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升膜式蒸發(fā)器其加熱室由許多豎直長管組成。常用的加熱管直徑為25~50mm,管長和管徑之比約為100~150。料液經(jīng)預(yù)熱后由蒸發(fā)器底部引入,在加熱管內(nèi)受熱沸騰并迅速汽化,生成的蒸汽在加熱管內(nèi)高速上升,一般常壓下操作時適宜的出口汽速為20~50m/s,減壓下操作時汽速可達(dá)100至160m/s或更大些。溶液則被上升的蒸汽所帶動,沿管壁成膜狀上升并繼續(xù)蒸發(fā),汽、液混合物在分離器2內(nèi)分離,完成液由分離器底部排出,二次蒸汽則在頂部導(dǎo)出。須注意的是,如果從料液中蒸發(fā)的水量不多,就難以達(dá)到上述要求的汽速,即升膜式蒸發(fā)器不適用于較濃溶液的蒸發(fā);它對粘度很大,易結(jié)晶或易結(jié)垢的物料也不適用。
降膜式蒸發(fā)器降膜式蒸發(fā)器和升膜式蒸發(fā)器的區(qū)別在于,料液是從蒸發(fā)器的頂部加入,在重力作用下沿管壁成膜狀下降,并在此過程中蒸發(fā)增濃,在其底部得到濃縮液。由于成膜機(jī)理不同于升膜式蒸發(fā)器,故降膜式蒸發(fā)器可以蒸發(fā)濃度較高、粘度較大(例如在0.05~0.45Ns/m2范圍內(nèi))、熱敏性的物料。但因液膜在管內(nèi)分布不易均勻,傳熱系數(shù)比升膜式蒸發(fā)器的較小,仍不適用易結(jié)晶或易結(jié)垢的物料。
由于溶液在單程型蒸發(fā)器中呈膜狀流動,因而對流傳熱系數(shù)大為提高,使得溶液能在加熱室中不再循環(huán)就達(dá)到要求的濃度,因此比循環(huán)型蒸發(fā)器具有更大的優(yōu)點。溶液不循環(huán)帶來好處有:(1)溶液在蒸發(fā)器中的停留時間很短,因而特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā);(2)整個溶液的濃度,不象循環(huán)型那樣總是接近于完成液的濃度,因而這種蒸發(fā)器的有效溫差較大。其主要缺點是:對進(jìn)料負(fù)荷的波動相當(dāng)敏感,當(dāng)設(shè)計或操作不適當(dāng)時不易成膜,此時,對流傳熱系數(shù)將明顯下降。
MVR蒸發(fā)器,是英文mechanical vapor recompression的簡稱。mvr是重新利用它自身產(chǎn)生的二次蒸汽的能量,從而減少對外界能源的需求的一項技術(shù)。
二次蒸汽,經(jīng)過壓縮機(jī)的壓縮,壓力和溫度得以升高,熱焓隨之增加,被送到蒸發(fā)器的加熱室當(dāng)作加熱蒸汽即生蒸汽使用,使料液維持蒸發(fā)狀態(tài),而加熱蒸汽本 身將熱量傳遞給物料本身冷凝成水。這樣,原來要廢棄的蒸汽就得到了充分的利用,回收了潛熱,又提高了熱效率。
多效蒸發(fā)過程中,蒸發(fā)器某一效的二次蒸汽不能直接作為本效熱源,只能作為次效或次幾效的熱源。如作為本效熱源必須額外給其能量,使其溫度(壓力)提高。蒸汽噴射泵只能壓縮部分二次蒸汽,而mvr蒸發(fā)器則可壓縮蒸發(fā)器中所有的二次蒸汽。
溶液在一個降膜蒸發(fā)器里,通過物料循環(huán)泵在加熱管內(nèi)循環(huán)。初始蒸汽用新鮮蒸汽在管外給熱,將溶液加熱沸騰產(chǎn)生二次汽,產(chǎn)生的二次汽由渦輪增壓風(fēng)機(jī)吸入,經(jīng)增壓后,二次汽溫度提高,作為加熱熱源進(jìn)入加熱室循環(huán)蒸發(fā)。正常啟動后,渦輪壓縮機(jī)將二次蒸汽吸入,經(jīng)增壓后變?yōu)榧訜嵴羝瓦@樣源源不斷進(jìn)行循環(huán)蒸發(fā)。蒸發(fā)出的水分終變成冷凝水排出。
由于成本原因,單級離心壓縮機(jī)和高壓風(fēng)機(jī)被普遍用于機(jī)械蒸汽再壓縮系統(tǒng)。因此下述說明是針對此類設(shè)計。離心壓縮機(jī)是體積控制機(jī)器,即無論吸入壓力多大,體積流率幾乎保持恒定。而質(zhì)量流量的變化與 吸入壓力成比例。
e、由于采用壓縮機(jī)提供熱源,和傳統(tǒng)蒸發(fā)器相比,溫差小得多,能夠達(dá)到溫和蒸發(fā),極大地提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低結(jié)垢。
f、無需冷凝器或只需很小面積的冷凝器,結(jié)構(gòu)與流程非常簡單,全自動操作,可連續(xù)運行,可靠。
g、設(shè)備內(nèi)配CIP清洗管路,可實現(xiàn)就地清洗,整套設(shè)備 操作方便,無死角。
h、該蒸發(fā)器是物料在低溫(蒸發(fā)溫度35℃-100℃)、且不產(chǎn)生泡沫的狀態(tài)下進(jìn)行蒸發(fā),料液均勻,不跑料,不易結(jié)焦,物料加熱變性小。
i、傳統(tǒng)多效蒸發(fā)器采用新鮮蒸汽作為能源,如五效蒸發(fā)器蒸發(fā)1噸水一般消耗新鮮蒸汽0.23噸;MVR機(jī)械壓縮蒸發(fā)器消耗的能源是電能,蒸發(fā)1噸水一般消耗電13-26度,一般沸點升高較小的物料可以達(dá)到噸水電耗20度以下。能源節(jié)省程度與用戶當(dāng)?shù)氐男迈r蒸汽單價與電價密切相關(guān),如蒸汽單價180元/噸,電價每度0.7元與五效蒸發(fā)器比,每蒸發(fā)一噸水能耗節(jié)省27.5元,如蒸發(fā)量為100噸,每年運行時間為330天,每天工作24小時,每年的節(jié)約能耗費用是21700801元。MVR蒸發(fā)器比五效蒸發(fā)器節(jié)能60%以上。