一種中和法生產冷卻結晶型產品的工藝系統的製作方法
2023-06-08 21:59:37
本發明涉及工業蒸發領域中的一種高效節能工藝系統，特別涉及一種中和法生產冷卻結晶型產品的工藝系統。
背景技術：
目前我國能源的消耗主要集中在工業蒸發操作單元上，在醫藥、化工、食品、環保等領域的能源消耗非常大；傳統的蒸發工藝多採用多效蒸發技術，其佔地面積大、能耗高，並採用水蒸汽加熱，主要為煤鍋爐燃燒製得水蒸氣，其燃燒效率低、硫化物或氮化物排放量高、二氧化碳排放量大、汙染嚴重。
CN94111803.7和CN200810122701.7分別公開了採用水蒸汽加熱蒸發濃縮，進而冷卻結晶得到磷酸銨、氯化銨；CN201110029274.X公開了一種低溫多效蒸髮結晶過濾工藝方法，採用四效蒸發器裝置進行蒸發、濃縮、冷卻結晶的方法；CN201210329385.7公開了一種用溼法磷酸生產磷酸一銨聯產N-P二元複合肥的方法，採用兩效蒸發器裝置進行蒸發、濃縮、冷卻結晶；CN201320214944.X和CN201310103497.5公開了一種容積式壓縮機MVR熱泵蒸發系統。
當前現有的蒸發、濃縮、冷卻結晶系統存在效率低下、能耗高、系統複雜、不科學、仍然對蒸汽有一定的依賴等諸多缺點，未能很好地考慮系統的餘熱梯級利用，造成系統綜合熱利用效率不高，容積式壓縮機效率不高等諸多問題。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是：克服現有技術存在的不足，提出一種更加高效節能的中和法生產冷卻結晶型產品的工藝系統，該系統通過預熱後降溫噴水來調控容積式壓縮機的噴水量及噴水溫度，提高了容積式壓縮機的絕熱效率和容積效率，降低了系統單位耗能，因而減少了水蒸氣的消耗和餘熱浪費而進行節能。
為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種中和法生產冷卻結晶型產品的工藝系統，所述工藝系統包括中和合成單元、蒸發濃縮單元、結晶單元和乾燥單元，所述中和合成單元與蒸發濃縮單元相連接，蒸發濃縮單元與結晶單元相連接，結晶單元與乾燥單元相連接；
所述中和合成單元用於原料的投放、反應及沉澱；
所述蒸發濃縮單元包括分離部分、壓縮冷凝循環部分和噴水循環部分，所述分離部分用於將水蒸氣從原料液中分離出來，所述壓縮冷凝部分用於將分離部分產生的水蒸氣壓縮為高溫高壓的飽和蒸汽，同時產生的冷凝水通過噴水循環部分完成對原料液的預熱後，冷凝水進行降溫噴水；
所述結晶單元用於將從蒸發濃縮單元出來的原料液冷卻結晶；
所述乾燥單元用於將結晶出的半成品乾燥成為合格產品。
進一步，所述中和合成單元包括依次連接的原料投放部分、中和反應部分、沉澱部分，其中原料投放部分為液體酸或鹼儲罐，中和反應部分為中和攪拌反應罐(NT01)，沉澱部分為沉澱池(ST01)。
進一步，所述蒸發濃縮單元包括：
預熱部分，包括依次連接的進料泵(P01)、一級預熱器(E01)、二級預熱器(E02)、三級預熱器(E03)構成的通路；
濃縮循環部分，包括加熱器(E04)、氣液分離器(F01)、循環泵(P02)依次相連構成的循環通路，其中氣液分離器(F01)構成了分離部分，預熱部分的三級預熱器(E03)的液體出口與濃縮循環部分的加熱器(E04)底部的液體進口連接；
壓縮冷凝循環部分，包括容積式壓縮機(C01)、二次分離器(F02)、加熱器(E04)、冷凝水罐(V01)依次相連構成的循環通路，其中氣液分離器(F01)的氣體出口與容積式壓縮機(C01)的氣體進口連接，經容積式壓縮機(C01)壓縮後形成高溫高壓的蒸汽，經加熱器(E04)對循環料液進行加熱，產生的冷凝水進入冷凝水罐(V01)，加熱器(E04)構成了水蒸氣加熱部分；
噴水循環部分，包括冷凝水罐(V01)、噴水泵(P05)、二級預熱器(E02)、容積式壓縮機(C01)、二次分離器(F02)依次相連構成的循環通路，通過調節噴水量和噴水溫度提高容積式壓縮機(C01)的絕熱效率和容積效率，二次分離器(F02)和冷凝水罐(V01)通過液封裝置相連接，多餘噴水回流至冷凝水罐(V01)。
進一步，所述蒸發濃縮單元還包括：
濃縮液排出部分，包括依次連接的循環管道和出料泵(P03)，出料泵(P03)與濃縮循環部分的循環泵(P02)的出口連接；
冷凝水餘熱利用部分，包括依次連接的冷凝水泵(P04)、三級預熱器(E03)、中和反應部分(NT01)構成的通路，冷凝水泵(P04)與冷凝水罐(V01)的出口連接，利用冷凝水餘熱加熱三級進料，並將冷凝水最終排入中和反應部分(NT01)；
循環水餘熱循環利用部分，包括循環水罐(V02)、循環水泵(P06)、容積式壓縮機(C01)、一級預熱器(E01)依次相連構成的循環通路。
進一步，所述結晶單元包括結晶池(CP01)，結晶池(CP01)上設有用於將部分母液回流至系統內的出口，該出口與進料泵(P01)連接。
進一步，所述乾燥單元包括離心機(CE01)和/或乾燥器(D01)，所述離心機(CE01)的進口與結晶池(CP01)的出口連接。
採用了上述技術方案後，本發明具有以下有益效果：
1)本發明在蒸發濃縮單元中增設了分離部分、壓縮冷凝循環部分和噴水循環部分，通過可調控噴水，有效地調節噴水量及噴水溫度，從而提高了容積式壓縮機的絕熱效率和容積效率，降低了系統單位耗能，因而減少了水蒸氣的消耗和餘熱浪費，進而更加節能；
2)本發明將從氣液分離器出來原本需要用冷卻水冷凝的稀薄二次蒸汽經體積壓縮後使其溫度隨之升高，從而實現將低溫、低壓的飽和蒸汽變成高溫高壓的飽和蒸汽，進而可以作為熱源再次加熱需要被蒸發的原料液，進一步達到循環回收利用蒸汽的目的；
3)本發明能夠完全循環回收利用冷凝水及循環水的餘熱，顯著提高了系統的綜合熱利用效率；
4)相對傳統多效蒸發及現有的MVR熱泵蒸發系統而言，採用本發明的系統更加經濟、節能，投資費用適中，且完全不需要任何形式的補熱，只需要電即可完全正常運轉，能夠產生巨大的經濟效益，比其他系統更為科學，更加高效節能，具有運行成本低、工作穩定等優點。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明的一種中和法生產冷卻結晶型產品的工藝系統；
圖中代號分別表示如下：
中和反應部分(NT01)、沉澱部分(ST01)、進料泵(P01)、一級預熱器(E01)、二級預熱器(E02)、三級預熱器(E03)、加熱器(E04)、氣液分離器(F01)、強制循環泵(P02)、容積式壓縮機(C01)、二次分離器(F02)、蒸汽源或蒸汽發生器(SG01)、冷凝水罐(V01)、噴水泵(P05)、出料泵(P03)、冷凝水泵(P04)、循環水罐(V02)、循環水泵(P06)、結晶池(CP01)、離心機(CE01)、乾燥器(D01)。
具體實施方式
為了使本發明的內容更容易被清楚地理解，下面根據具體實施例並結合附圖，對本發明作進一步詳細的說明。
如圖1所示，一種中和法生產冷卻結晶型產品的工藝系統，所述工藝系統包括中和合成單元、蒸發濃縮單元、結晶單元和乾燥單元，所述中和合成單元與蒸發濃縮單元相連接，蒸發濃縮單元與結晶單元相連接，結晶單元與乾燥單元相連接；
所述中和合成單元用於原料的投放、反應及沉澱；
所述蒸發濃縮單元包括分離部分、壓縮冷凝循環部分和噴水循環部分，所述分離部分用於將水蒸氣從原料液中分離出來，所述壓縮冷凝部分用於將分離部分產生的水蒸氣壓縮為高溫高壓的飽和蒸汽，同時產生的冷凝水通過噴水循環部分完成對原料液的預熱後，冷凝水進行降溫噴水；
所述結晶單元用於將從蒸發濃縮單元出來的原料液冷卻結晶；
所述乾燥單元用於將結晶出的半成品乾燥成為合格產品。
如圖1所示，所述中和合成單元包括依次連接的原料投放部分、中和反應部分、沉澱部分，其中原料投放部分為液體酸或鹼儲罐，中和反應部分為中和攪拌反應罐NT01，沉澱部分為沉澱池ST01。
優選地，如圖1所示，所述蒸發濃縮單元包括：
預熱部分，包括依次連接的進料泵P01、一級預熱器E01、二級預熱器E02、三級預熱器E03構成的通路；
濃縮循環部分，包括加熱器E04、氣液分離器F01、循環泵P02依次相連構成的循環通路，其中氣液分離器F01構成了分離部分，其內部帶有自旋流分離和絲網填料分離，預熱部分的三級預熱器E03的液體出口與濃縮循環部分的加熱器E04底部的液體進口連接；
壓縮冷凝循環部分，包括容積式壓縮機C01、二次分離器F02、加熱器E04、冷凝水罐V01依次相連構成的循環通路，二次分離器F02內部帶有絲網填料分離，其中氣液分離器F01的氣體出口與容積式壓縮機C01的氣體進口連接，經容積式壓縮機C01壓縮後形成高溫高壓的蒸汽，經加熱器E04對循環料液進行加熱，產生的冷凝水進入冷凝水罐V01，加熱器E04構成了水蒸氣加熱部分，蒸汽源或蒸汽發生器SG01在二次分離器F02之後，加熱器E04之前對工藝系統進行啟動預熱；
噴水循環部分，包括冷凝水罐V01、噴水泵P05、二級預熱器E02、容積式壓縮機C01、二次分離器F02依次相連構成的循環通路，通過調節噴水量和噴水溫度提高容積式壓縮機C01的絕熱效率和容積效率，二次分離器F02和冷凝水罐V01通過液封裝置相連接，多餘噴水回流至冷凝水罐V01。
優選地，如圖1所示，所述蒸發濃縮單元還包括：
濃縮液排出部分，包括依次連接的循環管道和出料泵P03，出料泵P03與濃縮循環部分的循環泵P02的出口連接；
冷凝水餘熱利用部分，包括依次連接的冷凝水泵P04、三級預熱器E03、中和反應部分NT01構成的通路，冷凝水泵P04與冷凝水罐V01的出口連接，利用冷凝水餘熱加熱三級進料，並將冷凝水最終排入中和反應部分NT01；
循環水餘熱循環利用部分，包括循環水罐V02、循環水泵P06、容積式壓縮機C01、一級預熱器E01依次相連構成的循環通路。
可選地，如圖1所示，所述結晶單元包括結晶池CP01，結晶池CP01上設有用於將部分母液回流至系統內的出口，該出口與進料泵P01連接，結晶池可根據需要設置有若干個，本實施例以一個結晶池為例，結晶池可以為自然冷卻結晶或水冷卻結晶。
可選地，如圖1所示，所述乾燥單元包括依次連接的離心機CE01和乾燥器D01，所述離心機CE01的進口與結晶池CP01的出口連接；也可根據需要只選用離心機CE01進行離心乾燥，最終得到產品，進行包裝。
在本實施例中，以原料液體硝酸和固體碳酸鈉進行進一步說明：
以硝酸和碳酸鈉按2:1比例投放至中和攪拌反應罐NT01進行反應，使用煙氣吸收處理反應產生的大量熱及霧氣，沉澱部分為沉澱池ST01，由於碳酸鈉內含有雜質需要進行沉澱，將反應後的硝酸鈉溶液通入沉澱池，進行沉澱，會有一部分碳酸亞鐵沉澱下來，以及部分硝酸鈉晶體。
經過沉澱後的硝酸鈉淡綠色母液(上清液)經過進料泵P01依次通過一級預熱器E01、二級預熱器E02、三級預熱器E03進行預熱後，進入強制循環泵P02進口，隨循環液一起進入加熱器E04，進行加熱蒸發，強制循環泵P02通過變頻調控循環量大小；從加熱器E04管程出來的氣液混合物進入氣液分離器F01進行旋流分離，隨後通過絲網填料分離後的二次蒸汽進入容積式壓縮機C01進行壓縮，同時調控最佳噴水量及噴水溫度進行噴水，多餘噴水通過二次分離器F02和冷凝水罐V01之間相連接的液封裝置回流至冷凝水罐V01；壓縮後蒸汽通過二次分離器F02內部帶有的絲網填料分離進入加熱器E04殼程對循環液進行加熱冷凝，冷凝水不斷收集於冷凝水罐V01；大部分冷凝水通過冷凝水泵P04、三級預熱器E03完成冷凝水餘熱利用，進入中和反應部分NT01重新利用，冷凝水餘熱主要用於加熱三級進料；少部分冷凝水通過噴水泵P05、二級預熱器E02對容積式壓縮機C01進行噴水調控；循環水主要通過依次連接的循環水罐V02、循環水泵P06、容積式壓縮機C01、一級預熱器E01完成循環水餘熱利用，循環水餘熱主要用於加熱一級進料。
濃縮液不斷循環蒸發濃縮，沸點溫升達到15～18度後，經循環管道、出料泵P03進行持續排料，進入結晶池CP01，此處為自然風冷卻結晶，隨後進行離心乾燥，最終得到硝酸鈉產品，進行包裝，部分硝酸鈉母液回流到系統內部重新蒸發、濃縮。若設置兩個結晶池，兩個結晶池進行切換結晶。
本發明在蒸發濃縮單元中增設了分離部分、壓縮冷凝循環部分和噴水循環部分，通過可調控噴水，有效地調節噴水量及噴水溫度，從而提高了容積式壓縮機C01的絕熱效率和容積效率，降低了系統單位耗能，因而減少了水蒸氣的消耗和餘熱浪費，進而更加節能。
本發明將從氣液分離器F01出來原本需要用冷卻水冷凝的稀薄二次蒸汽經體積壓縮後使其溫度隨之升高，從而實現將低溫、低壓的飽和蒸汽變成高溫高壓的飽和蒸汽，進而可以作為熱源再次加熱需要被蒸發的原料液，進一步達到循環回收利用蒸汽的目的。
本發明能夠完全循環回收利用冷凝水及循環水的餘熱，顯著提高了系統的綜合熱利用效率。
相對傳統多效蒸發及現有的MVR熱泵蒸發系統而言，採用本發明的系統更加經濟、節能，投資費用適中，且完全不需要任何形式的補熱，只需要電即可完全正常運轉，能夠產生巨大的經濟效益，比其他系統更為科學，更加高效節能，具有運行成本低、工作穩定等優點。
本發明適用於酸鹼中和法反應生成的鹽類產品，且其屬於冷卻結晶過程的物料，如硝酸鹽、硫酸鹽、氟矽酸鹽等。本發明涉及工藝系統及壓縮機的餘熱梯級利用，全部回收了二次蒸汽、冷凝水及循環水的餘熱，顯著提高了系統的綜合熱利用效率，同時通過可調控噴水，提高了容積式壓縮機的絕熱效率和容積效率，降低了工藝系統單位耗能。
以上所述的具體實施例，對本發明解決的技術問題、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。