CN109011667A - 虹吸真空旋流蒸发方法与装置 - Google Patents
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Abstract
一种利用液位势能差的虹吸旋流真空低温蒸发的方法和装置，在两液面之间构成连续虹吸旋流真空蒸发的方法和装置，利用大气压力能及料位差产生的重力势能，推动料浆连续虹吸流动。浆料在上升管流动过程中不断将静压能转换成重力势能，从而以较高的真空度进入蒸发室，浓缩液从与壁面相切的方向进入蒸发室，初始线速度为1~2m/s，在离心力的作用下，沿着壁面盘旋而下，形成旋流液膜；流动过程中两储槽液面高度差h 2的变化不超过0.2m，原料液流经上升管时位能不断增加、静压能不断减少、在蒸发室入口静压达到最低值且低于p s、蒸发室内的原料液在20~40℃的温度下沸腾蒸发。比传统技术缩短流程、减少动力设备、节约能源消耗。虹吸动能和离心力使得料浆在旋流蒸发室中形成旋流降膜，增加了传质面积同时减少雾沫夹带量，降低浓缩过程晶体结垢，可大大较少物料损失，提高设备使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于蒸发浓缩技术领域，涉及一种真空蒸发器，特别涉及一种利用液位势能差的虹吸旋流真空低温蒸发的方法和装置。
背景技术
工业上大量使用储水池，同一企业具有多个不同液位储水池的情况也很普遍，是可资利用的重力势能，可用于提供真空。真空蒸发浓缩是医药、化工及食品等行业常见的保持热敏性物料品质的结晶方法之一。真空蒸发可以降低溶液沸点，可处理高温下易分解的热敏性物料，可增大传热推动力，提高蒸发器单位传热面积的蒸发量，可利用低温热源，降低能耗。真空蒸发浓缩结晶工艺，一般通过对结晶罐内蒸汽通过真空泵或蒸汽喷射泵抽真空，利用蒸发浓缩的方法来实现热敏性晶浆物料的结晶。传统的利用锅炉蒸汽浓缩流体技术，消耗大量的煤炭，造成环境污染，浓缩后的蒸汽的温度不高，回收困难，直接排放又浪费了大量能源。
发明内容
本发明公开一种方法和装置，一种利用不同液面高度的两储槽之间的液位落差和大气压力能，在两液面之间构成连续虹吸旋流真空蒸发的方法和装置。虹吸流动将流体的重力势能转换成真空度，在20~40℃低温蒸发，节约蒸发用能25%；虹吸流动将高低液位差的重力势能转换动能，形成离心旋流降膜流动，增加了传质面积同时减少雾沫夹带量，降低浓缩过程晶体结垢。高低两液面通过蒸发室连通形成封闭流通回路、只要蒸发室顶点距高液位面的高度h 1≤(p 0－p s)/(ρg)，p 0和p s分别为当地大气压强和液体饱和蒸汽压、ρ为原料液密度、g是重力加速度，一旦液体充满全管，即可形成液体从高液面通过上升管进入蒸发室通过下降管流入低液面的稳定虹吸流动。浓缩液从与壁面相切的方向进入蒸发室，初始线速度为1~2m/s，在离心力的作用下，沿着壁面盘旋而下，形成旋流液膜；流动过程中两储槽液面高度差h 2的变化不超过0.2m，原料液流经上升管时位能不断增加、静压能不断减少、在蒸发室入口静压达到最低值且低于p s、蒸发室内的原料液在20~40℃的温度下沸腾蒸发。蒸发室顶部连通水喷射泵，蒸发室的蒸汽从蒸发室顶部被水喷射泵抽走，从而保证蒸发室内的蒸汽压始终低于饱和蒸汽压，从而达到真空蒸发的目的。本发明的有益之处在于利用大气压力能及料位差产生的重力势能，推动料浆连续虹吸流动。浆料在上升管流动过程中不断将静压能转换成重力势能，从而以较高的真空度进入蒸发室，实现料浆的低温真空蒸发，比传统技术缩短流程、减少动力设备、节约能源消耗。虹吸动能和离心力使得料浆在旋流蒸发室中形成旋流降膜，增加了传质面积同时减少雾沫夹带量，降低浓缩过程晶体结垢，可大大较少物料损失，提高设备使用寿命。
附图说明
图1是本发明提供的虹吸真空旋流蒸发方法与装置示意图。图中：1-高液位储槽；2-低液位储槽；3-旋流蒸发室；4-冷凝液储槽；5-水泵；6-水喷射泵；7、8、9、10-阀门；11-料浆循环泵；12-换热器；13-虹吸上升管。以下结合实施例对图1作进一步阐述。
具体实施方式
以下结合但不限于实施例阐述本发明具体实施方式
实施例1：用于湿法磷酸工艺的磷酸溶液浓缩的虹吸真空旋流蒸发装置。采用如图1所示的装置，高液位储槽1的液面高度与低液位储槽2的液面高度差h 2，在工作状态下不小于3.5m，磷酸溶液温度40℃，虹吸上升管13的直径0.1m，垂直安装，其顶点到高液位储槽1液面的距离h 1=8m。旋流蒸发室3为倒圆锥体，圆锥底面直径为2.5m，旋流蒸发室3底部液面到低液位储槽2液面的距离h 3=9m。装置原始投运的操作：装置启动前所有阀门关闭。先开启阀门8，往管路和蒸发器内注入工艺水，同时开启蒸发器顶部阀门7排气，直到整个旋流蒸发室3灌满水后关闭阀门7和阀门8。开启阀门10，旋流蒸发室3内的液位在重力作用下开始下降，直到旋流蒸发室3内的液位与低液位储槽2的液面高度差为10m，与大气压平衡，此时，旋流蒸发室3顶部的压力等于30℃工艺水的饱和蒸气压4.25kPa。开启水泵5，水喷射泵开始抽气，开启阀门7，旋流蒸发室3内的蒸汽被水喷射泵抽走，此时，旋流蒸发室3内的工艺水开始沸腾，压力恒定在3kPa左右。开启阀门9，在大气压的推动下，高液位储槽1内 40℃的磷酸溶液经过虹吸上升管13进入旋流蒸发室3，管内流速1.1m/s。原料液进入旋流蒸发室3后，原料液在离心力的作用下，沿着蒸发室壁面旋流而下，降膜蒸发，然后23.3℃的浓缩液流出旋流蒸发室3，通过换热器12升温至40℃，进入低液位储槽2。低液位储槽2的浓缩液通过料浆循环泵11部分回流到高液位储槽1再次蒸发，以提高浓缩液的浓度，提浓后的磷酸溶液作为产品输出。从旋流蒸发室3抽出的904kg/h的蒸汽在水喷射泵中压缩成冷凝液，在冷凝液储槽4输出，作为工艺水循环使用。该工况下，主要功力消耗为水泵5和料浆离心泵11，功率为27kW，可满足1206kg/h的稀磷酸（质量分数，20%）的浓缩任务，产出301kg/h的浓磷酸（质量分数，80%）。本发明不限于上述实施例，其技术方案已在发明内容部分予以说明。
Claims (2)
1.一种利用不同液面高度的两储槽之间的液位落差和大气压力能，在两液面之间构成连续虹吸离心旋流真空蒸发的方法，其特征在于：旋流蒸发室为上宽下窄的空心圆锥， 旋流蒸发室的原料液进口管上端接在在旋流蒸发室上部，下端插入高液位储槽，旋流蒸发室的浓缩液出口管一端接在旋流蒸发室底部、另一端插入低液位储槽，高低两液面通过旋流蒸发室连通形成封闭流通回路、只要旋流蒸发室顶点距高液位面的高度h 1≤(p 0－p s)/(ρ g)，p 0和p s分别为当地大气压强和液体饱和蒸汽压、ρ为原料液密度、g是重力加速度，一旦液体充满全管，即可形成液体从高液面通过虹吸上升管进入旋流蒸发室通过下降管流入低液面的稳定虹吸流动，原料液从与壁面相切的方向进入旋流蒸发室，初始线速度为1~2m/s，在离心力的作用下，沿着壁面盘旋而下，形成旋流液膜；流动过程中两储槽液面高度差h 2的变化不超过0.2m，原料液流经上升管时位能不断增加、静压能不断减少、在旋流蒸发室入口静压达到最低值且低于p s、旋流蒸发室内的原料液在20~40℃的温度下沸腾蒸发，旋流蒸发室顶部连通水喷射泵，旋流蒸发室的蒸汽从旋流蒸发室顶部被水喷射泵抽走，从而保证旋流蒸发室内的蒸汽压始终低于饱和蒸汽压，从而达到真空蒸发的目的。
2.一种利用不同液面高度的两储槽之间的液位落差和大气压力能，在两液面之间构成连续虹吸离心旋流蒸发的装置，包括高液位储槽，低液位储槽，旋流蒸发室，虹吸管路，水喷射泵，冷凝液储槽，阀门，其特征在于，高液位储槽、旋流蒸发室、低液位储槽之间通过虹吸管路相连；连接低液位储槽和旋流蒸发室的虹吸管路上，设有换热器；高液位储槽、低液位储槽内的虹吸管路端口均设有一个阀门，虹吸管路顶端有用于启动虹吸的灌水口，灌水口设有阀门；旋流蒸发室顶端有抽气口，抽气口通过抽气管路与真空系统相连，抽气管路设有阀门，真空系统由水泵、喷射器、冷凝液储槽构成；旋流蒸发室为圆锥腔体，腔体上宽下窄，锥度1:2~1:4之间；旋流蒸发室顶部设进水口，进水流动方向与连接进水口的管壁水平相切，旋流蒸发室出水口在椎体下面，与虹吸下降管相连；高液位储槽、低液位储槽的液位差h 2为3~5m，旋流蒸发室的进水口距高液位储槽的液面高度h 1为6~8m，高液位储槽与低液位储槽之间还设有料浆循环泵，将低液位储槽内的浓缩液部分回流进高液位储槽。
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