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MVR蒸发系统说道多!这些你还不知道?

yuanyou甲班 2019-03-14 12:38:24

你真的懂蒸汽压缩蒸发(MVR)系统吗?它有什么组成?与其他蒸发系统相比,有哪些优势?进展如何?MVR热泵有什么特性?降膜技术、换热器强化换热技术......问题可真不少啊!




MVR系统组成


  • 蒸发器:主体设备,包含加热器、分离器、循环泵。压缩机系统:核心设备,压缩二次蒸汽提供蒸发热源,提高二次蒸汽的热焓。

  • 预热器:余热利用及提高进料温度

  • 真空系统:维持整个系统的真空度,从装置中抽出部分不凝气体以及溶液带入的气体,以达到系统稳定的蒸发状态。控制系统:PLC或DCS系统。压缩机转速、阀门、流量计、温度、压力的控制调节,以达到自动蒸发、清洗、停机等操作。自动报警,系统自动保护,以保持系统动态平衡。


MVR控制系统


  • 自动控制系统:MVR蒸发系统控制中心(DCS或PLC控制中心),通过对电机转速的调节,阀门、流量计、温度、压力的控制,以达到自动蒸发、清洗、停机等操作。自动报警,自动保护系统不受损伤,保持系统动态平衡。

  • 自动清洗系统:不同的溶液蒸发一段时间后,可能会发生结垢现象,一般说99%以上的结垢都是可以通过添加化学溶剂除去,一般可以使用CIP原位清洗或者拆除清洗。


MVR系统流程工艺进展


MVR 热泵装置结合不同的处理工艺过程,需要提供适宜的传热温差。蒸发过程中传热温差和压差大小一般与处理料液的热敏性有关,高热敏性料液适宜于小温差条件下多梯度分阶段进行。


MVR 热泵系统的工艺流程也设计成单效蒸发和多效蒸发。


单效蒸发系统的流程简单,操作较方便,适合于水分蒸发量大,热敏物性较弱,允许大温差传热,只需蒸发一次就可达到浓缩要求的溶液。


MVR单效蒸发系统



MVR热泵的多效蒸发工艺

  


MVR系统多效蒸发方式适合于处理热敏较敏感,不宜进行大温差传热的溶液蒸发,同时其也可用于蒸发量较大的工艺场合。




MVR及其应用领域





  • 饮料工业(牛奶、果汁、乳清、糖溶液的蒸发浓缩)

  • 食品、添加剂工业(味精、大豆、蛋白质乳液蒸发浓缩)

  • 制药及生物工程(中药、维生素,氨基酸、柠檬酸等)

  • 化学工业(蒸发浓缩、结晶、分离提纯)

  • 废水处理(含盐废水、含重金属废水等)

  • 制盐工业、海水淡化


MVR的优势


1、节能降耗


近年来,由于人类对能源的需求越来越大,能源供应成为瓶颈问题。面对如此情况,节能成为目前摆脱能源短缺束缚的重要途径之一。

  





2、MVR与双蒸发工艺比较


工作时间:24 小时/天300 天/年电价:0.8 RMB/KW·h 蒸汽价:200 RMB/T




3、MVR关健设备-蒸发器


蒸发器形式多样:强化的降膜蒸发器是一种高效节能换热设备,与其他类型的蒸发器相比有明显的优势。


降膜蒸发技术属薄膜蒸发,由于其相变发生在流动的液膜中,因而有高的传热系数和热流密度,低的传热温差,尤其低温传热性能优良。


降膜蒸发器注意事项


降膜蒸发器换热管内的成膜均匀程度和成膜厚度是降膜蒸发器安全高效工作的重要保证;


溶液分布器的布液效果优劣,换热管管壁出现液膜不均时产生的后果不仅仅是蒸发效率大大降低,同时可能造成换热管局部温度过高,出现“干烧”现象,长期持续下去将明显减少其使用寿命。


管内液膜不均导致的蒸发不均问题还会在蒸发过度的管壁处析出部分溶质,集聚其表面后形成结垢。


此外,高温下蒸发溶液内所含物质会呈现较强的腐蚀特性,在工艺设计过程中需要引起注意,可通过采取使用防腐性换热器材料等措施来解决。


MVR 热泵特性与分析


MVR 热泵蒸发系统的开式循环机理是基于回收利用物料蒸发所产生的二次蒸汽的潜热而进行。


由于在蒸发器中二次蒸汽所需的潜热来自外排蒸汽本身冷凝所放出的潜热,因此蒸发所耗的能量仅仅是压缩机所耗的能量。


MVR 热泵流程图




MVR 热泵效率与分析


根据MVR 热泵系统的工作原理可知,其效率取决于回收利用的潜热值与输入的机械功之间的比较。


下表以常压下基本循环的状态变化为例,通过模拟计算表明其在能源利用效率方面的优势。


MVR 热泵计算分析

 


从上表看出,系统消耗90.5 kJ/kg 的压缩功,就可以回收利用2257.6 kJ/kg的潜热,热功比达到了24. 9。工质的热焓仅增加0. 8%,但其温度提高了13%,相当于输入少量的高品位机械能,却把大量的低品位热能转化成为可资利用的高品位热能,从而提高了能源利用效率。


换热器强化换热技术


所谓换热器传热过程的强化就是力求使换热器在单位时间内、单位传热面积传递的热量尽可能增多。


应用强化传热技术的目的是为了进一步提高换热设备的效率,减少能量传递过程中的不可逆损失,更合理更有效地利用能源,减少换热面积,降低金属消耗。


要求合理的设计、制造出高效的换热器。


强化传热途径分析


在换热器中,提高传热性能的研究是指对传热的强化。


从强化传热的过程来划分可以分为导热过程的强化、对流传热过程的强化和辐射传热过程强化三大类,其中研究最多、应用最广的是对流传热强化。

  

  


在冷流体和热流体的进出口温度一定时,通过改变换热面的布臵来改变平均传热温差。


但是由于受到受热材料物理性质和实际工作条件的限制,平均传热温差不可能太大,即传热平均温差的增加是很有限的。


(2) 增大传热面积A


增加传热面积是研究最多的一种强化传热方法,是一种简单且很有效的强化换热途径。


增加换热面积的方法比较多,采用小管径和扩展表面换热面均可增加传热面积。


由以上可见,采用增加平均温差以强化传热的途径,其应用范围有限。


用增加换热面积是有效途径,但同样受到各种条件的限制,换热面积不能增加过多。


提高传热系数成为提高换热器换热性能的主要方法。


传热系数和对流传热系数、管壁导热系数、管壁厚度、污垢导热系数有关,而管壁导热系数和管壁厚度受材料规格、性能和换热器运行工况的限制。


减小污垢的厚度或延缓垢层的形成以减小污垢热阻与提高对流传热系数关系密切。


降膜蒸发器布液器研究进展


国内外学者大量研究实验,普遍认为:布液器对原液分配的均匆程度及喷淋密度、液膜流动特性是影响降膜蒸发传热的主要因素。


目前主要存在的布液方式主要分为溢流型、插件型、喷淋型三种。

溢流型结构简单,安装方便、不易堵塞,但布膜效果难以保正,适用于液膜分布要求不高的场合;


插件型能够保证液体在单管内布膜均勾,但不易保证液体均勾分配到所有换热管上,且流动阻力大、易堵塞、安装要求精度高,适于处理清洁物料的小型降膜蒸发器;


盘式分布器布液均勾,不易结坂,操作稳定,但制造成本高,适用于大型降膜蒸发器。


降膜蒸发技术已比较成熟,将其运用到MVR 热泵系统上时需注意系统的匹配优化问题。


影响换热管内溶液均匀成膜的溶液分布器是提高降膜蒸发器性能和可靠性关健问题之一。


适宜于降膜蒸发的换热面新结构型式开发也逐渐成为人们感兴趣的研究方向。


各种强化传热技术


当前应用于降膜蒸发管程强化传热的换热管主要有波形管、横纹管、螺旋槽纹管、缩放管、内插螺旋线圆管等。


分布分析,认为液膜形状主要受表面张力影响,相对于光滑圆管,竖直螺旋槽纹管的液膜厚度更均勾,传热传质性质更好。


光管和波纹管的平均传热膜分系数以及摩擦系数都随液膜质量流量的增大而升高,而波纹管的传热系数比光管要高30%左右,压降却低于光管。


实验结果证明液膜蒸发侧的传热系数比光管高10%左右,随着喷淋密度的增加,传热膜系数提高,并且波纹管能够更好的布膜,减少了“干斑”现象,能有效提高传热系数,降低总功耗。

  


扭曲椭圆管换热器特点:

  • 扭曲椭圆管换热器是种新型高效的换热设备。

  • 将光滑圆管通过压扁、沿轴线扭转后获得扭曲椭圆管。

  • 由于扭曲椭圆管截面形状为椭圆形,每个扭矩的长轴之间可以相互支撑,在壳程形成特有的无折流板自支撑结构,并且形成螺旋形流道,实现壳侧流体纵向螺旋流动,降低了流动阻力,强化壳侧流体扰动;

  • 管程由于压扁与扭曲作用,同样为流体创造了螺旋形流道,流体受流道导引旋转流动,能有效破坏边界层,提高传热膜系数;

  • 由于离心力作用,使流体能有效贴壁,应用于管内降膜蒸发器中能避免干壁现象,扭曲椭圆管管型及自支撑结构。


扭曲椭圆管换热器



扭曲椭圆管能够在牺牲较小管程压降的条件下换取较高的传热效率,对换热器强化具有很大的作用。


针对MVRHP 系统中关键设备降膜蒸发器:

换热管内液膜的成膜均匀程度和成膜厚度是降膜蒸发器安全高效工作的重要保证;


换热管管壁出现液膜不均时,可能会产生蒸发效率降低,同时也可能造成换热管局部温度过高,导致局部液膜断裂,进而出现“干壁”现象

MVR设备的核心-压缩机的类型比较:

  



MVR系统中压缩机的效率

  

  


MVR核心-压缩机

不同MVR压缩机的后期维护

 


单级高速离心压缩机

 

单级高速压缩机的叶轮


叶轮俯视

  
轴系



叶轮与扩压器

 
进口导叶可调结构


单级高速离心压缩机特点:

  1. 流量大、可以达到1~300m3/s

  2. 效率高、能耗低,压缩机效率达到85%以上

  3. 对蒸汽100%无污染、无需其他后处理

  4. 使用寿命长、运行成本低

  5. 振动小、噪声低

  6. 结构紧凑、维护方面

  7. 压力、温度可调范围广、耗水少