NMMO水溶液蒸发浓缩装置及工艺的制作方法

本发明涉及溶剂法生产纤维素，特别涉及一种nmmo水溶液蒸发浓缩装置及工艺。

背景技术：

1、n-甲基吗啉-n-氧化物(nmmo)是一种属于脂肪族环状叔胺基氧化物的特殊溶剂，因具有的强极性使得其对纤维素有着极强溶解性能，采用该溶剂溶解纤维素后，可得到成纤成膜性能良好的纤维素溶液。用该溶液来纺丝得到的lyocell纤维由于其优异的性能获得了很大的成功。nmmo溶剂也以其绿色、无污染、可回收的特性成为了新一代纤维素溶剂。采用nmmo溶解法制取的纤维身兼合成纤维与天然纤维的优点，既有合成纤维高强度的优点，又具天然纤维优良舒适的服务性能。

2、nmmo溶剂价格昂贵，在lyocell纤维生产过程中溶剂nmmo需要回收并循环利用，利用率高达99％以上。在nmmo循环利用过程中，存在着一个nmmo质量分数由85左右％稀释至5％～20％，然后又浓缩至85％的过程。这一循环过程，需消耗巨大的能量，因此寻求一种低能耗浓缩nmmo溶液的工艺及其装置就成为一项兼具环境效益、经济效益和社会效益的工作。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有技术中存在能耗高、运行成本高、环境不友好等技术问题。为此，本发明提出一种nmmo水溶液蒸发浓缩装置及工艺，解决了现有技术中汽水消耗比高、蒸发损失较大等系列问题。

2、根据本发明第一方面实施例的nmmo水溶液蒸发浓缩装置及工艺，包括：

3、蒸发系统，包括多个蒸发器和与多个循环泵，多个所述蒸发器与多个所述循环泵一一对应，多个所述循环泵用于实现多个所述蒸发器依次连接；

4、预热系统，连接所述蒸发系统，用于预热nmmo水溶液后输送至所述蒸发系统，所述预热系统包括依次连接的多个预热器；

5、闪蒸系统，连接所述蒸发系统和所述预热系统，用于将所述蒸发系统、所述预热系统和所述闪蒸系统产生的冷凝水闪蒸出的二次蒸汽输送到所述蒸发系统，所述闪蒸系统包括依次连接的多个闪蒸器；

6、其中，位于工作最前端的所述蒸发器的热源来自外界生蒸汽，位于工作后端的所述蒸发器的热源来自位于工作前端所述蒸发器产生的二次蒸汽和所述闪蒸器产生的二次蒸汽，所述预热器的热源来自所述蒸发器产生的二次蒸汽、位于工作最后端的所述蒸发器的蒸发完成液、位于工作最前端的所述蒸发器产生的冷凝水和位于工作最后端的所述闪蒸器产生的冷凝水中的一个。

7、根据本发明实施例的nmmo水溶液蒸发浓缩装置，至少具有如下有益效果：

8、预热系统的热源来自蒸发器产生的二次蒸汽、位于工作最后端的蒸发器的蒸发完成液、位于工作最前端的蒸发器产生的冷凝水和位于工作最后端的闪蒸器产生的冷凝水，经由有效热耦合技术，可最大化的回收利用装置内产生的热量。

9、采用自蒸发系统引出一部分二次蒸汽用于预热原料至接近饱和温度的进料方式，可有效提高工作最前端的蒸发器的蒸发效率从而提高工作最前端的蒸发器的二次蒸汽蒸发量，可以产生更高能效。

10、位于工作最前端的所述蒸发器的热源来自外界生蒸汽，位于工作后端的所述蒸发器的热源来自位于工作前端所述蒸发器产生的二次蒸汽，将一个蒸发器蒸发出来的蒸汽引入下一蒸发器，利用前一蒸发器内蒸发时所产生的二次蒸汽用作后一蒸发器的加热蒸汽，以提高蒸汽的利用率，达到节能目的。

11、从工作前端的蒸发器到工作后端的蒸发器中，溶液的浓度越来越高，沸点温升越来越大，真空度也越来越高，溶液的温度相对的也是逐渐下降，这减少了nmmo溶液的分解，保持了物料品质的稳定。

12、闪蒸系统将所述蒸发系统、预热系统和闪蒸系统产生的冷凝水闪蒸后得到的二次蒸汽输送到蒸发系统，给蒸发系统作为补充热源，充分利用冷凝水的热能。

13、由本装置对nmmo稀溶液进行蒸发浓缩至85％的浓度时，汽水消耗比为0.215，显著降低了能耗，具有良好的经济效益和社会效益。

14、根据本发明的一些实施例，所述蒸发器设置有七个，分别为一效蒸发器、二效蒸发器、三效蒸发器、四效蒸发器、五效蒸发器、六效蒸发器和七效蒸发器，所述一效蒸发器的热媒介入口外接生蒸汽，所述一效蒸发器的二次蒸汽出口与所述二效蒸发器相连，所述二效蒸发器的二次蒸汽出口与所述三效蒸发器的热媒介入口相连，所述三效蒸发器的二次蒸汽出口与所述四效蒸发器的热媒介入口相连，所述四效蒸发器的二次蒸汽出口与所述五效蒸发器的热媒介入口相连，所述五效蒸发器的二次蒸汽出口与所述六效蒸发器的热媒介入口相连，所述七效蒸发器的热媒介入口与所述二效蒸发器、所述三效蒸发器、所述四效蒸发器、所述五效蒸发器的二次蒸汽出口的一个支路相连，所述六效蒸发器和所述七效蒸发器的二次蒸汽出口与所述预热系统相连。

15、根据本发明的一些实施例，所述闪蒸器设置有五个，分别为一级闪蒸器、二级闪蒸器、三级闪蒸器、四级闪蒸器和五级闪蒸器，所述一级闪蒸器的凝液入口与所述二效蒸发器的蒸汽冷凝水出口和所述预热系统相连，所述一级闪蒸器的蒸汽口与所述三效蒸发器的热媒介入口相连，所述二级闪蒸器的凝液入口与所述三效蒸发器的蒸汽冷凝水出口、所述一级闪蒸器的凝液出口和所述预热系统相连，所述二级闪蒸器的蒸汽口与所述四效蒸发器的热媒介入口相连，所述三级闪蒸器的凝液入口与所述四效蒸发器的蒸汽冷凝水出口、所述二级闪蒸器的凝液出口和所述预热系统相连，所述三级闪蒸器的蒸汽口与所述五效蒸发器的热媒介入口相连，所述四级闪蒸器的凝液入口与所述五效蒸发器的蒸汽冷凝水出口、所述三级闪蒸器的凝液出口和所述预热系统相连，所述四级闪蒸器的蒸汽口与所述六效蒸发器的热媒介入口相连，所述五级闪蒸器的凝液入口与所述六效蒸发器的蒸汽冷凝水出口、所述七效蒸发器的蒸汽冷凝水出口、所述四级闪蒸器的凝液出口和所述预热系统相连，所述五级闪蒸器的蒸汽口与所述六效蒸发器的热媒介入口相连。

16、根据本发明的一些实施例，所述预热器设置有九个，分别为一级预热器、二级预热器、三级预热器、四级预热器、五级预热器、六级预热器、七级预热器、八级预热器和九级预热器，所述一级预热器的热源入口与所述六效蒸发器和所述七效蒸发器的二次蒸汽出口相连，所述二级预热器的热源入口与所述五级闪蒸器的凝液出口相连，所述三级预热器的热源入口与所述七效蒸发器的料液出口相连，所述四级预热器的热源入口与所述一效蒸发器的蒸汽冷凝水出口相连，所述五级预热器的热源入口与所述五效蒸发器的二次蒸汽出口相连，所述六级预热器的热源入口与所述四效蒸发器的二次蒸汽出口相连，所述七级预热器的热源入口与所述三效蒸发器的二次蒸汽出口相连，所述八级预热器的热源入口与所述二效蒸发器的二次蒸汽出口相连，所述九级预热器的热源入口与所述一效蒸发器的二次蒸汽出口相连。

17、根据本发明的一些实施例，所述循环泵设置有七个，分别为一效循环泵、二效循环泵、三效循环泵、四效循环泵、五效循环泵、六效循环泵和七效循环泵，所述一效循环泵与所述一效蒸发器的料液出口、循环入口和所述二效蒸发器的料液入口相连，所述二效循环泵与所述二效蒸发器的料液出口、循环入口和所述三效蒸发器的料液入口相连，所述三效循环泵与所述三效蒸发器的料液出口、循环入口和所述四效蒸发器的料液入口相连，所述四效循环泵与所述四效蒸发器的料液出口、循环入口和所述五效蒸发器的料液入口相连，所述五效循环泵与五效蒸发器的料液出口、循环入口和所述六效蒸发器的料液入口相连，所述六效循环泵与六效蒸发器的料液出口、循环入口和所述七效蒸发器的料液入口相连，所述七效循环泵与七效蒸发器的料液出口、循环入口和所述预热系统相连。

18、根据本发明的一些实施例，所述一效蒸发器的二次蒸汽出口处连接有第一比例调节阀，所述第一比例调节阀用于调节流向所述预热系统的蒸汽汽量和流向所述二效蒸发器的蒸汽汽量；

19、所述二效蒸发器、所述三效蒸发器、所述四效蒸发器和所述五效蒸发器的二次蒸汽出口处均连接有第二比例调节阀，所述第二比例调节阀用于调节流向所述预热系统的蒸汽汽量、流向工作后端的所述蒸发器的蒸汽汽量和流向所述七效蒸发器的蒸汽汽量。

20、根据本发明的一些实施例，所述蒸发器为并流式降膜板式换热器，所述一级预热器、所述五级预热器、所述六级预热器、所述七级预热器、所述八级预热器和所述九级预热器为管壳式换热器，所述二级预热器、所述三级预热器和所述四级预热器为板式换热器。

21、一种nmmo水溶液蒸发浓缩工艺，包括：

22、多级原料预热：nmmo原料稀溶液沿所述一级预热器进入所述预热系统预热，所述预热器的热源来自所述蒸发器产生的二次蒸汽、所述七效蒸发器的蒸发完成液、所述一效蒸发器产生的冷凝水和所述五级闪蒸器产生的冷凝水中的一个；

23、多效蒸发：nmmo原料稀溶液预热后从所述九级预热器进入所述一效蒸发器，经所述蒸发系统蒸发浓缩，所述七效蒸发器排出蒸发完成液，所述一效蒸发器的热源来自外界生蒸汽，位于工作后端的所述蒸发器的热源来自位于工作前端所述蒸发器产生的二次蒸汽和所述闪蒸器产生的二次蒸汽；

24、凝液多级闪蒸：将所述蒸发系统、所述预热系统和所述闪蒸系统产生的冷凝水闪蒸后输送到所述蒸发系统。

25、根据本发明实施例的一种nmmo水溶液蒸发浓缩工艺，至少具有如下有益效果：

26、预热系统的热源来自蒸发器产生的二次蒸汽、七效蒸发器的蒸发完成液、一效蒸发器产生的冷凝水和五级闪蒸器产生的冷凝水，经由有效热耦合技术，可最大化的回收利用装置内产生的热量。

27、采用自蒸发系统引出一部分二次蒸汽用于预热原料至接近饱和温度的进料方式，可有效提高工作最前端的蒸发器的蒸发效率从而提高工作最前端的蒸发器的二次蒸汽蒸发量，可以产生更高能效。

28、位于工作最前端的所述蒸发器的热源来自外界生蒸汽，位于工作后端的所述蒸发器的热源来自位于工作前端所述蒸发器产生的二次蒸汽，将一个蒸发器蒸发出来的蒸汽引入下一蒸发器，利用前一蒸发器内蒸发时所产生的二次蒸汽用作后一蒸发器的加热蒸汽，以提高蒸汽的利用率，达到节能目的。

29、从工作前端的蒸发器到工作后端的蒸发器中，溶液的浓度越来越高，沸点温升越来越大，真空度也越来越高，溶液的温度相对的也是逐渐下降，这减少了nmmo溶液的分解，保持了物料品质的稳定。

30、闪蒸系统将所述蒸发系统、预热系统和闪蒸系统产生的冷凝水闪蒸后得到的二次蒸汽输送到蒸发系统，给蒸发系统作为补充热源，充分利用冷凝水的热能。

31、由本装置对nmmo稀溶液进行蒸发浓缩至85％的浓度时，汽水消耗比为0.215，显著降低了能耗，具有良好的经济效益和社会效益。

32、根据本发明的一些实施例，所述一级闪蒸器压力受所述二效蒸发器的操作压力影响，所述二级闪蒸器的压力受所述三效蒸发器的操作压力影响，所述三级闪蒸器的压力受所述四效蒸发器操作压力影响，所述四级闪蒸器的压力受所述五效蒸发器的操作压力影响，所述五级闪蒸器的压力受所述六效蒸发器的操作压力影响；

33、所述一级闪蒸器中的液相物料经由压差自流入所述二级闪蒸器，所述二级闪蒸器中的液相物料经由压差自流入所述三级闪蒸器，所述三级闪蒸器中的液相物料经由压差自流入所述四级闪蒸器，所述四级闪蒸器中的液相物料经由压差自流入所述五级闪蒸器。

34、根据本发明的一些实施例，所述预热系统预热后的nmmo溶液原料最终温度为100～110℃；

35、所述一效蒸发器的操作温度不高于118℃，所述一效蒸发器的操作压力不高于0.2mpa；

36、所述二效蒸发器的操作温度为110～115℃，所述二效蒸发器的操作压力0.14～0.17mpa；

37、所述三效蒸发器的操作温度为100～105℃，所述三效蒸发器的操作压力0.10～0.12mpa；

38、所述四效蒸发器的操作温度为90～95℃，所述四效蒸发器的操作压力0.07～0.09mpa；

39、所述五效蒸发器的操作温度为60～80℃，所述五效蒸发器的操作压力0.02～0.05mpa；

40、所述六效蒸发器的操作温度为40～50℃，所述六效蒸发器的操作压力0.007～0.012mpa；

41、所述七效蒸发器的操作温度为40～50℃，所述七效蒸发器的操作压力0.007～0.012mpa。

42、根据本发明的一些实施例，经过所述蒸发系统蒸发后的nmmo稀溶液浓缩至85％的浓度，汽水消耗比为0.215。

43、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。