專利名稱：一種l-苯丙氨酸鹽溶液蒸發(fā)節(jié)能設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種L-苯丙氨酸鹽溶液蒸發(fā)節(jié)能設備，屬于高效節(jié)能技術領域， 也屬于環(huán)保技術領域。
背景技術：
蒸發(fā)、濃縮是工業(yè)中非常典型的化工單元操作，廣泛使用在石油、化工、食品、干燥等行業(yè)。蒸發(fā)濃縮操作的熱源主要是采用飽和蒸汽加熱，對于濃度低處理量大的物料，蒸汽耗費的能源是相當大的，對于需要外購蒸汽的企業(yè)，隨著市場蒸汽價格的上漲，企業(yè)蒸汽運行成本越來越高，如何減少裝置的運行成本，節(jié)約能源，是廣大科技工作人員非常關注的。目前國內企業(yè)的L-苯丙氨酸鹽溶液的蒸發(fā)濃縮主要是采用多效蒸發(fā)技術，利用前效蒸發(fā)產生的二次蒸汽，作為后效蒸發(fā)器的熱源，但是一般做到三效，四效后蒸發(fā)效果就不理想了。如圖2所示，是一個傳統(tǒng)的三效蒸發(fā)流程工藝，在這種工藝中，生蒸汽進入第一效蒸發(fā)器加熱原料液，蒸發(fā)產生的二次蒸汽作為熱源進入二效蒸發(fā)器加熱原料液，二效蒸發(fā)器蒸發(fā)產生的二次蒸汽作為熱源再進入三效蒸發(fā)器加熱原料液，三效蒸發(fā)器蒸發(fā)產生的二次蒸汽進入冷凝器與工業(yè)用水之間換熱冷凝成冷凝水排出。從上述多效蒸發(fā)流程工藝可看出， 這種方式需要不斷提供大量的生蒸汽，系統(tǒng)操作成本高；同時，這種方式最后一效的二次蒸汽需要冷凝器冷卻，需要消耗大量的工業(yè)用冷卻水，浪費水資源；還有，多效蒸發(fā)工藝完成液要達到規(guī)定的濃度所需蒸發(fā)器效數多，投資大，設備龐大，操作復雜。例如，對于一個四效的傳統(tǒng)蒸發(fā)工藝，蒸發(fā)1噸水大約需要消耗0. 3噸的蒸汽，而燃煤鍋爐燃燒1噸標煤約產生 5噸蒸汽，蒸發(fā)1噸水折算耗煤量約為0. 06噸。假設裝置的蒸發(fā)量為30t/h，目前蒸汽的市面價是190元/噸，則一年按300個工作日7200小時計算，蒸汽的運行費用約1231萬，很不經濟；同時，耗煤約1四60噸，燃燒1噸煤按照化學反應式C+A = CO2計算(C的分子量是 12, CO2的分子量是44)，1噸C燃燒產生3. 67噸CO2，節(jié)約1噸標煤可以少排放3. 67噸溫室效應元兇氣體CO2，少燒12960噸煤，可以少產生47563噸CO2，對環(huán)保非常有利。蒸發(fā)濃縮過程是一個蒸汽由高品位向低品位轉化的非常耗熱的過程，因此，低品位二次蒸汽的利用在很大程度上決定了蒸發(fā)操作的經濟性，如果能減少蒸汽的消耗量或者不用生蒸汽，那節(jié)約的能源是相當可觀，經濟效益非常顯著。本實用新型涉及的一種L-苯丙氨酸鹽溶液蒸發(fā)節(jié)能設備可以大大降低蒸發(fā)過程中蒸汽的消耗量，顯著提高經濟效益。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種蒸汽用量少、運行成本低、高效節(jié)能、操作方便的 L-苯丙氨酸鹽溶液蒸發(fā)節(jié)能設備。一種L-苯丙氨酸鹽溶液蒸發(fā)節(jié)能設備，包括原料罐、原料泵、蒸發(fā)器和分離器，其特征在于原料罐1經原料泵2與預熱器4管程下封頭相連，預熱器4管程上封頭與降膜蒸發(fā)器7管程上封頭相連，降膜蒸發(fā)器7管程下封頭與升膜蒸發(fā)器8管程下封頭相連，升膜蒸發(fā)器8管程上封頭與分離器9相連，分離器9上封頭與壓縮機10進口相連；壓縮機10出口經管線分成兩條支路，一條支路與降膜蒸發(fā)器7殼程進口相連，另一條支路與升膜蒸發(fā)器8 殼程進口相連，降膜蒸發(fā)器7和升膜蒸發(fā)器8殼程出口經管線匯合后與冷凝水罐6進口相連，冷凝水罐6出口經冷凝水泵5與預熱器4殼程進口相連，預熱器4殼程出口與循環(huán)水罐 3相連；分離器9下封頭經管線與升膜蒸發(fā)器8下封頭管程進口相連。上述的蒸發(fā)節(jié)能設備，其特征在于預熱器4為管殼式換熱器。上述的蒸發(fā)節(jié)能設備，其特征在于壓縮機10為離心壓縮機。與傳統(tǒng)的L-苯丙氨酸鹽溶液多效蒸發(fā)設備相比，本實用新型的優(yōu)點在于①從分離器出來的二次蒸汽，經過壓縮機提高熱焓，溫度升高，作為蒸發(fā)器的加熱熱源，與蒸發(fā)器中的原料液進行換熱，除了開車時需要提供少部分生蒸汽外，系統(tǒng)運行中所需要的熱源全部由系統(tǒng)自行解決，不需要另外補充生蒸汽，只需要提供壓縮機運行的電能， 而電能的消耗遠遠小于蒸汽能源的消耗，耗能大大降低；②蒸發(fā)器殼程蒸汽冷凝后的蒸餾水不需要另外配置冷凝器冷卻，不僅節(jié)約了冷卻循環(huán)水，另外還可送到預熱器中對原料進行預熱，不僅熱量得到合理利用，溫度降低的蒸餾水進入工業(yè)循環(huán)水池，作為其它工業(yè)用水，水資源也得到合理循環(huán)利用，系統(tǒng)操作運行成本大大降低，節(jié)能經濟效益顯著；③整個蒸發(fā)分離系統(tǒng)體積較小，占地少，工藝流程簡單、高效、節(jié)能?，F(xiàn)以蒸發(fā)量為15噸/小時的L-苯丙氨酸鹽溶液的蒸發(fā)濃縮為例，將本實用新型與同等蒸發(fā)負荷的三效蒸發(fā)系統(tǒng)的運行費用進行對比分析。目前市面蒸汽價格190元/噸， 電價0. 6元/度，冷卻水價格0. 4元/噸。(1)傳統(tǒng)三效蒸發(fā)器運行費用三效蒸發(fā)能耗比按0. 4計，冷卻水150m3/h，一年按330個工作日7920小時計算①蒸汽耗量15t/hX0. 4X 190元/噸X 7920小時/年 903萬元/年；②循環(huán)水耗量150m3/hX0. 4元/噸X 7920小時/年 47. 5萬元/年；所以，蒸發(fā)負荷為15t/h的L-苯丙氨酸鹽溶液采用傳統(tǒng)三效蒸發(fā)器蒸發(fā)的年運行費用為=903+47. 5 = 950. 5萬元/年；(2)本實用新型的運行費用本實用新型的熱源由離心壓縮機提供，壓縮機運行需要電機驅動和開車時少許的生蒸汽，對蒸發(fā)負荷為15t/h的L-苯丙氨酸鹽溶液來說，經過設計計算電機軸功率為310kW，生蒸汽的量可忽略不計，則本實用新型系統(tǒng)運行的電費為310kWX0. 6元/ 度X 7920小時/年^ 147萬元。所以，對蒸發(fā)負荷為15t/h的L-苯丙氨酸鹽溶液的蒸發(fā)來說，采用本實用新型設備，每年節(jié)省的運行費用為950. 5-147 = 803. 5萬元/年，節(jié)能效果非常顯著。

圖1為本實用新型設備示意圖。圖2為傳統(tǒng)的三效蒸發(fā)設備示意圖。圖1和圖2中件號名稱為1原料罐；2原料泵；3循環(huán)水儲罐；4預熱器；5冷凝水泵；6冷凝水罐；7降膜蒸發(fā)器；8升膜蒸發(fā)器；9分離器；10壓縮機；11原料罐；12原料泵； 13 一效蒸發(fā)器；14 一效分離器；15 —效循環(huán)泵；16 二效蒸發(fā)器；17 二效分離器；18 二效循環(huán)泵；19三效蒸發(fā)器；20三效分離器；21完成液泵；22冷凝水泵；23冷凝水罐；對冷凝器。 A-原料液；B-工業(yè)用水；C-冷凝水；D-生蒸汽；E- 二次蒸汽；F-完成液。
具體實施方案
以下結合附圖1進一步對L-苯丙氨酸鹽溶液蒸發(fā)節(jié)能設備進行描述。一種L-苯丙氨酸鹽溶液蒸發(fā)節(jié)能設備，包括原料罐、原料泵、蒸發(fā)器和分離器，其特征在于原料罐1經原料泵2與預熱器4下封頭相連，預熱器4上封頭與降膜蒸發(fā)器7上封頭相連，降膜蒸發(fā)器7下封頭與升膜蒸發(fā)器8下封頭相連，升膜蒸發(fā)器8上封頭與分離器 9相連，分離器9上封頭與壓縮機10進口相連；壓縮機10出口經管線分成兩條支路，一條支路與降膜蒸發(fā)器7殼程進口相連，另一條支路與升膜蒸發(fā)器8殼程進口相連，降膜蒸發(fā)器7 和升膜蒸發(fā)器8殼程出口經管線匯合后與冷凝水罐6進口相連，冷凝水罐6出口經冷凝水泵5與預熱器4殼程進口相連，預熱器4殼程出口與循環(huán)水罐3相連；分離器9下封頭經管線與升膜蒸發(fā)器8下封頭管程進口相連。上述的L-苯丙氨酸鹽溶液蒸發(fā)節(jié)能設備，其工作原理是如圖1所示，原料罐1中溫度為20-30°C，濃度為1 %左右的低濃度L-苯丙氨酸鹽溶液原料液經原料泵2泵入預熱器4的管程中，與殼程來自降膜蒸發(fā)器7和升膜蒸發(fā)器8殼程的冷凝水進行換熱，原料液預熱到50-60°C ；預熱后的原料液進入降膜蒸發(fā)器7的管程中以降膜方式進行受熱蒸發(fā)，隨后進入升膜蒸發(fā)器8的管程中以升膜方式進行受熱蒸發(fā)，產生蒸汽和濃縮液，蒸汽和濃縮液汽液混合物進入分離器9中，分離出二次蒸汽和濃縮液，由于L-苯丙氨酸鹽溶液為熱敏性介質，對蒸發(fā)溫度比較敏感，蒸發(fā)溫度過高，產品會發(fā)生色變，所以降膜蒸發(fā)器7、升膜蒸發(fā)器8和分離器9中的蒸發(fā)溫度控制在70-72°C，優(yōu)先70°C， 操作壓力控制在30-35KPa(負壓操作)；二次蒸汽從分離器9頂部的蒸汽出口進入離心壓縮機10中，通過離心壓縮機的做功壓縮，二次蒸汽的熱焓增加，溫度升高，二次蒸汽的溫度控制在78-80°C，壓力控制在44-48KPa ；從壓縮機出口出來的二次蒸汽接著分兩路分別進入降膜蒸發(fā)器7和升膜蒸發(fā)器8的殼程作為熱源與管程的原料液進行換熱，換熱后的二次蒸汽冷凝成冷凝水匯集在冷凝水罐6中，經冷凝水泵5泵入預熱器4的殼程，與預熱器4管程中的原料液進行換熱，溫度降低后的殼程冷凝水作為工業(yè)循環(huán)用水，進入循環(huán)水儲罐3 ； 預熱后的原料液依次再進入降膜蒸發(fā)器7和升膜蒸發(fā)器8的管程繼續(xù)蒸發(fā)濃縮，整個系統(tǒng)的熱自行維持平衡，這樣，原料液不斷地被加熱蒸發(fā)，產生二次蒸汽，二次蒸汽不斷又被再壓縮升溫作為熱源，周而復始，原料液不斷被蒸發(fā)濃縮；從分離器9底部排出的濃縮液，經檢測濃度達到3%合格后出料，如果未達到濃度要求的濃縮液回流到升膜蒸發(fā)器8管程入口與降膜蒸發(fā)器7管程出口的原料液一起，進入升膜蒸發(fā)器8繼續(xù)循環(huán)蒸發(fā)。為了提高系統(tǒng)運行的自動化程度，所有的工藝參數，包括原料的流量、溫度、壓力， 蒸汽的流量、溫度、壓力，循環(huán)液的流量、溫度、壓力，原料液和完成液的濃度以及壓縮機的轉速等全部進行在線監(jiān)控。在線監(jiān)控系統(tǒng)采用上下位機的形式，下位機完成數據的采集、貯存和傳輸等功能；上位機完成各種數據的統(tǒng)計分析處理、參數波形顯示、特征數據存儲及報警等功能。上下位機之間采用網絡通訊，實現(xiàn)信號的實時傳輸。
權利要求1.一種L-苯丙氨酸鹽溶液蒸發(fā)節(jié)能設備，包括原料罐、原料泵、蒸發(fā)器和分離器，其特征在于原料罐(1)經原料泵(2)與預熱器(4)下封頭相連，預熱器(4)上封頭經過管線與降膜蒸發(fā)器(7)上封頭相連，降膜蒸發(fā)器(7)下封頭經過管線與升膜蒸發(fā)器(8)下封頭相連，升膜蒸發(fā)器(8)上封頭與分離器(9)相連，分離器(9)上封頭與壓縮機(10)進口相連； 壓縮機(10)出口經管線分成兩條支路，一條支路與降膜蒸發(fā)器(7)殼程進口相連，另一條支路與升膜蒸發(fā)器(8)殼程進口相連，降膜蒸發(fā)器(7)和升膜蒸發(fā)器(8)殼程出口經管線匯合后與冷凝水罐(6)進口相連，冷凝水罐(6)出口經冷凝水泵( 與預熱器(4)殼程進口相連，預熱器(4)殼程出口與循環(huán)水罐C3)相連；分離器(9)下封頭經管線與升膜蒸發(fā)器 (8)下封頭管程進口相連。
2.根據權利要求1所述的蒸發(fā)節(jié)能設備，其特征在于預熱器(4)為管殼式換熱器。
3.根據權利要求1所述的蒸發(fā)節(jié)能設備，其特征在于壓縮機(10)為離心壓縮機。
專利摘要本實用新型涉及一種L-苯丙氨酸鹽溶液蒸發(fā)節(jié)能設備，包括原料罐、原料泵、預熱器、蒸發(fā)器、壓縮機和分離器。原料從原料罐經原料泵與預熱器管程下封頭相連，預熱器管程上封頭與降膜蒸發(fā)器管程上封頭相連，降膜蒸發(fā)器管程下封頭與升膜蒸發(fā)器管程下封頭相連，升膜蒸發(fā)器管程上封頭與分離器相連，分離器上封頭與壓縮機進口相連；壓縮機出口經管線分別與降膜蒸發(fā)器和升膜蒸發(fā)器殼程進口相連，降膜蒸發(fā)器和升膜蒸發(fā)器殼程出口與冷凝水罐進口相連，冷凝水罐出口經過冷凝水泵與預熱器殼程進口相連，預熱器殼程出口與循環(huán)水儲罐相連；分離器下封頭與升膜蒸發(fā)器管程下封頭進口相連。本實用新型設備運行熱量自平衡，生蒸汽用量少，運行成本低，高效節(jié)能。
文檔編號B01D1/26GK202270371SQ20112025569
公開日2012年6月13日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權日2011年7月20日
發(fā)明者張琳, 徐晨, 杜明照, 薛磊, 馬志磊, 高麗麗 申請人:常州大學