本发明涉及一种高效节能纤维素溶液的浓缩方法及浓缩系统，属于溶液浓缩领域，特别涉及莱赛尔纤维生产工艺中nmmo溶液溶解纤维素溶液的浓缩方法及浓缩系统。
背景技术：
n-甲基吗啉-n-氧化物(nmmo)是一种化学物质，分子式是c5h11no2，对纤维素有极强的溶解性能，常温下为结晶固体或液体，无毒，弱碱性，溶于水、乙醇等，吸湿性强，每分子可结合多个结晶水。
溶剂法生产的纤维被称为莱赛尔纤维，是浆粕直接溶解在nmmo中，并经干喷湿纺得到的再生纤维素纤维。20世纪80年代研究成功，我国俗称“天丝”，由于其优良性能被誉为“21世纪绿色纤维”。奥地利兰精公司是引领者，我国保定、英利、中纺绿纤也掌握了生产诀窍，经过近40年的发展，很多基础专利已经过期，生产技术基本解密，“天丝”必将在我国迎来快速发展。
目前，用nmmo溶解纤维素生产再生纤维素纤维目前已有长足的发展，其中用液膜式刮板换热器蒸发形成胶液的方案普遍被应用，然而通常液膜式刮板换热器的加热介质都采用新鲜蒸汽，加热需控制一定的温度压力，单效蒸发能耗较大，一般气水比为1.1，蒸汽利用率低，能源消耗大，成本较高。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种高效节能纤维素溶液的浓缩方法及浓缩系统，应用mvr系统与新鲜蒸汽加热相结合方案实现纤维素溶液的浓缩，将蒸发浓缩过程中产生的二次蒸汽充分回收再利用，提高蒸汽利用效率，解决行业发展能源制约的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高效节能纤维素溶液的浓缩方法，包括以下步骤：
(1)初步浓缩：待浓缩的纤维素溶液通入初级浓缩液膜式刮板换热器进行初步加热浓缩，产生的蒸汽进入mvr系统，通过mvr系统升压后引入初级浓缩液膜式刮板换热器作为加热热源；
(2)二次浓缩：初步浓缩后的纤维素溶液通入二级浓缩液膜式刮板换热器进行二次加热浓缩，采用新鲜蒸汽作为加热热源。
本发明的有益效果是：使用nmmo溶涨浆粕、使用液膜式刮板换热器(也有称作薄膜蒸发器、薄膜处理机)蒸发浓缩生成粘胶的专利很多，但未见使用mvr系统利用二次汽热能减少新鲜蒸汽消耗的技术方案，采用mvr系统可以节约大量冷量，申请人通过大量的摸索试验证明可行，此技术方案有望解决纤维生产工艺中受蒸汽总量制约溶剂法纤维生产规模的问题。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，待浓缩的纤维素溶液中纤维素的质量分数为6％-8％。
进一步，初步浓缩过程中，待浓缩的纤维素溶液的蒸发量为23％-26％，初步浓缩后的纤维素溶液中纤维素的质量分数为8％-12％。
进一步，二次浓缩后的纤维素溶液中纤维素的质量分数为12％-15％。
进一步，步骤(1)中产生的蒸汽通过防爆装置进入mvr系统。
在上述浓缩方法的基础上，本发明还涉及一种高效节能纤维素溶液的浓缩系统,包括互相连通的初级浓缩液膜式刮板换热器和二级浓缩液膜式刮板换热器，所述初级浓缩液膜式刮板换热器上设有蒸汽出口，所述蒸汽出口连通mvr系统的进口，所述mvr系统的出口连通所述初级浓缩液膜式刮板换热器。
进一步，所述初级浓缩液膜式刮板换热器包括初级物料腔和与初级物料腔接触换热的初级换热腔，所述初级物料腔上设有初级纤维素溶液进口、初级纤维素溶液出口和所述蒸汽出口，所述初级换热腔上设有初级换热介质进口和初级换热介质出口，所述蒸汽出口设置在初级纤维素溶液进口和所述初级纤维素溶液出口之间并连通所述mvr系统的进口，所述mvr系统的出口连通所述初级换热介质进口，所述初级纤维素溶液进口用于通入待浓缩的纤维素溶液，所述初级换热介质出口用于外排冷凝水。
进一步，所述二级浓缩液膜式刮板换热器包括二级物料腔和与二级物料腔接触换热的二级换热腔，所述二级物料腔上设有二级纤维素溶液进口和二级纤维素溶液出口，所述二级换热腔上设有二级换热介质进口和二级换热介质出口，所述初级纤维素溶液出口连通所述二级纤维素溶液进口，所述二级换热介质进口连通配套的新鲜蒸汽系统，所述二级纤维素溶液出口用于排出浓缩后的纤维素溶液，所述二级换热介质出口用于外排冷凝水。
进一步，所述蒸汽出口通过防爆装置连通所述mvr系统的进口。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明涉及一种高效节能纤维素溶液的浓缩方法，包括以下步骤：
(1)初步浓缩：待浓缩的纤维素溶液通入初级浓缩液膜式刮板换热器进行初步加热浓缩，产生的蒸汽进入mvr系统，通过mvr系统升压后引入初级浓缩液膜式刮板换热器作为加热热源；
(2)二次浓缩：初步浓缩后的纤维素溶液通入二级浓缩液膜式刮板换热器进行二次加热浓缩，采用新鲜蒸汽作为加热热源。
具体步骤是：粕按一定的比例投入一定浓度的nmmo溶液，溶胀并通过机械搅拌形成粥状悬浮液体；悬浮液体通过一定装置以一定速度均匀进入初级浓缩液膜式刮板换热器，进行初步加热浓缩，过程中蒸发出来的二次蒸汽进入mvr系统，通过mvr系统升压后再重新引入初级浓缩液膜式刮板换热器作为加热热源，再利用了纤维素溶液蒸发出来的蒸汽，这样可以仅用较少蒸汽就可维持初级浓缩液膜式刮板换热器对物料的初步浓缩。经过初步浓缩后，纤维素溶液总量大大减少，引入二级浓缩液膜式刮板换热器，进一步增浓，由于物料(纤维素溶液)的温度上升，使用mvr系统不再经济，所以选用采用新鲜蒸汽作为热源，利用配套的蒸汽系统即可实现。
其中待浓缩的纤维素溶液中纤维素的质量分数为6％-8％。初步浓缩过程中，待浓缩的纤维素溶液的蒸发量为23％-26％，初步浓缩后的纤维素溶液中纤维素的质量分数为8％-12％。二次浓缩后的纤维素溶液中纤维素的质量分数为12％-15％。
从上述各步骤溶液中的纤维素含量可以看出，经过初步及二次浓缩后，纤维素含量达到12％-15％，在此范围内纤维素与nmmo溶剂混合形成胶液；从蒸发量可以看出，由于混合溶液存在沸点升高的问题，而且随着浓度的升高沸点升值同比例提高且升幅较大。因此初步浓缩过程应用mvr系统需考虑沸点温升的问题，而23％-26％的蒸发量是利用mvr工艺的一个经济运行范围。
此外，步骤(1)中产生的蒸汽通过防爆装置进入mvr系统。
关于防爆装置，其包括防爆片加水淋洗系统，原理为：通过水淋洗降低蒸汽过热温度，确保工艺运行的安全温度；作用是：通过防爆装置使蒸汽中含有的物料分解物运行在一个稳定的、安全的温度范围，降低爆炸的危险因素；如遇特殊爆炸情况，通过防爆片泄出系统压力，保护好设备。
本发明还涉及一种高效节能纤维素溶液的浓缩系统,包括互相连通的初级浓缩液膜式刮板换热器和二级浓缩液膜式刮板换热器，所述初级浓缩液膜式刮板换热器上设有蒸汽出口，所述蒸汽出口连通mvr系统的进口，所述mvr系统的出口连通所述初级浓缩液膜式刮板换热器。
在上述浓缩系统的基础上，还可以进行如下改进：所述初级浓缩液膜式刮板换热器包括初级物料腔和与初级物料腔接触换热的初级换热腔，所述初级物料腔上设有初级纤维素溶液进口、初级纤维素溶液出口和所述蒸汽出口，所述初级换热腔上设有初级换热介质进口和初级换热介质出口，所述蒸汽出口设置在初级纤维素溶液进口和所述初级纤维素溶液出口之间并连通所述mvr系统的进口，所述mvr系统的出口连通所述初级换热介质进口，所述初级纤维素溶液进口用于通入待浓缩的纤维素溶液，所述初级换热介质出口用于外排冷凝水。
在上述浓缩系统的基础上，还可以进行如下改进：所述二级浓缩液膜式刮板换热器包括二级物料腔和与二级物料腔接触换热的二级换热腔，所述二级物料腔上设有二级纤维素溶液进口和二级纤维素溶液出口，所述二级换热腔上设有二级换热介质进口和二级换热介质出口，所述初级纤维素溶液出口连通所述二级纤维素溶液进口，所述二级换热介质进口连通配套的新鲜蒸汽系统，所述二级纤维素溶液出口用于排出浓缩后的纤维素溶液，所述二级换热介质出口用于外排冷凝水。
在上述浓缩系统的基础上，还可以进行如下改进：所述蒸汽出口通过防爆装置连通所述mvr系统的进口。
本发明中，刮板换热器是通过物料腔和换热腔的接触式换热实现纤维素溶液蒸发。而为了适应mvr系统，在初级浓缩液膜式刮板换热器中用于物料流动的初级物料腔上设计一个蒸汽出口，用于排出初级蒸发过程中产生的二次蒸汽，将此蒸汽通过防爆装置导入mvr系统中，通过mvr系统的升压处理后再回用于初级浓缩液膜式刮板换热器中，通过初级换热介质进口通入初级换热腔。在此基础上，还可以增加配套的新鲜蒸汽系统，通过初级换热介质进口向初级换热腔中增添少量的新鲜蒸汽，以维持初级浓缩液膜式刮板换热器对纤维素溶液的蒸发浓缩。
一般来说，初级物料腔上的初级纤维素溶液进口和初级纤维素溶液出口分别在初级浓缩液膜式刮板换热器的两侧，这样的结构，可以将蒸汽出口设置在初级纤维素溶液进口和初级纤维素溶液出口之间，并在上方，蒸发浓缩过程中产生的二次蒸汽向上移动从蒸汽出口排出至mvr系统内，进行回收再利用。
而二级浓缩液膜式刮板换热器也包括二级物料腔和二级换热腔，但是因为考虑到二级浓缩液膜式刮板换热器内的纤维素溶液的温度已经比较高了，再用mvr系统反而不划算，所以二级换热腔的热源全部是新鲜蒸汽，利用配套的新鲜蒸汽系统即可。
以下例举本发明浓缩方法及浓缩系统的具体实施例来说明效果:
将100千克含水量50％的压榨浆粕,在预混合器内与537千克循环浓缩的质量分数为60％的nmmo溶液混合搅拌,添加抗氧化剂,得到纤维素含量为7.8％的浆粥,在混合器中储存30-50分钟。
将该浆粥(78℃)以637千克/小时的速度喂入初级浓缩液膜式刮板换热器进行蒸发浓缩，在该步骤中，纤维素浓度被浓缩至含量为10.4％，每小时生产量为480.77千克。
再将该浆粥以每小时480.77千克的速度喂入二级浓缩液膜式刮板换热器，采用新鲜蒸汽加热，最终浓缩为416.7千克、纤维素含量12％的粘胶。
采取传统减压蒸发工艺，单效蒸发设备每蒸发1吨水需消耗蒸汽1.1吨，蒸发绝压控制在40-80mbar之间，每蒸发1吨水需冷量734kw。因此单效减压蒸发工艺运行费用为：蒸汽费用1.1×110＝121元，冷水机组耗电量费用734/1500×380×0.47＝87.39元，合计传统工艺每蒸发1吨水费用为121+87.39＝208.39元。采用本发明的新工艺，整个过程分为两段，总蒸发量637-416.7＝220.3千克/小时；第一阶段蒸发比率：(637-480.77)/220.3×100％＝70.9％，第二阶段蒸水占29.1％。二次蒸汽用mvr系统循环利用，mvr系统每蒸发1吨蒸水耗电量为35kw，整个过程mvr系统电耗：709/1000×35×0.47＝11.66元，蒸汽消耗0.291×1.2×110＝38.41元，冷水机组电耗：233/1500×380×0.47＝27.74元。合计新工艺每蒸发1吨水费用为11.66+38.412+27.74＝77.81元。新工艺初级浓缩及二级浓缩之间需新增物料输送泵，其存在一定的运行费用。但新工艺较传统工艺冷量消耗量大幅降低，因此与冷水机组运行相配套的冷却水系统运行费用也相应下降，在以上计算中未加考虑，因此可与新增输送泵运行费用相抵消。通过以上计算数据可以看出新工艺与传统工艺相比，每蒸发1吨水新工艺较传统工艺运行费用减少208.39-77.81＝130.58元。
按年产7500吨丝生产线，成品含水量9％计算，需蒸发总水量为(7500×1000/54.5)×220.3/1000＝30316.5吨水/年，新工艺较传统工艺每年节约费用为30316.5×130.58/10000＝395.87万元，其远大于mvr系统的设备投资。由此可见，采用本发明的新工艺，可以大幅降低成本，解决纤维生产工艺中受蒸汽总量制约溶剂法纤维生产规模的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。