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浅谈MVR板式升降膜蒸发器

2021-07-15 10:45:40

板式蒸发器自1956年于英国APV公司问世以来,被认为是一种高效、紧凑、新型的蒸发设备,当时主要用于明胶蒸发及食品加工行业。随着技术的日新月异以及各种工业行业越来越高的需求,目前板式蒸发器已广泛应用于石油、化工、造纸、海水淡化、工业废水处理等行业。

从原理上讲,板式蒸发器集薄膜传热理论和板式换热器原理于一体,尤其在低温、低压工况下使用效果更为出色。因此,在某种程度上,板式蒸发器被认为是目前先进的蒸发设备。从成本上讲,通过板式和管式的NTV值、工作流体流量、流量比、粘度、阻力等参数的对比,显示板式比管式成本低得多,且具有传热系数高、所需传热温差较小、结构紧凑、拆装方便、增减换热面积灵活的特点,是回收利用低温热源的理想设备之一。

板式蒸发器的型式多种多样,根据物料的流向不同,主要分为三种:升膜式、降膜式和升降膜式。而板式升降膜蒸发器是其中高效紧凑的典型代表,其结构如图-1所示。它以四个流道为一个单元,整机由若干个单元加首尾两端板构成,是一个升膜蒸发和降膜蒸发相结合的蒸发装置。物料进入第2流道时沿传热表面上升,进行升膜蒸发,然后流入第4流道,自上而下地在传热表面上进行降膜蒸发,并排出二次蒸汽和浓缩液至汽液分离器。在2和4流道的两侧分别为蒸汽冷疑放热的1和3流道。每一流道的两板片之间都有特殊结构的密封垫圈,将相邻两侧的不同物料互相隔开。其结构更为紧凑,单位体积的传热面积较大,单台最大换热面积可达到800m2。

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图-1板式升降膜蒸发器结构图

什么是MVR蒸发器?MVR是机械蒸汽再压缩技术的简称,MVR蒸发器是回收利用它自身产生的二次蒸汽(低温低压)的能量,从而减少对外界能源需求的一种节能的蒸发器。相对于传统多效蒸发器,MVR蒸发器具有能耗低,工艺简单,蒸发温度低等优点,与板式升降膜蒸发器极高的传热效率相结合,将使MVR板式升降膜蒸发器具有极强的技术优势,对节能减排和降低企业成本有着重要的作用。

MVR板式升降膜蒸发器系统工艺流程如图-2所示,系统由蒸汽压缩机、板式升降膜蒸发器、气液分离器、管路系统等组成。原液经预热后进入板式升降膜蒸发器,从物料侧板间通过,并被蒸汽加热而蒸发。物料汽液混合物从板式升降膜蒸发器出料口处排出,然后进入汽液分离器,在其中将汽液分离,从而获得浓缩的物料和二次蒸汽。浓缩液浓度达到规定数值时,由出料泵输送出本系统。二次蒸汽经汽液分离器分离后进入蒸汽压缩机,提高二次蒸汽的压力和温度,然后进入板式升降膜蒸发器蒸汽侧板间对原液再进行加热,受热的原液继续蒸发产生二次蒸汽,从而实现持续的蒸发状态。

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图-2MVR板式升降膜蒸发器系统工艺流程图

在MVR板式升降膜蒸发器系统中,影响系统性能的两个关键因素是板式升降膜蒸发器换热面积和蒸汽压缩机压缩比。

系统所需换热面积与压缩比的变化关系如图-3所示,系统所需换热面积随着压缩机压缩比的增大而急剧减小,有助于减少投资,但是在MVR系统中压缩机的能耗较大,并且局限于当前蒸汽压缩机的制造技术,大压缩比受到限制,因此,MVR系统一般在较小压缩比的工况下运行,但这与蒸发器所需的换热面积增大,进而增大投资的状况形成矛盾,而板式升降膜蒸发器传热系数高、有效换热面积大、低温差传热性能好的优点,很好地解决了这个矛盾。

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图-3系统所需换热面积与压缩机压缩比的关系图

能效比COP是评价MVR系统优劣的一个重要指标,其值为蒸汽压缩机产生的制热量和输入的功的比值,其值越高说明MVR系统的效率越高越节能。如图-4所示,COP受蒸发压力的影响不明显,但受压缩比影响较大,在低压缩比区域,COP随压缩比的增大迅速降低;当压缩比大于2时,COP随压缩比变化较小,趋于平缓。因此,压缩机宜在较小的压缩比下操作,但同时需要兼顾过小的传热温差与物料沸点温升以及系统温度损失之间的矛盾。综合考虑能量利用率与蒸发系统设备费用,可以选择实际压缩比在1.5~2之间。由于板式升降膜蒸发器具有较高的传热系数,能够达到2000~5000W/(m2•K),且在出口处传热温差可低至2~3℃,则低压缩比与大换热面积的矛盾得到解决,从而实现MVR整体系统的节能性及经济优越性。

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图-4能效比COP与压缩机压缩比的关系图

综上所述,通过系统所需换热面积、能效比COP以及压缩比之间的影响关系对比,将板式升降膜蒸发器与MVR系统相结合,集中了两者的优点,使得MVR板式升降膜蒸发器具有结构紧凑、易清洗、体积小、占地面积小;拆卸方便、换热面积可调整;传热效率高、热损失小;持液量少、停留时间短;压缩机所需压缩比小、能耗低;系统所需换热面积小(与列管式降膜蒸发器相比)、设备投资成本低等。因此,高效节能的MVR板式升降膜蒸发器在各种工业领域的应用将会越来越普遍。


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江苏瑞达环保科技有限公司是一家以技术研发为先导的高科技环保公司,是国家高新技术企业和江苏省民营科技企业。下设节能蒸发事业部、水处理事业部、气处理事业部、危险废物处置及资源化事业部,主营业务有MEE、MVR、TVR、OSLO、DTB等各类蒸发装置的设计及装备制造;高浓度有机废水、高盐废水、高氨氮废水、放射性废水的综合处理成套工艺包开发及EPC工程总承包;VOCs有机废气处理,RTO炉、浓缩转轮和纤维吸附新材料的生产;公司技术及产品目前已广泛应用于核工业、化工、化纤、新能源、印染、危废处置、石油炼化、农化、医药、生物发酵、生物质可降解新材料等诸多行业和领域。