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MVR单效强制循环蒸发器的设计及注意事项

时间:2020-7-17 10:31:00 来源:http://www.xdslkj.com/news419981.html

MVR蒸发器近几年在污水处理等非食品类行业上有所应用,这种蒸发器是将二次蒸汽通过蒸汽压缩机全部再压缩作为加热热源,把二次蒸汽全部回收再利用的蒸发器。与TVR蒸发器不同之处,TVR蒸发器是把一部分二次蒸汽抽吸压缩,作为加热热源,利用一次蒸汽作为加热的蒸发器,从经济指标上看,节能效果不如MVR蒸发器,TVR蒸发器中四效降膜式蒸发器经济指标是0.28,而MVR蒸发器的经济指标在0.150.2。从四效经济指标看,TVR蒸发器节能效果也是明显的,各项生产参数是稳定的,特别是降膜式蒸发器的广泛应用,也是其他蒸发器不能替代的。MVR蒸发器仅在近年来废水蒸发上有所应用,在食品等行业应用受到限制,这主要是因为料液在蒸发器中出料浓度难以满足生产需要,料液在蒸发器中停留时间过长,生产的连续性不好,生产能力不稳定。TVR蒸发器经过几十年的应用,其优点是MVR蒸发器不能替代的,比如料液在蒸发器中停留时间短,出料浓度稳定,生产连续性好,生产能力稳定。采用多效蒸发节能效果显著等,TVR蒸发器(以降膜式蒸发器为例,含热压缩技术)经济指标为:单效0.65,双效0.5,三效0.32,四效0.28MVR蒸发器[1,2,3,4]在应用中也存在一些问题,这些问题主要是生产能力不足,蒸发参数不稳定,出料浓度不稳定,结垢结焦严重,蒸发效果不佳等,就此进行阐述。

01主要技术参数及结构特点


(1)物料介质:含盐污水;

(2)生产能力:1 000 kg/h;

(3)进料质量分数:10%;

(4)进料温度:20℃;

(5)出料质量分数:50%(含盐约30%);

(6)壳程加热温度:105℃;

(7)蒸发温度:93℃;

(8)蒸发状态参数。

            1 各效蒸汽状态参数

本蒸发器根据物料在蒸发过程中有结晶析出,因此采用单效强制循环蒸发器,采用带有结晶槽的分离器,为了使物料达到或接近蒸发的沸点温度,采用两级预热,即第一级预热利用壳程冷凝水对进料进行初级预热,经过第一级预热后的物料再利用蒸发器壳程蒸汽(或者蒸汽直接预热物料)进行第二次预热,然后进入蒸发器内进行蒸发,其工艺流程如图1所示。

02物料衡算  


进料量按下式计算:SB0=^S-W hB1

式中S——原料液的流量,kg/h;

W——单位时间内蒸发的水分量,即蒸发量,此处W=1 000 kg/h;

B0——原料液的质量分数,B0=10%;

B1——完成液的质量分数,B1=50%

S=1 000×50/50-10)=1 250 kg/h

出料量S9=1 250-1 000=250 kg/h

03热量衡算   


3.1 物料预热计算

物料进入蒸发器前为常温,按20℃计算,本例采用两个预热级使物料温度升至75℃。

物料预热按下式计算:

式中Q——物料预热所需热量,kcal/h;

G——料液质量流量,G=1 250 kg/h;

C——料液比热,此处按C=0.89 kcal/(kg·℃)计算;

tn,tn-1——物料预热前后的温度,℃。

第一级是采用蒸发器壳程冷凝水对物料进行预热采用板式换热器进行预热,按逆流计算传热温差,这里冷凝水温度按98℃计算。

逆流:98℃→60

50℃↑20

实际换热面积F1=1.25×0.95=1.19 m2

            1000MVR蒸发器流程

利用冷凝水预热的热量

(1 184.888 8-300=884.88 kg/h,蒸汽压缩机喷淋泵用水量为300 kg/h)所以,冷凝水足够用。

3.2 第二级预热面积计算

第二级预热是利用蒸发器壳程蒸汽进行预热,按并流计算传热温差并流:105℃→105

实际换热面积F1=1.25×0.675=0.843 m,取1 m;

沸点温度:这里沸点升高按7℃计算,沸点温度为100℃。

3.3 蒸发器换热面积计算

用于一效加热的蒸汽耗量按下式计算:

式中D——为用于一效的加热蒸汽量,kg/h;

R——蒸汽潜热,kcal/kg;

W——二次蒸汽量,1 000 kg/h;

r——二次蒸汽潜热,543.3 kcal/kg;

Q——预热热量,此处Q=27 812.5 kcal/h;

q9——热损失,kcal/h,此处热损失按6%计入。

加热的蒸汽耗量:

蒸发器换热面积;

从计算可看出,由于传热温差比较小,因此,传热面积比较大,对于MVR蒸发器来说每蒸发一吨水一般不低于95 m2,

04蒸汽压缩机的选择


选择MVR蒸发器的注意事项为:了解并掌握物料的特性,主要掌握料液在蒸发过程中随着生产时间的延长,其结垢结焦情况,是否伴有结晶析出。掌握料液在蒸发过程中不同浓度下的沸点升高数值,沸点升高是作为设计及选择蒸汽压缩机的依据。等于或小于1 000 kg/hMVR蒸发器所选用的压缩机一般为罗茨蒸汽压缩机,压缩机温升的范围一般在1016℃之间,最高不超过20℃,本例温升为12℃,所以压缩机能够保证设计参数的稳定,从本例计算出的壳程蒸汽耗量可看出,实际壳程所需要的饱和蒸汽量为1 184.88 kg/h,大于本蒸发量1 000 kg/h,这样才能保证蒸发的顺利进行,所以在选择压缩机时就不能按蒸发量1 000 kg/h去选择,必须把热损耗,额外蒸汽引出考虑进去,否则无法达到实际的蒸发量,有一种情况那就是高于沸点进料,有可能弥补因加热蒸汽与二次蒸汽潜热的不同,且在进蒸汽系统热损耗忽略不计的情况下才会满足蒸发量1 000 kg/h的设计要求,即蒸发量1 000 kg/h全压缩,其蒸发量接近1 000 kg/h。随着蒸发的进行,料液浓度越来越高,料液的沸点温度也随之升高,从热平衡角度上看,压缩机也要求在蒸发过程中必须补充一部分生蒸汽才会使蒸发顺利进行,否则加热温度会越来越低。因此,还必须留有一定的调节余量,余量一般在12℃之间,即便如此随着生产时间的延长,蒸发器结垢结焦等因素的影响,蒸发器的效率也会逐渐降低,压缩机的效率也会下降,所以,在使用过程中一般是额外补充一小部分生蒸汽,特别要说明的是,压缩机留有余量,其轴功率也就会随之变大,价格也发生了改变。在微正压操作情况下可以利用壳程蒸汽对进料预热,这样可以起到平衡掉生产过程中可能有少量二次蒸汽被带到冷凝器中的问题,如果壳程为负压最好不采用壳程蒸汽预热。

05冷凝器的设置问题


MVR蒸发器壳程加热蒸汽压力一种为正压,一种负压。正压操作,壳程加热温度在105110℃之间,一般不超过120℃,微正压操作比较常见;负压操作壳程加热温度在7596℃之间。所以,要设置冷凝器,进入冷凝器的二次蒸汽量按蒸发量的5%10%计算即可满足生产需要,本例冷凝器的换热面积为1.97 m2MVR蒸发器冷凝器的换热面积都很小,有的不设冷凝器而是把真空泵直接接入蒸发器的壳程也能满足生产需要,不过不建议这样做,因为在生产过程中有很多不可预测因素出现,一旦有剩余蒸汽溢出就只能由真空泵排出。

06其他注意事项


采用MVR蒸发器的料液成分比较复杂,对设备腐蚀严重,有时料液中有几种不同的物料混在一起,又多伴有结晶析出,有的物料沸点升高又很大,在确定蒸发器时,必须根据物料特性对蒸发器结构形式做出确定及选型。很多物料进料温度都较低,必须考虑对物料进行预热,使进料预温度达到或接近沸点方可进入蒸发器进行蒸发,采用强制循环蒸发器循环泵的流量一般按照1.63.5 m/s进行计算。

07结束语 


MVR蒸发器开始启动采用蒸汽的进蒸汽管道有的过细,导致启动时间过长,应按照热平衡计算出实际进蒸汽的管道进行,如果实际管道直径很大,可以采用多个进蒸汽的方式进汽。

此外,严格按照操作规程进行操作。每个生产班次结束必须进行清洗,清洗按照水洗、碱洗、酸洗然后再进行水洗的顺序进行。

 

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