1、MVR 蒸发器一、MVR 蒸发器介绍1、MVR 系统原理MVR 是蒸汽机械再压缩技术， （mechanical vapor recompression ）的简称。MVR 蒸发器是重新利用它自身产生的二次蒸汽的能量，从而减少对外界能源的需求的一项节能技术。MVR 其工作过程是将低温位的蒸汽经压缩机压缩，温度、压力提高，热焓增加，然后进入换热器冷凝，以充分利用蒸汽的潜热。除开车启动外，整个蒸发过程中无需生蒸汽从蒸发器出来的二次蒸汽，经压缩机压缩，压力、温度升高，热焓增加，然后送到蒸发器的加热室当作加热蒸汽使用，使料液维持沸腾状态，而加热蒸汽本身则冷凝成水。使二次蒸汽得到充分的利用，回收潜热，提高热
2、效率。2、MVR 蒸发器技术特点低能耗、低运行费用；MVR 蒸发器仅需要极少量生蒸汽，极大地降低企业运行成本，减少环境污染。没有废热蒸汽排放，节能效果十分显著。占地面积小，结构与流程非常简单运行平稳，自动化程度高。可以在 40下蒸发而无需冷冻设备，特别适合热敏性物料。3、MVR 系统应用范围3.1 处理工业废水（环保领域）工业废水的浓缩和水的循环再利用。如电镀行业、涂料生产行业、医药和农药行业、金属加工行业、造纸行业和原油生产行业等污水处理。如从污水中去掉有机物和无机盐和低成本解决高含盐废水回用问题，MVR蒸发器是处理这类工业废水的最佳方案。3.2 化工工业化工工业包括有生产空心纤维分子的工艺
3、用水的处理、香料的提纯、亚氯酸钠和过硫酸钠等化工原料的生产、有机添加剂的浓缩和结晶。3.3 制药工业制药工业包括有生产西药的蒸发、浓缩、结晶和干燥和中药的浓缩。3.4 食品行业在食品深加工行业，大量采用蒸发技术实现脱水的功能。如浓缩玉米浆和饮料的浓缩、提取葡萄糖、氨基酸等。在制酒行业。MVR 蒸发器可以代替陈旧的蒸馏用的设备。在牛奶行业 MVR 蒸发器有低温蒸发、高度清洁、高度自动化等特点。4、MVR 系统的组成MVR 系统由蒸发器、分离器、压缩机、真空泵、循环泵、操作平台、电器仪表控制柜及阀门、管路等系统组成。5、蒸发器类型5.1 MVR 降膜蒸发器降膜蒸发器是液膜传热，传热系数、传热温差高
4、于其他形式的蒸发器。降膜蒸发适用于热敏性溶液、高粘度溶液和易发泡物料的蒸发。但不适用有结垢和易结晶的溶液。5.2 MVR 强制循环蒸发器蒸发过程不在加热表面而是在分离器中进行。因此，在列管中结壳和沉淀产生的结垢现象被降低到最低限度 。管内流速由循环泵决定：溶液在设备内的循环主要依靠外加动力所产生的强制流动，传热效率和生产能力较大。应用范围：适用于易结垢液体、高粘度液体 。非常适合用作盐溶液的结晶蒸发器5.3 MVR-FC 连续结晶器带有 MVR 强制循环结晶器简称 MVRFC 这种结晶器可通过用于蒸发法、间壁冷却或者真冷却法结晶。产品的粒度约在 0.10.84mm 的范围。这种结晶器已被用于氯
5、化钠、尿素、柠檬酸等产品。6、压缩机类型mvr 蒸发器中核心部件是蒸汽压缩机，而国际上比较成熟的压缩机主要为离心式压缩机和罗茨式压缩机6.1 离心式蒸汽压缩机离心式蒸汽压缩机：离心风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。离心式蒸汽压缩机和传统离心风机原理相同，但系统内走的是蒸汽不是空气。离心式蒸汽压缩机能够提供的有效温升为 9 度（以水蒸汽为例），适合蒸发量较大但物料沸点升高不大的情况，一般蒸发量在 7 吨以上，但沸点不超过 7-9 度的可以使用离心式蒸汽压缩机。但注意离心式蒸汽压缩机因依靠速度能转化成压力能，速度又受到材料强度等因素的限制，故压缩机每级的
6、压力比不大，在压力比较高时，需采用多级压缩；特别情况下，机器会发生喘振而不能正常工作；6.1.1 离心式蒸汽压缩机的故障处理风量降低：转速降低时检查电源连接情况，管路堵塞时考虑管道和密封的污垢清理。风压降低：系统阻力过大时修正系统设计，介质密度变化时考虑进口叶片的位置调整，若叶轮变形则更换叶轮。风机震动：基础下沉和变形时需考虑加固，主轴变形时考虑更换主轴，考虑转子重新做动平衡试验，并适当调节出口阀门。轴承温度过高：轴承损坏时更换轴承，润滑油脂不符合要求考虑更换润滑油，冷却不够时增大冷却量，重新找正电机和风机轴位，并消除转子震动，6.2 罗茨式蒸汽压缩机罗茨式蒸汽压缩机：罗茨风机为容积式风机，输
7、送的风量与转数成比例，叶轮端面和风机前后端盖之间及风机叶轮之间者始终保持微小的间隙，在同步齿轮的带动下风从风机进风口沿壳体内壁输送到排出的一侧。罗茨式蒸汽压缩机和传统的罗茨风机原理相同，但同样系统内部走的是蒸汽。罗茨式蒸汽压缩机能够提供的有效温升为 25 度（以水蒸汽为例）适合蒸发量较小但沸点升高较大的情况，一般蒸发量在 5-7 吨，但沸点升高不超过 25 度的均可使用罗茨式蒸汽压缩机。6.2.1 罗茨压缩机故障处理出口风量低： 转速过低检查皮带调整张紧力。出口超压检查进风口真空度及出风口压力。 管路堵塞检查管路、防护网、阀门、消音器，确认气路通畅。泄漏过大检查机壳外部是否有表面磨损或锈蚀造成
8、过大缝隙。出口无流量：转速过低用转速表测转速并与制造厂文件比较，转向错误调整电机转向，管路堵塞检查管路、防护网、阀门、消音器，确认气路通畅。过载：转速过高时检查调整，压力过高时检查进风口及出风口压力。转子摩擦时检查机壳外部是否有发热区域，转子可能在这里有接触，改善风机的安装和轴的对中。齿轮或轴承过热：润滑油不足时检查齿轮油箱油位及润滑油系统的压力。润滑油过量时检查齿轮油箱油位并检查泵压力，如果不正确，排净油并换上所推荐等级的新润滑油。压缩机震动：转子摩擦时检查机壳外部是否有发热区域，转子可能在这里有接触，改善风机的安装和轴的对中。轴承、齿轮磨损时检查齿轮啮合间隙及轴承情况，视情况更换齿轮和轴承
9、。转子不平衡或摩擦时除去锈皮等杂质恢复间隙，重新找动平衡。电机或风机松动时拧紧安装螺栓。管道共振时确定管道中压力是否形成驻波。密封漏气或发热：填料箱缺油时疏通油路或填新油，胀圈折断时更换胀圈，疏齿密封尖磨钝或倒尖则更换气封。填料过紧过松或不正时调整压盖螺丝更换填料。6.3 压缩机材质MVR 蒸发器压缩机材质也有很多多选择。其中使用最广泛的罗茨式和离心式压缩机，其主要材质有 304 不锈钢和碳钢镀镍两个方式。 对于工作在高温高湿环境中的压缩机，碳钢做成的压缩机不能很好的胜任在这种环境中运行，腐蚀现象比较明显，寿命受到的制约。对于不锈钢压缩机，由于滚子是不锈钢制成，所以多对一些腐蚀性的蒸气，比如：
10、酒精、氨气。等有较高的抗腐蚀性能。能够胜任比较多的蒸发环境。但是不锈钢压缩机有一个致命的缺点，由于不锈钢比碳钢要软很多，所以运行过程中滚子形变比较大，压缩机设计的过程中为达到较高的工作效率和较小的漏气量。罗茨压缩机两支滚子之间的间隙往往设计的非常小。运行一段时间之后，由于滚子的形变造成两支滚子之间的间隙逐渐缩小，最终摩擦在一起，到此，两个滚子将咬合在一起，而无法转动，造成非常大的损坏。通过技术研发和不断的实验。总结出碳钢镀镍材质的压缩机滚子最为好用。这种材质的压缩机滚子既保持了碳钢良好的机械强度，又发挥了镍材料优秀的抗腐蚀效果。整体寿命提升到 10 年以上。材质选择正确与否，直接关系到蒸发、结
11、晶、干燥设备的使用寿命。废水有酸性、碱性、有含氯离子、硫离子、铵离子、浓度不一的盐，腐蚀性也不甚相同，所以必须选择相应的材质，保证设备的正常运转，温度不同，材质型号也不同。如：含有氯离子的废水蒸发结晶时温度 40以下时，材质选择 2304，双相不锈钢温度在 4090时，材质选择 2205，双相不锈钢温度在 90以上时，材质选择 2507，双相不锈钢如：含有氯离子，又含有铵离子的废水蒸发结晶时温度在 40以下时，材质选择 2205，双相不锈钢温度在 4090时，材质选择 2507，双相不锈钢温度在 90以上时，材质选择 254SMo 或钛材。对于酸性或碱性盐 PH=4 10 之间的废水可以选择奥
12、氏体 316L、304L ，温度越高要求材质越好。而氯、硫离子存在水中时，必须选用双相不锈钢，因为双相不锈钢对应力腐蚀开裂，点腐蚀和晶间腐蚀有着优良的耐腐蚀性。二、MVR 蒸发器设计选型1、根据原液选择蒸发型式1.1 溶液的粘度 溶液的粘度以及蒸发过程中溶液粘度的变化范围，是影响 MVR 设计首要考虑的因素。1.2 溶液组成物质的热稳定性长时间受热易分解、易聚合以及易结垢的溶液蒸发时，应采用滞料量少、停留时间短的蒸发器。1.3 有晶体析出的溶液对蒸发时有晶体析出的溶液应采用强制循环蒸发器。1.4 易发泡的溶液易发泡的溶液在蒸发时会生成大量层层重叠不易破碎的泡沫，充满了整个分离室后即随二次蒸汽排
13、出，不但损失物料，而且污染冷凝器。蒸发这种溶液宜采用强制循环蒸发器或降膜式蒸发器。1.5 有腐蚀性的溶液蒸发腐蚀性溶液时，加热管应采用特殊材质制成，或内壁衬以耐腐蚀材料。若溶液不怕污染，也可采用直接接触式蒸发器。1.6 易结垢的溶液无论蒸发何种溶液，蒸发器长久使用后，传热面上总会有污垢生成。垢层的导热系数小，因此对易结垢的溶液，应考虑选择便于清洗或溶液循环速度大的蒸发器。1.7 溶液的处理量溶液的处理量也是选型应考虑的因素。根据处理量选择合理的蒸发器与效数。2、压缩机的选择离心压缩机 罗茨压缩机原理叶片式离心风机属于恒压风机，工作的主参数是风压，输出的风量随管道和负载的变化而变化，风压变化不大
14、容积式罗茨鼓风机属于恒流量风机，工作的主参数是风量，输出的压力随管道和负载的变化而变化，风量变化很小运行噪音 低 高材质 双相钢、钛合金等 碳钢镀镍防腐适用介质能够提供的有效温升为 9 度（以水蒸汽为例），适合蒸发量较大但物料沸点升高不大的情况，一般蒸发量在 7 吨以上，但沸点不超过 7-9 度的可以使用离心式蒸汽压缩机。能够提供的有效温升为 25 度（以水蒸汽为例）适合蒸发量较小但沸点升高较大的情况，一般蒸发量在 5-7 吨，但沸点升高不超过 25 度的均可使用罗茨式蒸汽压缩机。优点生产能力大，供气量均匀，流量平稳、与原动机可直接连接、维护费用少，结构可靠，运转周期长，人员操作少；结构简单，
15、易损件少；消除汽缸带油，提高化学反应占地面积小,运转周期长,出口气体不带油气体质量好；主要用在输气干线上效率高、压比较高、对进气压力的稳定性要求较低、无喘振现象，主要用在输气支线上缺点易产生喘振、单级压比较低等缺点转子转速较高, 为了保证叶轮一定的宽度, 离心式压缩机必须用于大中流量场合, 不适合于小流量场合排量相对较小、机体笨重、结构复杂、连续运转性能不好、振动大、检修间隔时间短、维护费用高等缺点三、氯化钠蒸发结晶计算氯化钠废水处理量 5T/h，其中氯化钠含量为 10%,温度 20，废水平均比热容为 3.2KJ/(Kg·)，纯水比热容 4.2KJ/(Kg/)，要求蒸发结晶。(1)设
16、计蒸发方案选择合适的蒸发结晶型式及蒸汽压缩机的选择？(2)计算换热器所需的换热面积？1、蒸发器的选型因为要求氯化钠蒸发结晶因此选用抗结垢能力强，更节能的单效 MVR 强制循环蒸发结晶器，因为高浓度的氯化钠具有很强的腐蚀性，蒸发过流段选用抗腐蚀能力强的钛材。因为：离心式蒸汽压缩机能够提供的有效温升为 9 度（以水蒸汽为例），适合蒸发量较大但物料沸点升高不大的情况，一般蒸发量在 7 吨以上，但沸点不超过 7-9 度的物料。罗茨式蒸汽压缩机能够提供的有效温升为 25 度（以水蒸汽为例）适合蒸发量较小但沸点升高较大的情况，一般蒸发量在 5-7 吨，但沸点升高不超过 25 度的物料因此根据氯化钠废水有沸
17、点升高，需求有温差的要求，选用罗茨式蒸汽压缩机材质用碳钢镀镍。2、MVR 蒸发详细参数计算(1)蒸发量：W=F(1-x o/xn)=5000Kg/h(1-0.1)=4500Kg/h（(2)设定二次蒸汽即蒸汽压缩机进口温度为 80，压强 47.4KPa，汽化热2307.4KJ/Kg 选用罗茨式蒸汽压缩机压缩比为 2.6，则出口压力为 123KPa，温度为 105汽化热 2245KJ/Kg(2)初始将物料加热到沸点。用 400KPa（绝压）温度 143.4汽化热 2138.5KJ/Kg 蒸汽加热到沸点查的 47.4KPa 下 10%氯化钠沸点为 82。(3) 热负荷的计算由于溶液达到沸点，由压缩蒸
18、汽机的压缩蒸汽进行加热压缩蒸汽 D 等于蒸发量 W则热负荷 Q=Dr=4500×2245=10102500KJ/h (4)平均温度差 t因溶液蒸发浓度达到 26%达到沸点最高值因此以 26%浓度下的溶液沸点来算有效温差溶液在 101.3KPa 沸点升高 7校正系数 f=0.0162(T+273)2/r=0.0162×(80+273) 2/2307.4=0.87=f=0.87×7=6管内液面按 2m 计算则液柱中部压强为 p=p+gl/2=47.4+1100×10×2÷2÷1000=58.4KPa则 =5总温度差损失为 =5+
19、6=11溶液沸点为 t=80+11=91平均温差为 t=105-91=14(5)换热器总传热系数 K换热器总传热系数取 5024.16KJ/(h·m³·)(6)换热器换热面积 SS=Q/(Kt)=10102500÷(5024×14)=143.6因为有各种原因的热损失故乘以系数实际换热面积为 170计算结果汇总参数 MVR 强制循环蒸发器进料流量 /h 5000进料浓度 10出料浓度 100进料温度 20总蒸发量 Kg/h 4500压缩机型号 罗茨式蒸汽压缩机压缩机压缩比 2.6压缩机功率 KW 150二次蒸汽汽化热 kJ / 2307.4压缩机进口温度 80压缩机进口压力 Kpa(绝) 47.4压缩机出口温度 105压缩机出口压力 Kpa(绝) 123加热蒸汽汽化热 kJ / 2245溶液沸点 91有效温差 14换热面积 170石家庄博特环保 张工 18132020367
