下面我们分解各个步骤:
进料与预热:
· 待浓缩的料液(进料)首先进入系统。
· 料液首先经过预热器组(通常是多级板式或管式换热器)。
· 预热热源: 主要利用系统产生的冷凝水(来自加热室冷凝蒸汽)和压缩前或压缩后的蒸汽(有时也利用生蒸汽)的余热对进料进行多级预热。
· 目的: 将料液温度尽可能提升到接近或等于蒸发器操作温度(沸点),最大限度地回收系统废热,减少后续蒸发段的蒸汽消耗。
蒸发主体(加热室 + 分离室):
· 进入蒸发器: 预热后的料液进入蒸发器的加热室(通常是壳管式换热器,料液走管程)。
· 加热沸腾: 在加热室内,来自压缩机(之前的二次蒸汽被压缩后)的高温再压缩蒸汽在壳程冷凝放热,热量通过管壁传递给管程内的料液。
· 产生二次蒸汽: 料液吸收热量达到沸点,开始沸腾。在蒸发器(特别是分离室)内,料液中的水分大量蒸发,产生饱和(或接近饱和)的二次蒸汽 (Vapor)。同时料液本身被浓缩。
· 气液分离: 沸腾产生的气液混合物离开加热室,进入顶部的分离室(也叫蒸发室)。在分离室内:
· 利用重力沉降、离心分离器或除沫器等装置,高效地将二次蒸汽与浓缩液分离开。
· 分离出的二次蒸汽从分离室顶部排出。
· 浓缩液则在分离室底部聚集。
· 循环(强制或自然):
· 强制循环 (FC-MVR): 适用于高粘度、易结垢、高沸点升的物料。使用循环泵将分离室底部的浓缩液(或部分浓缩液与新鲜进料的混合物)强制高速流过加热管,增加湍流度,提高传热系数,防止结垢和结晶堵塞(尤其适用于结晶工艺)。大部分浓缩液返回加热室继续蒸发,达到浓度的产品液则排出系统。
· 自然循环 (NC-MVR): 适用于较清洁、粘度较低、沸点升不大的物料。依靠加热管内料液(汽液混合物)与循环管内较冷、密度较大的料液之间的密度差形成循环推动力。结构通常更简单。
· 降膜蒸发 (FF-MVR): 料液分布成薄膜状沿加热管内壁向下流动蒸发,停留时间短,适用于热敏性物料。
蒸汽压缩(核心步骤):
· 从分离室顶部引出的二次蒸汽 (Vapor),通常先经过一个除雾器/捕沫器,去除夹带的微小液滴,得到相对纯净的蒸汽。
· 纯净的二次蒸汽进入机械蒸汽压缩机。
· 压缩机工作:
· 离心式压缩机: 最常用。高速旋转的叶轮对蒸汽做功,使其压力和温度显著升高(温升通常在 8°C - 20°C 或更高,取决于压缩比)。所需的压缩比由物料的沸点升、系统压降和所需传热温差决定。
· 罗茨式压缩机: 适用于较小流量或需要更高压缩比(但效率可能略低)的场合。
· 输出: 压缩机出口得到高温高压的再压缩蒸汽 (Compressed Vapor)。其温度(饱和温度)已高于蒸发器物料侧的沸点。
热量再利用(加热蒸汽):
· 高温高压的再压缩蒸汽被送入蒸发器加热室的壳程。
· 在壳程空间内,再压缩蒸汽与加热管的外壁接触,将其潜热释放给管内的料液,自身完全冷凝成为冷凝水 (Condensate)。
· 冷凝水排出: 冷凝水从加热室底部排出。
· 冷凝水热量回收: 排出的高温冷凝水(接近再压缩蒸汽的冷凝温度)被送到预热器组,作为热源预热进料液,回收其显热。降温后的冷凝水作为高品质的水资源排出系统(可作为锅炉补水或它用)。
浓缩液排出:
· 在分离室底部积聚的浓缩液,当其浓度达到设定要求(通过浓度计、密度计或液位控制)时,一部分作为产品浓缩液 (Concentrate) 排出系统,送往后续处理(如结晶、干燥、储存)。
· 在强制循环系统中,排出的是达到浓度的循环液。
00001.
不凝气处理与真空系统:
00002.
· 不凝气来源: 进料液中可能溶解的空气或其它不凝性气体,以及在加热室的蒸汽侧(壳程)也可能存在少量泄漏的不凝气。
· 危害: 不凝气积聚在加热室壳程会降低传热系数(形成隔热层)。
· 处理: 通常在加热室壳程高点或压缩机入口设置真空喷射泵或液环真空泵。该泵持续抽吸系统中的不凝气(Non-Condensable Gases, NCG)并将其排出系统(有时排放到大气或专门的排气系统),维持系统所需的真空度(或微负压/微正压)。
· 真空度控制: 真空泵也用于在系统启动时建立初始真空(如果需要低温蒸发),并在运行中精确控制系统压力(从而控制沸点温度以适应热敏物料)。
启动与补充:
· 启动阶段: 系统冷态启动时,需要外部热源(如生蒸汽)提供初始热量,将物料加热到沸点并产生最初的二次蒸汽,压缩机才能开始工作。启动后,生蒸汽通常可以切断或仅需极小流量补偿。
· 补充热量: 在稳定运行过程中,由于系统热损失、物料带走热量、沸点升高(Boiling Point Rise)导致压缩后蒸汽温度需更高才能维持传热温差等原因,通常需要补充少量生蒸汽或电能(如电加热器)来维持系统热平衡。这部分补充能耗远低于传统蒸发。
上一篇:如何优化污水蒸发器的浓缩效果?
下一篇:母液干化机类型选择依据