多效蒸发的蒸汽消耗与泵控制

多效蒸发的蒸汽消耗与泵控制

蒸发密度是一种严重的热过程。对于单效蒸发装置，1吨水的蒸发过程中约1吨水的消耗不可避免。不仅要消耗热量，还要消耗热量损失和冷材料所需的蒸汽。这对材料的浓缩过程成本非常高。为了降低加工成本，可以采取以下措施以降低蒸汽成本1蒸汽耗量的计算多效蒸发只能通过第一个有效蒸发输入新蒸汽，作为该待遇的加热蒸汽。第一效蒸发产生的二效蒸汽,作为第二效的加热蒸汽,第二效蒸发产生的二次蒸汽,作为第三效的加热蒸汽,以此类推可进行很多效,但仅在第一效用了新蒸汽,而蒸出的水份等于ND,(N—效数,D—第一效新蒸汽量),可见节省了大量的蒸汽。多效蒸发的蒸汽耗量如表1。分析表中的数据,一效和二效比较,理论上二效的蒸汽消耗比一效降低了50%,而四效和五效比较,五效只比四效降低5%。这就说效数增加,蒸汽消耗虽然一直都在下降,但下降的幅度,渐渐减小。另一方面,由于溶液沸点升值等因素,温差损失,随效数增加而递增,导致有效的传热温差减小,如图1。由以上分析,蒸发效数不是越多越好,效数达到一定程度后,再增加效数,节汽效果递增不多,而设备的投资直线上升,特别是对淀粉糖、糖醇等热敏性物料的浓缩,蒸发温度不宜高于100℃,且溶液的沸点升值又较大,故效数不宜过多。图2表示了效数与成本的关系,总成本最低的位置是最佳的效数。2热泵汽化三效蒸发热力蒸汽再压缩多效蒸发,与常规多效蒸发不同之处是,第一效的加热蒸汽,采用由热泵产生的混合蒸汽。其原理是:将新蒸汽,通入热泵的喷嘴,由于流速很高,混合室的压力降低,吸入二次蒸汽并进行混合,然后进入扩散管,此时流速降低,动能转化为压能,使得混合蒸汽的压力和温度,达到加热蒸汽的状态。如果热泵吸入的二次蒸汽量和新鲜蒸汽量等同,则混合蒸汽量是新蒸汽量的两倍,该混合蒸汽,在蒸发器内加热物料,使物料蒸发产生的二次蒸汽量也几乎等于两倍的新蒸汽,这些二次蒸汽在分离器中分离出来后,其中二分之一被热泵吸回,再次压缩、混合,成为第一效的加热蒸汽;另外的二分之一的二次蒸汽,进入第二效,作为第二效的加热蒸汽,由此可见,热泵在节约蒸汽方面起了一效蒸发的作用。如TVR三效蒸发,相当于常规的四效蒸发。如果热泵的新蒸汽和吸入的二次蒸汽比值,不是1∶1而1∶1.2、1∶1.3……则热泵将起到1.2效1.3效或更高的作用。图3表示了热泵的构造和三效热泵蒸发的过程。3机蒸汽压缩蒸发用离心式或容积式蒸汽压缩机械,将二次蒸汽压缩,达到加热蒸汽的性能,进入蒸发器的加热侧,加热物料,物料受热蒸发后产生的二次蒸汽,在汽水分离中分离后,被压缩机吸入,进行压缩,提高性能,成为加热蒸汽,其工作原理如图4。机械蒸汽再压缩蒸发,除了开机时需要加入新蒸汽外,正常生产时,再不需外加新蒸汽,也没有(或接近没有)二次蒸汽需要用水进行冷凝后排放,唯有压缩机(通常选用离心式压缩机械)耗电量很大,但是目前我国市场上,电价比汽价(在同一效热数值下)便宜很多,导致MVR蒸发,经济效益甚好。图5可以估算电驱动离心式压缩机的轴功率。南京高捷轻工设备有限公司于2012年在青岛明月海藻集团有限公司大力支持下,建成了国内自行设计、制造、安装、调试的机械蒸汽再压缩(MVR)板式蒸发装置,于2012年3月下旬正式投产,成为国内第一套主、辅机和蒸发系统都是国内自行设计、自行制造的MVR板式蒸发装置,第一套只花数天时间自行一次调试成功的MVR板式蒸发装置。装置的设计参数如表2。装置的现场图片如图6。3.2设备流程装置的工艺流程如图7。4结果与分析(1)表3显示了该设备和电视台的三个效率的比较(2)mvr和tvr联合蒸发的节汽工艺MVR蒸发除了有较好的经济利益,还有较好的社会利益,即:正常运转后,零新蒸汽消耗,省了煤,减少了CO2排放;零或接近于零二次蒸汽很少或无需冷却水去冷凝,减少了循环冷却水的污染。虽然MVR蒸发优点很多,但是它尚不能适宜于浓度物料的浓缩,其原因有二:(1)糖类、糖醇类物料宜在真空下浓缩。如果浓缩的温度为70°,物料浓度为55%,则沸点升值将达到5~6℃,浓度为75%时,沸点升值达到12~14℃。(2)目前单机的离心蒸汽压缩机的压缩比(压缩机的出口压力比吸入压力),在1.5~1.8左右,相应的温升10~13℃。为保证加热蒸汽和物料之间有适当的传热温度,一般MVR蒸发的终了浓度设在50%左右。对高浓度物料,采用MVR和TVR联合浓缩,这也是一种很好的节汽蒸发浓缩方式。即先用MVR蒸发,把物料从初始浓度,提高到50%的浓度,接下去用TVR蒸发,把浓度为50%的中间物料,浓缩到浓度为75%或更高的浓物料。MVR和TVR联合浓缩的工艺示意图(图8)。下面的例子,说明MVR和TVR联合浓缩的节汽效果。麦芽糖浆浓缩:进料量:30t/h;进料浓度:20%;蒸发量:22t/h;出料浓度:75%。蒸发工艺是:先用MVR蒸发,将30t/h的物料,从浓度为20%浓缩到浓度为50%,此阶段的蒸发量为W1第二阶段,用TVR二效蒸发,把浓度为50%的中间料,浓缩到浓度为75%的浓料。此阶段的蒸发量为W2。第一阶段的MVR蒸发耗气量为0。第二阶段的TVR二效蒸发,热泵的抽气系为1.2,则新蒸汽耗量为D,MVR和TVR联合蒸发和其它蒸发方式的耗气量的比较如表5。上例MVR的轴功率将达到700KW,于是投资较大,MVR和TVR联合蒸发,经济效益肯定会好于TVR4效、常规4效,具体获益状况,应根据当地的汽价、电价和设备造价等做出计算。以上叙述,都是蒸发方式与其耗汽,但是冷料加热到蒸发温度下的料液温度,还要对冷料输入热量(称为物料预热)。对此应采取以下措施以节汽:(1)充分回收各效加热蒸汽冷凝水中的热量;(3)若