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      湖北鑫達晟聯蒸發設備有限公司

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      MVR單效強制循環蒸發器的設計及注意事項

      時間:2020-7-17 10:31:00 來源:http://www.lebnol.com/news419981.html

      MVR蒸發器近幾年在污水處理等非食品類行業上有所應用,這種蒸發器是將二次蒸汽通過蒸汽壓縮機全部再壓縮作為加熱熱源,把二次蒸汽全部回收再利用的蒸發器。與TVR蒸發器不同之處,TVR蒸發器是把一部分二次蒸汽抽吸壓縮,作為加熱熱源,利用一次蒸汽作為加熱的蒸發器,從經濟指標上看,節能效果不如MVR蒸發器,TVR蒸發器中四效降膜式蒸發器經濟指標是0.28,而MVR蒸發器的經濟指標在0.150.2。從四效經濟指標看,TVR蒸發器節能效果也是明顯的,各項生產參數是穩定的,特別是降膜式蒸發器的廣泛應用,也是其他蒸發器不能替代的。MVR蒸發器僅在近年來廢水蒸發上有所應用,在食品等行業應用受到限制,這主要是因為料液在蒸發器中出料濃度難以滿足生產需要,料液在蒸發器中停留時間過長,生產的連續性不好,生產能力不穩定。TVR蒸發器經過幾十年的應用,其優點是MVR蒸發器不能替代的,比如料液在蒸發器中停留時間短,出料濃度穩定,生產連續性好,生產能力穩定。采用多效蒸發節能效果顯著等,TVR蒸發器(以降膜式蒸發器為例,含熱壓縮技術)經濟指標為:單效0.65,雙效0.5,三效0.32,四效0.28。MVR蒸發器[1,2,3,4]在應用中也存在一些問題,這些問題主要是生產能力不足,蒸發參數不穩定,出料濃度不穩定,結垢結焦嚴重,蒸發效果不佳等,就此進行闡述。

      01主要技術參數及結構特點


      (1)物料介質:含鹽污水;

      (2)生產能力:1 000 kg/h;

      (3)進料質量分數:10%;

      (4)進料溫度:20℃;

      (5)出料質量分數:50%(含鹽約30%);

      (6)殼程加熱溫度:105℃;

      (7)蒸發溫度:93℃;

      (8)蒸發狀態參數。

                  1 各效蒸汽狀態參數

      本蒸發器根據物料在蒸發過程中有結晶析出,因此采用單效強制循環蒸發器,采用帶有結晶槽的分離器,為了使物料達到或接近蒸發的沸點溫度,采用兩級預熱,即第一級預熱利用殼程冷凝水對進料進行初級預熱,經過第一級預熱后的物料再利用蒸發器殼程蒸汽(或者蒸汽直接預熱物料)進行第二次預熱,然后進入蒸發器內進行蒸發,其工藝流程如圖1所示。

      02物料衡算  


      進料量按下式計算:SB0=^S-W hB1

      式中S——原料液的流量,kg/h;

      W——單位時間內蒸發的水分量,即蒸發量,此處W=1 000 kg/h;

      B0——原料液的質量分數,B0=10%;

      B1——完成液的質量分數,B1=50%。

      S=1 000×50/50-10)=1 250 kg/h

      出料量S9=1 250-1 000=250 kg/h

      03熱量衡算   


      3.1 物料預熱計算

      物料進入蒸發器前為常溫,按20℃計算,本例采用兩個預熱級使物料溫度升至75℃。

      物料預熱按下式計算:

      式中Q——物料預熱所需熱量,kcal/h;

      G——料液質量流量,G=1 250 kg/h;

      C——料液比熱,此處按C=0.89 kcal/(kg·℃)計算;

      tn,tn-1——物料預熱前后的溫度,℃。

      第一級是采用蒸發器殼程冷凝水對物料進行預熱采用板式換熱器進行預熱,按逆流計算傳熱溫差,這里冷凝水溫度按98℃計算。

      逆流:98℃→60

      50℃↑20

      實際換熱面積F1=1.25×0.95=1.19 m2

                  1000MVR蒸發器流程

      利用冷凝水預熱的熱量

      (1 184.888 8-300=884.88 kg/h,蒸汽壓縮機噴淋泵用水量為300 kg/h)所以,冷凝水足夠用。

      3.2 第二級預熱面積計算

      第二級預熱是利用蒸發器殼程蒸汽進行預熱,按并流計算傳熱溫差并流:105℃→105

      實際換熱面積F1=1.25×0.675=0.843 m,取1 m;

      沸點溫度:這里沸點升高按7℃計算,沸點溫度為100℃。

      3.3 蒸發器換熱面積計算

      用于一效加熱的蒸汽耗量按下式計算:

      式中D——為用于一效的加熱蒸汽量,kg/h;

      R——蒸汽潛熱,kcal/kg;

      W——二次蒸汽量,1 000 kg/h;

      r——二次蒸汽潛熱,543.3 kcal/kg;

      Q——預熱熱量,此處Q=27 812.5 kcal/h;

      q9——熱損失,kcal/h,此處熱損失按6%計入。

      加熱的蒸汽耗量:

      蒸發器換熱面積;

      從計算可看出,由于傳熱溫差比較小,因此,傳熱面積比較大,對于MVR蒸發器來說每蒸發一噸水一般不低于95 m2,

      04蒸汽壓縮機的選擇


      選擇MVR蒸發器的注意事項為:了解并掌握物料的特性,主要掌握料液在蒸發過程中隨著生產時間的延長,其結垢結焦情況,是否伴有結晶析出。掌握料液在蒸發過程中不同濃度下的沸點升高數值,沸點升高是作為設計及選擇蒸汽壓縮機的依據。等于或小于1 000 kg/hMVR蒸發器所選用的壓縮機一般為羅茨蒸汽壓縮機,壓縮機溫升的范圍一般在1016℃之間,最高不超過20℃,本例溫升為12℃,所以壓縮機能夠保證設計參數的穩定,從本例計算出的殼程蒸汽耗量可看出,實際殼程所需要的飽和蒸汽量為1 184.88 kg/h,大于本蒸發量1 000 kg/h,這樣才能保證蒸發的順利進行,所以在選擇壓縮機時就不能按蒸發量1 000 kg/h去選擇,必須把熱損耗,額外蒸汽引出考慮進去,否則無法達到實際的蒸發量,有一種情況那就是高于沸點進料,有可能彌補因加熱蒸汽與二次蒸汽潛熱的不同,且在進蒸汽系統熱損耗忽略不計的情況下才會滿足蒸發量1 000 kg/h的設計要求,即蒸發量1 000 kg/h全壓縮,其蒸發量接近1 000 kg/h。隨著蒸發的進行,料液濃度越來越高,料液的沸點溫度也隨之升高,從熱平衡角度上看,壓縮機也要求在蒸發過程中必須補充一部分生蒸汽才會使蒸發順利進行,否則加熱溫度會越來越低。因此,還必須留有一定的調節余量,余量一般在12℃之間,即便如此隨著生產時間的延長,蒸發器結垢結焦等因素的影響,蒸發器的效率也會逐漸降低,壓縮機的效率也會下降,所以,在使用過程中一般是額外補充一小部分生蒸汽,特別要說明的是,壓縮機留有余量,其軸功率也就會隨之變大,價格也發生了改變。在微正壓操作情況下可以利用殼程蒸汽對進料預熱,這樣可以起到平衡掉生產過程中可能有少量二次蒸汽被帶到冷凝器中的問題,如果殼程為負壓最好不采用殼程蒸汽預熱。

      05冷凝器的設置問題


      MVR蒸發器殼程加熱蒸汽壓力一種為正壓,一種負壓。正壓操作,殼程加熱溫度在105110℃之間,一般不超過120℃,微正壓操作比較常見;負壓操作殼程加熱溫度在7596℃之間。所以,要設置冷凝器,進入冷凝器的二次蒸汽量按蒸發量的5%10%計算即可滿足生產需要,本例冷凝器的換熱面積為1.97 m2。MVR蒸發器冷凝器的換熱面積都很小,有的不設冷凝器而是把真空泵直接接入蒸發器的殼程也能滿足生產需要,不過不建議這樣做,因為在生產過程中有很多不可預測因素出現,一旦有剩余蒸汽溢出就只能由真空泵排出。

      06其他注意事項


      采用MVR蒸發器的料液成分比較復雜,對設備腐蝕嚴重,有時料液中有幾種不同的物料混在一起,又多伴有結晶析出,有的物料沸點升高又很大,在確定蒸發器時,必須根據物料特性對蒸發器結構形式做出確定及選型。很多物料進料溫度都較低,必須考慮對物料進行預熱,使進料預溫度達到或接近沸點方可進入蒸發器進行蒸發,采用強制循環蒸發器循環泵的流量一般按照1.63.5 m/s進行計算。

      07結束語 


      MVR蒸發器開始啟動采用蒸汽的進蒸汽管道有的過細,導致啟動時間過長,應按照熱平衡計算出實際進蒸汽的管道進行,如果實際管道直徑很大,可以采用多個進蒸汽的方式進汽。

      此外,嚴格按照操作規程進行操作。每個生產班次結束必須進行清洗,清洗按照水洗、堿洗、酸洗然后再進行水洗的順序進行。

       

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