本發(fā)明涉及工業(yè)蒸發(fā)領(lǐng)域中的一種高效節(jié)能工藝系統(tǒng)，特別涉及一種中和法生產(chǎn)冷卻結(jié)晶型產(chǎn)品的工藝系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前我國能源的消耗主要集中在工業(yè)蒸發(fā)操作單元上，在醫(yī)藥、化工、食品、環(huán)保等領(lǐng)域的能源消耗非常大；傳統(tǒng)的蒸發(fā)工藝多采用多效蒸發(fā)技術(shù)，其占地面積大、能耗高，并采用水蒸汽加熱，主要為煤鍋爐燃燒制得水蒸氣，其燃燒效率低、硫化物或氮化物排放量高、二氧化碳排放量大、污染嚴(yán)重。

CN94111803.7和CN200810122701.7分別公開了采用水蒸汽加熱蒸發(fā)濃縮，進(jìn)而冷卻結(jié)晶得到磷酸銨、氯化銨；CN201110029274.X公開了一種低溫多效蒸發(fā)結(jié)晶過濾工藝方法，采用四效蒸發(fā)器裝置進(jìn)行蒸發(fā)、濃縮、冷卻結(jié)晶的方法；CN201210329385.7公開了一種用濕法磷酸生產(chǎn)磷酸一銨聯(lián)產(chǎn)N-P二元復(fù)合肥的方法，采用兩效蒸發(fā)器裝置進(jìn)行蒸發(fā)、濃縮、冷卻結(jié)晶；CN201320214944.X和CN201310103497.5公開了一種容積式壓縮機(jī)MVR熱泵蒸發(fā)系統(tǒng)。

當(dāng)前現(xiàn)有的蒸發(fā)、濃縮、冷卻結(jié)晶系統(tǒng)存在效率低下、能耗高、系統(tǒng)復(fù)雜、不科學(xué)、仍然對蒸汽有一定的依賴等諸多缺點(diǎn)，未能很好地考慮系統(tǒng)的余熱梯級利用，造成系統(tǒng)綜合熱利用效率不高，容積式壓縮機(jī)效率不高等諸多問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種更加高效節(jié)能的中和法生產(chǎn)冷卻結(jié)晶型產(chǎn)品的工藝系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過預(yù)熱后降溫噴水來調(diào)控容積式壓縮機(jī)的噴水量及噴水溫度，提高了容積式壓縮機(jī)的絕熱效率和容積效率，降低了系統(tǒng)單位耗能，因而減少了水蒸氣的消耗和余熱浪費(fèi)而進(jìn)行節(jié)能。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種中和法生產(chǎn)冷卻結(jié)晶型產(chǎn)品的工藝系統(tǒng)，所述工藝系統(tǒng)包括中和合成單元、蒸發(fā)濃縮單元、結(jié)晶單元和干燥單元，所述中和合成單元與蒸發(fā)濃縮單元相連接，蒸發(fā)濃縮單元與結(jié)晶單元相連接，結(jié)晶單元與干燥單元相連接；

所述中和合成單元用于原料的投放、反應(yīng)及沉淀；

所述蒸發(fā)濃縮單元包括分離部分、壓縮冷凝循環(huán)部分和噴水循環(huán)部分，所述分離部分用于將水蒸氣從原料液中分離出來，所述壓縮冷凝部分用于將分離部分產(chǎn)生的水蒸氣壓縮為高溫高壓的飽和蒸汽，同時產(chǎn)生的冷凝水通過噴水循環(huán)部分完成對原料液的預(yù)熱后，冷凝水進(jìn)行降溫噴水；

所述結(jié)晶單元用于將從蒸發(fā)濃縮單元出來的原料液冷卻結(jié)晶；

所述干燥單元用于將結(jié)晶出的半成品干燥成為合格產(chǎn)品。

進(jìn)一步，所述中和合成單元包括依次連接的原料投放部分、中和反應(yīng)部分、沉淀部分，其中原料投放部分為液體酸或堿儲罐，中和反應(yīng)部分為中和攪拌反應(yīng)罐(NT01)，沉淀部分為沉淀池(ST01)。

進(jìn)一步，所述蒸發(fā)濃縮單元包括：

預(yù)熱部分，包括依次連接的進(jìn)料泵(P01)、一級預(yù)熱器(E01)、二級預(yù)熱器(E02)、三級預(yù)熱器(E03)構(gòu)成的通路；

濃縮循環(huán)部分，包括加熱器(E04)、氣液分離器(F01)、循環(huán)泵(P02)依次相連構(gòu)成的循環(huán)通路，其中氣液分離器(F01)構(gòu)成了分離部分，預(yù)熱部分的三級預(yù)熱器(E03)的液體出口與濃縮循環(huán)部分的加熱器(E04)底部的液體進(jìn)口連接；

壓縮冷凝循環(huán)部分，包括容積式壓縮機(jī)(C01)、二次分離器(F02)、加熱器(E04)、冷凝水罐(V01)依次相連構(gòu)成的循環(huán)通路，其中氣液分離器(F01)的氣體出口與容積式壓縮機(jī)(C01)的氣體進(jìn)口連接，經(jīng)容積式壓縮機(jī)(C01)壓縮后形成高溫高壓的蒸汽，經(jīng)加熱器(E04)對循環(huán)料液進(jìn)行加熱，產(chǎn)生的冷凝水進(jìn)入冷凝水罐(V01)，加熱器(E04)構(gòu)成了水蒸氣加熱部分；

噴水循環(huán)部分，包括冷凝水罐(V01)、噴水泵(P05)、二級預(yù)熱器(E02)、容積式壓縮機(jī)(C01)、二次分離器(F02)依次相連構(gòu)成的循環(huán)通路，通過調(diào)節(jié)噴水量和噴水溫度提高容積式壓縮機(jī)(C01)的絕熱效率和容積效率，二次分離器(F02)和冷凝水罐(V01)通過液封裝置相連接，多余噴水回流至冷凝水罐(V01)。

進(jìn)一步，所述蒸發(fā)濃縮單元還包括：

濃縮液排出部分，包括依次連接的循環(huán)管道和出料泵(P03)，出料泵(P03)與濃縮循環(huán)部分的循環(huán)泵(P02)的出口連接；

冷凝水余熱利用部分，包括依次連接的冷凝水泵(P04)、三級預(yù)熱器(E03)、中和反應(yīng)部分(NT01)構(gòu)成的通路，冷凝水泵(P04)與冷凝水罐(V01)的出口連接，利用冷凝水余熱加熱三級進(jìn)料，并將冷凝水最終排入中和反應(yīng)部分(NT01)；

循環(huán)水余熱循環(huán)利用部分，包括循環(huán)水罐(V02)、循環(huán)水泵(P06)、容積式壓縮機(jī)(C01)、一級預(yù)熱器(E01)依次相連構(gòu)成的循環(huán)通路。

進(jìn)一步，所述結(jié)晶單元包括結(jié)晶池(CP01)，結(jié)晶池(CP01)上設(shè)有用于將部分母液回流至系統(tǒng)內(nèi)的出口，該出口與進(jìn)料泵(P01)連接。

進(jìn)一步，所述干燥單元包括離心機(jī)(CE01)和/或干燥器(D01)，所述離心機(jī)(CE01)的進(jìn)口與結(jié)晶池(CP01)的出口連接。

采用了上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下有益效果：

1)本發(fā)明在蒸發(fā)濃縮單元中增設(shè)了分離部分、壓縮冷凝循環(huán)部分和噴水循環(huán)部分，通過可調(diào)控噴水，有效地調(diào)節(jié)噴水量及噴水溫度，從而提高了容積式壓縮機(jī)的絕熱效率和容積效率，降低了系統(tǒng)單位耗能，因而減少了水蒸氣的消耗和余熱浪費(fèi)，進(jìn)而更加節(jié)能；

2)本發(fā)明將從氣液分離器出來原本需要用冷卻水冷凝的稀薄二次蒸汽經(jīng)體積壓縮后使其溫度隨之升高，從而實(shí)現(xiàn)將低溫、低壓的飽和蒸汽變成高溫高壓的飽和蒸汽，進(jìn)而可以作為熱源再次加熱需要被蒸發(fā)的原料液，進(jìn)一步達(dá)到循環(huán)回收利用蒸汽的目的；

3)本發(fā)明能夠完全循環(huán)回收利用冷凝水及循環(huán)水的余熱，顯著提高了系統(tǒng)的綜合熱利用效率；

4)相對傳統(tǒng)多效蒸發(fā)及現(xiàn)有的MVR熱泵蒸發(fā)系統(tǒng)而言，采用本發(fā)明的系統(tǒng)更加經(jīng)濟(jì)、節(jié)能，投資費(fèi)用適中，且完全不需要任何形式的補(bǔ)熱，只需要電即可完全正常運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，比其他系統(tǒng)更為科學(xué)，更加高效節(jié)能，具有運(yùn)行成本低、工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的一種中和法生產(chǎn)冷卻結(jié)晶型產(chǎn)品的工藝系統(tǒng)；

圖中代號分別表示如下：

中和反應(yīng)部分(NT01)、沉淀部分(ST01)、進(jìn)料泵(P01)、一級預(yù)熱器(E01)、二級預(yù)熱器(E02)、三級預(yù)熱器(E03)、加熱器(E04)、氣液分離器(F01)、強(qiáng)制循環(huán)泵(P02)、容積式壓縮機(jī)(C01)、二次分離器(F02)、蒸汽源或蒸汽發(fā)生器(SG01)、冷凝水罐(V01)、噴水泵(P05)、出料泵(P03)、冷凝水泵(P04)、循環(huán)水罐(V02)、循環(huán)水泵(P06)、結(jié)晶池(CP01)、離心機(jī)(CE01)、干燥器(D01)。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1所示，一種中和法生產(chǎn)冷卻結(jié)晶型產(chǎn)品的工藝系統(tǒng)，所述工藝系統(tǒng)包括中和合成單元、蒸發(fā)濃縮單元、結(jié)晶單元和干燥單元，所述中和合成單元與蒸發(fā)濃縮單元相連接，蒸發(fā)濃縮單元與結(jié)晶單元相連接，結(jié)晶單元與干燥單元相連接；

所述中和合成單元用于原料的投放、反應(yīng)及沉淀；

所述蒸發(fā)濃縮單元包括分離部分、壓縮冷凝循環(huán)部分和噴水循環(huán)部分，所述分離部分用于將水蒸氣從原料液中分離出來，所述壓縮冷凝部分用于將分離部分產(chǎn)生的水蒸氣壓縮為高溫高壓的飽和蒸汽，同時產(chǎn)生的冷凝水通過噴水循環(huán)部分完成對原料液的預(yù)熱后，冷凝水進(jìn)行降溫噴水；

所述結(jié)晶單元用于將從蒸發(fā)濃縮單元出來的原料液冷卻結(jié)晶；

所述干燥單元用于將結(jié)晶出的半成品干燥成為合格產(chǎn)品。

如圖1所示，所述中和合成單元包括依次連接的原料投放部分、中和反應(yīng)部分、沉淀部分，其中原料投放部分為液體酸或堿儲罐，中和反應(yīng)部分為中和攪拌反應(yīng)罐NT01，沉淀部分為沉淀池ST01。

優(yōu)選地，如圖1所示，所述蒸發(fā)濃縮單元包括：

預(yù)熱部分，包括依次連接的進(jìn)料泵P01、一級預(yù)熱器E01、二級預(yù)熱器E02、三級預(yù)熱器E03構(gòu)成的通路；

濃縮循環(huán)部分，包括加熱器E04、氣液分離器F01、循環(huán)泵P02依次相連構(gòu)成的循環(huán)通路，其中氣液分離器F01構(gòu)成了分離部分，其內(nèi)部帶有自旋流分離和絲網(wǎng)填料分離，預(yù)熱部分的三級預(yù)熱器E03的液體出口與濃縮循環(huán)部分的加熱器E04底部的液體進(jìn)口連接；

壓縮冷凝循環(huán)部分，包括容積式壓縮機(jī)C01、二次分離器F02、加熱器E04、冷凝水罐V01依次相連構(gòu)成的循環(huán)通路，二次分離器F02內(nèi)部帶有絲網(wǎng)填料分離，其中氣液分離器F01的氣體出口與容積式壓縮機(jī)C01的氣體進(jìn)口連接，經(jīng)容積式壓縮機(jī)C01壓縮后形成高溫高壓的蒸汽，經(jīng)加熱器E04對循環(huán)料液進(jìn)行加熱，產(chǎn)生的冷凝水進(jìn)入冷凝水罐V01，加熱器E04構(gòu)成了水蒸氣加熱部分，蒸汽源或蒸汽發(fā)生器SG01在二次分離器F02之后，加熱器E04之前對工藝系統(tǒng)進(jìn)行啟動預(yù)熱；

噴水循環(huán)部分，包括冷凝水罐V01、噴水泵P05、二級預(yù)熱器E02、容積式壓縮機(jī)C01、二次分離器F02依次相連構(gòu)成的循環(huán)通路，通過調(diào)節(jié)噴水量和噴水溫度提高容積式壓縮機(jī)C01的絕熱效率和容積效率，二次分離器F02和冷凝水罐V01通過液封裝置相連接，多余噴水回流至冷凝水罐V01。

優(yōu)選地，如圖1所示，所述蒸發(fā)濃縮單元還包括：

濃縮液排出部分，包括依次連接的循環(huán)管道和出料泵P03，出料泵P03與濃縮循環(huán)部分的循環(huán)泵P02的出口連接；

冷凝水余熱利用部分，包括依次連接的冷凝水泵P04、三級預(yù)熱器E03、中和反應(yīng)部分NT01構(gòu)成的通路，冷凝水泵P04與冷凝水罐V01的出口連接，利用冷凝水余熱加熱三級進(jìn)料，并將冷凝水最終排入中和反應(yīng)部分NT01；

循環(huán)水余熱循環(huán)利用部分，包括循環(huán)水罐V02、循環(huán)水泵P06、容積式壓縮機(jī)C01、一級預(yù)熱器E01依次相連構(gòu)成的循環(huán)通路。

可選地，如圖1所示，所述結(jié)晶單元包括結(jié)晶池CP01，結(jié)晶池CP01上設(shè)有用于將部分母液回流至系統(tǒng)內(nèi)的出口，該出口與進(jìn)料泵P01連接，結(jié)晶池可根據(jù)需要設(shè)置有若干個，本實(shí)施例以一個結(jié)晶池為例，結(jié)晶池可以為自然冷卻結(jié)晶或水冷卻結(jié)晶。

可選地，如圖1所示，所述干燥單元包括依次連接的離心機(jī)CE01和干燥器D01，所述離心機(jī)CE01的進(jìn)口與結(jié)晶池CP01的出口連接；也可根據(jù)需要只選用離心機(jī)CE01進(jìn)行離心干燥，最終得到產(chǎn)品，進(jìn)行包裝。

在本實(shí)施例中，以原料液體硝酸和固體碳酸鈉進(jìn)行進(jìn)一步說明：

以硝酸和碳酸鈉按2:1比例投放至中和攪拌反應(yīng)罐NT01進(jìn)行反應(yīng)，使用煙氣吸收處理反應(yīng)產(chǎn)生的大量熱及霧氣，沉淀部分為沉淀池ST01，由于碳酸鈉內(nèi)含有雜質(zhì)需要進(jìn)行沉淀，將反應(yīng)后的硝酸鈉溶液通入沉淀池，進(jìn)行沉淀，會有一部分碳酸亞鐵沉淀下來，以及部分硝酸鈉晶體。

經(jīng)過沉淀后的硝酸鈉淡綠色母液(上清液)經(jīng)過進(jìn)料泵P01依次通過一級預(yù)熱器E01、二級預(yù)熱器E02、三級預(yù)熱器E03進(jìn)行預(yù)熱后，進(jìn)入強(qiáng)制循環(huán)泵P02進(jìn)口，隨循環(huán)液一起進(jìn)入加熱器E04，進(jìn)行加熱蒸發(fā)，強(qiáng)制循環(huán)泵P02通過變頻調(diào)控循環(huán)量大??；從加熱器E04管程出來的氣液混合物進(jìn)入氣液分離器F01進(jìn)行旋流分離，隨后通過絲網(wǎng)填料分離后的二次蒸汽進(jìn)入容積式壓縮機(jī)C01進(jìn)行壓縮，同時調(diào)控最佳噴水量及噴水溫度進(jìn)行噴水，多余噴水通過二次分離器F02和冷凝水罐V01之間相連接的液封裝置回流至冷凝水罐V01；壓縮后蒸汽通過二次分離器F02內(nèi)部帶有的絲網(wǎng)填料分離進(jìn)入加熱器E04殼程對循環(huán)液進(jìn)行加熱冷凝，冷凝水不斷收集于冷凝水罐V01；大部分冷凝水通過冷凝水泵P04、三級預(yù)熱器E03完成冷凝水余熱利用，進(jìn)入中和反應(yīng)部分NT01重新利用，冷凝水余熱主要用于加熱三級進(jìn)料；少部分冷凝水通過噴水泵P05、二級預(yù)熱器E02對容積式壓縮機(jī)C01進(jìn)行噴水調(diào)控；循環(huán)水主要通過依次連接的循環(huán)水罐V02、循環(huán)水泵P06、容積式壓縮機(jī)C01、一級預(yù)熱器E01完成循環(huán)水余熱利用，循環(huán)水余熱主要用于加熱一級進(jìn)料。

濃縮液不斷循環(huán)蒸發(fā)濃縮，沸點(diǎn)溫升達(dá)到15～18度后，經(jīng)循環(huán)管道、出料泵P03進(jìn)行持續(xù)排料，進(jìn)入結(jié)晶池CP01，此處為自然風(fēng)冷卻結(jié)晶，隨后進(jìn)行離心干燥，最終得到硝酸鈉產(chǎn)品，進(jìn)行包裝，部分硝酸鈉母液回流到系統(tǒng)內(nèi)部重新蒸發(fā)、濃縮。若設(shè)置兩個結(jié)晶池，兩個結(jié)晶池進(jìn)行切換結(jié)晶。

本發(fā)明在蒸發(fā)濃縮單元中增設(shè)了分離部分、壓縮冷凝循環(huán)部分和噴水循環(huán)部分，通過可調(diào)控噴水，有效地調(diào)節(jié)噴水量及噴水溫度，從而提高了容積式壓縮機(jī)C01的絕熱效率和容積效率，降低了系統(tǒng)單位耗能，因而減少了水蒸氣的消耗和余熱浪費(fèi)，進(jìn)而更加節(jié)能。

本發(fā)明將從氣液分離器F01出來原本需要用冷卻水冷凝的稀薄二次蒸汽經(jīng)體積壓縮后使其溫度隨之升高，從而實(shí)現(xiàn)將低溫、低壓的飽和蒸汽變成高溫高壓的飽和蒸汽，進(jìn)而可以作為熱源再次加熱需要被蒸發(fā)的原料液，進(jìn)一步達(dá)到循環(huán)回收利用蒸汽的目的。

本發(fā)明能夠完全循環(huán)回收利用冷凝水及循環(huán)水的余熱，顯著提高了系統(tǒng)的綜合熱利用效率。

相對傳統(tǒng)多效蒸發(fā)及現(xiàn)有的MVR熱泵蒸發(fā)系統(tǒng)而言，采用本發(fā)明的系統(tǒng)更加經(jīng)濟(jì)、節(jié)能，投資費(fèi)用適中，且完全不需要任何形式的補(bǔ)熱，只需要電即可完全正常運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，比其他系統(tǒng)更為科學(xué)，更加高效節(jié)能，具有運(yùn)行成本低、工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明適用于酸堿中和法反應(yīng)生成的鹽類產(chǎn)品，且其屬于冷卻結(jié)晶過程的物料，如硝酸鹽、硫酸鹽、氟硅酸鹽等。本發(fā)明涉及工藝系統(tǒng)及壓縮機(jī)的余熱梯級利用，全部回收了二次蒸汽、冷凝水及循環(huán)水的余熱，顯著提高了系統(tǒng)的綜合熱利用效率，同時通過可調(diào)控噴水，提高了容積式壓縮機(jī)的絕熱效率和容積效率，降低了工藝系統(tǒng)單位耗能。

以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。