蒸发浓缩分离技术发展概述.docx

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1、蒸发浓缩分离技术发展概述前言早期的蒸发浓缩分离设备采用单效蒸发技术，其后于20世纪初逐步发展到多效蒸发技术、多级闪蒸技术、热力蒸汽再压缩技术(TVR)、最后到机械蒸汽再压缩技术(MVR)。目录前言11 .单效蒸发技术12 .多效蒸发技术23 .多级闪蒸技术34 .热力蒸汽再压缩(TVR)45 .机械蒸汽再压缩(MVR)51 .单效蒸发技术单效蒸发是最基本的蒸发过程。高温高压水蒸气通入蒸发器后通过间壁换热方式加热原料稀溶液至沸腾，原料液中水分蒸发，完成浓缩或干燥，二次蒸汽直接排放。单效蒸发系统的蒸发器内，待浓缩的稀溶液送入蒸发器壳侧，高压蒸汽在管内凝结放热，稀溶液吸热沸腾，溶液中水分汽化后排出，

2、被冷却并收集，溶液浓度升高达到要求后从蒸发器的底部排出，完成蒸发过程。单效蒸发只注重浓缩过程中原料液的水分蒸发，没有考虑对二次蒸汽的回收和利用，造成二次蒸汽中蕴含潜能的极大浪费。二次蒸汽23 .多效蒸发技术多效蒸发是在单效蒸发的基础上发展而来的，单位产品的蒸汽消耗相比单效蒸发明显减少。多效蒸发系统中多个蒸发器首尾相连，前一效的二次蒸汽还可以用于下一效蒸发过程的加热，将单效中的大温差一次蒸发变为连续多次的小温差蒸发，从而实现蒸发的次数增加，有效利用二次蒸汽中的余热。末效的二次蒸汽虽然携带有汽化潜热，但由于压力和温度过低，无法直接利用，仍存在一定的浪费。多效蒸发系统中，各效蒸发器内的压力和蒸发温度

3、逐渐降低。消耗Ikg单位高压蒸汽所完成的蒸发水量，对于单效蒸发为0.91kg,双效蒸发为1.76kg,三效蒸发为2.55kg。由此可知，随着效数增加，蒸气节约越多，但设备费用也在增加，因此不是效数越多越好，最适宜的效数应是设备费用和操作费用总和最小。456 .多级闪蒸技术多级闪蒸技术与多效蒸发原理相似，是将低浓度原料液经预热器加热到一定温度后，依次进入多个压力逐级降低的闪蒸罐，相应压力要低于待蒸发原料液温度所对应的饱和蒸汽压，从而实现溶液在相应闪蒸罐内的汽化。多级闪蒸的驱动力是压差，即当进入闪蒸罐内原料液温度高于罐内压力对应的水蒸气饱和温度，就有闪蒸现象发生。由于罐内压力可以通过真空泵以较低能

4、源成本获得，相邻两级可设计比较小的温差，同样的预热温度可以实现更多蒸发级数。多级闪蒸装置流程图原料液先由闪蒸汽预热，在加热器内进一步被蒸汽加热，达到设定温度后进入一级闪蒸室，完成闪蒸后的母液温度降低，排入二级闪蒸室。因二级闪蒸室压力较一级闪蒸室低，原料液可继续闪蒸。第三级闪蒸室产生的二次蒸汽通过抽真空系统持续排出以保证系统各级闪蒸室的真空度。排出的二次蒸汽虽然温度和压力都较低，却携带了大量的汽化潜热，仍存在较大的热能浪费。7 .热力蒸汽再压缩(TVR)热力蒸汽再压缩(TVR)是在传统蒸发工艺基础上，对二次蒸汽进行部分利用，其节能率可达到35%左右。TVR系统正常运行过程中，需要消耗一定量的高压

5、蒸汽，使低压蒸汽的压力和温度可以得到提升，其核心部件是引射器。TVR系统内，高压驱动蒸汽通过喷嘴后达到极高的速度，压力降低到被引射的闪蒸气压力以下，被引射蒸汽抽吸到混合段进行充分混合，混合蒸汽进入扩压管后，随着流通截面积的逐步增大，蒸汽流速逐步降低，蒸汽动能逐步转化为势能，压力得以恢复。引射器由喷嘴、引射室、混合室、扩压室组成。当供应蒸汽的压力、温度均大于工艺需要时，蒸汽压缩式喷射器可以使用。一般情况下，喷管效率约为95%,混合效率约为90%,压缩效率约为90%。根据能量守恒原理，TVR系统需要高压蒸汽作为充分条件，且只能部分回收余热。以淀粉制糖液化工艺中的TVR为例，驱动蒸汽压力为IMPa,

6、温度为210C,流量为1.63th,被引射蒸汽压力85kPa,温度为95,流量为0.59th在混合室内充分混合后，混合气体经扩压段内扩压后混合蒸汽压力为035MPa,温度为170,流量为2.22tho8 .机械蒸汽再压缩(MVR)机械式蒸汽再压缩(MVR)技术是利用电机驱动蒸汽压缩机工作，不需要消耗新的蒸汽，在干燥、蒸播等过程中节能效果非常明显。用于MVR系统中的蒸汽压缩机类型主要有离心式和罗茨式蒸汽压缩机两种。二者的主要对比如下：9B离心式献g机罗茨式蒸汽压号机修理1.A：HTttSMA.工作的:数是风乐.怜出的风:管道和负载的变化而变化.风乐变化不大容枳式IH恒通量:风机.工作的主参数足风

7、扇轴出的乐力随管道和负载的变化而变化，风量变化很小热交换性好果运行晦音ft高转速转速较高，通常在900OnnP门I转速较低.一段在980rnp-1450rmp之间材侦及特点:金：顺量轻、强度高、耐腐蚀、耐高温础钢：R好的冲I切件.般为了提高强度，会采用镀银格的工艺处厂优点流量大、长整小、排气均匀乐比高，稳定性较上(转速比)认点单级乐比小体枳流过小、单机效率低适用范围蒸发量较大的工况,比而力潴瞬朝容谖罗茨式蒸汽压缩机容积流量小、噪声大、密封要求高、调节困难。调节过程中系统不稳定，随着压比的增大系统效率显著降低。因此，罗茨式压缩机主要适用于流量稳定、升压比大的小型系统。而离心式蒸汽压缩机虽然单级压

8、比小，但容积流量大、振动小，能适用于大吨位的液体蒸发，在MVR系统中应用广泛。在离心式压缩机中，最关键的部件为叶轮。压缩机工作时，低压蒸汽被吸入离心式压缩机后，在高速旋转的离心机叶片间获得较大的动能离开叶片通道后，在离心力的作用下被甩入扩压器中，在扩压器内蒸汽的动能转换为压力势能。气体被甩到后面的扩压器中后，在叶轮吸入口处形成负压，环境气体被持续吸入叶轮。因蒸汽在压缩机叶轮的通道中流速很高，且叶片对工质中的雾粒敏感，因此叶片材质不但要有一定的刚度和强度，还要耐磨。在远离设计工况时，离心压缩机还会出现喘振的现象，因此，叶轮的设计至关重要，壁垒很高。目前，国内大部分工业企业采用的仍是多效蒸发器。比较成熟的多效蒸发技术一般是做到四效，四效后蒸发的边际效果就显著下降。相比较而言，MVR蒸发技术由于使用清洁能源，且节能效果非常显著，是传统的多效蒸发技术非常好的替代。虽然，目前蒸发器市场的产品结构依然是以传统多效蒸发器为主和部分MVR蒸发器为辅，但随着市场对MVR蒸发器的认识和了解日益提高，以及产品替代导致的节能设备及能耗价格下降，MVR蒸发器逐渐取代传统的多效蒸发器将成为市场发展的必然趋势。