多效蒸發(fā)工藝的技術(shù)特點及設(shè)計選型
日期: 2020-08-17
作者: 環(huán)諾
摘要：多效蒸發(fā)器是一種高濃度有機和化工等廢水綜合治理用的蒸發(fā)濃縮設(shè)備。廣泛應(yīng)用于發(fā)酵行業(yè)、淀粉/淀粉糖行業(yè)、果汁行業(yè)、飲料行業(yè)、制藥行業(yè)、環(huán)保行業(yè)中的灑槽濾液、味精液、發(fā)酵料液、玉米槳、淀粉廢水、淀粉糖漿、木糖液、果汁、蔬菜汁、大豆乳清水、奶液等領(lǐng)域。
一、多效蒸發(fā)技術(shù)
在蒸發(fā)生產(chǎn)中，二次蒸氣的產(chǎn)量較大，且含大量的潛熱，故應(yīng)將其回收加以利用，若將二次蒸氣通入另一蒸發(fā)器的加熱室，只要后者的操作壓強和溶液沸點低于原蒸發(fā)器中的操作壓強和沸點，則通入的二次蒸氣仍能起到加熱作用，這種操作方式即為多效蒸發(fā)。多效蒸發(fā)中的每一個蒸發(fā)器稱為一效。凡通入加熱蒸汽的蒸發(fā)器稱為第一效，用第一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大，因此，實際上蒸發(fā)1kg水所需要的加熱蒸氣超過1kg。根據(jù)經(jīng)驗，蒸氣的經(jīng)濟性(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。可見隨著效數(shù)的增加，W/D的增長率逐漸下降。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)強度大大下降，設(shè)備費用成倍增加。當效數(shù)增加到一定程度后，由于增加效數(shù)而節(jié)省的蒸氣費用與所增添的設(shè)備費相比較，可能會得不償失。工業(yè)上必須對操作費和設(shè)備費作出權(quán)衡，以決定最合理的效數(shù)。最常用的為2～3效，最多為6效。
二、多效蒸發(fā)技術(shù)治理含鹽廢水
含鹽水首先進入冷凝器中預(yù)熱、脫氣，而后被分成兩股物流。一股作為冷卻水排回大海，另一股作為蒸餾過程的進料。進料含鹽水加入阻垢劑后被引入到蒸發(fā)器的后幾效中。料液經(jīng)噴嘴被均勻分布到蒸發(fā)器的頂排管上，然后沿頂排管以薄膜形式向下流動，部分水吸收管內(nèi)冷凝蒸汽的潛熱而蒸發(fā)。二次蒸汽在下一效中冷凝成產(chǎn)品水，剩余料液由泵輸送到蒸發(fā)器的下一個效組中，該組的操作溫度比上一組略高，在新的效組中重復(fù)噴淋、蒸發(fā)、冷凝過程。剩余的料液由泵往高溫效組輸送，最后在溫度最高的效組中以濃縮液的形式離開裝置。生蒸汽被輸入到第一效的蒸發(fā)管內(nèi)并在管內(nèi)冷凝，管外含鹽水產(chǎn)生與冷凝量基本等量的二次蒸汽。
由于第二效的操作壓力要低于第一效，二次蒸汽在經(jīng)過汽液分離器后，進入下一效傳熱管。蒸發(fā)、冷凝過程在各效重復(fù)，每效均產(chǎn)生基本等量的蒸餾水，最后一效的蒸汽在冷凝器中被含鹽水冷凝。第一效的冷凝液返回蒸汽發(fā)生器，其余效的冷凝液進入產(chǎn)品水罐，各效產(chǎn)品水罐相連。由于各效壓力不同使產(chǎn)品水閃蒸，并將熱量帶回蒸發(fā)器。這樣，產(chǎn)品水呈階梯狀流動并被逐級閃蒸冷卻，回收的熱量可提高系統(tǒng)的總效率。被冷卻的產(chǎn)品水由產(chǎn)品水泵輸送到產(chǎn)品水儲罐。這樣生產(chǎn)出來的產(chǎn)品水是平均含鹽量小于5mg/L的純水。濃鹽水從第一效呈階梯狀流入一系列的濃鹽水閃蒸罐中，過熱的濃鹽水被閃蒸以回收其熱量。經(jīng)過閃蒸冷卻之后的濃鹽水最后經(jīng)濃鹽水泵排回大海。不凝氣在冷凝器富集，由真空泵抽出。
三、多效蒸發(fā)器技術(shù)特點
多效蒸發(fā)是使用最早的海水淡化技術(shù)，現(xiàn)今已經(jīng)發(fā)展成為較為成熟的廢水蒸發(fā)技術(shù)，逐步應(yīng)用于高含鹽水處理方向。多效蒸發(fā)技術(shù)主要有如下幾個方面的特點：1.多效蒸發(fā)的傳熱過程是沸騰和冷凝換熱，是雙側(cè)相變傳熱，因此傳熱系數(shù)高。對于相同的溫度范圍，多效蒸發(fā)所用的傳熱面積要比多級閃蒸少。2.多效蒸發(fā)的動力消耗少。由于多級閃蒸產(chǎn)生淡水依賴的是含鹽水吸收的顯熱，而潛熱遠大于顯熱，因此生產(chǎn)同樣多的淡水，多級閃蒸需要的循環(huán)量比多效蒸發(fā)大出很多，所以多級閃蒸需要更多的動力消耗。3.多效蒸發(fā)的操作彈性大，負荷范圍從110%到40%，皆可正常操作，而且不會使造水比下降。
四、多效蒸發(fā)器設(shè)計選型
順流加料三效蒸發(fā)流程，溶液和二次蒸汽同向依次通過各效。料液可藉相鄰二效的壓力差自動流入后一效，而不需用泵輸送，同時，由于前一效的沸點比后一效的高，因此當物料進入后一效時，會產(chǎn)生自蒸發(fā)，這可多蒸出一部分水汽。這種流程的操作也較簡便，易于穩(wěn)定。但其主要缺點是傳熱系數(shù)會下降，這是因為后序各效的濃度會逐漸增高，但沸點反而逐漸降低，導(dǎo)致溶液黏度逐漸增大。
逆流加料三效蒸發(fā)流程，溶液與二次蒸汽流動方向相反，需用泵將溶液送至壓力較高的前一效。其優(yōu)點是，各效濃度和溫度對溶液的黏度的影響大致相抵消，各效的傳熱條件大致相同，即傳熱系數(shù)大致相同。缺點是：料液輸送必須用泵，另外，進料也沒有自蒸發(fā)。一般這種流群只有在溶液黏度隨溫度變化較大的情況下才被采用。
平流加料三效蒸發(fā)流程，蒸汽的走向與并流相同，但原料液和完成液則分別從各效加入和排出。這種流程適用于處理易結(jié)晶物料，例如食鹽水溶液等的蒸發(fā)。
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