ВЫПАРНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2008 года по МПК B01D1/28 

Изобретение относится к выпарной установке, содержащей испаритель, обогреваемый технологическим мятым паром, и технологическую ступень, обогреваемую вторичным образующимся в продукте паром и являющуюся, в частности, по меньшей мере, дополнительным испарителем.

В целях по возможности рентабельной эксплуатации выпарных установок для обогрева испарителя или испарителей используется постороннее технологическое тепло, например, в виде технологического мятого пара. Такой технологический мятый пар, образующийся, например, на ступенях сушки, имеет лишь ограниченное применение, так как он имеет относительно низкое давление или же смешан с воздухом или инертными газами. Как правило, конденсационная способность испарителей, обогреваемых таким мятым технологическим паром, является пониженной, а количество ступеней испарения, обогреваемых этим мятым технологическим паром, и, следовательно, эффективность выпарной установки являются сильно ограниченными.

В отношении многоступенчатых выпарных установок также известно, что вторичный образующийся в продукте пар ступени испарения выпарной установки уплотняется с помощью компрессора до более высокой величины давления и затем используется для обогрева другой ступени испарения. Обычно для этого применяются работающие на остром паре струйные или же механические компрессоры. В случае применения механических компрессоров обычные показатели повышения давления (соотношение между конечным давлением и давлением на всасывании) составляют для используемых на практике одноступенчатых радиальных вентиляторов 1,3 и для одноступенчатых радиальных компрессоров 2,5. Поскольку показатели повышения температуры вторичного пара являются сравнительно низкими, то в обычных многоступенчатых выпарных установках с компрессией вторичного пара количество последовательно расположенных ступеней испарения является сильно ограниченным. Продукты с большим смещением температуры кипения либо не выпариваются, либо выпариваются недостаточно, т.е. при низком диапазоне концентрации.

Задачей изобретения является создание выпарной установки, работающей на технологическом мятом паре и обладающей повышенной эффективностью выпаривания.

Изобретение основано на выпарной установке, содержащей обогреваемый технологическим мятым паром первый испаритель и технологическую ступень, обогреваемую вторичным паром, образующимся при испарении продукта в испарителе, и содержащую, по меньшей мере, один дополнительный испаритель, и отличается тем, что с выходом первого испарителя для выпуска вторичного образовавшегося при испарении продукта в испарителе пара и с камерой нагрева испарителя сообщена ступень компрессии вторичного пара, которая обеспечивает снижение точки росы в камере испарения испарителя ниже значения температуры, необходимой для обогрева испарителей технологической ступени, и повышение температуры вторичного пара после компрессии до температуры, необходимой для обогрева испарителей технологической ступени.

Если при использовании традиционных многоступенчатых выпарных установок постоянно пытаются эксплуатировать испарители выпарной установки в таком режиме, чтобы в каждом испарителе энергоресурс используемого для обогрева мятого пара или вторичного образующегося в продукте пара постепенно снижался настолько, чтобы температура и энергия мятого пара или вторичного образующегося в продукте пара были достаточными для применения в последующих испарителях, то в выпарной установке согласно изобретению точка росы в первом обогреваемом технологическим мятым паром испарителе снижается до величины, лежащей ниже температуры нагрева в последующем втором испарителе. В результате становится возможным существенно повысить эффективность конденсации в первом испарителе, даже если для обогрева этого испарителя используется только технологический мятый пар низкого давления. Охладившийся в первом испарителе технологический мятый пар более не используется в последующих испарителях. В ступени компрессии вторичный образующийся в продукте пар первого испарителя сжимается и доводится до более высокой температуры, после чего этот пар используется для обогрева второго испарителя, при необходимости и других испарителей. Размеры ступени компрессии вторичного пара выбраны с таким расчетом, чтобы одновременно она способствовала снижению точки росы в первом испарителе.

Применяемый для обогрева первого испарителя технологический мятый пар представляет собой преимущественно насыщенный технологический или насыщенный пар. Однако в большинстве случаев технологический мятый пар насыщенным не является. Поэтому в оптимальном варианте выполнения предусматривается приготовление насыщенного пара добавкой воды в перегретый технологический мятый пар, а именно преимущественно таким образом, чтобы этот процесс протекал без образования конденсата. Для перевода перегретого технологического мятого пара без конденсации, образовавшегося, например, в сушилке, в насыщенный, очищенный технологический пар выпарная установка содержит скруббер, в котором происходит очистка перегретого технологического мятого пара. Для насыщения перегретого мятого технологического пара в скруббер может подводиться свежая вода, а также образующийся в выпарной установке конденсат. Скруббер может быть струйным.

Хотя в ступени компрессии может также применяться струйный компрессор на остром паре, однако более предпочтительно использовать ступень компрессии в виде механической ступени компрессии вторичного образующегося в продукте пара с тем, чтобы исключить при компрессии вторичного образующегося в продукте пара необходимость применения дополнительного острого пара. В механической ступени компрессии вторичного образующегося в продукте пара могут быть применены одно- или многоступенчатые вентиляторы или компрессоры.

Ниже изобретение подробнее поясняется с помощью чертежа, на котором в схематическом виде показана многоступенчатая выпарная установка, способная обогреваться перегретым смешанным с воздухом мятым паром из подробно не показанной сушильной установки.

Выпарная установка содержит три ступени 1, 3, 5 испарения, выполненные в виде испарителей с нисходящим потоком, из которых каждая ступень содержит контур 7, 9 или 11 циркуляции продукта с циркуляционным насосом 13, 15 или 17. Выпариваемый продукт, подаваемый с участка 19 питающим насосом 23 через буферную емкость 21, поступает в циркуляционный контур 7 первой ступени 1 испарения и традиционным способом подается через циркуляционный контур 7 в верхней части в испарительную камеру ступени 1 испарения. Аналогичным образом выпариваемый продукт поступает по трубопроводу 25 в циркуляционные контуры 9, 11 ступеней 3, 5 испарения. С помощью подающего насоса 27 выпаренный концентрат отводится через выпускное отверстие 29.

Необходимая для обогрева ступеней 1, 3 и 5 испарения тепловая энергия используется из перегретой паровоздушной смеси из подробно не показанной ступени сушки, которая подается на участок 31 в струйный скруббер 33, в котором она в циркуляционном контуре 35, циркуляционный насос которого показан на участке 37, очищается от пыли и прочего, и одновременно перегретый содержащий воздух мятый пар сушилки переводится в насыщенный технологический пар. Выпуск шлама из скруббера 33 показан на участке 38. В струйный скруббер 33 на участке 39 подается необходимое дополнительное количество воды, в частности, в виде конденсата, образующегося в испарителях 1, 3, 5 и поступающего через расширительную емкость 41 и трубопроводы 43, 45 и 47. Подающий насос 49 направляет конденсат к выпускному отверстию 51.

Насыщенный технологический пар подается вентилятором 53 в камеру нагрева первого испарителя 1, из которой он поступает по трубопроводу 55 в дымовую трубу 57, через которую охлажденный мятый пар выбрасывается в атмосферу. Избыточный технологический пар может подаваться через клапан 59 непосредственно в дымовую трубу 57 в том случае, когда необходимо отрегулировать производительность установки, например, для поддержания постоянного начального давления в вентиляторе 53.

Каждая ступень 1, 3, 5 испарения содержит в своей нижней части сепаратор 61, 63 или 65, посредством которого отделяется в испарителе вторичный образующийся в продукте пар. Вторичный образовавшийся в продукте пар подается из первой ступени испарения 1 через механический компрессор 67 в камеру нагрева второй ступени испарения 3. Размеры компрессора 67 выбраны таким образом, что он снижает точку росы в камере испарения первого испарителя 1 до температуры, лежащей ниже температуры точки росы, необходимой для конденсации водяного пара во втором испарителе 3. Механический компрессор 67 повышает температуру вторичного образовавшегося в продукте пара до температуры нагрева, необходимой для второго испарителя 3.

В ступенях 3 и 5 испарения процесс выпаривания продолжается до тех пор, пока концентрат с требуемой конечной плотностью не будет выведен насосом 27 из установки через выпускное отверстие 29.

Остаточный вторичный образующийся в продукте пар из ступени 5 испарения подается обычным способом в конденсатор 69, снабжение холодной водой которого показано на участке 71. Образующийся в конденсаторе 69 конденсат отводится в накопительную емкость 41.

На участке 73 изображен вакуумный насос, создающий необходимое для ведения процесса разрежение в испарителях 1, 3, 5 и в конденсаторе 69.

Ниже в качестве примера приводится пояснение порядка работы выпарной установки при выпаривании раствора Na₂O. На вход 31 струйного скруббера 33 подается перегретая до 150°С паровоздушная смесь из сушилки с температурой точки росы 81°С. Насыщенная затем паровоздушная смесь конденсируется в первом испарителе 1, при этом температура точки росы снижается компрессором 67 до 65°С для конденсации достаточного количества водяного пара в первой ступени испарения 1. Ввиду того, что температура 65°С является слишком низкой для последующего испарения в ступенях испарения 3, 5, то компрессором 67 температура насыщенного пара для обогрева ступеней испарения 3, 5 повышается до около 72°С. В ступенях испарения 3, 5 эффективная разность температур составляет лишь 2-3К, при этом давление в конденсаторе 69 устанавливается равным около 73 мбар.

Изобретение относится к выпарной установке, содержащей испаритель, обогреваемый технологическим мятым паром, и технологическую ступень, обогреваемую вторичным образующимся в продукте паром и являющуюся, по меньшей мере, дополнительным испарителем. Предложена многоступенчатая выпарная установка, в которой первый испаритель (1) обогревается поступающим через струйный скруббер (33) перегретым мятым паром с содержанием воздуха, например, из сушилки. Вторичный образующийся в продукте пар первой ступени испарения (1) поступает через механический компрессор (67) во вторую ступень (3) испарения для обогрева. Компрессор (67) обеспечивает, во-первых, снижение точки росы в камере первой ступени испарения (1) и, во-вторых, повышение температуры вторичного образовавшегося в продукте пара, подаваемого во вторую ступень испарения (3) для обогрева. Предложенная выпарная установка, работающая на технологическом мятом паре, обладает повышенной эффективностью выпаривания. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Выпарная установка, содержащая обогреваемый технологическим мятым паром первый испаритель (1) и технологическую ступень, обогреваемую вторичным паром, образовавшимся при испарении продукта в первом испарителе (1), и содержащую, по меньшей мере, один дополнительный испаритель (3, 5), отличающаяся тем, что с выходом камеры испарения первого испарителя (1) для выпуска вторичного, образовавшегося при испарении продукта в первом испарителе (1) пара, и с камерой нагрева дополнительного испарителя (3) сообщена ступень компрессии (67) вторичного пара, которая обеспечивает снижение точки росы в камере испарения первого испарителя (1) ниже значения температуры, необходимой для обогрева дополнительного испарителя (3, 5) технологической ступени, и повышение температуры вторичного пара после компрессии до температуры, необходимой для обогрева дополнительных испарителей (3, 5) технологической ступени.2. Выпарная установка по п.1, отличающаяся тем, что технологическим мятым паром является насыщенный технологический пар.3. Выпарная установка по п.2, отличающаяся тем, что насыщенный технологический пар получают, минуя конденсацию, добавкой воды или конденсата в перегретый технологический мятый пар.4. Выпарная установка по п.3, отличающаяся тем, что для перевода перегретого технологического мятого пара, минуя конденсацию, в насыщенный, очищенный технологический пар она содержит скруббер (33), в котором происходит очистка перегретого технологического мятого пара.5. Выпарная установка по п.4, отличающаяся тем, что на одном из участков линии подачи технологического пара от сушилки, включающем скруббер (33), камеру нагрева испарителя (1), паропровод (55) мятого пара и дымовую трубу (57), расположен подающий насос (5), выполненный, в частности, в виде вентилятора.6. Выпарная установка по п.4 или 5, отличающаяся тем, что в скруббер (33) для насыщения и очистки перегретого технологического мятого пара подается конденсат, по меньшей мере, из одного из испарителей (1, 3, 5).7. Выпарная установка по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что ступень компрессии (67) выполнена в виде механической ступени компрессии вторичного пара.8. Выпарная установка по п.6, отличающаяся тем, что ступень компрессии (67) выполнена в виде механической ступени компрессии вторичного пара.