阅读说明：本技术 一种多效蒸发工艺及其系统 (Multi-effect evaporation process and system thereof ) 是由 李智杰 李想 罗樟芝 郭志军 于 2019-10-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多效蒸发工艺及其系统,所述工艺两个交替进行的工况：工况a：前一效蒸发器产生的蒸汽引入下一效蒸发器,外来溶液依次经过第一效蒸发器、第二效蒸发器和第三效蒸发器,最后进入过滤工序；工况b：蒸汽路线和工况a相同,外来溶液依次经过第一效蒸发器、第三效蒸发器和第二效蒸发器,最后进入过滤工序。所述系统第一效蒸发器的管程下端并联连通第二效蒸发器和第三效蒸发器的溶液入口,第二效蒸发器的管程下端并联连通第三效蒸发器的溶液入口和外部过滤系统,第三效蒸发器的管程下端并联连通第二效蒸发器的溶液入口和外部过滤系统。本发明提工况a和工况b交替进行,对溶液蒸馏浓缩的同时防止和清除多效蒸发器内的结晶。(The invention discloses a multiple-effect evaporation process and a system thereof, wherein the process has two working conditions which are alternately carried out: working condition a: introducing steam generated by the previous effect evaporator into the next effect evaporator, and enabling the external solution to sequentially pass through the first effect evaporator, the second effect evaporator and the third effect evaporator and finally enter a filtering process; working condition b: the steam route is the same as the working condition a, and the external solution sequentially passes through the first effect evaporator, the third effect evaporator and the second effect evaporator and finally enters the filtering process. The lower end of a tube side of a first effect evaporator of the system is communicated with solution inlets of a second effect evaporator and a third effect evaporator in parallel, the lower end of a tube side of the second effect evaporator is communicated with a solution inlet of the third effect evaporator and an external filtering system in parallel, and the lower end of a tube side of the third effect evaporator is communicated with a solution inlet of the second effect evaporator and the external filtering system in parallel. According to the invention, the working condition a and the working condition b are alternately carried out, and the solution is distilled and concentrated while the crystallization in the multi-effect evaporator is prevented and removed.)

一种多效蒸发工艺及其系统

技术领域

本发明属于蒸发器技术领域，具体为一种多效蒸发工艺及其系统。

背景技术

多效蒸发器是将几个蒸发器串联运行，使蒸汽热能得到多次利用，从而提高热能的利用效率。多效蒸发器工作流程是饱和加热蒸汽被引入第一效，加热其中的溶液，产生的蒸汽被引入第二效作为加热蒸汽，使第二效的溶液以比第一效更低的温度蒸发，这个过程一直重复到末效。以多效蒸发器中的三效为例，包括第一效蒸发器、第二效蒸发器和第三效蒸发器，下一效的溶液浓度大于上一效的溶液浓度，溶液浓度高的蒸发器会出现结晶现象，降低换热器效率。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种多效蒸发工艺及其系统，工况a和工况b交替进行，对溶液蒸馏浓缩的同时防止和清除多效蒸发器内的结晶，不影响蒸馏浓缩的效率和进度；工艺过程简单易操作，多效蒸发系统简单可靠成本低。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种多效蒸发工艺，包括以下两个交替进行的工况：

工况a：第一效蒸发器产生的蒸汽引入第二效蒸发器，第二效蒸发器产生的蒸汽引入第三蒸发器，从第一效蒸发器出来的溶液引入第二效蒸发器，从第二效蒸发器出来的溶液引入第三效蒸发器，从第三效蒸发器出来的溶液进入过滤工序；

工况b：第一效蒸发器产生的蒸汽引入第二效蒸发器，第二效蒸发器产生的蒸汽引入第三蒸发器，从第一效蒸发器出来的溶液引入第三蒸发器，从第三效蒸发器出来的溶液引入第二蒸发器，从第二效蒸发器出来的溶液进入过滤工序。

一种多效蒸发系统，采用了上述多效蒸发工艺，包括第一效蒸发器、第二效蒸发器和第三效蒸发器，第一效蒸发器、第二效蒸发器和第三效蒸发器的管程上端均包括溶液入口和蒸汽出口，第一效蒸发器、第二效蒸发器的蒸汽出口分别连通第二效蒸发器、第三效蒸发器的壳程入口，第一效蒸发器的管程下端并联连通第二效蒸发器和第三效蒸发器的溶液入口，第二效蒸发器的管程下端并联连通第三效蒸发器的溶液入口和外部过滤系统，第三效蒸发器的管程下端并联连通第二效蒸发器的溶液入口和外部过滤系统。

作为上述技术方案的进一步改进：

第一效蒸发器的管程下端通过第一效溶液出管、第二效溶液入管连通第二效蒸发器，通过第一效溶液出管、第三效溶液支管连通第三效蒸发器；第二效蒸发器的管程下端通过第二效溶液出管、第三效溶液入管连通第三效蒸发器；第三效蒸发器的管程下端通过第三效溶液出管、第二效溶液支管连通第二效蒸发器。

第一效蒸发器的管程下端连通第一效溶液出管的一端，第一效溶液出管的另一端并联连通第二效溶液入管的一端和第三效溶液支管的一端，第二效溶液入管的另一端连通第二效蒸发器的溶液入口，第三效溶液支管的另一端连通第三效溶液入管的一端，第三效溶液入管的另一端连通第三效蒸发器的溶液入口。

第二效蒸发器的管程下端连通第二效溶液出管的一端，第二效溶液出管的另一端连通第三效溶液入管的一端。

第三效蒸发器的管程下端连通第三效溶液出管的一端，第三效溶液出管的另一端连通第二效溶液支管的一端，第二效溶液支管的另一端连通第二效溶液入管的一端。

第一效溶液出管、第二效溶液出管和第三效溶液出管上均设有泵。

第二效溶液出管的另一端还通过第二效溶液收集管连通外部过滤系统，第三效溶液出管的另一端还通过第三效溶液收集管连通外部过滤系统。

第二效溶液入管上设有第一A阀组，第三效溶液入管上设有第二A阀组，第三效溶液收集管上设有第三A阀组，第三效溶液支管上设有第一B阀组，第二效溶液收集管上设有第二B阀组，第二效溶液支管上设有第三B阀组。

第二效溶液支管的另一端连接在第一A阀组靠近第二效蒸发器溶液入口的一端，第三效溶液支管的另一端连接在第二A阀组靠近第三效蒸发器溶液入口的一端。

第一效蒸发器、第二效蒸发器和第三效蒸发器的管程内为待蒸发浓缩的溶液、壳程内为吸收管程内溶液热量的蒸汽。

第一效蒸发器的溶液入口连通外部溶液供应系统。

第一效蒸发器的壳程入口连通外部蒸汽供应系统。

第三效蒸发器的蒸汽出口连通冷凝器。

第一效蒸发器、第二效蒸发器和从第三效蒸发器的壳程出口连通外部冷凝液收集系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：工况a和工况b交替进行，对溶液蒸馏浓缩的同时防止和清除多效蒸发器内的结晶，不影响蒸馏浓缩的效率和进度；工艺过程简单易操作，多效蒸发系统简单可靠成本低，应用于现有系统时，只需对现有多效蒸发系统进行局部调整，无需对其进行大改动。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明提供的一种多效蒸发工艺及其系统作进一步详细、完整地说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

一种多效蒸发工艺，包括以下两个交替进行的工况：

工况a：第一效蒸发器1产生的蒸汽引入第二效蒸发器2，第二效蒸发器2产生的蒸汽引入第三蒸发器，从第一效蒸发器1出来的溶液引入第二效蒸发器2，从第二效蒸发器2出来的溶液引入第三效蒸发器3，从第三效蒸发器3出来的溶液进入过滤工序；

工况b：第一效蒸发器1产生的蒸汽引入第二效蒸发器2，第二效蒸发器2产生的蒸汽引入第三蒸发器，从第一效蒸发器1出来的溶液引入第三蒸发器，从第三效蒸发器3出来的溶液引入第二蒸发器，从第二效蒸发器2出来的溶液进入过滤工序。

外部溶液供应系统引入第一效蒸发器1，第一效蒸发器1连通外部蒸汽供应系统。

一种多效蒸发系统，采用了上述多效蒸发工艺，包括第一效蒸发器1、第二效蒸发器2和第三效蒸发器3。第一效蒸发器1、第二效蒸发器2和第三效蒸发器3中部均设有多个平行间隔设置的管道，形成彼此间隔的壳程和管程，两种流体分别位于所述壳程和管程内以交换热量。上述蒸发器的壳程和管程的技术方案为本领域技术人员所熟知的技术，在此不再赘述。第一效蒸发器1、第二效蒸发器2和第三效蒸发器3的管程内为待蒸发浓缩的溶液、壳程内为吸收管程内溶液热量的蒸汽。

第一效蒸发器1、第二效蒸发器2和第三效蒸发器3的管程上端均包括溶液入口和蒸汽出口，第一效蒸发器1、第二效蒸发器2的蒸汽出口分别连通第二效蒸发器2、第三效蒸发器3的壳程入口，第一效蒸发器1的管程下端并联连通第二效蒸发器2和第三效蒸发器3的溶液入口，第二效蒸发器2的管程下端并联连通第三效蒸发器3的溶液入口和外部过滤系统，第三效蒸发器3的管程下端并联连通第二效蒸发器2的溶液入口和外部过滤系统。

第一效蒸发器1的管程下端通过第一效溶液出管4、第二效溶液入管11连通第二效蒸发器2，第一效蒸发器1的管程下端还通过第一效溶液出管4、第三效溶液支管13连通第三效蒸发器3。第二效蒸发器2的管程下端通过第二效溶液出管5、第三效溶液入管12连通第三效蒸发器3；第二效蒸发器2的管程下端还通过第二效溶液出管5、第二效溶液收集管15连通外部过滤系统。第三效蒸发器3的管程下端通过第三效溶液出管6、第二效溶液支管14连通第二效蒸发器2；第三效蒸发器3的管程下端还通过第三效溶液出管6、第三效溶液收集管16连通外部过滤系统。

第一效蒸发器1的管程下端连通第一效溶液出管4的一端，第一效溶液出管4的另一端并联连通第二效溶液入管11的一端和第三效溶液支管13的一端，第二效溶液入管11的另一端连通第二效蒸发器2的溶液入口，第三效溶液支管13的另一端连通第三效溶液入管12的一端，第三效溶液入管12的另一端连通第三效蒸发器3的溶液入口。

第二效蒸发器2的管程下端连通第二效溶液出管5的一端，第二效溶液出管5的另一端并联连通第三效溶液入管12的一端和第二效溶液收集管15的一端，第二效溶液收集管15的另一端连通外部过滤系统。

第三效蒸发器3的管程下端连通第三效溶液出管6的一端，第三效溶液出管6的另一端并联连通第二效溶液支管14的一端和第三效溶液收集管16的一端，第二效溶液支管14的另一端连通第二效溶液入管11的一端，第三效溶液收集管16的另一端连通外部过滤系统。

第一效溶液出管4、第二效溶液出管5和第三效溶液出管6上均设有泵，用于为所述系统中的溶液提供动力。

所述系统的管路上还设有多个阀组，用于控制相应管路的开启和流量调节。具体的，第二效溶液入管11上设有第一A阀组7，第三效溶液入管12上设有第二A阀组8，第三效溶液收集管16上设有第三A阀组9，第三效溶液支管13上设有第一B阀组17，第二效溶液收集管15上设有第二B阀组18，第二效溶液支管14上设有第三B阀组19。

对于上述阀组的具***置，第二效溶液支管14的另一端连接在第一A阀组7靠近第二效蒸发器2溶液入口的一端，第三效溶液支管13的另一端连接在第二A阀组8靠近第三效蒸发器3溶液入口的一端。

对于初始溶液和蒸汽来源，第一效蒸发器1的溶液入口通过母液管20连通外部溶液供应系统，第一效蒸发器1的壳程入口通过外部蒸汽管21连通外部蒸汽供应系统，第三效蒸发器3的蒸汽出口连通冷凝器10。第一效蒸发器1、第二效蒸发器2和从第三效蒸发器3的壳程出口均连通外部冷凝液收集系统。

基于上述系统结构，工况a时，打开第一A阀组7、第二A阀组8和第三A阀组9，关闭第一B阀组17、第二B阀组18和第三B阀组19。

此工况时，外部蒸汽通过外部蒸汽管21进入第一效蒸发器1的壳程内，外部待蒸馏浓缩的溶液通过母液管20进入第一效蒸发器1的管程内，在第一效蒸发器1内，壳程内的蒸汽将热量传递给溶液后，壳程内的蒸汽冷凝，并通过第一效蒸发器1的冷凝液管排出去，管程内的溶液蒸发或沸腾，产生一效蒸汽和一效剩余溶液。一效蒸汽进入第二效蒸发器2的壳程，作为第二效蒸发器2的加热蒸汽，一效剩余溶液通过第二效溶液入管11进入第二效蒸发器2的管程，同理，在第二效蒸发器2内，壳程内的一效蒸汽将热量传递给一效剩余溶液后，壳程内的蒸汽冷凝，并通过第二效蒸发器2的冷凝液管排出去，溶液蒸发或沸腾，产生二效蒸汽和二效剩余溶液。二效蒸汽进入第三效蒸发器3的壳程，作为第三效蒸发器3的加热蒸汽，二效剩余溶液通过第三效溶液入管12进入第三效蒸发器3的管程，同理，在第三效蒸发器3内，壳程内的二效蒸汽将热量传递给二效剩余溶液后，壳程内的蒸汽冷凝，并通过第三效蒸发器3的冷凝液管排出去，溶液蒸发或沸腾，产生三效蒸汽和三效剩余溶液，三效蒸汽通过冷凝器10冷凝后排出，三效剩余溶液蒸发浓缩至合格，排出至过滤系统。

由上可知，上述工况a时，外来溶液依次经过第一效蒸发器1、第二效蒸发器2和第三效蒸发器3，第一效蒸发器1、第二效蒸发器2至第三效蒸发器3排出的溶液浓度逐渐增大，因此工况a运行一段时间后，第三效蒸发器3内容易结晶，影响传热效率，严重时发生堵塞，因此工况a运行一段时间后切换至工况b。

工况b时，关闭第一A阀组7、第二A阀组8和第三A阀组9，打开第一B阀组17、第二B阀组18和第三B阀组19。与工况a不同的是，第一效蒸发器1产生的一效剩余溶液不能通过第一A阀组7，而是通过第三效溶液支管13和第三效溶液入管12进入第三效蒸发器3，此时一效剩余溶液浓度较低，进入第三效蒸发器3后，对其进行冲洗、再溶解，防止和缓解了第三效蒸发器3内的结晶，第三效蒸发器3产生的三效剩余溶液通过第二效溶液支管14和第二效溶液入管11进入第二效蒸发器2进行蒸发，产生的二效剩余溶液通过第二效溶液收集管15进入外部过滤系统。

两种工况切换进行，以改变蒸发器中母液浓度，达到冲洗和再溶解的目的，防止最后一效浓度高持续结晶，降低换热效率。最终实现多效蒸发系统持续高效运行。

本发明的工作原理如下：传统多效蒸发器运行时，为工况a，即第一效蒸发器1、第二效蒸发器2和第三效蒸发器3的管程依次连通，外来溶液依次流经第一效蒸发器1、第二效蒸发器2和第三效蒸发器3的管程，被相应蒸发器壳程侧的蒸汽加热。第一效蒸发器1管程内的溶液被加热后生成一效剩余溶液和蒸汽，一效剩余溶液从第一效蒸发器1底部进入第二效蒸发器2的管程，蒸汽上升，从第一效蒸发器1顶部流出，并通过相应管路进入第二效蒸发器2的壳程，用来加热第二效蒸发器2的管程侧的一效剩余溶液，同理，一效剩余溶液被加热后生成蒸汽和二效剩余溶液，二效剩余溶液从第二效蒸发器2底部进入第三效蒸发器3的管程，在第三效蒸发器3内被加热生成蒸汽和三效剩余溶液，第一效蒸发器1的蒸汽来源为外部蒸汽，各效蒸发器壳程侧的蒸汽释放热量后生成冷凝液，排出蒸发器。由上可知，虽然第一效蒸发器1、第二效蒸发器2和第三效蒸发器3内的蒸汽温度依次降低，但第二效蒸发器2和第三效蒸发器3内的蒸汽均来源于溶液中的水分，即外来溶液、一效剩余溶液、二效剩余溶液、三效剩余溶液中的溶液浓度依次增大，被浓缩后的溶液便于后续处理。

然而，由于溶液浓度依次降低，在第三效蒸发器3中易发生结晶现场，长久运行后，第三效蒸发器3中的管程可能会发生堵塞和腐蚀的现象。因此工况a运行一段时间后需要采用工况b的运行模式。

工况b时，蒸汽流向不变，溶液流向发生改变。第一效蒸发器1产生的一效剩余溶液进入第三效蒸发器3的管程中，由于一效剩余溶液浓度较低，水分较多，可对第三效蒸发器3的壳程中的结晶进行冲刷和溶解，一效剩余溶液同时在第三效蒸发器3的壳程中被加热蒸发，而由于第三效蒸发器3中的蒸汽温度较低，热量较少，一效剩余溶液蒸发较少，不会生成结晶，第三效蒸发器3中生成的三效剩余溶液进入第二效蒸发器2的管程中，被第二效蒸发器2中温度较高的蒸汽加热，生成的二效剩余溶液浓度大大提高。

工况a和工况b交替进行，充分利用热量同时可防止第二效蒸发器2和第三效蒸发器3中发生结晶。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。