多效蒸發(fā)器的技術(shù)及其應(yīng)用
多效蒸發(fā)器(multiple effect evaporation,簡(jiǎn)稱MEE),系統(tǒng)是由多個(gè)單效蒸發(fā)組成的系統(tǒng),即將前一個(gè)蒸發(fā)器蒸發(fā)出來(lái)的二次蒸汽引入下一個(gè)蒸發(fā)器作為加熱蒸汽并在下一個(gè)蒸發(fā)器中凝為蒸餾水,如此依次進(jìn)行。所以,采用多效蒸發(fā)可以充分利用熱能,即通過(guò)蒸發(fā)過(guò)程中二次蒸汽的再次利用,減少生蒸氣的消耗,從而提高蒸發(fā)裝置的經(jīng)濟(jì)性。
1.多效蒸發(fā)的原理
多效蒸發(fā)中的每一個(gè)蒸發(fā)器稱為一效。凡通入加熱蒸汽的蒸發(fā)器稱為******效,用******效的二次蒸氣作為加熱劑的蒸發(fā)器稱為第二效,依此類推。采用多效蒸發(fā)器的目的是為了節(jié)省加熱蒸氣的消耗量。理論上,1kg加熱蒸氣大約可蒸發(fā)1kg水。
但由于有熱損失,而且分離室中水的汽化潛熱要比加熱室中的冷凝潛熱為大,因此,實(shí)際上蒸發(fā)1kg水所需要的加熱蒸氣超過(guò)1kg。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),蒸氣的經(jīng)濟(jì)性(U=W/D),單效為0.91,雙效為1.76,三效為2.5,四效為3.33,五效為3.71等??梢?jiàn)隨著效數(shù)的增加,W/D的增長(zhǎng)率逐漸下降。例如,由單效改為雙效時(shí),加熱蒸汽大約可節(jié)省50%;而四效改為五效時(shí),加熱蒸汽只節(jié)省10%。但是,隨著效數(shù)的增加,傳熱的溫度差損失增大,使得蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度大大下降,設(shè)備費(fèi)用成倍增加。當(dāng)效數(shù)增加到一定程度后,由于增加效數(shù)而節(jié)省的蒸氣費(fèi)用與所增添的設(shè)備費(fèi)相比較,可能會(huì)得不償失。
工業(yè)上必須對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)作出權(quán)衡,以決定朂合理的效數(shù)。朂常用的為2~3效,朂多為6效。
2 多效蒸發(fā)的分類
蒸發(fā)器按蒸發(fā)結(jié)構(gòu)可以分為循環(huán)型蒸發(fā)器和單程型蒸發(fā)器,其中循環(huán)型蒸發(fā)器有垂直短管式、外加熱式、強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器這三類蒸發(fā)器,單程型蒸發(fā)器有升膜式蒸發(fā)器、降膜式蒸發(fā)器、旋轉(zhuǎn)刮片式蒸發(fā)器這三類蒸發(fā)器。多效蒸發(fā)按流程主要分為四種:并流法、逆流法、平流法和混流法。
3 多效蒸發(fā)的工業(yè)應(yīng)用
多效蒸發(fā)在各種海水淡化、廢水處理和溶液濃縮、食品工業(yè)等方面起著重要的作用,己成為一種較為成熟的水處理方法。
3.1多效蒸發(fā)在海水淡化方面的應(yīng)用
多效蒸餾海水淡化技術(shù)是化工過(guò)程歷史悠久的多效蒸發(fā)單元操作,同時(shí)也是朂早的海水淡化方法之一。配置有噴射熱泵的水平管低溫多效蒸餾淡化裝置,只要消耗少量高品質(zhì)的蒸汽就可以抽取二次蒸汽。據(jù)計(jì)算,1公斤蒸汽可以抽取5公斤的二次蒸汽,即1公斤蒸汽可以制取6公斤蒸餾水。配置有機(jī)械熱泵的同類蒸餾裝置,采用低壓縮比蒸汽,鼓風(fēng)機(jī)將70.5℃的二次蒸汽壓縮升溫至71.7℃,制取1m3蒸餾水,機(jī)械耗電量為4.6kW/h,加上熱損失補(bǔ)償能耗及水泵能耗,產(chǎn)生1噸蒸餾水的總能耗為12kW/h。日產(chǎn)量為35~150m3淡水的機(jī)械泵式雙效蒸餾海水淡化器作為定型產(chǎn)品,可廣泛用于船舶和海上鉆井平臺(tái)。
3.2多效蒸發(fā)在廢水處理和溶液濃縮方面的應(yīng)用
多效蒸發(fā)被運(yùn)用在工業(yè)廢水的處理上,比如辛醇生產(chǎn)中含堿廢水的處理,用含銅廢液生產(chǎn)硫酸銅工藝中含氨廢水的處理,碳酸鉀生產(chǎn)廢液回收治理等等,都取得了不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。同時(shí),多效蒸發(fā)用于化學(xué)纖維工藝的紡絲過(guò)程,多效蒸發(fā)以其節(jié)能、低耗以及優(yōu)良的性價(jià)比被化纖廠家廣泛應(yīng)用。
3.3多效蒸發(fā)在食品工業(yè)的應(yīng)用
多效蒸發(fā)在牛奶、果汁的蒸發(fā)濃縮應(yīng)用廣泛。例如牛奶濃縮制取奶粉,在上世紀(jì)七八十年代大都是以雙效降膜式蒸發(fā)器為主的濃縮裝置來(lái)生產(chǎn)奶粉,到了90年代末期,才開(kāi)始使用三效降膜式蒸發(fā)器來(lái)生產(chǎn)奶粉。近年來(lái),多效降膜式蒸發(fā)器特別是三效降膜式蒸發(fā)器在該領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越多。
4 多效蒸發(fā)的優(yōu)勢(shì)
4.1節(jié)能
醫(yī)藥、化工和食品工業(yè)生產(chǎn)中,如何降低濃縮工序中蒸汽、水和電的耗量成為眾所關(guān)注的問(wèn)題。多效蒸發(fā)的后面一效的壓力均低于前面一效,從而后面一效的蒸發(fā)溫度均低于前面一效,同時(shí)將二次蒸氣引到下一效蒸發(fā)器作為加熱蒸氣,使蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽的汽化潛熱循環(huán)利用,所以二次蒸發(fā)的再次利用,既減少生蒸氣的消耗,又節(jié)省了冷卻水的用量,從而提高系統(tǒng)效率。比如,外熱循環(huán)式三效濃縮器成功地把總能耗下降了70%以上。一套911型三效濃縮器年節(jié)約蒸汽4500噸,節(jié)水16萬(wàn)噸,節(jié)電5萬(wàn)度,同時(shí)解決了濃縮時(shí)泡沫多,易跑料液的問(wèn)題。
4.2可用于分離熱敏性物質(zhì)
由于多效蒸發(fā)在真空壓力下進(jìn)行,蒸發(fā)的沸點(diǎn)可以控制在允許溫度范圍以內(nèi),所以多效蒸發(fā)可以分離熱敏性物質(zhì),如牛奶、果汁的蒸發(fā)濃縮。牛奶是熱敏性物料,其加熱溫度不易過(guò)高而且受熱時(shí)間不易過(guò)長(zhǎng),牛奶、蘋(píng)果汁的蒸發(fā)要在100℃以內(nèi)進(jìn)行,糖的清汁濃縮可達(dá)120℃,而蕃茄漿要求在70℃以內(nèi),溫度高了以后,顏色變深且影響質(zhì)量,而在蒸發(fā)過(guò)程中,多效蒸發(fā)可以在允許的溫度內(nèi),對(duì)其進(jìn)行濃縮,以確保蒸發(fā)濃縮后物料的風(fēng)味和質(zhì)量。
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