专利名称：一种l-苯丙氨酸盐溶液蒸发节能工艺与设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种L-苯丙氨酸盐溶液蒸发节能工艺与设备，属于高效节能技术领域，也属于环保技术领域。
背景技术：
蒸发、浓缩是工业中非常典型的化工单元操作，广泛使用在石油、化工、食品、干燥等行业。蒸发浓缩操作的热源主要是采用饱和蒸汽加热，对于浓度低处理量大的物料，蒸汽耗费的能源是相当大的，对于需要外购蒸汽的企业，随着市场蒸汽价格的上涨，企业蒸汽运行成本越来越高，如何减少装置的运行成本，节约能源，是广大科技工作人员非常关注的。目前国内企业的L-苯丙氨酸盐溶液的蒸发浓缩主要是采用多效蒸发技术，利用前效蒸发产生的二次蒸汽，作为后效蒸发器的热源，但是一般做到三效，四效后蒸发效果就不理想了。如图2所示，是一个传统的三效蒸发流程工艺，在这种工艺中，生蒸汽进入第一效蒸发器加热原料液，蒸发产生的二次蒸汽作为热源进入二效蒸发器加热原料液，二效蒸发器蒸发产生的二次蒸汽作为热源再进入三效蒸发器加热原料液，三效蒸发器蒸发产生的二次蒸汽进入冷凝器与工业用水之间换热冷凝成冷凝水排出。从上述多效蒸发流程工艺可看出， 这种方式需要不断提供大量的生蒸汽，系统操作成本高；同时，这种方式最后一效的二次蒸汽需要冷凝器冷却，需要消耗大量的工业用冷却水，浪费水资源；还有，多效蒸发工艺完成液要达到规定的浓度所需蒸发器效数多，投资大，设备庞大，操作复杂。例如，对于一个四效的传统蒸发工艺，蒸发1吨水大约需要消耗0. 3吨的蒸汽，而燃煤锅炉燃烧1吨标煤约产生 5吨蒸汽，蒸发1吨水折算耗煤量约为0. 06吨。假设装置的蒸发量为30t/h，目前蒸汽的市面价是190元/吨，则一年按300个工作日7200小时计算，蒸汽的运行费用约1231万，很不经济；同时，耗煤约1四60吨，燃烧1吨煤按照化学反应式C+化=CO2计算(C的分子量是 12, CO2的分子量是44)，1吨C燃烧产生3. 67吨CO2，节约1吨标煤可以少排放3. 67吨温室效应元凶气体CO2，少烧12960吨煤，可以少产生47563吨CO2，对环保非常有利。蒸发浓缩过程是一个蒸汽由高品位向低品位转化的非常耗热的过程，因此，低品位二次蒸汽的利用在很大程度上决定了蒸发操作的经济性，如果能减少蒸汽的消耗量或者不用生蒸汽，那节约的能源是相当可观，经济效益非常显著。本发明涉及的一种L-苯丙氨酸盐溶液蒸发节能工艺与设备可以大大降低蒸发过程中蒸汽的消耗量，显著提高经济效益。查新结果显示目前没有与本发明相关的专利和文献报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种蒸汽用量少、运行成本低、高效节能、操作方便的L-苯丙氨酸盐溶液蒸发节能工艺与设备。一种L-苯丙氨酸盐溶液蒸发节能工艺，其特征在于包括以下步骤①、原料液预热低浓度的原料液从原料罐(1)经原料泵(2)送入预热器(4)的管程与壳程的蒸汽冷凝水进行热交换，原料液预热到50-60°C ；
②、蒸发预热后的原料液进入降膜蒸发器(7)和升膜蒸发器(8)的换热室管内与管外的78-80°C蒸汽之间进行换热，吸热后温度升至饱和温度70°C，以降膜和升膜相结合的方式进行蒸发，产生二次蒸汽和浓缩液；③、汽液分离二次蒸汽和浓缩液进入分离器(9)，在分离器中进行汽液分离；④、二次蒸汽再压缩从分离器出来的二次蒸汽，进入离心压缩机(10)，二次蒸汽经压缩后热焓增加，温度升至78-80V ；⑤、循环蒸发压缩升温后的78-80°C二次蒸汽再送入降膜蒸发器(7)和升膜蒸发器(8)的壳程作为热源加热原料液，在加热物料的过程中，这部分蒸汽冷凝成水流至冷凝水罐(6)，再由冷凝水泵( 送入预热器G)，对原料液进行预热，预热后的原料液依次进入降膜蒸发器(7)和升膜蒸发器(8)的管程与壳程来自离心压缩机(10)压缩升温的78-80°C 二次蒸汽进行换热，原料液不断被加热蒸发浓缩，产生二次蒸汽，二次蒸汽不断被压缩升温作为蒸发器的热源，周而复始，原料液不断被蒸发浓缩，整个系统的热量自行维持平衡，不需要另外补充生蒸汽；⑥、出料从分离器(9)排出的浓缩完成液，经检测浓度为3%合格后出料，如果完成液浓度未达到3%，则返回升膜蒸发器(8)的管程，继续蒸发浓缩。步骤①中所述的L-苯丙氨酸盐溶液原料液浓度可为1%。步骤①中原料液先经过原料罐的缓冲再经过预热器预热，原料液预热后的温度控制在50-60°C，便于系统的自行热平衡，使系统热量得到充分利用，节约能源。步骤②中蒸发器管程原料液蒸发的操作压力控制在30_35KPa(负压操作)，温度控制在70 0C -72 0C，优先70 0C。步骤②中采用降膜和升膜相结合的方式进行蒸发，对于热敏性L-苯丙氨酸盐溶液来说蒸发效果更佳。步骤④中所述的蒸汽离心压缩机工作时，其工作压力控制在44_48KPa(负压操作)，压缩机进出口二次蒸汽的温升控制在8-10°C。为了实现上述步骤，运行中整个蒸发系统处于负压状态，设置工艺参数在线监控系统，工艺参数包括原料液的流量、温度、压力，蒸汽的流量、温度、压力，循环液的流量、温度、压力，原料液和完成液的浓度以及压缩机的转速等全部进行在线监控。在线监控系统采用上下位机的形式，下位机完成数据的采集、贮存和传输等功能；上位机完成各种数据的统计分析处理、参数波形显示、特征数据存储及报警等功能。上下位机之间采用网络通讯，便于实现信号的实时远距离传输。一种L-苯丙氨酸盐溶液蒸发节能设备，其特征在于原料罐(1)经过原料泵O)与预热器的下封头相连，预热器的上封头经过管线与降膜蒸发器(7)的上封头相连，降膜蒸发器(7)的下封头经过管线与升膜蒸发器 (8)的下封头相连，升膜蒸发器(8)的上封头与分离器(9)相连，分离器(9)的上封头与压缩机(10)的进口相连；压缩机(10)的出口经过管线分成两条支路，一条支路与降膜蒸发器 (7)的壳程进口相连，另一条支路与升膜蒸发器(8)的壳程进口相连，降膜蒸发器(7)壳程出口和升膜蒸发器(8)壳程出口经过管线汇合后与冷凝水罐(6)进口相连，冷凝水罐(6) 出口经过冷凝水泵( 与预热器(4)的壳程进口相连，预热器(4)的壳程出口与工业循环水罐C3)相连；分离器(9)的下封头经过管线与升膜蒸发器(8)的下封头管程进口相连。
与传统的L-苯丙氨酸盐溶液多效蒸发相比，本发明的优点在于(1)从分离器出来的二次蒸汽，经过压缩机提高热焓，温度升高，作为蒸发器的加热热源，与蒸发器中的原料液进行换热，除了开车时需要提供少部分生蒸汽外，系统运行中所需要的热源全部由系统自行解决，不需要另外补充生蒸汽，只需要提供压缩机运行的电能，而电能的消耗远远小于蒸汽能源的消耗，耗能大大降低；( 蒸发器壳程蒸汽冷凝后的蒸馏水不需要另外配置冷凝器冷却，不仅节约了冷却循环水，另外还可送到预热器中对原料进行预热，不仅热量得到合理利用，温度降低的蒸馏水进入工业循环水池，作为其它工业用水，水资源也得到合理循环利用，系统操作运行成本大大降低，节能经济效益显著；(3)整个蒸发分离系统体积较小，占地少，工艺流程简单、高效、节能。现以蒸发量为15吨/小时的L-苯丙氨酸盐溶液的蒸发浓缩为例，将本发明与同等蒸发负荷的三效蒸发系统的运行费用进行对比分析。目前市面蒸汽价格190元/吨，电价0. 6元/度，冷却水价格0. 4元/吨。(1)传统三效蒸发器运行费用三效蒸发能耗比按0. 4计，冷却水150m3/h，一年按330个工作日7920小时计算①蒸汽耗量15t/hX0. 4X 190元/吨X 7920小时/年 903万元/年；②循环水耗量150m3/hX0. 4元/吨X 7920小时/年^ 47. 5万元/年；所以，蒸发负荷为15t/h的L-苯丙氨酸盐溶液采用传统三效蒸发器蒸发的年运行费用为=903+47. 5 = 950. 5万元/年；(2)本发明的运行费用本发明的热源由离心压缩机提供，压缩机运行需要电机驱动和开车时少许的生蒸汽，对蒸发负荷为15t/h的L-苯丙氨酸盐溶液来说，经过设计计算电机轴功率为310kW，生蒸汽的量可忽略不计，则本发明系统运行的电费为310kWX0. 6元/度X7920小时/年 ^ 147万元。所以，对蒸发负荷为15t/h的L-苯丙氨酸盐溶液的蒸发来说，采用本发明的工艺和设备，每年节省的运行费用为950. 5-147 = 803. 5万元/年，节能效果非常显著。
图1为本发明的工艺流程图。图2为传统的三效蒸发流程图。图1和图2中件号名称为⑴原料罐；(2)换料泵；(3)工业循环水罐；⑷管壳式预热器；(5)冷凝水泵；(6)冷凝水罐；(7)降膜蒸发器；⑶升膜蒸发器；(9)分离器；(10) 离心压缩机；(11)原料罐；(12)原料泵；(13) —效蒸发器；(14) 一效分离器；(15) —效离心压缩机；(11)原料罐；(12)原料泵；(13) —效蒸发器；(14) 一效分离器；(15) —效循环泵；(16) 二效蒸发器；(17) 二效分离器；(18) 二效循环泵；(19)三效蒸发器；00)三效分离器；(21)完成液泵；(22)冷凝水泵；(23)冷凝水罐；(24)冷凝器。A-原料液；B-工业用水；C-冷凝水；D-生蒸汽；E- 二次蒸汽；F-完成液。
具体实施方案下面结合附图1进一步对L-苯丙氨酸盐溶液蒸发节能工艺与设备进行描述。
如图1所示，原料罐(1)中温度为20-30°C，浓度为1 %左右的低浓度L-苯丙氨酸盐溶液原料液经原料泵( 泵入管壳式预热器的管程中，与壳程来自降膜蒸发器(7) 和升膜蒸发器(8)壳程的冷凝水进行换热，原料液预热到50-60°C ；预热后的原料液进入降膜蒸发器(7)的管程中以降膜方式进行受热蒸发，随后进入升膜蒸发器(8)的管程中以升膜方式进行受热蒸发，产生蒸汽和浓缩液，蒸汽和浓缩液汽液混合物进入分离器(9)中， 分离出二次蒸汽和浓缩液，由于L-苯丙氨酸盐溶液为热敏性介质，对蒸发温度比较敏感， 蒸发温度过高，产品会发生色变，所以蒸发器(7)和(8)，分离器(9)中的蒸发温度控制在 70-72°C，优先70°C，操作压力控制在30-35KPa(负压操作)；二次蒸汽从分离器(9)顶部的蒸汽出口进入离心压缩机(10)中，通过离心压缩机的做功压缩，二次蒸汽的热焓增加， 温度升高，二次蒸汽的温度控制在78-80°C，压力控制在44-48KPa ；从压缩机出口出来的二次蒸汽接着分两路分别进入降膜蒸发器(7)和升膜蒸发器(8)的壳程作为热源与管程的原料液进行换热，换热后的二次蒸汽冷凝成冷凝水汇集在冷凝水罐(6)中，经冷凝水泵(5)泵入预热器(4)的壳程，与预热器(4)管程中的原料液进行换热，温度降低后的壳程冷凝水作为工业循环用水，进入工业循环水池(3)；预热后的原料液依次再进入降膜蒸发器(7)和升膜蒸发器(8)的管程继续蒸发浓缩，整个系统的热自行维持平衡，这样，原料液不断地被加热蒸发，产生二次蒸汽，二次蒸汽不断又被再压缩升温作为热源，周而复始，原料液不断被蒸发浓缩；从分离器(9)底部排出的浓缩液，经检测浓度达到3%合格后出料，如果未达到浓度要求的浓缩液回流到升膜蒸发器(8)管程入口与降膜蒸发器(7)管程出口的原料液一起，进入升膜蒸发器(8)继续循环蒸发。为了提高系统运行的自动化程度，所有的工艺参数，包括原料的流量、温度、压力， 蒸汽的流量、温度、压力，循环液的流量、温度、压力，原料液和完成液的浓度以及压缩机的转速等全部进行在线监控。在线监控系统采用上下位机的形式，下位机完成数据的采集、贮存和传输等功能；上位机完成各种数据的统计分析处理、参数波形显示、特征数据存储及报警等功能。上下位机之间采用网络通讯，实现信号的实时传输。
权利要求
1.一种L-苯丙氨酸盐溶液蒸发节能工艺，其特征在于包括以下步骤①、原料液预热浓度为的原料液从原料罐(1)经原料泵(2)送入预热器(4)的管程与壳程的蒸汽冷凝水进行热交换，原料液预热到50-60°C ；②、蒸发预热后的原料液进入降膜蒸发器(7)和升膜蒸发器(8)的换热室管内与管外的78-80°C蒸汽之间进行换热，吸热后温度升至饱和温度70°C，以降膜和升膜相结合的方式进行蒸发，产生二次蒸汽和浓缩液，蒸发操作压力控制在30-35KPa ；③、汽液分离二次蒸汽和浓缩液进入分离器(9)，在分离器中进行汽液分离，分离器(9)的操作压力控制在30-35KPa，温度控制在70°C-72°C ；④、二次蒸汽再压缩从分离器出来的二次蒸汽，进入离心压缩机(10)，二次蒸汽经压缩后热焓增加，温度升至78-80°C，压缩机工作压力控制在44-48KPa ；⑤、循环蒸发压缩升温后的78-80°C二次蒸汽再送入降膜蒸发器(7)和升膜蒸发器 (8)的壳程作为热源加热原料液，在加热物料的过程中，这部分蒸汽冷凝成水流至冷凝水罐 (6)，再由冷凝水泵( 送入预热器G)，对原料液进行预热，预热后的原料液依次进入降膜蒸发器(7)和升膜蒸发器(8)的管程与壳程来自离心压缩机(10)压缩升温的78-80°C二次蒸汽进行换热，原料液不断被加热蒸发浓缩，产生二次蒸汽，二次蒸汽不断被压缩升温作为蒸发器的热源，周而复始，原料液不断被蒸发浓缩，整个系统的热量自行维持平衡，不需要另外补充生蒸汽；⑥、出料从分离器(9)底部排出的浓缩完成液，经检测浓度为3%合格后出料，如果完成液浓度未达到3%，则返回升膜蒸发器(8)的管程，继续蒸发浓缩。
2.根据权利要求1所述的蒸发节能工艺，其特征在于步骤①中所述的原料液先经过原料罐(1)缓冲后再经过预热器(4)预热，原料液预热后的温度控制在50-60°C。
3.根据权利要求1所述的蒸发节能工艺，其特征在于步骤②中采用降膜和升膜相结合的方式进行蒸发。
4.根据权利要求1所述的蒸发节能工艺，其特征在于步骤④中的蒸汽离心压缩机(10) 入口设置注水装置，工作时，其工作压力控制在44-48KPa，压缩机进出口二次蒸汽的温升控制在 8-10°C。
5.根据权利要求1所述的蒸发节能工艺，其特征在于设置有工艺参数在线监控系统， 工艺参数包括原料的流量、温度、压力，蒸汽的流量、温度、压力，循环液的流量、温度、压力，原料液和完成液的浓度以及压缩机的转速等全部进行在线监控。在线监控系统采用上下位机的形式，下位机完成数据的采集、贮存和传输等功能；上位机完成各种数据的统计分析处理、参数波形显示、特征数据存储及报警等功能。上下位机之间采用网络通讯，便于实现信号的实时远距离传输。
6.一种L-苯丙氨酸盐溶液蒸发节能设备，其特征在于原料罐(1)经过原料泵O)与预热器的下封头相连，预热器的上封头经过管线与降膜蒸发器(7)的上封头相连，降膜蒸发器(7)的下封头经过管线与升膜蒸发器(8) 的下封头相连，升膜蒸发器(8)的上封头与分离器(9)相连，分离器(9)的上封头与压缩机(10)的进口相连；压缩机(10)的出口经过管线分成两条支路，一条支路与降膜蒸发器(7) 的壳程进口相连，另一条支路与升膜蒸发器(8)的壳程进口相连，降膜蒸发器(7)壳程出口和升膜蒸发器(8)壳程出口经过管线汇合后与冷凝水罐(6)进口相连，冷凝水罐(6)出口经过冷凝水泵( 与预热器的壳程进口相连，预热器(4)的壳程出口与工业循环水罐 (3)相连；分离器(9)的下封头经过管线与升膜蒸发器(8)的下封头管程进口相连。
全文摘要
本发明涉及一种L-苯丙氨酸盐溶液蒸发节能工艺与设备，属于高效节能和环保技术领域。包括以下步骤低浓度1％原料液经过预热器4预热到50-60℃；预热后的原料液先后进入降膜蒸发器7和升膜蒸发器8的管程与壳程78-80℃的二次蒸汽换热，升温到70℃，以降膜和升膜相结合的方式进行蒸发，产生二次蒸汽和浓缩液；二次蒸汽和浓缩液进入分离器9进行汽液分离；分离后的二次蒸汽进入离心压缩机10中被压缩热焓增加升温到78-80℃作为蒸发器7和8的热源，给原料液加热蒸发；从分离器9排出的浓缩液，浓度控制3％合格后出料，如未达3％，返回升膜蒸发器8继续蒸发浓缩。本发明系统热量自平衡，生蒸汽用量少，运行成本低，高效节能。
文档编号B01D1/30GK102343162SQ20111020251
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月20日 优先权日2011年7月20日
发明者张琳, 徐晨, 杜明照, 薛磊, 马志磊, 高丽丽 申请人:常州大学