1上设置真空导出口二24，该真空导出口二24通过管道连通真空引导口二21且该管道上设置真空调节阀；
所述真空液化室一4和真空液化室二5内均安装集液器，所述集液器均连通真空隔离装置25。
所述循环液加热进口15和恒热循环泵16之间的管道上安装恒热器26。
所述汽化装置14的数量为2，且每个汽化装置14与循环液加热进口15之间的管道上均安装阀门。
该液体浓缩协同装置的工作方法：恒热循环泵16将真空离心室2和液体补充口17提供的循环液体输入恒热器26加热，保持循环液体温度平稳，常压下沸点在100℃左右的介质，其循环加热温度范围65～70℃，常压下沸点较高的介质，其加热温度控制在常压沸点以下的合适范围，随后，将循环液体高压输入真空闪蒸室3内的汽化装置14释放，使液体呈喷射状态，加速了低沸点介质的汽化程度，所述真空闪蒸室3箱体内的液体，在真空环境中沸点降低，产生连续的沸腾现象，使得低沸点介质蒸发变为气体；
调速传动机7驱动真空离心室2内的液体离心装置6快速旋转形成超重力效应，将导入的液体撕裂成成微米至纳米级的液膜、液丝和液滴，在离心力的作用下，形成高能量惯性运动，液体离心装置6内的液体甩出口形成更新的悬空水膜，增大了汽化面积，液体离心装置6的固定鼓区域内液体产生往复湍流，使汽化相界面不断快速更新，低沸点介质被快速汽化成气体，由液体离心装置6流入真空离心室2箱体内的液体，在真空环境中沸点降低，产生连续的沸腾现象，使低沸点介质沸腾蒸发变为气体，由液体离心装置6流入真空离心室2箱体内的液体经浓缩循环泵12连续导入液体离心装置6内部形成液体的循环流动；
在真空抽提装置23作用下，真空离心室2、真空闪蒸室3、真空液化室一4和真空液化室二5内产生适和平稳的真空度，引导气体流动，排出不凝性气体等干扰性介质，降低气流中的温度、湿度和汽浊现象等，使得真空度连续处于相对平稳状态，其中，所述真空离心室2内真空度为-0.085～-0.093MPa，所述真空闪蒸室3内的真空度范围为-0.065～-0.075MPa，由于所述真空离心室2的真空度大于所述真空闪蒸室3的真空度，利用虹吸原理，将液体从所述真空闪蒸室3连接的虹吸管18吸入所述真空离心室2内的液体离心装置6内。
在真空抽提装置23抽提导致的负压引力的作用下，所述真空离心室2和真空闪蒸室3内被汽化的介质，分别被快速引入所述真空液化室一4和真空液化室二5，可凝性气体流经热换器的壳程，在换热器中经热交换后，由气态转变为液态流到下方的集液盘内，随后流入集液器，所述集液器均连通真空隔离装置25，用于真空液化室一4和真空液化室二5内冷凝液排出的引流缓存和液体排空时真空气流的隔断，隔离液体排空时空气吸入，使得不影响所述真空离心室2、所述真空闪蒸室3、所述真空液化室一4和真空液化室二5内的真空度，减少因排水对真空度的干扰因素；
不凝性气体随真空抽提气流排出，其中热换器的管程为循环冷却介质通道，一般情况下，冷却介质为水，所述热换器管程内外温差范围为不小于10℃，对凝点较低的汽化介质，按相对应的工况选择冷却介质。
所述液体离心装置6的转速为160～2250转/分钟，经过一定时间的循环处理后，目标液通过目标液出口13排出。
综上，本发明液体浓缩协同装置将真空闪蒸+真空离心+真空低温沸腾+真空抽提负压引力+真空隔离等工艺合理组合，综合利用离心力产生超重力，液体增压喷射、真空抽提负压引力、低温沸腾等技术，增大介质汽化相界面，降低介质汽化温度，减少液体浓缩循环周期、缩短分离时间，实现缩小设备体积、降低能源消耗、提高浓缩效率的目的；本发明液体浓缩协同装置，适合物料浓缩的范围较广，尤其更适合热敏性物料的浓缩和提纯；提高了设备的稳定性能、耐用性能、安全性能，而且汽化相界面呈递增式迭加，有效地提高了汽化速率和分离效率，降低热敏性物料热分解危险，物料处理量更大，为液体浓缩单元操作提供了更加科学和合理的应用性新工艺及装备；液体湍动程度加剧，物料受热时间短，分离程度高，降低液体浓缩过程中结晶或粘性物的附着速率，不易产生结垢或结焦现象，更适合工业连续性生产过程。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种液体浓缩协同装置，其特征在于，包括壳体，所述壳体内部设置真空离心室、真空闪蒸室、真空液化室一和真空液化室二，所述真空离心室位于壳体下部，真空闪蒸室位于壳体中部，真空液化室一和真空液化室二位于壳体上部；
所述真空离心室内部设置液体离心装置，该液体离心装置底部通过转动轴连接调速传动机，所述真空离心室对应的壳体上设置真空导出口一、循环液加热出口、液体浓缩循环出口和液体浓缩循环进口，所述液体浓缩循环出口位于壳体底部，液体浓缩循环出口和液体浓缩循环进口通过管道和浓缩循环泵连通，且液体浓缩循环进口通过管道连通至液体离心装置，液体浓缩循环进口和浓缩循环泵之间的管道上设置目标液出口；
所述真空闪蒸室内安装若干并联的汽化装置，真空闪蒸室对应的壳体侧面设置循环液加热进口，所述所有的汽化装置均连通循环液加热进口，该循环液加热进口通过管道和恒热循环泵连通循环液加热出口，所述恒热循环泵和循环液加热出口之间的管道上设置液体补充口，所述真空闪蒸室底部安装虹吸管，该虹吸管连通至液体离心装置；
所述真空液化室一与真空闪蒸室密闭隔离，真空液化室二与真空闪蒸室通过气体导流通道连通，所述真空液化室一和真空液化室二内部均安装热换器，该热换器的管程为循环冷却介质通道，壳程为气体通道，换热器下方均设置集液盘，所述真空液化室一内部换热器的管程进口通过管道连通冷却循环泵，真空液化室一内部换热器的管程出口通过冷却液输送管连通真空液化室二内部换热器管程进口，真空液化室二内部换热器管程出口通过管道连通至壳体外部，将冷却液输出；
真空液化室一对应的壳体上设置真空引导口一、真空引导口二和抽气口，其中真空引导口一通过管道连通真空导出口一，抽气口通过管道连通真空抽提装置，所述真空液化室二对应的壳体上设置真空导出口二，该真空导出口二通过管道连通真空引导口二且该管道上设置真空调节阀；
所述真空液化室一和真空液化室二内均安装集液器，所述集液器均连通真空隔离装置。
2.根据权利要求1所述的液体浓缩协同装置，其特征在于，所述循环液加热进口和恒热循环泵之间的管道上安装恒热器。
3.根据权利要求1所述的液体浓缩协同装置，其特征在于，所述汽化装置的数量为2，且每个汽化装置与循环液加热进口之间的管道上均安装阀门。
4.一种采用权利要求1所述的液体浓缩协同装置的工作方法，其特征在于，恒热循环泵将循环液体输入恒热器加热后，将循环液体高压输入真空闪蒸室内的汽化装置释放，使液体呈喷射状态，加速了低沸点介质的汽化程度，所述真空闪蒸室箱体内的液体，在真空环境中沸点降低，产生连续的沸腾现象，使得低沸点介质蒸发变为气体，真空闪蒸室内的液体经虹吸管流入液体离心装置；
调速传动机驱动真空离心室内的液体离心装置快速旋转形成超重力效应，将导入的液体撕裂成成微米至纳米级的液膜、液丝和液滴，液体离心装置内的液体甩出口形成更新的悬空水膜，增大了汽化面积，低沸点介质被快速汽化成气体，由液体离心装置流入真空离心室箱体内的液体，在真空环境中沸点降低，产生连续的沸腾现象，使低沸点介质沸腾蒸发变为气体，由液体离心装置流入真空离心室箱体内的液体经浓缩循环泵连续导入液体离心装置内部形成液体的循环流动；
在真空抽提装置抽提导致的负压引力的作用下，所述真空离心室和真空闪蒸室内被汽化的介质，分别被快速引入所述真空液化室一和真空液化室二，可凝性气体在换热器中经热交换后，由气态转变为液态流到下方的集液盘内，不凝性气体随真空抽提气流排出。
5.根据权利要求4所述的液体浓缩协同装置的工作方法，其特征在于，所述真空离心室内真空度为-0.085～-0.093MPa，所述真空闪蒸室内的真空度范围为-0.065～-0.075MPa。
6.根据权利要求4所述的液体浓缩协同装置的工作方法，其特征在于，所述液体离心装置的转速为160～2250转/分钟。
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