多效蒸發(fā)器基本原理

進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的物料首先進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的分配盤(pán)中，并由分配盤(pán)均勻分布到垂直的蒸發(fā)器內(nèi)表面，物料靠重力下降的同時(shí)，被旋轉(zhuǎn)的刮膜裝置在內(nèi)表面強(qiáng)制形成均勻的薄膜（膜厚度與刮膜器的形式和轉(zhuǎn)速等參數(shù)相關(guān)），并使刮膜器前面的物料形成一個(gè)弓形波。

在正常工作狀態(tài)下，在筒體內(nèi)表面與刮膜器之間的液膜產(chǎn)生劇烈的湍動(dòng)，進(jìn)行良好的傳熱與傳質(zhì)。當(dāng)液膜被加熱夾套內(nèi)的介質(zhì)（蒸汽或?qū)嵊停┘訜岬揭欢囟葧r(shí)，大量輕組份的蒸汽從上部的出口進(jìn)入外置冷凝器冷凝，而未被蒸發(fā)的重組份則從旋轉(zhuǎn)底部排出，從而實(shí)現(xiàn)輕、重組分的分離。

多效蒸發(fā)器的工藝介紹

多效蒸發(fā)器由多級(jí)蒸發(fā)設(shè)備串聯(lián)組成，每級(jí)蒸發(fā)設(shè)備由蒸發(fā)器和分離器組成，根據(jù)工藝需要，可以有二效、三效以至多效蒸發(fā)器。多效蒸發(fā)時(shí)，先向一效蒸發(fā)器加入加熱蒸汽（稱(chēng)為一次蒸汽），使溶液蒸發(fā)濃縮，再將從一效分離出來(lái)的蒸汽（稱(chēng)為二次蒸汽）用作二效的加熱蒸汽，二效則相當(dāng)于一效產(chǎn)生的二次蒸汽的冷凝器，從二效產(chǎn)生的二次蒸汽又作為三效的加熱蒸汽，如此類(lèi)推，串聯(lián)多級(jí)蒸發(fā)器，就組成了多效蒸發(fā)。

為了達(dá)到更好的汽液分離效果，一般多效蒸發(fā)器都抽負(fù)壓，各效蒸發(fā)器的壓力和溫度是逐級(jí)降低的，而蒸發(fā)后的溶液濃度則是逐級(jí)提高的。

                                    多效蒸發(fā)器的工藝及技術(shù)要求圖

由此可見(jiàn)，在多效蒸發(fā)中保持各級(jí)蒸發(fā)器和分離器合適的壓力和液位非常重要。壓力如果過(guò)高，也就是負(fù)壓不夠時(shí)，會(huì)造成汽液分離不干凈，達(dá)不到預(yù)設(shè)的濃度要求；液位如果過(guò)高，會(huì)造成分離器的液體回流進(jìn)蒸發(fā)器中，不能達(dá)到穩(wěn)定連續(xù)的生產(chǎn)控制效果。所以，我們的壓力和液位儀表在這個(gè)過(guò)程中起到了至關(guān)重要的作用。

多效蒸發(fā)器技術(shù)特點(diǎn)

1. 真空壓降?。何锪掀瘹怏w從加熱面送到外置的冷凝器，存在一定的壓差。在一般的蒸發(fā)器中，這種壓力降（Δp）通常是比較高的，有時(shí)甚至高得難于接受。而刮板式有較大的氣體穿越空間，蒸發(fā)器內(nèi)壓力能看成與冷凝器中的壓力幾乎相等，因此，壓力降很小,真空度可達(dá)5mmHg。

2. 操作溫度低：由于上述特性，這使得蒸發(fā)過(guò)程可以保持在較高真空度條件下進(jìn)行。由于真空度的提高，與之相應(yīng)的物料沸點(diǎn)迅速降低，因此，操作可以在較低溫度下進(jìn)行，降低了產(chǎn)品的熱分解。

3. 受熱時(shí)間短：由于刮板式的結(jié)構(gòu)，刮膜器具有泵送作用，使得物料在蒸發(fā)器內(nèi)的停留時(shí)間很短；另，在加熱的蒸發(fā)器上由于薄膜的高速湍流使得產(chǎn)品不會(huì)滯留在蒸發(fā)器表面。因此，特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)。

4. 蒸發(fā)強(qiáng)度高：物料沸點(diǎn)的降低，增大了同熱介質(zhì)的溫度差；刮膜器的功能，減小了呈現(xiàn)湍流狀態(tài)的液膜厚度，降低了熱阻。同時(shí)，在這過(guò)程中抑制物料在加熱面結(jié)壁、結(jié)垢，并伴有良好的熱交換，因此，提高了刮板式的總傳熱系數(shù)。

5. 操作彈性大：正是由于刮板式*的性能，使其適宜于處理熱敏性和要求平穩(wěn)蒸發(fā)的、高粘度的及隨濃度提高粘度急劇增加的物料，其蒸發(fā)過(guò)程也能平穩(wěn)蒸發(fā)。它還能成功地應(yīng)用于含固顆粒、結(jié)晶、聚合、結(jié)垢等情況物料的蒸發(fā)和蒸餾。

多效蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1. 磁力密封：在國(guó)外用于食品、藥品、保健品的蒸餾設(shè)備中磁力密封是屬于強(qiáng)制性，因?yàn)闄C(jī)械密封需要用潤(rùn)滑油做潤(rùn)滑和密封介質(zhì)，平時(shí)會(huì)有微量潤(rùn)滑油進(jìn)入系統(tǒng)，一旦被檢測(cè)出來(lái)就會(huì)遭到禁用和出口限制。機(jī)械密封在長(zhǎng)時(shí)間使用后，漏油量會(huì)逐漸增加難以察覺(jué)、對(duì)產(chǎn)品危害很大。而磁力密封屬于干式密封，沒(méi)有潤(rùn)滑油污染問(wèn)題，產(chǎn)品衛(wèi)生安全有保障，密封可靠。

2. 刮板材料

3. 我公司是國(guó)內(nèi)的使用通軸設(shè)計(jì)的廠家，是我公司的專(zhuān)業(yè)技術(shù)，與傳統(tǒng)的半軸設(shè)計(jì)相比，運(yùn)行更穩(wěn)定，解決了半軸刮板很難改造成磁力密封結(jié)構(gòu)的難題。

4. 我公司所有設(shè)備蒸發(fā)器封底、封蓋、連接法蘭等部件以及所有進(jìn)出料泵均采用不銹鋼材質(zhì)，拒絕摻加碳鋼部件和包裹材料，美觀耐用，抗腐蝕性強(qiáng)。

5. 油擴(kuò)散增壓泵：是我公司獨(dú)立研發(fā)制造的專(zhuān)門(mén)用于蒸餾的高真空泵，對(duì)于可凝性氣體有很好的抑制能力，而普通擴(kuò)散泵無(wú)法排除可凝性氣體，使用過(guò)程會(huì)頻繁換油甚至無(wú)法連續(xù)生產(chǎn)。

多效蒸發(fā)器應(yīng)用范圍

高效現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、油脂化工、石油化工、精細(xì)化工、日用化工、生物化工等領(lǐng)域，主要用于熱敏性、易氧化性物料的蒸發(fā)濃縮、脫溶、汽提、反應(yīng)、脫氣、除臭（氣）味等。

可代替常規(guī)降膜蒸發(fā)器，用于石化及化工產(chǎn)品的蒸餾、提純、濃縮、脫色使用。

多效蒸發(fā)器產(chǎn)品選型

小規(guī)格：有效蒸發(fā)面積0.05平方 FZL-0.05

大規(guī)格：有效蒸發(fā)面積40平方 FZL-40

設(shè)備材質(zhì)：SUS304，SUS316L，SAF2205

工作溫度：高近400℃

該經(jīng)濟(jì)效益分析中能耗、運(yùn)行成本按蒸發(fā)1t水計(jì)，運(yùn)行成本的計(jì)算蒸汽按200元/噸，工業(yè)用電按1元/度計(jì)。下表1為不同效數(shù)蒸發(fā)工藝運(yùn)行成本比較。

                                                 表1 不同蒸發(fā)工藝經(jīng)濟(jì)效益比較

 多效蒸發(fā)的工藝模式

多效蒸發(fā)工藝有以下幾種工藝模式：

順流工藝流程

溶液和蒸汽的流向相同，都由效順序流到末效。原料液用泵送入到效，依靠效間壓差，自流入（濃縮過(guò)程中要是有固體產(chǎn)生或溶液粘度較大就需要添加過(guò)料泵）下一效進(jìn)行處理，完成液自末效用泵抽出。

后一效的壓力低，溶液的沸點(diǎn)也相對(duì)較低，故溶液從前一效進(jìn)入后一效時(shí)會(huì)因過(guò)熱而自行蒸發(fā)，稱(chēng)為閃蒸。因而后一效有可能比前效產(chǎn)生較多的二次蒸汽，但因?yàn)楹笮У臐舛缺惹靶Ц?，而操作溫度又較低，所以后一效的傳熱系數(shù)比前一效要低，往往效的傳熱系數(shù)比末效高很多。

并流流程適宜處理在高濃度下為熱敏性的物料。

                             順流工藝流程圖

逆流加料工藝流程

原料液由末效加入，用泵一次送到前一效，完成液由效放出，料液與蒸汽逆向流動(dòng)。隨著溶劑的蒸發(fā)、溶液濃度逐漸提高的同時(shí)，溶液的蒸發(fā)溫度也逐效上升，因此各效溶液的濃度也比較接近，使各效的傳熱系數(shù)也相近。

但因?yàn)槿芤簭暮笠恍л斔偷角耙恍r(shí)，料液溫度低于送入效的沸點(diǎn)，有時(shí)需要補(bǔ)加加熱，否則產(chǎn)生的二次蒸汽量將逐漸減少。一般來(lái)說(shuō)，逆流加料流程適宜處理粘度隨溫度和濃度變化較大的物料，而不適宜處理熱敏性的物料。

                                  逆流加料工藝流程圖

平流加料工藝流程

各效都加入料液，又都引出完成液。此流程用于飽和溶液的蒸發(fā)（或溶液濃度較高）。各效都有晶體析出，可及時(shí)分離晶體。此法還可用于同時(shí)濃縮兩種或多種水溶液。

                        平流加料工藝流程圖

錯(cuò)流加料工藝流程

亦稱(chēng)混流流程。它是并、逆流流程的結(jié)合。錯(cuò)流的特點(diǎn)是兼有并流與逆流的優(yōu)點(diǎn)而避免其缺點(diǎn)。但操作復(fù)雜，要有完善的自控儀表才能實(shí)現(xiàn)其穩(wěn)定操作。

                         錯(cuò)流加料工藝流程圖

選擇順流工藝的原因：污水進(jìn)水料液粘稠度低，不含有大量低沸點(diǎn)的物質(zhì)，不需要選擇逆流模式先冷凝，且不影響傳熱系數(shù)。其次，污水進(jìn)水鹽濃度并不高，只有在極其高濃度時(shí)，選擇并流加料模式。

蒸發(fā)器里面，除了單效蒸發(fā)器這種類(lèi)型之外，還有哪些蒸發(fā)的類(lèi)型和應(yīng)用。

一、多效蒸發(fā)器

多效蒸發(fā)器(Multiple effect evaporation)縮寫(xiě)簡(jiǎn)稱(chēng)MEE。多效是相對(duì)于單效(single-effect)而言的，單效只有一個(gè)有效的蒸發(fā)體，而多效有多個(gè);當(dāng)然，最大的差別就是單效的蒸汽直接去冷凝了，而多效前面效體的二次蒸汽繼續(xù)利用以節(jié)約能耗。多效蒸發(fā)是節(jié)能的主要手段，一般來(lái)說(shuō)，效數(shù)越多，蒸汽經(jīng)濟(jì)性越好。但，如果不注重物性，隨著沸點(diǎn)升高加大，后效的溫差縮小，即使再多的效數(shù)，也無(wú)濟(jì)于事。市面上，3效、4效較為常見(jiàn)，但，也有很多效的蒸發(fā)器，像目前已建成多達(dá)17效的蒸發(fā)器應(yīng)用在海水淡化領(lǐng)域。

多效蒸發(fā)器可以有列管、板式的不同，也可以有降膜，升膜的不同，還可以有順流，逆流等等的區(qū)別。像前面幾項(xiàng)的不同，在單效蒸發(fā)器那篇里已經(jīng)有了說(shuō)明，這里單就多效蒸發(fā)器的進(jìn)料流程稍作解釋。像上上圖里的多效進(jìn)料流程，就屬于順流，蒸汽(或二次蒸汽)的流向和物料進(jìn)料流向相同。而如果是逆流的話(huà)，蒸汽和物料的流向則剛好相反。

相對(duì)而言，順流設(shè)計(jì)的蒸發(fā)器，更適合設(shè)置在來(lái)料溫度較高的情況，這樣需要的生蒸汽就少一些;但如果來(lái)料溫度較低的時(shí)候，逆流設(shè)計(jì)的蒸發(fā)器，就更經(jīng)濟(jì)些，畢竟，后效可利用的溫差小了，用來(lái)預(yù)熱物料可能就更經(jīng)濟(jì)些。除了順流、逆流，還有平流、錯(cuò)流，設(shè)置什么樣的流向，除了考慮經(jīng)濟(jì)性的要求，有時(shí)也經(jīng)常考慮物料流動(dòng)性的情況，所以，蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)，沒(méi)有一招致命的絕招，是需要反復(fù)做好摸排，綜合考慮的。

二、使用熱泵的蒸發(fā)器：TVR

其實(shí)，熱泵(heat pump)這個(gè)名稱(chēng)，被更多的通俗指向于類(lèi)似空氣熱泵、吸收式熱泵等的技術(shù)，所以，現(xiàn)在的蒸發(fā)系統(tǒng)的熱泵都直接指向它的專(zhuān)業(yè)名詞了。在蒸發(fā)器里面，說(shuō)的熱泵指的是蒸汽再壓縮技術(shù)(vapour recompression)，實(shí)現(xiàn)這種的技術(shù)，有兩種，一種是Thermal Vapour Recompression，簡(jiǎn)稱(chēng)為T(mén)VR，也有寫(xiě)成Thermal Vapor Compression的，縮寫(xiě)就成了TVC了。名稱(chēng)可以直譯，也可以通俗的叫它噴射式熱泵或者直譯叫做熱能壓縮(thermocompressor)。

這種噴射泵的工作原理是：利用中壓或高壓的新鮮蒸汽在噴射器中形成一定的負(fù)壓，引入從分離器出來(lái)的二次蒸汽，并將二者混合，用于蒸發(fā)系統(tǒng)的加熱蒸發(fā)。像上圖的流程示意就是，蒸汽噴射熱泵將一效出來(lái)的二次蒸汽的溫度，用于加熱另一效。噴射器的性能和噴嘴、文丘里喉管面積、生蒸汽壓力、吸氣和排氣壓力、分子量等都有關(guān)系，雖然類(lèi)似的書(shū)籍早就給出了最佳設(shè)計(jì)曲線，但是國(guó)產(chǎn)的噴射器，需要提升的空間，依然很大。

由于沒(méi)有額外的動(dòng)力裝置，噴射熱泵所吸入的二次蒸汽全靠生蒸汽提供的動(dòng)力實(shí)現(xiàn)，所以，使用TVR的蒸發(fā)器利用二次蒸汽的量是不可能無(wú)限大的。在蒸發(fā)器系統(tǒng)里，做好前面的設(shè)計(jì)工作，知道了二次蒸汽的參數(shù)、控制好新鮮蒸汽的壓力，才能控制好抽汽比。天臻生物化工設(shè)計(jì)的TVR蒸發(fā)器，1kg新鮮蒸汽可以利用達(dá)0.3kg的二次蒸汽，僅用一個(gè)噴射熱泵，就可以節(jié)約了一個(gè)蒸發(fā)效體的投資。

三、使用熱泵的蒸發(fā)器：MVR

實(shí)現(xiàn)蒸汽再壓縮技術(shù)的熱泵，還有一種，那就是Mechanical Vapor Recompression，簡(jiǎn)稱(chēng)MVR，或者M(jìn)VC，道理和上面TVR一樣。這種熱泵的工作原理是：將蒸發(fā)溢出的二次蒸汽用風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)再壓縮，氣體的PV/T是個(gè)常數(shù)，壓力的升高，伴隨著二次蒸汽溫度的增加，這樣就保證了蒸發(fā)器所要求的溫差了。國(guó)內(nèi)現(xiàn)在有好些企業(yè)的蒸汽壓縮機(jī)做的也已經(jīng)很不錯(cuò)了，而且發(fā)展的都很不錯(cuò)，可見(jiàn)，技術(shù)深耕總有回報(bào)的。

壓縮機(jī)類(lèi)型的蒸汽熱泵，目前是應(yīng)用在蒸發(fā)器里最為節(jié)能的技術(shù)，也是最節(jié)碳的技術(shù)?，F(xiàn)在各個(gè)主流企業(yè)宣稱(chēng)的MVR蒸發(fā)器能耗，蒸發(fā)1t水，大概耗能在8~60kwh之間。如果，我們的MVR蒸發(fā)器單位耗能，取中間值30kwh為例計(jì)算，而我們以多效蒸發(fā)器單位耗能，取0.3t蒸汽計(jì)算。那么，我們根據(jù)發(fā)改委的關(guān)于“溫室氣體排放核算方法”，每蒸發(fā)1噸水，MVR的蒸發(fā)器比多效蒸發(fā)器要減少CO2排放達(dá)55公斤。常規(guī)設(shè)計(jì)的MVR蒸發(fā)器在流程上好像和單效蒸發(fā)器沒(méi)有太大的區(qū)別，示意圖如下：

MVR蒸發(fā)器上面說(shuō)了，其噸水蒸發(fā)能耗大概在8~60kwh之間，實(shí)際上更多的在15~45kwh區(qū)間。主要造成這些成本區(qū)別的地方，主要包括以下幾個(gè)方面：

1、壓縮機(jī)效率的差異

目前，蒸汽的壓縮熱泵形式，有包括離心式、軸流式、羅茨式，甚至磁懸浮式等，即使同一種形式的熱泵，能否運(yùn)行在最佳工況，也和壓縮機(jī)的系列產(chǎn)品存在距離的。常規(guī)的壓縮機(jī)的效率大概在75~85%之間，羅茨式的大概在50~60%之間。市場(chǎng)主流以離心式為主，國(guó)內(nèi)也有很多使用羅茨式的：

2、沸點(diǎn)升高和物料濃度差異

對(duì)于沸點(diǎn)升高的知識(shí)，我們上一篇已經(jīng)說(shuō)過(guò)。在蒸發(fā)濃縮過(guò)程，如果沸點(diǎn)升高比較高，這時(shí)候，就需要提高壓縮比，將溫度提高，才能達(dá)到溶液沸騰的溫度要求。我們大概可以看看piller壓縮機(jī)的性能曲線(左側(cè)為溫升10℃的單級(jí)曲線，右側(cè)為溫升達(dá)20℃的兩級(jí)曲線)，當(dāng)提高溫度后，處理量，減少了很多，很明顯，這樣運(yùn)行起來(lái)就不那么經(jīng)濟(jì)了。

3、其它設(shè)計(jì)上的考慮差異

對(duì)于MVR蒸發(fā)器，降低蒸發(fā)器的實(shí)際蒸發(fā)單耗，還包括利用工廠和蒸發(fā)系統(tǒng)的余熱進(jìn)行預(yù)熱，結(jié)合流程模擬軟件，設(shè)置最佳的MVR+多效蒸發(fā)流程等等。這些措施，都可以在一定程度降低MVR蒸發(fā)器的實(shí)際蒸發(fā)單耗，但，并非蒸發(fā)單耗越低越好。這里，還有其投資回報(bào)的合理性的問(wèn)題，還是因勢(shì)利導(dǎo)為好。

現(xiàn)在有很多人走入的節(jié)能的誤區(qū)，不考慮MVR蒸發(fā)器的實(shí)際蒸發(fā)能力和產(chǎn)品特性，而過(guò)分追求數(shù)字上的蒸發(fā)能耗，這是舍本逐末的做法。先不說(shuō)，張口閉口，低蒸發(fā)能耗，是不是過(guò)分吹噓，任何脫離上述的實(shí)際設(shè)計(jì)考量的，都是招搖撞騙。