蒸汽机械再压缩蒸发器的实验

化

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工进展

２００９年第２８卷增刊

ＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＰＲＯＧＲＥＳＳ

蒸汽机械再压缩蒸发器的实验

梁林１，韩

２１００１６）

东２

（１南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京２１００１６；２南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京

摘要：蒸汽机械再压缩蒸发器简称ＭＶＲ，相较于传统的多效蒸发，是一种高效、节能的技术。本丈以维生素Ｃ

溶液为原料，实验研究了一套ＭＶＲ系统。其中，蒸发器采用降膜蒸发器。研究结果表明：ＭＶＲ可以实现低温蒸

发；由于ＭＶＲ回收利用了二次蒸汽，因此相对于传统的多效蒸发器，ＭＶＲ可以节约能量；以电功的输入代替蒸汽的输入，ＭＶＲ减少了操作成本。每蒸发出１ｔ水蒸气，相对于五效蒸发器，ＭＶＲ可以节省１２．９％的标准煤：相对于一效蒸发器则可以节省７８．６％的标准煤。另外，每蒸发出ｌｔ水蒸气，ＭＶＲ德操作费用相对于三效蒸发可以节省１６元，于四效相当。

关键词：节能；低温蒸发；ＭＶＲ；维生素Ｃ

蒸发操作广泛的存在于化工、轻工、食品、制药、海水淡化、污水处理等工业生产中。由于这种操作是一个耗能较大的过程，凶此，提高蒸发过程中的能量利用率对节约能源具有重要的意义。在工

各蒸发管内成膜蒸发。在此应当注意必须保证有足够的浓循环液，以便料液能够在整个蒸发管内形成均匀的夜膜。进入蒸发管的料液吸收管外的热量后沸腾蒸发，变成汽、水混合物。这种混合物在蒸发器的下封头成两路分出，一路是央有部分浓料液的水蒸气（二次蒸汽），一路是浓缩后的浓溶液。夹有部分浓料液的水蒸气进入分离器，经分离器分离出浓溶液后，由分离器上部排出；分离出的浓溶液由分离器底部排出与另一路的浓溶液混合。混合后的浓溶液经由循环象后，分成两股，一股作为产品导入产品罐；另一股作为循环液被导入蒸发器继续参与循环。

由分离器顶部排出的二次蒸汽，被吸入罗茨式压缩机，压缩以提高温度和压力。压缩后的二次蒸汽为过热的气体，为了能充分利用压缩后■次蒸汽的潜热，在将■次蒸汽排出前，采用有效的方法来消除过热。消除过热后的二次蒸汽进入蒸发器的壳程，冷凝放出潜热后以冷凝水的形式排入冷凝罐，进一步处理后排出。

系统中装有两台真卒泵，这样可以形成真空的系统环境，并可以将蒸发过程产生的不凝性气体排出。这是因为不凝性气体的存在对传热系数具有较大的不利影响，将不断产生的不凝性气体排出有利于热量的传递。

业生产中，人们已经采用了很多方法来提高蒸发过

程的能量利用。其中，多效蒸发和蒸汽机械再琏缩蒸发（ＭＶＲ）被认为是比较有效的两种工艺。而ＭＶＲ又以其节约能源、经济可靠、结构紧凑等越来越被人所关注。ＭＶＲ本身还具有其它很多优点，主要有操作简单、对料液的预处理要求小高、无需冷凝器、无需启动蒸汽、寿命长等【ｌＪ。

ＭＶＲ作为一种节能效果较好的蒸发方式，已在海水脱盐方面得到了广泛的研究【ｚ巧ｊ，～些ＭＶＲ系统已应用于实际的脱盐生产过程中【６’７ｊ。目前，很多研究者［２－７１对ＭＶＲ中采用水平降膜蒸发器的工艺过程进行了研究，研究表明，采用ＭＶＲ能够降低蒸发过程中的能耗。本文介绍了一套采用竖直降膜蒸发器的ＭＶＲ系统，研究了系统在不同操作条件下的蒸发性能，并就节能性和经济性与多效蒸发进行了比较。ｌ

工艺描述

本文所介绍的ＭＶＲ系统主要有降膜蒸发器、

分离器、雎缩机、真空泵、溶液桶、循环泵等构成，流程图如图１所示。实验中用一辅助加热器来代替系统的预热单元，以便得到不同温度下的进料溶液。

物料在进料桶内被加热到要求温度后，由进料桶底部经管路导入系统，在降膜蒸发器顶部与从蒸发器过来的浓循环液相混合后，经由布液器分配到

２实验结果与讨论

本文实验以维生素Ｃ溶液为原料，蒸发器的蒸发面积为３．５ｍ２，操作在真空下进行，真空度为０．０９ＭＰａ（表压）。实验丰要的变量有进料温度、进料量；

增刊

梁林等：蒸汽机械再压缩蒸发器的实验

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ＭＶＲ系统流程图

主要的因变量有二次蒸汽流量、压缩机功率。图２和图３分别表示蒸发量随着进料温度不同的变化情况和随着进料量不同的变化情况。图４示出了蒸发出１ｋｇ水蒸气所需压缩功率与进料温度之间的关系。

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图４压缩机功率随进口温度的变化

从图２可以看出，进料温度对蒸发量的影响显著。蒸发量随着进料温度的提高而增大。这是因为

蒸发温度／℃

进料温度高料液所带有的热量就多，进入蒸发器的热量也就多，这样就更易蒸发出较多的二次蒸汽。这样就使蒸发量处在较高的水平。然『面，蒸发量并不会持续的增加下去，它要受到压缩机和蒸发器的性能限制。另外，图２也表明ＭＶＲ可以在低温下实现蒸发，这一特性使得ＭＶＲ可以应用与热敏性大的物料蒸发操作中。从图３中可以看到，进料量对蒸发量的影响较小，随着进料量的增大蒸发量变化不大。这是因为在蒸发管内液膜的厚度是受限制的，过多的进料量并不能提高蒸发量。从图３中会看到在本实验条件下当进料量为３２０ｋｇ／ｈ时蒸发量

图２蒸发量随进口温度的变化

进料量俺 ｈ１

图３蒸发量随进料量的变化

达到最大值，进料量进一步增大并没有带来蒸发量的加大。图４表明每蒸发出ｌｋｇ水蒸气所消耗的功

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随着进料温度的增大减小。这是因为温度较高的进料进入蒸发器时带入了更多的能量。

元、８６元、１６元；与四效蒸发器的费用相当。由此可以看到ＭＶＲ系统在操作成本上的经济性。

表３每蒸发出１ｔ水蒸气所需成本的对比

３节能和经济性

３．１节能性

为了介绍ＭＶＲ系统的节能性，选取进料温度为４０℃，进料量为３２０ｋｇ／ｈ时的情况为例，与传统多效蒸发器耗能进行比较。由图２和图４可以看

到，当进料温度为４０℃时，蒸发量和功率分别为

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ｋｖｄｈ和０．１０７ｋｗ／ｌ【ｇ。表１【８Ｊ给出了多效蒸发器每

４

蒸发出１堙水蒸气所需要消耗生蒸汽的经验量。我

们将ＭＶＲ系统和多效蒸发系统所各自消耗的能量转化为标准煤消耗量进行比较，比较结果列于表２。正如表２所展示的，与一效蒸发器相比，每蒸发出

ｌ

结论

本文研究了ＭＶＲ系统在不同操作情况下的蒸发性能，结果表明，文中所介绍的这套设备的最佳进料量为３２０ｋｇ／ｈ：该套设备可以在低温下蒸发，可用于热敏性较大的物料蒸发中。本文分别将ＭＶＲ系统的能耗和操作成本与多效蒸发器进行了对比，结果表明，该套系统相对于一效、二效、三效、四效、五效蒸发器分别可以节省７８．６％、６８．６％、４１．２％、２１．６％、１２．９０／ｏ的标煤；该系统的操作成本相相当于四效蒸发器，比一效、二效、三效分别可以节省１５６元、８６元、１６元。可见，ＭＶＲ系统是节省能源的有效办法，加之其在操作成本上的优势，ＭＶＲ系统在将来定会有大规模的应用。

ｔ水蒸气，ＭＶＲ系统可以节省７８．６％的标煤；与

二效相比可节省６８．６％的标煤；与三效相比可节省４１．２％的标煤；与四效相比可节省２１．６％的标煤；与五效相比可节省１２．９％的标煤。

表ｌ蒸发出ｌｌ‘ｇ水蒸气时所消耗生蒸汽量

表２每蒸发出１ｔ水蒸气所耗能的对比

【１】ＡＩ－Ｊｕｗａｙｈｅｌ

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３．２经济性

为了说明ＭＶＲ系统的经济性，我们进行了一个简单的分析。目前，生蒸汽的市场价格平均为２００元／吨，工业用电的价格为０．６元／（ｋＷ．ｈ）。现在，我们将ＭＶＲ系统和多效蒸发系统的各操作成本列于表３。从表３，我们可以看到每蒸发出ｌｔ水蒸气，ＭＶＲ系统相对于一效、二效、三效可分别节约１５６

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第一作者简介：梁林（１９８３一），男，博士研究生。Ｅ—ｍａｉｌｌｉａｎｇｌｉｎｌ９８３＠１２６．ｃｏｍ。联系人：韩东，副教

授，研究方向为节能技术、强化传热与传质。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/zyoj.html