CN1038774A - 液体蒸发方法与设备 - Google Patents

Abstract

将液体蒸发浓缩的方法与设备。与蒸发器中的加热流体间接热交换，进行蒸发。然后蒸发器中产生的蒸汽在冷凝器中与冷却液间接热交换进行冷凝，冷却液主要含待浓缩的液体，或已在蒸发器中浓缩的液体。可将气体流动，与冷却液接触，降低冷凝器中冷却液上方的蒸汽压力。

Description

本发明与液体蒸发浓缩的方法与设备有关，具体有关利用蒸发器释放的蒸汽的热能，将液体蒸发的一种方法和设备。

本发明的一个方面，针对将诸如空气的气体去湿的吸收液的处理，吸收液有如浓缩盐溶液之类。在这种去湿过程中，浓缩盐溶液吸收空气中的水分而稀释。在将稀释盐液重新引入吸收过程前，先将其再浓缩。

本发明的另一方面，针对用蒸发装置将纸浆制作过程中的废液浓缩，浓缩到某一干度，使之可燃烧，回收纸浆中的化学物质。在传统的蒸发装置中，一般用一个或多个分别的蒸发阶段蒸发，将废液浓缩。最后一个阶段中产生的蒸汽，通常将其在一个冷凝器中与冷却水间接接触，例如英国专利申请第GB    2，000，584号所揭示者。

本发明针对利用蒸发浓缩液体的方法和设备，利用蒸汽中的热能，最好利用蒸发器释放的蒸汽的热能，而不将蒸发系统释放的热能转移到外部的冷却水系统，故可提高用热效率。但是可以理解，蒸发所需的热量，可取自蒸发器释放的蒸汽以外的其它热源。因此，本发明一般可应用于液体的蒸发浓缩，本文的具体举例，不应被视为以任何方式对发明的范围进行限制。

在本发明的一个实施方案中，空气通过与吸收液直接接触进行降呈。用一种易溶盐类的水溶液作吸收液，该易溶盐诸如乙酸钾，乙酸钠，碳酸钾，氯化钙，氯化锂，溴化锂等等，或其混合物。这些浓缩盐液显现很大的亲水性。因此，溶液上方的水蒸汽压力相应低。

假如将有某种温度及某种相对湿度的空气和这种浓缩盐溶液接触，只要盐液上方的水蒸汽压力，低于平衡状态达到的压力，溶液便吸收空气中的水蒸汽。

当吸收水蒸汽使空气去湿时，吸收液陆续被吸收的水稀释。因为吸收液中的唯一挥发性成分是水，便可通过蒸发使吸收液再生。通常这是通过将吸收液的温度加热到使其水蒸汽的压力超过大气压，使水蒸发。适合作吸收用的浓缩水溶液的沸点比较高。吸收液吸收水蒸汽的稀释作用一般比较小，而且用多于一个阶段的蒸发一般不可行，从而稀释吸收液通常用一级蒸发回收。

将吸收液在一个蒸发器中再生，需要相当于汽化热的能量。还需要将吸收液加热到沸腾温度和补偿热损失等额外能量。

在本发明的一个理想实施方案中，用蒸发器释放的蒸汽的热能，蒸发吸收液中的水。在吸收液在蒸发器中浓缩前或浓缩后，或在浓缩前和浓缩后，将蒸汽和吸收液间接接触，完成蒸发吸收液中的水。将蒸发器释放的蒸汽和热交换元件的一个表面接触，同时将吸收液和热交换元件的另一表面接触。最好使吸收液以薄膜形式沿热交换元件的表面向下流。并且，使空气流动，和吸收液接触，降低吸收液上方的水蒸汽压力，从而增进吸收液中的水分蒸发。空气被水蒸汽饱和，蒸发热量从热交换元件的表面上散失。

用吸收液将从蒸发器来的蒸汽冷凝，吸收液便可在进蒸发器以前及/或以后浓缩，可使效率提高而能源显著节约。本发明的一个额外的优点，可不需要外部冷却水系统。因此本发明提出了一种方法和设备，提供与两阶段或两次作用蒸发相似的方法，而显著地降低能源消耗比。虽然附图仅显示一个蒸发器，但应理解为可用一个以上的蒸发器。本发明的理想实施方案，是当使用最后蒸发器级的蒸汽，浓缩诸如吸收液或废液等的含固体的液体时，可作n+1次蒸发作用，n可代表1或任何大于1的整数，而理想为不大于10。例如用三个串联蒸发器（即n等于3）时，本发明的方法可取得相当于四阶段或四次作用蒸发效果。

本发明的上述的或其他的目的，通过审阅附图，发明的详细说明和文后的权利要求书，便可有所了解。

图1    为一概略流程图，显示将制浆过程废液浓缩的蒸发系统。

图2    为一概略流程图，显示将用作空气去湿的吸收盐液浓缩的蒸发系统。

如图1所示，蒸发系统包括一个蒸发冷凝器1和一个蒸发器2。蒸发冷凝器最好有一个或多个最好是垂直放置的间隔的传统热交换元件3，它最好有成对的基本平行的板，板边连接，形成外壳4内的若干封闭空间。热交换元件的其它适当构形，诸如径向伸展元件，或管式热交换器都可采用。在热交换元件3间形成开口通道。热交换元件内部的上端和入口5连接，接受水蒸汽，下端和出口6连接，排出冷凝物。虽然用于作液体蒸发浓缩的水蒸汽，最好取自蒸发器2，但也可用系统以外的适当来源供给的蒸汽。但是如上文指出，如使用蒸发器2的蒸汽，或如有一个以上的蒸发器，则使用最后一个蒸发器释放的蒸汽，便可有有利的n+1次作用的蒸发效果。字母n表示1或大于1的整数，最好不大于10。有一个分配装置设若干开口或喷咀8。在每一热交换元件上方沿壳体长度方向排列，形成分布吸收液的装置，吸收液最好在热交换元件的外表面上基本均匀地通过。壳体设一个或多个进气口9，最好在换热元件3的下端的下面，或其附近，出气口10位于壳体的上端。一个叶轮或风扇11最好放在出气口10附近，使空气向上通过壳体。

壳体的底部形成进气口9下方的一个贮液槽，收集从热交换元件下端滴下的液体。然后将液体通过贮液槽底部的一个排出导管13，从贮液槽中抽出。设一个与排出导管13及泵15连接的支管14，至少将液体的一部分再循环。将供料，例如制浆过程的废液，通过导管16引入分配器装置7。导管16与导管14连接，以便在泵15起动时将通过导管14进入导管16的再循环液混合。

贮液槽12中液体的高度17最好受到控制，用已知的方法基本保持恒定。

蒸发器2有放在壳体18内的若干热交换元件，元件最好有间距，有内外表面，设计可与冷凝器1的热交换元件3相似，也有诸如烟道气或蒸汽之类加热流体的进口20及出口21。

一个分配器22形成分布液体的装置，最好将液体在热交换元件外表面上均匀通过。将在壳体底部收集的浓缩液，通过排出导管23，从蒸发器中抽出。至少一部分浓缩液，可通过导管24，向分配器或分配导管22再循环，而其余部分可通过导管25取出，输送到热交换器26。将在壳体18中通过蒸发吸收液产生的蒸汽，通过导管27，向冷凝器1的热交换元件3的内部输送。

将待蒸发浓缩的液体，诸如制浆过程的黑液，通过导管16供给冷凝器1，引入分配器7。再向下流，最好均匀通过热交换元件3的外表面，通过和从蒸发器2或其他适当外源进入热交换元件3的热水蒸汽间接接触而受热。通过进气口9供给，并通过壳体沿换热元件外部流过的空气，最好经过预热，由于和黑液直接接触，使黑液沸点降低，其水分蒸发。水蒸汽和空气一道，通过出气口10，从冷凝器中释放。黑液中水分蒸发需要的热能，从热交换元件内的水蒸汽取得，使蒸汽冷凝。予浓缩的黑液通过导管13，从贮液槽12中排出，通过热交换器26输入蒸发器2，在进入蒸发器前，由于和蒸发器2排出的浓缩废液的热间接接触，而使温度升高。

在蒸发器中，予浓缩黑液在热交换元件的外表面上，藉助于例如通过进气口20引入热交换元件，然后与相应的冷凝物通过出口21排出的热烟道气或蒸汽，加热到沸点。黑液蒸发浓缩，形成的水蒸汽最好通过导管27引入冷凝器1，被冷凝并用作加热介质，将黑液予浓缩。

例1

制浆黑液含约占其重量的20-25%的固体，使通过导管16进入蒸发冷凝器1的黑液沸点约升高4-5℃，利用分配器7在热交换元件3上，像一层薄膜地基本均匀分布。废液在热交换元件表面上通过时，由于蒸汽在热交换器内侧上冷凝时传递的热，使废液中的水分蒸发。此外，由于气流与黑液膜接触，废液的水蒸汽压力降低。

进入的废液温度约55℃，排出的温度约55℃，而空气的温度从约20℃达到约30℃。蒸发器2放出蒸汽30，000公斤/小时，通过导管27，引入冷凝器1。黑液和冷凝器1中的空气接触，约蒸发水分23，000公斤/小时。因此，与传统的六阶段（作用）蒸发器比较，本发明的方法的蒸发量约可提高12-15%，而不用增加热能。

现参看图2，吸收液再生系统有一个冷却器101，一个蒸发冷凝器102和一个蒸发器103。将浓缩吸收液通过导管104，供给吸收器105，在里面和从导管106内流过的潮湿空气直接接触，除去水分。将从接触空气中吸收水分的吸收液的至少一部分，通过导管107引入冷却器101，而将其余部分通过支管108，引入冷凝器102。

将由吸收器排出，而待蒸发浓缩的稀释吸收液，首先通过支管108送入冷凝器102，送入放在冷凝器的一个或多个热交换元件112上方的分配器122中，使吸收液以薄膜形式下落，最好均匀通过热交换元件的外表面。图1中的分配器7及22，和图2中的110，122及133，可有任何适当的结构，诸如一根多孔管，或有多孔底板的容器，形成一种装置，最好将相应的液体，在换热器的外表面上均匀分布。图2的热交换元件可与上面图1中冷凝器1所叙述者有相同的结构。水蒸汽最好通过导管123供给，引入进口126，达到一个或多个热交换元件112。导管123和包围蒸发器103的一个或多个热交换元件125的壳体124的顶部连接。如上所述，可用蒸发器103以外供应源供给的水蒸汽或其他任何适当的加热流体，作冷凝器102中的加热介质。还必须注意到：冷凝器1及102中使用的冷却液，不限于吸收液（浓缩盐溶液），或如举例中的制浆过程的废液，而可用任何适合作本发明过程的冷却液的含固体的液体或溶液，假如其液体或溶液可浓缩，以增多其固体含量。在这情况下，含固体的液体包括有溶化固体的液体。

因此，虽然净水也是适当的冷却液，但最好用含固体的液体，诸如盐溶液，黑液或白液，因为这些液体如用作冷却液蒸发时浓缩，液体的固体含量增高。和热交换元件内表面接触的水蒸汽，和流过热交换元件外表面的吸收液间接接触而冷凝，可作为冷凝物从出口127排出，通过导管128送入位于壳体124底部的贮液槽119。

在冷凝器102中蒸发水分而予浓缩的吸收液，向下流入接液槽139，接液槽最好放在热交换元件112下端的下方。然后将予浓缩吸收液通过导管129送入蒸发器103，最好在液体进入蒸发器前，藉助在先从蒸发器中抽出的浓缩吸收液间接接触，先进入热交换器130提高予浓缩液的温度。

蒸发器103最好有若干热交换元件125，结构和冷凝器102的热交换元件相似，有诸如烟道气或蒸汽之类的加热流体的进口131及出口132。有一个分配器133，最好放在热交换元件125上端的上方，向热交换元件125的外表面供给吸收液，方式与分配器7，110或122相同。将吸收液加热到沸点，当其在热交换元件外表面上向下流过时，水从吸收液中蒸发。将从壳体136底部上收集到的浓缩吸收液，通过排出导管134，从蒸发器中抽出。至少可将浓缩液的一部分，通过导管135向分配导管或分配器再循环。浓缩液的其余部分，用导管137，通过热交换器130，输送入冷却器101。否则，则按通过导管106流动的湿空气或气体要求的冷却程度，将浓吸收液的全部或一部分，直接从热交换器103供给吸收器105（未示）。

在蒸发器壳体136中，在热交换元件125外表面上，吸收液蒸发产生水蒸汽，从蒸发器中抽出，通过导管123输入蒸发冷凝器102，在里面冷凝，用作加热介质，按上述方法将吸收液予浓缩。

将供给冷却器101的部分浓缩吸收液，送入热交换元件109的进口121，热交换元件109的设计可与图1中的冷凝器1的热交换元件相似。将浓缩吸收液和热交换元件109上方的分配装置110供给的冷却液，作热交换的间接接触，最好以均匀薄膜的形式，向下流过热交换元件的外表面。冷却液最好包括有冷凝器102排出的冷凝物，在包围冷却器101热交换元件109和冷凝器102热交换元件112的壳体111的底部收集，冷凝器102最好放在热交换元件109的上方。可将补充冷却水送到阀140或贮液槽138。与已知的冷却器不同，冷凝器102及冷却器101用作蒸发冷却用的冷却水，至少有相当大的一部分来自通过导管106流动的潮湿气流。热交换元件109、112及壳111形成冷却塔113，叶轮114将空气抽吸，从里面通过。壳体底部的贮液槽138收集的冷却液119，最好用泵117，通过导管118，向分配器110再循环。液体119的高度最好受到控制，基本保持恒定的高度。

通过壳体111在冷却器101的热交换元件109外表面流过的空气，这空气有时称为换气空气，直接与冷却液湿润的外表面直接接触，使冷却液中水分蒸发。蒸发水由气流带走。水分蒸发使吸收液散热。通过出口120从热交换元件109抽出已冷却的吸收液，通过导管104送至吸收器105。冷却吸收液和在冷却器101的热交换元件109表面流过的空气，而无蒸发冷却时，需要量比上述蒸发冷却约大十倍。

因此对通过进口115流经壳体111的换气空气的流量作仔细衡量。一般，在空气接触冷凝器102前，进入进口115的空气的90%可以回收。回收气流在图2中未示。

例2

在下列状态下，将流量为8，100公斤/小时的干燥空气，引入吸收器105：干球温度t_o＝30℃;湿球温度t_w＝27℃;干度x＝0.021公斤H₂O/公斤干燥空气。

吸收后，排出吸收器105的干燥空气流量为8，100公斤/小时，其状态为：t_o＝37℃;t_w＝20℃;x＝0.0065公斤H₂O/公斤干燥空气。按8，100公斤×（0.021-0.0065）计算，吸水量等于117公斤。在38，000公斤/小时的吸收液中，向冷却器101传递的热量，约为200，000千焦耳/小时。

在吸收过程中，导管108中液流从空气约吸收水分117公斤/小时。假如吸收液在一级蒸发器中蒸发，在通过换热将吸收液的温度增高到蒸发器的温度后，每蒸发一公斤水的能量消耗约为蒸汽一公斤。与仅用蒸发器比较，用本发明的蒸发冷凝器作吸收液的前蒸发器和/或后蒸发器，蒸发需要的能量约为1/1.5-1.9。

也可不用上述热交换元件，而用其它的管式热交换元件。同样，假如稀释盐液的浓度低，因此其沸点增高不大，于是可在两个传统的蒸发阶段中蒸发，本发明还可应用于冷凝第二阶段或随后阶段中的水蒸汽。并且冷凝器102中的热介质，诸如水蒸汽，也可用蒸发器103以外的其它热源产生。当然，可将蒸发器103产生的水蒸汽，和取自其它适当供应源供给的一种或多种加热流体混合使用。然而用于冷凝器1及102的水蒸汽，最好分别来自蒸发器2及103。

因此，应理解上述的理想方案及举例仅作说明而已，不应构成对发明范围的限制，发明范围应以文后的权利要求书界定。虽然在本文中对发明的作说明及叙述为在目前构思中的最实际与理想的方案，然而熟悉本领域者可理解，在发明范围中可作出许多改型。

Claims (13)

1、一种将液体蒸发浓缩的方法，其中包括步骤如下：

用一种加热流体在一个蒸发器中作间接热交换，将待浓缩的液体加热到其沸点；

将加热该液体产生的蒸汽，和冷凝器中的冷却液间接热交换，进行冷凝；

使用一种在该蒸发器中蒸发浓缩的液体，作为该冷凝器中的冷却液；

使从该冷凝器中流过的气体与该液体接触，降低该液体上方的蒸汽的压力。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征为立刻将该蒸发器释放的该蒸汽与该液体间接接触，使该蒸汽冷凝。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征为在该冷却液进入该蒸发器前，使该液体与该蒸发器排出的该浓缩液间接接触，将该冷却液加热。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征为该冷却液是一种吸收液。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征为上述吸收液包括乙酸钾，乙酸钠，碳酸钾，氯化钙，氯化锂或溴化锂，或其混合物的水溶液。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征为该冷却液在该冷凝器中使用后，通过蒸发浓缩。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征为将该冷却液在该冷凝器中使用前，先通过蒸发浓缩。

8、根据权利要求1之方法，其特征为该冷却液为纸浆制造过程的废液。

9、根据权利要求1所述的方法，其特征为该气体为空气。

10、一种将液体蒸发浓缩的设备有下列各项：

液体蒸发装置中有第一热交换元件，其中有第一及第二表面，通过对该第二表面加热，蒸发该第一表面上的一种液体，产生蒸汽;

冷凝该蒸汽的装置有第二热交换元件，其中有第一及第二表面，在向该第二表面上的液体传热的同时，使该第一表面上的蒸汽冷凝形成冷凝物;

与该冷凝装置接通的装置，引入空气与该第二换热器的该第二表面上的该液体接触，降低该液体的水蒸汽压力，使之蒸发;

将该液体从该冷凝装置向该蒸发装置输送的第一装置;

将该蒸汽从该蒸发装置向该冷凝装置输送的第二装置。

11、根据权利要求10所述的设备，其特征是另有下列各项：

冷却液体的装置中有第三热交换元件，其中有第一表面冷却该液体，将热量从该液体间接向该冷凝装置排出的冷凝物传递，有第二表面蒸发该冷凝物;

第三装置将该冷凝装置排出的该冷凝物向该冷却装置输送。

12、根据权利要求11所述的设备，其特征为该冷凝装置的该第二传热元件，放在该冷却装置的该第三热交换元件的上方;该第二及第三热交换元件都放在同一壳体内。

13、一种将液体蒸发浓缩的方法，有步骤如下：

通过和蒸发器中的加热流体进行间接热交换，将待浓缩的液体加热到沸点;

将加热该液体产生的蒸汽，和冷凝器中的冷却液间接换热，进行冷凝;

用可浓缩使固体含量增多的含固体液体，在该冷凝器中用作冷却液;

使气体从该冷凝器中通过，和该液体接触，降低该液体上方的蒸汽压力。