MVR蒸發(fā)器是近年來在工業(yè)廢水處理上應(yīng)用比較多見的蒸發(fā)器，因其利用蒸汽壓縮機將二次蒸汽全部壓縮提高其溫度壓力，作為加熱蒸汽熱源再利用，其節(jié)能效果顯著。
單效強制循環(huán)MVR蒸發(fā)器在廢水處理、化工生產(chǎn)等領(lǐng)域展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢和價值，具有高效節(jié)能、熱利用率高、環(huán)保減排、廢水減量化明顯、自動化控制程度高、占地面積小等優(yōu)勢；在促進生產(chǎn)企業(yè)降低能源消耗和生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率、推動化工行業(yè)綠色、可持續(xù)發(fā)展等方面發(fā)揮了重要價值；是現(xiàn)代化工生產(chǎn)中不可或缺的重要設(shè)備之一。
單效強制循環(huán)MVR蒸發(fā)器由于工藝設(shè)計和計算十分復(fù)雜，對技術(shù)人員的要求也非常高，如果經(jīng)驗不足，專業(yè)度不夠，很容易出現(xiàn)蒸發(fā)器系統(tǒng)結(jié)垢問題、沸點溫升問題、 物料物性不匹配MVR的問題等情況。
面對這種情況，湖北武漢開達結(jié)晶作為蒸發(fā)器系統(tǒng)核心技術(shù)工藝的設(shè)計者、指引者和傳播者，多年以來專注于蒸發(fā)器節(jié)能增效工藝技術(shù)和產(chǎn)品的研究、應(yīng)用及推廣。為了讓更多同行技術(shù)人員能夠掌握精確的蒸發(fā)器工藝設(shè)計計算和科學(xué)的應(yīng)用方法，開達結(jié)晶聯(lián)合劉殿宇總工程師，結(jié)合《蒸發(fā)器工藝設(shè)計計算及應(yīng)用》暢銷書知識點，推出公益知識講解，希望促進行業(yè)共同進步。
下面通過劉殿宇總工程師的一篇文章，詳細了解單效強制循環(huán)MVR蒸發(fā)器的工藝設(shè)計計算原理吧。
《帶有結(jié)晶器的單效強制循環(huán)MVR蒸發(fā)器的工藝設(shè)計計算》
廢水進入蒸發(fā)器必須具備可蒸發(fā)的條件,即廢水中不允許有大量的鈣鎂離子,超過一定含量(一般為50mg/kg)時必須做軟化處理。否則長時間生產(chǎn),蒸發(fā)器換熱管內(nèi)表面一旦形成垢層就很難清洗掉,其后果是嚴(yán)重影響蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力,甚至無法生產(chǎn)。特別影響蒸發(fā)的因素,如一些懸浮物等,也必須經(jīng)過預(yù)處理將其去除,或轉(zhuǎn)化為另一種不影響的狀態(tài),方可進入到蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)。當(dāng)廢水中含有過多易揮發(fā)性有機溶劑時,應(yīng)在工藝上首先做特殊處理(如采用加熱閃蒸的方法等)。有機溶劑過多會影響傳熱和蒸發(fā)的正常進行。
一、主要物料參數(shù)
有一單效強制循環(huán)蒸發(fā)器(帶結(jié)晶槽)用于含鹽污水蒸發(fā),生產(chǎn)能力為1000kq/h,進料質(zhì)量分數(shù)為10%,進料溫度為20℃,出料質(zhì)量分數(shù)為50%(約含鹽25%),殼程加熱溫度105℃,使用蒸汽壓力0.2MPa,蒸發(fā)器生產(chǎn)狀態(tài)參數(shù)見表8-1,工藝流程圖如圖8-8。蒸發(fā)溫度按93℃計算。
二、結(jié)構(gòu)特點
本蒸發(fā)器為MVR蒸發(fā)器,即二次蒸汽通過蒸汽壓縮機全部壓縮、回收利用,提高溫壓并作為加熱熱源。根據(jù)物料在蒸發(fā)過程中有結(jié)晶析出的特點,因此采用單效強制循環(huán)蒸發(fā)器,采用帶有結(jié)晶槽的分離器。為了使物料達到或接近蒸發(fā)的沸點溫度,本例采用三級預(yù)熱,即第一級預(yù)熱利用殼程冷凝水對進料進行初級預(yù)熱:經(jīng)過第一級預(yù)熱后的物料再利用蒸發(fā)器殼程蒸汽(或者蒸汽直接預(yù)熱物料)對物料進行第二次預(yù)熱;然后進入第三級預(yù)熱器預(yù)熱,本級采用生蒸汽直接進行預(yù)熱,預(yù)熱后料液溫度為94℃,然后進入蒸發(fā)器內(nèi)進行蒸發(fā)。凡是與物料接觸部位均采用316L不銹鋼制造,設(shè)備除了泵閥等全部進行保溫處理,采用全自動控制,其工藝流程如圖8-8所示。工作過程:接通所有泵機械密封冷卻水,進料;設(shè)定液位高度,并觀察分離器的液位高度至所需要的高度;啟動強制循環(huán)泵循環(huán),啟動進料泵及出料泵進行大循環(huán);抽真空,至真空度為0.07MPa時,開始進蒸汽加熱;當(dāng)物料溫度達到沸點溫度,打開蒸汽壓縮機進出口平衡閥,啟動蒸汽壓縮機開始進蒸汽加熱,同時啟動蒸汽壓縮機噴淋泵,控制出料溫度,當(dāng)料濃度達到設(shè)計濃度時開始出漿料,物料泵將晶漿打入到晶漿罐,控制出漿速度;晶漿罐開啟攪拌,開啟冷卻(根據(jù)出鹽情況確定),晶漿進入分離機進行分離:分離后的二次母液由泵送至慈發(fā)器內(nèi)或原料槽中,一個工作循環(huán)過程結(jié)束。蒸發(fā)器生產(chǎn)狀態(tài)參數(shù)可在PLC觸摸屏上進行設(shè)定,實現(xiàn)人機界面操作。
三、物料衡算
進料量按下式計算:
四、熱量衡算
物料預(yù)熱計算:
物料進入蒸發(fā)器前為常溫,按20℃計算,本例采用兩個預(yù)熱級使物料溫度升至75℃
五、預(yù)熱面積計算
① 第一級預(yù)熱面積計算
第一級是采用蒸發(fā)器殼程冷凝水對物料進行預(yù)熱,采用板式換熱器進行預(yù)熱,按逆流計算傳熱溫差,這里冷凝水溫度按98℃℃計算。
② 第二級預(yù)熱面積計算
第二級預(yù)熱是利用蒸發(fā)器殼程蒸汽進行預(yù)熱,按并流計算傳熱溫差.
③ 第三級預(yù)熱面積計算
第三級預(yù)熱是利用生蒸汽進行預(yù)熱,按并流計算傳熱溫差。
六、蒸發(fā)器換熱面積計算
用于一效加熱的蒸汽耗量按下式計算:
從計算可看出,由于傳熱溫差比較小,因此傳熱面積比較大,對于MVR蒸發(fā)器來說每蒸發(fā)一噸水一般不低于95m2。
七、蒸汽壓縮機的選擇
選擇MVR蒸發(fā)器應(yīng)注意事項為:
①了解并掌握物料的特性,主要掌握料液在蒸發(fā)過程中隨著生產(chǎn)時間的延長,其結(jié)垢結(jié)焦情況,是否伴有結(jié)晶析出。②掌握料液在蒸發(fā)過程中不同濃度下的沸點升高數(shù)值,沸點升高是作為設(shè)計及選擇蒸汽壓縮機的依據(jù)。
等于或小于1000kg/h的MVR蒸發(fā)器所選用的壓縮機一般為羅茨蒸汽壓縮機,壓縮機溫升的范圍一般在10~16℃之間,最高不超過20℃,本例溫升為12℃℃,所以壓縮機完全能夠滿足設(shè)計參數(shù)。從本例計算出的加熱蒸汽耗量可看出,實際殼程加熱所需要的飽和蒸汽量為1143kg/h,大于了蒸發(fā)量1000kq/h,把冷卻水汽化的量加進去,也不過是1016ka/h(這里冷卻水量按153ka/h計算),這樣無法保證蒸發(fā)的順利進行。所以就不能按蒸發(fā)量1000kg/h去選擇蒸汽壓縮機,必須把熱損耗、額外蒸汽引出量考慮進去,否則無法滿足蒸發(fā)量設(shè)計要求。高于沸點進料,有可能彌補掉由于加熱蒸汽與二次蒸汽的潛熱不同引起的偏差,這還必須是在進蒸汽系統(tǒng)熱損耗忽略不計的情況下,才會滿足蒸發(fā)量1000ka/h的設(shè)計要求,即蒸發(fā)量1000kg/h全壓縮,其蒸發(fā)量接近1000kq/h。此外,隨著蒸發(fā)的進行,料液濃度越來越高,料液的沸點溫度也隨之升高,從熱平衡角度上看,壓縮機也要求在蒸發(fā)過程中必須補充一部分生蒸汽,才會使蒸發(fā)順利進行,否則加熱溫度會越來越低。蒸汽壓縮機還必須留有一定的調(diào)節(jié)余量,余量一般在1~2℃之間。即便如此隨著生產(chǎn)時間的延長,蒸發(fā)器結(jié)垢結(jié)焦等因素的影響,蒸發(fā)器的效率也會逐漸降低,壓縮機效率也會下降。因此,在使用過程中額外補充一部分生蒸汽均屬正?，F(xiàn)象,特別要說明的是,壓縮機留有余量,其軸功率也就會隨之變大,價格也發(fā)生了改變。在微正壓操作情況下,可以利用殼程蒸汽對進料預(yù)熱,這樣可以平衡掉生產(chǎn)過程中,可能有少量二次蒸汽被帶到冷凝器中的偏差,如果殼程為負壓不宜采用殼程蒸汽預(yù)熱。從上述計算可看出雙效、多效蒸發(fā)器采用蒸汽壓縮機將末效二次蒸全部壓縮去汽加熱第一效已經(jīng)沒有任何意義。
八、離心機的選擇
離心分離機分為臥式離心機、立式三足式離心機兩種。前者為連續(xù)式后者為間斷式。選擇離心機的量應(yīng)按蒸發(fā)器的出料量進行選擇,采用哪種型式的離心機由工藝設(shè)計決定,離心機與物料接觸的材料由物料特性決定。本例出料量為250kg/h,實際離心機的處理量按1.25倍的出料量進行選擇,即離心機處理量為312.5kg/h,選擇臥式連續(xù)離心分離機,與物料接觸部位全部采用2205優(yōu)質(zhì)雙向不銹鋼材質(zhì)。
九、冷凝器的計算
按對數(shù)平均溫差計算傳熱溫差。
MVR蒸發(fā)器殼程加熱蒸汽壓力一種為正壓,一種為負壓。正壓操作,殼程加熱溫度多在105~110℃之間,一般不超過120℃,微正壓操作,比較常見;負壓操作,殼程加熱溫度多在75~96℃之間。所以,要設(shè)置冷凝器,進入冷凝器的二次蒸汽量按蒸發(fā)量的10%~20%進行估算即可滿足生產(chǎn)需要,本例冷凝器的換熱面積為1.95m2。MVR蒸發(fā)器冷凝器的換熱面積都很小,有的不設(shè)冷凝器而是把真空泵直接接入蒸發(fā)器的殼程也能滿足生產(chǎn)需要,但不建議這樣做,因為在生產(chǎn)過程中有很多不可預(yù)測因素出現(xiàn),一旦有剩余蒸汽溢出就只能由真空泵排出。廢水成分比較復(fù)雜,對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重,有時料液中有幾種不同的物料混在一起,又多伴有結(jié)晶析出,有的物料沸點升高又很大,在確定蒸發(fā)器時必須根據(jù)物料特性對蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)形式做出確定及選型。很多物料進料溫度都較低,必須考慮對物料進行預(yù)熱,使進料預(yù)溫度達到或接近沸點溫度方可進入蒸發(fā)器進行蒸發(fā),采用強制循環(huán)蒸發(fā)器其循環(huán)泵的流量一般按照1.6~3.5m/s進行計算。
對強制循環(huán)蒸發(fā)器可按每蒸發(fā)1t水需要0.1t生蒸汽,確定生蒸汽管道直徑。
MVR蒸發(fā)器開始啟動采用生蒸汽進行加熱時,有的管道過細,導(dǎo)致啟動時間過長·有的蒸汽發(fā)生器配的過小,啟動預(yù)熱時間過長;有的啟動時間在5小時左右,要縮短預(yù)熱時間就必須增大蒸汽發(fā)生器的產(chǎn)汽量。根據(jù)熱平衡計算出實際進蒸汽的管道直徑,如果實際管道直徑很大,可以采用多個蒸汽管道進汽,然后控制并調(diào)節(jié)其中一個蒸汽管道上的調(diào)節(jié)閥。此外,應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程進行操作,每個生產(chǎn)班次結(jié)束必須進行清洗,清洗按照水洗、堿洗、水洗、酸洗,然后再進行水清洗的順序進行。很多時候蒸發(fā)器生產(chǎn)效率下降,都是因為沒有按時清洗、清洗不徹底所致。其次,料液不具備蒸發(fā)的條件必須在進入蒸發(fā)器前做預(yù)處理。
十、MVR蒸發(fā)器自動控制問題
MVR蒸發(fā)器采用自動控制，主要控制出料濃度，出漿速度，淋水量，預(yù)熱溫度以及系統(tǒng)直空度等?？刂瞥隽蠞舛纫话闶遣扇≌{(diào)節(jié)進料量及進蒸汽溫度(調(diào)節(jié)生蒸汽的壓力),對蒸汽壓縮機的調(diào)節(jié)實際上沒有意義。
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下次課程，我們再見，敬請期待哦。
