用于液碱浓缩的系统的制作方法

1.本实用新型涉及液碱浓缩技术领域，尤其涉及一种用于液碱浓缩的系统。


背景技术：

2.在靛蓝生产相关工业中，对高浓度碱的需求和应用具有较高的要求，通常靛蓝生产回收的碱液的浓度为12-20wt％，经过多效蒸发器进行浓缩后的碱液的浓度为48wt％左右。但浓度达到48wt％的碱液也不能满足靛蓝生产的需要，即使将浓度为48wt％的碱液送入化碱锅中进行熔融，碱液在化碱锅中也是先通过加热蒸发水分，在进行了能提高碱液浓度的蒸发浓缩以后，才进一步进行了碱的熔融处理。因此，化碱锅的天然气消耗量很高，不仅生产能力低，不便于机械化、自动化作业，对环境污染大，而且得到的高浓度成品碱对锅体腐蚀强，化碱锅使用寿命短，导致高浓度成品碱的生产存在产量不足、浓度不易达标的问题。
3.目前国内外的液碱浓缩技术中，除了上述使用化碱锅直接进行蒸发浓缩的方式以外，还采用升膜蒸发器或降膜蒸发器进行蒸发浓缩。升膜蒸发器和降膜蒸发器在化工行业中应用范围广泛，其各具优点。其中升膜蒸发器具有占地面积小、造价低、操作可控性强、结构紧凑等优点；降膜蒸发器具有传热系数高、导热性能好、易于调节控制、方便可靠等优点。但在长期的工业实践中，其各自的缺点也逐一暴露，如：工艺中两者都存在物料蒸发时间过短的弊端，极大的影响了成品的蒸出率，其直接造成物料回收率低，降低了企业经济效益。另外，现有的升膜蒸发器由于蒸汽柱在带动原料液上升的过程中是通过蒸汽持续进行加热的，蒸汽从加热室上部进入后，与加热管中的原料液进行对流传热，但是现有的加热方式使得加热管的中上部的温度过高，而底部的温度偏低，蒸汽是直接对加热管的中上部的外壁进行冲击的，长久运行之后就容易使得加热管内的液体不能润湿加热管内壁，在加热管顶部产生“干壁”的现象，会使得加热管的外壁变薄、内壁过热，加速其老化的速度，降低蒸发器的使用寿命。
4.因此，研究更加节能降耗、换热效率更高、使用寿命和运行周期更长、蒸发浓缩效果更好的液碱浓缩技术具有重要意义。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种用于液碱浓缩的系统，用以解决现有的液碱浓缩过程中存在的天然气消耗量高、生产能力低，对环境污染大，高浓度成品碱的生产量不足、浓度不易达标的问题。
6.为了达到上述的技术目的，本实用新型提供一种用于液碱浓缩的系统，包括：通过管道连接的稀碱槽、进料泵、进料预热器、稀碱高位槽、升膜蒸发器、降膜蒸发器、真空泵、冷凝器和储水槽；
7.进料泵设置在稀碱槽的出料口和进料预热器的冷料进口之间，稀碱高位槽设置在进料预热器的冷料出口和升膜蒸发器的进料口之间，升膜蒸发器的出料口与降膜蒸发器的
进料口连接，降膜蒸发器的出料口通过管道将得到的浓碱排去化碱锅或碱回收系统；
8.升膜蒸发器和降膜蒸发器的气相出口通过管道连接冷凝器的壳程热料进口，冷凝器的壳程热料出口与储水槽连接，冷凝器的壳程气相出口与真空泵连接；
9.升膜蒸发器和降膜蒸发器的蒸汽进口通过管道与蒸汽管网连接；升膜蒸发器和降膜蒸发器的冷凝水出口与进料预热器的热料进口连接，进料预热器的热料出口通过管道与循环水管网连接。
10.本实用新型中，通过将升膜蒸发器和降膜蒸发器进行串联使用，实现了双重蒸发浓缩，能将经过多效蒸发器浓缩得到的浓度为48wt％的碱液进一步进行浓缩，得到碱液浓度不低于60wt％的浓碱，将该浓碱送入化碱锅中进行熔融时，相比于48wt％的碱液进行熔融，能显著降低化碱锅对天然气的消耗量，降低了生产成本，能有效解决天然气消耗高、成品碱产量不足的技术问题。
11.在一些实施方案中，升膜蒸发器包括加热室和分离室，分离室设置于加热室的顶部，加热室与分离室直接密封连通；加热室上部设置有进料腔，进料腔的侧壁上设置有一蒸汽进口；
12.加热室中设置有多根规则排列的加热管，加热管的顶部延伸至分离室的下部；进料腔顶部设置有第一管板，加热室的下部设置有第二管板，第一管板和第二管板用于固定多根加热管；
13.加热室的中部设置有等距的、交错排列的折流板；加热室下部的侧壁上设置有冷凝水出口，冷凝水出口设置在加热室下部的第二管板的上方；加热室底部还设置有椭圆形封头，椭圆形封头的底部设置有进料口；
14.分离室的顶部设置有气相出口，分离室的下部一侧壁上设置有出料口，分离室的中下部、远离出料口的一侧壁上设置有人孔，气相出口的下方设置有气液分离装置。
15.在一些实施方案中，气液分离装置下方设置有等距的、交错排列的挡板；挡板的一端固定连接在分离室的内壁上；挡板的长度为分离室的内径的0.5-0.75倍。
16.在一些实施方案中，挡板相对于水平面向下倾斜，挡板相对于水平面的折弯角度为α，α为15
°‑
30
°
。
17.在一些实施方案中，挡板上设置有规则排列的气孔。
18.在一些实施方案中，人孔和加热管的顶部之间固定设置有导液板；导液板为开口向下的圆弧面板。
19.在一些实施方案中，多根加热管位于进料腔内的部分，其外侧设置有防护板，且防护板安装在靠近蒸汽进口的一侧；防护板为半圆形的圆弧板。
20.在一些实施方案中，气液分离装置包括连接于分离室内壁上的滤网板，设置于滤网板上方的导流腔，设置在导流腔上方的过滤腔，以及，设置于滤网板下方、处于导流腔内侧的内导液管和处于导流腔外侧的外导液管。
21.在一些实施方案中，导流腔为圆台形空腔；过滤腔为圆柱形空腔。
22.在一些实施方案中，过滤腔的内壁上环形分布有v型气液隔板。
23.本实用新型提供的用于液碱浓缩的系统，通过将升膜蒸发器和降膜蒸发器进行串联使用，实现了双重蒸发浓缩，与现有技术相比：
24.(1)本实用新型的系统，在升膜蒸发后直接进入降膜蒸发，能将碱液由48wt％浓缩
到60wt％以上，实现将水分回收、液碱浓缩的目的，将该浓碱送入化碱锅中进行熔融时，相比于48wt％的碱液进行熔融，能显著降低化碱锅对天然气的消耗量，降低了生产成本，显著地节能降耗，能有效解决天然气消耗高、成品碱产量不足的技术问题。
25.(2)本实用新型中升膜蒸发器经过结构改进后，在不额外增加导热源(蒸汽)的前提下，增加了导热源(蒸汽)和物料(碱液)的滞腔时间，增加了物料蒸发时间，降低碱液浓缩过程中能耗的损失，强化了蒸发效果，提高能耗的利用率，克服了现有升膜蒸发器存在的物料蒸发时间短、成品蒸出率低的弊端，具有换热效率高、蒸发效果佳、企业能耗低的优点。
26.(3)本实用新型具有传热效率高，蒸发强度大，生产效率高，浓缩能耗小，生产成本低的优点，热交换过程中换热充分，热损耗大大降低，效率提高，设备寿命延长，而且操作简单，工作环境好，对环境无污染，还能实现生产连续化和控制自动化。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本实用新型一实施例提供的用于液碱浓缩的系统的装置示意图；
29.图2为本实用新型一实施例提供的升膜蒸发器的结构示意图；
30.图3为本实用新型另一实施例提供的升膜蒸发器的结构示意图；
31.图4为本实用新型一实施例提供的挡板的结构示意图；
32.图5为本实用新型一实施例提供的加热管与防护板的连接方式的俯视图；
33.图6为本实用新型一实施例提供的气液分离装置的结构示意图；
34.图7为本实用新型图6沿a向的示意图。
35.附图标记说明：
36.1、稀碱槽，2、进料泵，3、进料预热器，4、稀碱高位槽，5、升膜蒸发器，6、降膜蒸发器，7、真空泵，8、冷凝器，9、储水槽；
37.51、加热室，511、进料腔，512、加热管，513a、第一管板，513b、第二管板，514、冷凝水出口，515、椭圆形封头，516、折流板；
38.5111、蒸汽进口，5112、防护板，5151、进料口；
39.52、分离室，521、气相出口，522、出料口，523、人孔，524、气液分离装置，525、挡板，526、导液板；
40.5241、滤网板，5242、导流腔，5243、过滤腔，5244、内导液管，5245、外导液管，5246、v型气液隔板，5251、气孔。
具体实施方式
41.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，也属于本实用新型保护的范围。
42.在本实用新型使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。除非另作定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本实用新型的描述中，“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
43.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
44.如图1所示，本实用新型提供一种用于液碱浓缩的系统，包括：通过管道连接的稀碱槽1、进料泵2、进料预热器3、稀碱高位槽4、升膜蒸发器5、降膜蒸发器6、真空泵7、冷凝器8和储水槽9；
45.进料泵2设置在稀碱槽1的出料口和进料预热器3的冷料进口之间，稀碱高位槽4设置在进料预热器3的冷料出口和升膜蒸发器5的进料口之间，升膜蒸发器5的出料口与降膜蒸发器6的进料口连接，降膜蒸发器6的出料口通过管道将得到的浓碱排去化碱锅或碱回收系统；
46.升膜蒸发器5和降膜蒸发器6的气相出口通过管道连接冷凝器8的壳程热料进口，冷凝器8的壳程热料出口与储水槽9连接，冷凝器8的壳程气相出口与真空泵7连接；
47.升膜蒸发器5和降膜蒸发器6的蒸汽进口通过管道与蒸汽管网连接；升膜蒸发器5和降膜蒸发器6的冷凝水出口与进料预热器3的热料进口连接，进料预热器3的热料出口通过管道与循环水管网连接。
48.本实用新型中，通过将升膜蒸发器和降膜蒸发器进行串联使用，实现了双重蒸发浓缩，能将经过多效蒸发器浓缩得到的浓度为48wt％的碱液进一步进行浓缩，得到碱液浓度不低于60wt％的浓碱，将该浓碱送入化碱锅中进行熔融时，相比于48wt％的碱液进行熔融，能显著降低化碱锅对天然气的消耗量，降低了生产成本，能有效解决天然气消耗高、成品碱产量不足的技术问题。
49.如图2所示，在具体实施方案中，升膜蒸发器5包括加热室51和分离室52，分离室52设置于加热室51的顶部，加热室51与分离室52直接密封连通；加热室51上部设置有进料腔511，进料腔511的侧壁上设置有一蒸汽进口5111；
50.加热室51中设置有多根规则排列的加热管512，加热管512的顶部延伸至分离室52的下部；进料腔511顶部设置有第一管板513a，加热室51的下部设置有第二管板513b，第一管板513a和第二管板513b用于固定多根加热管512；
51.加热室51的中部设置有等距的、交错排列的折流板516；加热室51下部的侧壁上设置有冷凝水出口514，冷凝水出口514设置在加热室51下部的第二管板513b的上方；加热室
51底部还设置有椭圆形封头515，椭圆形封头515的底部设置有进料口5151；
52.分离室52的顶部设置有气相出口521，分离室52的下部一侧壁上设置有出料口522，分离室52的中下部、远离出料口522的一侧壁上设置有人孔523，气相出口521的下方设置有气液分离装置524。
53.本实用新型中，在升膜蒸发器的加热室中添加折流板，能增加蒸汽向下流通的阻力，使得蒸汽在加热室中的停留时间延长，能与加热管中的碱液进行更充分地换热，提高换热效率，从而提高碱液的蒸发浓缩效率，使得浓缩后的浓碱的浓度达到相应的工艺要求，降低了能源消耗。
54.如图3所示，在具体实施方案中，气液分离装置524下方设置有等距的、交错排列的挡板525；挡板525的一端固定连接在分离室52的内壁上；挡板525的长度为分离室52的内径的0.5-0.75倍。
55.本实用新型中，在加热管中生成的气液状混合的碱液在分离室中会分离成气相和液相，其中气相中含有大量泡沫，气相在分离室中向上流动的过程中，持续撞击挡板，夹杂的液相和泡沫经挡板阻隔后，聚集或破碎，增强了气液分离效果，提升了气相纯度，减轻了分离室排出的气相对冷凝器的腐蚀性。
56.如图4所示，在具体实施方案中，挡板525相对于水平面向下倾斜，挡板525相对于水平面的折弯角度为α，α为15
°‑
30
°
。
57.在具体实施方案中，挡板525上设置有规则排列的气孔5251。
58.本实用新型中，气孔的设置能防止挡板在两侧的压力差作用下产生过大的变形，从而保持气相在分离室中流通的稳定性，气孔同时也对气相具有扰动作用，能够改变其流通方向，提高气液分离效果。
59.如图3所示，在具体实施方案中，人孔523和加热管512的顶部之间固定设置有导液板526；导液板526为开口向下的圆弧面板。
60.本实用新型中，导液板的设置能保证碱液从加热管排出后进入分离室中，而避免了分离室上部下落的液相进入加热管中，方便了液相在分离室底部聚集，并通过出料口将液相顺利排出。
61.如图3和图5所示，在具体实施方案中，多根加热管512位于进料腔511内的部分，其外侧设置有防护板5112，且防护板5112安装在靠近蒸汽进口5111的一侧；防护板5112为半圆形的圆弧板。
62.本实用新型中，通过防护板的设置，能避免蒸汽直接对进料腔部分的加热管的外壁进行冲击，对加热管内外的热量交换进行了缓冲，能避免因进料腔部分温度过高，导致的加热管在进料腔部分产生“干壁”现象，降低了加热管的老化速度，延长了加热管及蒸发器的使用寿命和运行周期，获得更好的蒸发浓缩效果。
63.如图6所示，在具体实施方案中，气液分离装置524包括连接于分离室52内壁上的滤网板5241，设置于滤网板5241上方的导流腔5242，设置在导流腔5242上方的过滤腔5243，以及，设置于滤网板5241下方、处于导流腔5242内侧的内导液管5244和处于导流腔5242外侧的外导液管5245。
64.本实用新型中，气液分离装置能够对向上流动的气相进行除沫，破坏雾沫夹带，防止排出的气相夹带液相，有效促进气液分离，保证了气液分离效率，避免在蒸发过程中气相
带出碱液泡沫，进而造成碱的损失浪费。
65.在具体实施方案中，滤网板5241由多种孔径的滤网叠加形成，滤网的网孔沿气相流动方向依次减小。
66.本实用新型中，向上流动的气相在滤网板中会由于滤网孔径的变化，改变其行径路线，泡沫被破除，液相被阻挡在滤网板下面，聚集并下落回分离室的底部，实现了气液过滤分离的效果。
67.在具体实施方案中，导流腔5242为圆台形空腔；过滤腔5243为圆柱形空腔。
68.本实用新型中，向上流动的气相遇到导流腔时，夹带的少量泡沫和液相再次撞击导流腔，在导流腔内外腔壁上聚集的液相会因重力作用向下汇集，最终导流腔内腔中的液相通过内导液管下落至分离室的底部，延导流腔外壁滑落的液相则通过外导液管下落至分离室的底部。
69.如图7所示，在具体实施方案中，过滤腔5243的内壁上环形分布有v型气液隔板5246。
70.本实用新型中，气液状混合的碱液中的气相最终是经过过滤腔，然后排出升膜蒸发器，在过滤腔中，上升的气相最后一次进行气液分离，在持续冲击v型气液隔板的过程中，夹带的液相被阻滞，夹带的泡沫被破除，能提高气液分离效果，并大幅提高了液相的回收率。
71.以下结合具体的实施例对本实用新型作进一步详细说明。
72.实施例1
73.本实施例提供一种用于液碱浓缩的系统，具体工作时的运行流程如下：
74.(1)经过多效蒸发器浓缩得到的浓度为48wt％的碱液暂存于稀碱槽1中，经由进料泵2泵送至进料预热器3中，被进料预热器3预热以后，送至稀碱高位槽4中，暂存。
75.其中，进料预热器3的加热介质为从升膜蒸发器5和降膜蒸发器6的加热室排出的冷凝水，该冷凝水由通入加热室中的蒸汽与加热管512内的碱液换热后形成的。
76.(2)48wt％的碱液从稀碱高位槽4中经由升膜蒸发器5的底部的椭圆形封头515上的进料口5151，进入升膜蒸发器5的加热室51中，进而进入多根规则排列的加热管512中，与从加热室51上部下来的蒸汽进行换热，然后从延伸至分离室52的加热管512的顶部排出。
77.经加热室51加热以后得到的气液状混合的碱液在分离室52中进行气液分离，气相从分离室52顶部的气相出口521排出，液相从分离室52下部的出料口522排往降膜蒸发器6。
78.(3)经升膜蒸发器5初步浓缩的碱液浓度已大大提升，余下的碱液在降膜蒸发器6中进一步进行蒸发浓缩，气相从降膜蒸发器6的分离室的顶部排出，液相从降膜蒸发器6的分离室的底部排出，即得浓度不低于60wt％的浓碱，最终将该浓碱排去化碱锅或碱回收系统。
79.(4)经升膜蒸发器5和降膜蒸发器6的分离室通过冷凝器8与真空泵7连通，由真空泵7抽真空来促进升膜蒸发器5和降膜蒸发器6的分离室中的气液分离，由升膜蒸发器5和降膜蒸发器6的分离室抽出的气相经过冷凝器8冷凝后，不凝气由真空泵7排出，冷凝所得的水则送入储水槽9中暂存。
80.实施例2
81.本实施例提供一种升膜蒸发器，具体工作时的运行流程如下：
82.(1)碱液经进料口5151进入升膜蒸发器5的椭圆形封头515中，再进入由第一管板513a和第二管板513b固定的多根规则排列的加热管512中，从而进入加热室51中进行加热，碱液在加热室51中与从加热室51上部的进料腔511下来的蒸汽进行换热，然后从延伸至分离室52的加热管512的顶部排出。
83.其中，蒸汽通过进料腔511上的蒸汽进口5111进入，部分被防护板5112阻隔而不能直接与进料腔511部分的加热管512进行接触，保护进料腔511部分的加热管512不过热而干壁或损坏，部分蒸汽向下与加热室51中部和下部的加热管512进行换热，期间经折流板516多次改变蒸汽流动方向，增加了蒸汽滞留时间，增强换热效果，蒸汽换热完成后冷凝的冷凝水由冷凝水出口514排出。
84.(2)经加热室51加热以后得到的气液状混合的碱液进入分离室52后，经导液板526阻滞后，气相从导液板526的两侧向上流动，部分液相被阻隔后从两侧下落并汇集在分离室52的底部；
85.气相向上流动的过程中，先被挡板525阻隔，夹杂的液相和泡沫经挡板阻隔后，聚集或破碎，液相汇集下落至分离室52的底部，部分气相改变流动方向，部分气相则从挡板525上的气孔5251中通过，气相继续向上流动；
86.通过挡板525的气相继续向上流动的过程中，被气液分离装置524阻滞，先被连接于分离室52内壁上的滤网板5241阻隔，夹杂的液相和泡沫被滤网板5241中多种孔径的滤网聚集或破碎，液相汇集下落至分离室52的底部；气相向上遇到导流腔5242时，夹带的少量泡沫和液相再次撞击导流腔5242，在导流腔5242内外腔体上聚集的液相会因重力作用向下汇集；气相继续向上遇到过滤腔5243，在被过滤腔5243中的v型气液隔板5246最后一次阻滞后，夹带的泡沫被破除，液相从过滤腔5243内壁和v型气液隔板5246上下落，并汇集于导流腔5242的内腔中，最终导流腔5242内腔中的液相通过内导液管5244下落至分离室52的底部，延导流腔5242外壁滑落的液相则通过外导液管5245下落至分离室52的底部；最终分离室52底部汇集的所有液相经分离室52下部的出料口522排出，气相向上依次经过导液板526、挡板525和气液分离装置524后，经由分离室52顶部的气相出口521排出。
87.需要说明的是，本领域技术人员在本实用新型的指导下，还能对上述系统做出部分修改设计。例如，系统内部的输送管道上在不同单元或装置、设备间设置有泵、压力传感器、流量计或温度传感器等，同时也设置有不同阀门，如泄压阀、调压阀、安全阀等用于调节和稳定整个系统压力的阀门，也可调节阀门的开度以调节管道内物料流量等。
88.最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的范围。