一种外循环式高效蒸发方法及系统

技术领域

本发明涉及蒸发器技术领域，尤其涉及一种外循环式高效蒸发方法及系统。

背景技术

现有的蒸发器主要适用于中药、西药、葡萄糖、淀粉糖、口服液、化工、食品、味精、乳品等物料浓缩蒸发，目前常用的主要有单效外循环蒸发器和降膜蒸发器；其中，传统的单效外循环蒸发器在蒸发浓缩过程中，在保证蒸发量和效率的情况下，需要维持蒸发室和加热器内足够高的物料液面高度才可确保蒸发浓缩系统正常工作，由于料液最小循环量很大，加热器换热效率低，料液在加热器和蒸发器内滞留时间比较长，尤其是针对热敏性物料，其色泽达不到要求，甚至还会导致物料变性；而传统的降膜蒸发器中因加热器的列管长度很长，蒸发浓缩过程中易出现成膜不均匀、结垢等问题，导致蒸发效率低，产品质量不可控且对安装厂房的高度要求较高。

因此，现需要一种制造成本低且在保证蒸发量和效率的情况下，使蒸发室和加热器内能够以少量的液面高度即可正常蒸发浓缩工作的蒸发器，以减少物料加热蒸发时间，提高蒸发浓缩效率，保证产品质量。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提供一种外循环式高效蒸发方法，在能够实现少量物料进行循环蒸发浓缩的同时，并使得物料在经加热通道内加热蒸发时的汽液相向流动，可降低加热器内加热通道的长度，且对加热通道内物料流量及成膜均匀性不作特别限制，本发明换热效率高、能耗低，同时解决了现有技术中单效外循环蒸发器和降膜蒸发器存在的相应技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种外循环式高效蒸发方法，其特征在于，物料自加热器的底部引至其顶部，再经各加热通道内流下并同步加热后形成浓缩液，蒸发过程中的汽相物与所述物料逆流接触并经加热器的上部进入蒸发室内进行气液分离，气液分离后的液相物进入加热器的底部与所述浓缩液一起再引至加热器的顶部，如此循环，直至在加热器的底部得到浓缩产品。

作为改进，通过循环泵将加热器底部的物料引至加热器的顶部。

作为改进，维持正常蒸发工作时，所述加热器底部中物料的容积至少保证各加热通道内的汽相物不会沿加热器的底部进入到所述蒸发室内。

作为改进，正常蒸发工作时，所述加热通道内具有汽化空间，该汽化空间与所述蒸发室的汽相物进口连通。

作为改进，所述加热通道的两端部对应与加热器的顶部和底部之间设有布液空间和储液空间，所述布液空间与所述蒸发室的汽相物进口连通，所述储液空间与所述蒸发室的液相物出口连通。

作为改进，引至加热器顶部的物料通过喷淋布液的方式将其均匀分布至各加热通道。

作为改进，所述蒸发室、加热器及相应的循环回路组成单效蒸发浓缩系统。

作为改进，还包括多组单效蒸发浓缩系统串联连接形成的多效蒸发浓缩系统。

本发明的另一目的是针对现有技术的不足之处，提供一种外循环式高效蒸发系统，包括加热器以及蒸发室，所述加热器的上部和下部分别与所述蒸发室连通，其特征在于，所述加热器的内部设有若干加热通道，加热器的底部设有储液空间，所述储液空间内的物料引至加热器的顶部，通过设于加热器顶部的物料分布器经各加热通道内流下同步加热后形成浓缩液进入所述储液空间内，该过程中的汽相物在与所述物料逆流接触并进入蒸发室内进行气液分离，气液分离后的液相物进入所述储液空间内与所述浓缩液一起再引至加热器的顶部，如此循环，直至在储液空间内得到浓缩产品后排出。

作为改进，所述加热器的上部通过第一循环管路与所述蒸发室的汽相物进口连通，其下部通过第二循环管路与所述蒸发室的液相物出口连通，所述加热器的底部和顶部之间通过外循环组件相连通，所述外循环组件包括两端分别连通所述加热器的顶部和底部的外循环管路以及设于该外循环管路上的循环泵。

作为改进，所述储液空间内的物料容积至少能封堵住所述第二循环管路。

作为改进，正常蒸发浓缩工作时，所述加热通道内具有汽化空间，该汽化空间位于加热器底部中物料的上方，并与蒸发室的汽相物进口相通。

作为改进，所述加热通道的上部设有用于通入物料的进料口，所述进料口与所述加热器的顶部之间设有布液空间，该布液空间通过所述第一循环管路与所述蒸发室相连通。

作为改进，所述物料分布器为喷淋布液方式，其设于所述布液空间内，并与所述外循环管路相连通。

作为改进，所述加热器的结构为列管式加热器，所述加热通道为加热器内设置的若干根竖直排列的换热管束。

作为改进，所述蒸发室、加热器及相应的循环管路组成单效蒸发浓缩系统。

作为改进，还包括串联连接的多效蒸发浓缩系统，将上效蒸发浓缩系统中蒸发室顶部的二次蒸汽通过蒸汽管路引入至下一效蒸发浓缩系统的加热器中蒸汽入口作为加热热源，冷凝液经加热器的冷凝液出口进入分离器中收集。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明通过在加热器的顶部和底部分别设置布液空间和储液空间，并分别与蒸发室上下循环相连通设置，使得物料经各加热通道内加热蒸发过程中的汽相物在相应的加热通道内自下而上与物料逆流接触，使得汽液相向流动，该结构的设计在能够实现少量物料进行循环蒸发浓缩的同时，最大程度上使各加热通道内具有尽可能大的汽化空间，提高加热蒸发效率，较现有的蒸发器可大大降低加热器内加热通道的长度，且对加热通道内物料流量及成膜均匀性不作特别限制；

（2）本发明通过在加热器的外部设置连通其顶部和底部的外循环组件将加热器底部的物料循环提升并分布至各加热通道内加热蒸发，由于加热通道的总截面积远大于外循环管路的截面积，使得各加热通道内具有较大的汽化空间，相较于现有技术中同等面积的加热通道，本发明换热效率高，蒸发浓缩时间大幅缩短；同时，在保证加热器蒸发量和效率的情况下，使加热器和蒸发室内可以保持少量的物料液面高度即可正常蒸发浓缩工作；

（3）本发明通过在加热器的顶部设有与蒸发室的汽相物进口连通的布液空间，并在该布液空间内设有物料分布器，使得从加热器的储液空间引至加热器顶部的物料能够均匀的分布至各加热通道的进料口，确保各加热通道内换热效率的一致性，提高加热器整体的蒸发效果；

综上所述，本发明尤其适用于热敏性物料的蒸发浓缩，具有加热器的换热效率高、物料滞留时间短、产品品质可控、降低能耗等优点。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为本发明双效蒸发浓缩系统结构示意图；

图3为本发明三效蒸发浓缩系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、 “右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“ 顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、 “第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种外循环式高效蒸发方法，将物料自加热器1的底部引至其顶部，再经各加热通道11内流下并同步加热后形成浓缩液，蒸发过程中的汽相物与所述物料逆流接触并经加热器1的上部进入蒸发室2内进行气液分离，气液分离后的液相物进入加热器1的底部与所述浓缩液一起再引至加热器1的顶部，如此循环，直至在加热器1的底部得到浓缩产品后排出。

本发明中加热通道11内蒸汽与物料逆流接触相向流动，提高物料与加热通道充分接触保证蒸发效果的同时，使得经加热通道加热后得到的浓缩液直接流至加热器底部的储液空间内，汽相物则进入蒸发室内进行气液分离，此结构设计将加热通道内得到的浓缩液与蒸汽分离开，最大程度上进一步缩短成品出料时间。

本发明通过循环泵42将加热器1底部的物料引至加热器1的顶部，以能够实现将加热器1底部中的物料提升至加热通道11中循环加热蒸发。

维持正常蒸发工作时，所述加热器1底部中物料的容积至少保证各加热通道11内的汽相物不会沿加热器1的底部进入到所述蒸发室2内，以确保加热通道11的蒸汽向上流动经加热器1的上部进入所述蒸发室2内进行气液分离。

需要说明的是，正常蒸发浓缩工作时，所述加热通道11内具有汽化空间110，该汽化空间110位于加热器1底部中物料的上方，并与蒸发室2的汽相物进口21相通，结合物料沿加热通道11的内壁向下流动，本发明无需特别控制喷淋布液的流量，可降低加热器内换热管束的长度，相较于现有技术中同等面积的加热通道，换热效率高，大大提高物料蒸发浓缩效率。

具体地，由于加热通道的总截面积远大于外循环管路的截面积，且本发明中的加热器底部的物料最小循环量比较少，使得各加热通道内具有较大的汽化空间，即使喷淋量比较大，对汽化空间产生的变化也较小，也不会影响加热器的换热效率。

本发明通过将加热器1底部的物料提升引至其顶部并分布至各加热器1内部的加热通道11内进行加热蒸发，并且加热通道11内的蒸汽与物料相向流动，物料经加热蒸发后的浓缩液直接进入加热器的底部，蒸汽自下而上经加热器的上部进入蒸发室2内，这样能够实现正常加热蒸发时物料最小循环量很少，从而物料滞留时间短，尤其是针对热敏性物料其色泽品质可控，同时，最大程度上使各加热通道内具有尽可能大的汽化空间，提高加热蒸发效率，以减少能耗，实现物料的快速蒸发浓缩。

所述加热通道11的两端部对应与加热器1的顶部和底部之间设有布液空间200和储液空间100，所述布液空间200与所述蒸发室2的汽相物进口21连通，所述储液空间100与所述蒸发室2的液相物出口22连通。

本实施例中，引至加热器1顶部的物料通过喷淋布液的方式将其均匀分布至各加热通道11的进料口112，使得加热通道11内的蒸汽可沿其内部向上与物料相向流动。

本实施例中，所述蒸发室2、加热器1及相应的循环回路组成单效蒸发浓缩系统；多组单效蒸发浓缩系统串联连接形成多效蒸发浓缩系统，多效蒸发浓缩系统中，加热器1优选为蒸汽加热器，通过将上单效蒸发浓缩系统中蒸发室2顶部的二次蒸汽引入至下单效蒸发浓缩系统的加热器1中作为加热热源。

实施例二

如图1-3所示，与实施例一的不同在于，本实施例还提供一种外循环式高效蒸发系统，包括加热器1以及蒸发室2，所述加热器1的上部通过第一循环管路3与所述蒸发室2的汽相物进口21连通，其下部通过第二循环管路8与所述蒸发室2的液相物出口22连通，所述加热器1的底部和顶部之间通过外循环组件4相连通；所述加热器1的内部设有若干加热通道11，加热通道11的下部111与加热器1的底部之间设有储液空间100，储液空间100通过所述第二循环管路8与所述蒸发室2的液相物出口22连通，所述储液空间100内的物料通过外循环组件4引至加热器1的顶部，通过设于加热器1顶部的物料分布器5经各加热通道11内流下同步加热后形成浓缩液进入所述储液空间100内，该过程中的汽相物在加热通道11内自下而上与所述物料逆流接触并经第一循环管路3进入蒸发室2内进行气液分离，气液分离后的液相物通过第二循环管路8进入所述储液空间100内与所述浓缩液一起再引至加热器1的顶部，如此循环，直至在储液空间100内得到浓缩产品后排出。

根据工况要求，在所述储液空间100内得到成品产物可由加热器1的底部排出，也可设置出料管路6进行排出，所述出料管路6可选择设置与所述储液空间100或第二循环管路8相连通，便于快速排料，出料管路6上还设有出料泵图中未画出。

此外，本发明还可在第二循环管路8上连通设置的进料管路9，该进料管路不限于设置在第二循环管路8上，也可以设置在蒸发室2的侧壁上。

所述外循环组件4包括两端分别连通所述加热器1的顶部和底部的外循环管路41以及设于该外循环管路41上的循环泵42，以实现加热器1底部中物料的循环，能够实现少量物料进行循环蒸发浓缩。

需要说明的是，正常蒸发工作时，所述储液空间100内的物料容积至少能封堵住所述第二循环管路8，以避免加热通道11内的蒸汽经第二循环管路8进入所述蒸发室2内，无法实现气液分离。

正常蒸发浓缩工作时，所述加热通道11内具有汽化空间110，该汽化空间110位于加热器底部中物料的上方，并与蒸发室2的汽相物进口相通。

本实施例中，所述加热通道11的上部设有用于通入物料的进料口112，所述进料口112与所述加热器1的顶部之间设有布液空间200，该布液空间200通过所述第一循环管路3与所述蒸发室2相连通。

所述物料分布器5可优选为喷淋布液方式，其设于所述布液空间200内，并与所述外循环管路41相连通，在一些实施例中，物料分布器5具体可选择在加热器1的顶部设置与外循环管路41连通的分布管，分布管上均布有与各加热通道11相对应的喷孔或喷头结构。

需要说明的是，所述加热器1的结构优选为列管式加热器，所述加热通道11为加热器1内设置的若干根竖直排列的换热管束，其热源可采用电加热、蒸汽加热或蒸发室中的二次蒸汽等。

需要说明的是，本实施例中的所述蒸发室2、加热器1及相应的循环管路等组成单效蒸发浓缩系统。

实施例三

如图2和3所示，其中与实施例二中相同或相应的部件采用与实施例二相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例一至二的区别点。该实施例三与实施例一至二的不同之处在于：

作为另外一种实施方式，本发明也可以采用多组如实施例二记载的单效蒸发浓缩系统串联连接形成多效蒸发浓缩系统，其中，加热器1优选为蒸汽加热器，通过将上一单效蒸发浓缩系统中蒸发室2顶部的二次蒸汽通过蒸汽管路7引入至下一单效蒸发浓缩系统的加热器1中蒸汽入口12作为加热热源，冷凝液经加热器1的冷凝液出口13进入分离器中收集。

具体优选，如图2所示，一种双效蒸发浓缩系统，将两组单效蒸发浓缩系统串联连接，实现双效蒸发浓缩系统。

当然本申请也可以采用三效蒸发浓缩系统，如图3所示，将三组单效蒸发浓缩系统串联连接，提高生产效率的同时，降低能源消耗。

本申请不限于以上所述的双效、三效，其中也可以是更多组蒸发浓缩系统串联使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。