MVR与MVC综述

MVR/MVC：原理、流程、设计、设备与实例1MVC2•机械蒸汽压缩MVC是MechanicalVaporCompression蒸发技术的简称。•其原理是利用蒸汽压缩机压缩蒸发产生的二次蒸汽，提高二次蒸汽热量和温度，压缩后的蒸汽打入蒸发器作为热源，再次使其原液产生蒸发，从而达到不需要外部鲜蒸汽，依靠蒸发器系统自循环来达到蒸发浓缩的目的。通过PLC控制系统、组态软件等工程软件来控制系统温度、压力、马达转速，保持蒸发器稳定、高效智能运行。...主要特点1.MVR节能蒸发器技术是目前国际最为先进的蒸发器技术，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。2.由于采用压缩机提供热源，和传统蒸发器相比，温差小得多，能够达到低温蒸发，极大地提高产品质量、降低结垢。3.无需冷凝器，结构与流程非常简单，全自动操作，可连续运行，安全可靠。4.设备内配CIP清洗管路，可实现就地清洗，整套设备操作方便，无死角。5.该蒸发器是物料在低温、且不产生泡沫的状态下进行蒸发，料液均匀，不跑料，不易结焦。34热泵（MVR/TVR）蒸发两种方式：机械压缩式和蒸汽动力压缩式比较•蒸汽动力压缩式蒸发系统只能利用一部分二次蒸汽，其余的二次蒸汽送往冷凝器冷凝，因此在能量利用性上不及机械压缩式蒸发系统。但其本身结构简单，费用低廉，消耗蒸汽而不耗电，可以在投资较少的前提下取得较大的节能效果和经济效益，因而很受一些企业的欢迎。5原理与能效6MVC的原理7启动蒸汽进料压缩机冷凝液浓缩液蒸汽MVC的原理和设备8MVC流程示意图9电加热器（6）主热交换器蒸汽侧（3）薄雾过滤器（8）蒸汽压缩机（4）辅助热交换器（7）废液进料15~27℃冷凝水27~43℃压缩蒸汽110~115℃热进料82~93℃热进料100~110℃蒸汽99℃汽液分离室（1）MVR能流图10蒸汽压缩、蒸发、冷凝过程分析11A-C压缩过程，C-D蒸发过程，D-A冷凝过程12饱和线等压线等温线比熵比焓I、II、III是多个冷凝过程，也可以是一个冷凝过程。•开式循环热泵流程中，二次蒸汽理论上从点1经压缩机加压升温升焓至点2（如图2），进蒸发器，释放过热（2-3）并冷凝放热（3-4）。但实际的循环过程为1’-2’-3-4。原因是进压缩机之前有热损失，故有一定过热度（点1’）且压缩过程不能严格做到等3-4熵压缩，实际上熵值增大即1’-2’。用压-焓图分析较方便，如图3所示。•由于只压缩干蒸汽，且沿等熵线，故压缩后的蒸汽是过热的（1-2）。这就是说，在开始冷凝（点3）之前须先等压冷却（2-3）；3-4为等温冷凝，直到完全没有蒸汽为止。而实际情况的压焓图则如图4所示：工质进压缩机之前就有一定过热度，另外，由于工质通过压缩机流动的不可逆性，比起理论值，压缩机将使工质的焓提高很多。即排气温度提高了，如点1’。实际功耗为w’，而等熵压缩时所耗功为w，则等熵效率为w/w’，偏离卡诺循环，故!#(!4G!H即实际的性能系数cop必将小于逆卡诺循环的。13工艺流程14上海定泰蒸发器有限公司蒸发结器15工艺流程专利之一16有关专利\99800759-机械蒸汽再压缩分离处理（加拿大）.pdf工艺流程专利之二17有关专利\201010576475-一种废水蒸干工艺及装置系统.pdf改进的机械再压缩法流程MVR•a.是由二个蒸发器组成各自的二次蒸汽由压缩后分别作为蒸发器的加热热源;处理液按先后序进入蒸发器。这种方式在溶液浓缩比大，沸点上升较大的场合比较有效·•b.流程与多效蒸发的流程相似，利用末效的二次蒸汽压缩后作第一效尔社热热源，它用在落液沸点上升较小的场合·18设计和计算19工艺设计的关键：•工艺和设备配套选型设计计算•系统的自控设计•压缩风机的选型和设计计算20所需的设计项目和参数•蒸发器设计计算•单效蒸发设计计算内容有：•①确定水的蒸发量；•②加热蒸汽消耗量；•③蒸发器所需传热面积。•在给定生产任务和操作条件，如进料量、温度和浓度，完成液的浓度，加热蒸汽的压力和冷凝器操作压力的情况下，上述任务可通过物料衡算、热量衡算和传热速率方程求解。21一、蒸发水量的计算•技术\设计计算\一、蒸发水量的计算.doc•对图5-13所示蒸发器进行溶质的物料衡算，可得•蒸发量•完成液的浓度•式中：•F——原料液量，kg/h；•W——蒸发水量，kg/h；•L——完成液量，kg/h；•x0——原料液中溶质的浓度，质量分数；•图5-13单效蒸发器•x1——完成液中溶质的浓度，质量分数。22图5-13单效蒸发器110)(LxxWFFx（5-1）由此可得水的蒸发量)1(10xxFWWFFxx01（5-2）二、加热蒸汽消耗量的计算•加热蒸汽用量可通过热量衡算求得，即对图5-13作热量衡算可得：•（5—3）•或（5—3a）•式中：•H——加热蒸汽的焓，kJ/kg;•H´——二次蒸汽的焓，kJ/kg;•h0——原料液的焓，kJ/kg;•h1——完成液的焓，kJ/kg;•hc——加热室排出冷凝液的焓，kJ/h;•Q——蒸发器的热负荷或传热速率，kJ/h;•QL——热损失，可取Q的某一百分数，kJ/kg;•c0、c1——为原料、完成液的比热，kJ/(kg·℃)。•技术\设计计算\二、加热蒸汽消耗量的计算.doc23Lc10QDhLhWHFhDH‘L01)(QFhLhWHhHDQc‘三压缩比•压缩比直接影响蒸发器冷凝～蒸发传热推力的大小。从理论上讲，希望压缩比增大，这样可减少蒸发器的传热面积。从蒸发器相变传热要求出发，最理想的压缩过程是沿蒸汽焓熵图(见下图4—3)•的饱和线AB进行，但一般无冷却压汽机的压缩过程是沿等熵线AC进行，而实际压缩过程又受绝热效率的影响，沿AD线进行。可见，压缩比增大，会引起过热度和熵的增大，并导致功耗剧增，此外还会影响压汽机的正常运行，产生大的噪音。为消除过热度和改善压缩过程，可在蒸汽进口端加水，使压缩过程线变为AD。根据压缩比试验表明，在实际应用中，选用压缩比为1.2，相应的饱和温差为7℃，是比较合理可靠的。压汽式蒸馏设备简单、紧凑，在特定条件下具有良好的节能效益，等效造水比可达15。能源单一方便，只用电能，且不需冷却水。适用于水源缺乏和供汽不便的地方，以及中小规模的废水处理、化工蒸发和蒸馏水生产等。四、传热面积的计算•蒸发器的传热面积可通过传热速率方程求得，即：•（5—6）•或（5—6a）•式中：A——蒸发器的传热面积，m2;•K——蒸发器的总传热系数，W/(m2•K)；•Δtm——传热平均温度差，℃；•Q——蒸发器的热负荷，W或kJ/kg。•式（5—6）中，Q可通过对加热室作热量衡算求得。若忽略热损失，Q即为加热蒸汽冷凝放出的热量，即•（5—7）•但在确定Δtm和K时，却有别于一般换热器的计算方法。技术\设计计算\三、传热面积的计算.doc26mtAKQmtKQADrhHDQ)(c（5—7）优化变量的确定•机械压缩式热泵蒸发系统存在能量平衡性问题.对给定生产要求,作为直接操作参数,压缩机出口压力P2越大,则饱和蒸气的温度越高,传热温差越大,蒸发器的传热面积越小,因而蒸发器的投资越小,但压缩机的耗功量与设备投资都增加;如果压缩机的出口压力越小,结论同上面相反,故机械压缩式热泵蒸发存在着以压缩机出口压力为变量的经济优化.而压缩机出口压力是易直接调控的操作参数,其变化可通过调节电机的可控硅变流设备来实现。27产品与设备28选择蒸发器必须明确：•选择蒸发器，必须明确以下事项，才能正确选择蒸发工艺流程、蒸发器设备形式、材质。1、确定蒸发的目的提高溶液的浓度浓缩溶液并回收溶剂制备纯净的溶剂2、确定蒸发参数进料温度、浓度出料温度、浓度总进料量总蒸发量•3、确定蒸发溶液的特性溶液的热敏性以及可以承受的最高温度溶液的腐蚀性各浓度下溶液的沸点升高值溶液的粘度溶液的饱和浓度溶液的密度4、确定公用工程参数电源蒸汽压力冷却水进水及允许的回水温度30德国GEA公司的MVR降膜式蒸发器顶部关键设备：布水器。，选择合适的液体分布器安装于蒸发器顶部是非常重要的。31关于压缩机选型的建议•可用于压缩饱和蒸汽的压缩机有活塞式,螺杆式和离心式,离心式压缩机生产能力大,且改变转数,因而改变压缩比容易,因此具有诸多优点。如再配以调速电机,则更显出其优越性。调速机构可以是一套变频装置,亦可选择整流装置配置直流电机。该装置不但可以较方便灵活地改变压缩机转数,而且有助于电力供应系统功率因数的改善。32市场概况之一：MVC•市场产品分MVC和MVR，两种。这两种又来自国外进口和和国内自主生产两个方面。•进口MVC----市场上主要是美国PSI公司ENCONMVC系列蒸汽压缩型高浓度废水蒸发浓缩设备生产线已具备284～4,543升/时(75-1200GPH)标准处理量设备的批量生产和供应能力。由沈阳华可乐公司，石家庄博特公司，安杨德环能科技有限公司，沈阳科龙实业有限公司等。•自主开发MVC的产品有：广州市捷晶能源科技有限公司，江苏乐科热力科技有限公司，•国内要实现批量生产能力的有，濮阳市汉华石油机械化工有限公司要投资1.5亿人民币，在今年年底建成年产100台MVC蒸发浓缩设备的产业。33压缩机的选用•最适用的压缩机类型取决于相关应用的操作条件。关键参数是需要达到的压升和待压缩蒸汽的流量。•Π是最终压力p2与吸入压力p1的比值，定义为压缩比。•由于蒸发装置经常是在真空范围内操作，加热表面负荷中等，温差小，所以通常采用离心式再压缩机。•主要包括：•■高压离心风机•■单级离心压缩机•此类机器的流量范围大（例如3,000到500,000m3/hr），压缩比1.1到2.5。34传动机的耦合功率选取35363738技术展望39发展方向1.低能耗。蒸发器是一个大的热能消耗装置,由于能源价格不断地提高。因此,在系统工程中以及蒸发装置本身,如何降低能耗,有效地利用各种余热更加重要。402.改进和创新结构。改进原有装置的重要目的之一是将蒸发器改进后,可作为蒸发干燥,蒸发分馏,蒸发造粒等双重目的操作设备。为了使设备紧凑,增加液膜的湍动、防止结垢、缩短接触时间等目的,研究和创制各种不同的新结构。413.减少蒸发器的结垢•控制结垢的研究,过去重点是防止或延缓结垢过程的本身,今后所面临的课题将是,如何合理组织蒸发器的运行,使沉积在加热面上的污垢热阻的增长为最少,并且较容易从加热面上脱除。当然无传热面的闪急蒸发器以及浸没式蒸发器,将会得到更大的发展42防垢技术：用于热交换器的蒸发亲水表面及其组合物的制造方法•申请号：03800563.8申请日：2003-04-25•摘要：一种热交换器/蒸发器,用于从第一热交换流体传递热量到一液体以使其蒸发成为气态第二热交换流体,其包括一个热传导元件(30),该热传导元件分隔出用于第一热交换流体的第一流动通道(34),和用于第二热交换流体的第二流动通道(36)。第一表面在元件(30)上并与第一流动通道形成热交换联系,第二表面在第一表面相对的元件(30)上并与第二流动通道(36)形成热交换联系。一个亲水涂层(50)部分粘接在第二表面上,该涂层包括一种标称球形微粒粉末,其包括镍、铬、铝、钴以及氧化钇,它们由一种钎焊金属粘接到一起,该钎焊金属主要由镍、铬和硅构成,该钎焊金属扩散进入标称球形金属微粒和第二表面中。也披露了一种可用于形成亲水表面的组合物以及一种制造热交换器/蒸发器的方法。43新型蒸发器的研发4445日本研发新型蒸发器•日本大川原制作所研制出一种新型真空蒸发器。•这种蒸发器将动力蒸汽再压缩与高速涡流蒸发器结合在一起,以减少能耗和其他运行费用。它的投资与普通蒸发器大体相同,但运行费用低1/3。•在这个新型蒸发器中,浓缩的液体在一个换热器中被100℃蒸汽加热。初始进料和热液体都切向进入蒸发器,这样沿容器内壁产生涡流。蒸发时,离心力消除了气泡。由蒸发释放的蒸汽在顶部退出,通过一个除雾器,接着被绝热压缩。这样使蒸汽的温度在进入换热器之前从80℃升到100℃46塑料热交换器47注：采用聚合物替代金属材料，加工热交换器，解决了