降膜蒸发工艺简介

蒸发（或蒸馏法）虽然是一种古老的方法，但由于技术不断地改进与发展，该法至今仍是浓缩或制淡水的主要方法。

蒸馏过程的实质就是水蒸气的形成过程，其原理(lǐ)如同海水受热蒸发形成云，云在一定条件下遇冷形成雨，而雨是不带咸味的。

根据所用(yòng)能(néng)源、设备、流程不同主要可(kě)分(fēn)多(duō)效蒸发、多(duō)级闪急蒸发、蒸汽压缩蒸发（MVR）等。

1.多(duō)效蒸发技术

（1）原理(lǐ)：

多(duō)效蒸发是由单效蒸发组成的系统。将前一蒸发器产生的二次蒸汽引入下一蒸发器作為(wèi)加热蒸汽，并在下一效蒸发器中冷凝成蒸馏水，如此依次进行。

原料水进入系统方式：有(yǒu)逆流、平流（分(fēn)别进入各效）、并流（从第1效进入）和逆流预热并流进料等。

（2）优点（多(duō)级闪蒸比较）

（3）多(duō)效蒸发的工艺流程分(fēn)类

多(duō)效蒸发的工艺流程主要有(yǒu)三种，顺流、逆流和平流。

a.顺流：

是指料液和加热蒸汽都是按第一效到第二效的次序前进。

特点：

b.平流

平流是指各效都单独平行加料，不过加热蒸汽除第一效外，其余各效皆用(yòng)的是二次蒸汽。

适用(yòng)于：容易结晶的物(wù)料，如制盐，一经加热蒸发，很(hěn)快达到过饱和状态，结晶析出。

在水处理(lǐ)过程中主要是要获取淡水，不需用(yòng)逆流和平流，而且逆流和平流没有(yǒu)顺流的热效率高。

c.逆流：

逆流是指进料流动的路線(xiàn)和加热蒸汽的流向相反。原料从真空度最高的末一效进入系统，逐步向前面各效流动，浓度越来越高，所以料液往前面一效送入时，不仅没有(yǒu)闪蒸，而且要经过一段预热过程，才能(néng)达到沸腾。

可(kě)见和顺流的优缺点恰好相反。对于浓度高时黏度大的物(wù)料用(yòng)逆流比较合适，因為(wèi)最后的一次蒸发是在温度最高的第一效。所以虽然浓度大，黏度还是可(kě)以降低一些，可(kě)以维持比较高的传热系数。这在化工生产上采用(yòng)较多(duō)。

2.多(duō)效蒸发工艺及设备简介

根据单效蒸发器的分(fēn)析，蒸发量 D/加热蒸汽量D0=0.91，或者D0/D=1.1，即1kg蒸汽可(kě)以蒸出0.91kg的淡水。

如果将蒸出的二次蒸汽通往第二个蒸发器的加热室去作為(wèi)加热用(yòng)，那么同样1kg的二次蒸汽又(yòu)可(kě)以蒸出0.91kg的淡水。

以此类推，效数越多(duō)，利用(yòng)1kg加热蒸汽可(kě)以蒸发出的淡水也越多(duō)，这从热量的利用(yòng)上来讲是有(yǒu)利的。实际上，由于溶液有(yǒu)沸点升高现象，管線(xiàn)有(yǒu)流动阻力损失，使温差有(yǒu)损失，再加上效数多(duō)了，即使保温很(hěn)好，散热面积大了，热损失也增多(duō)，所以当效数增多(duō)时，热量利用(yòng)的效率也随之有(yǒu)所降低。

考虑到效数增加则设备的投资增大，故实际采用(yòng)效数应该有(yǒu)一最佳点。

3. 3种主要组成多(duō)效蒸发系统的蒸发器

（1）浸没管式（ST）

该种蒸发器是加热管被料液浸没的一大类蒸发设备。广义的浸没管蒸发器又(yòu)有(yǒu)多(duō)种样式，有(yǒu)直管、蛇管、U形管以及竖管、横管等结构。

料液在蒸发器中的流动方式有(yǒu)：自然对流循环和强制循环两类。这种蒸发器出现较早、操作方便，但结垢严重、盐水静液柱高、温差损失大，故效数不宜太多(duō)，一般在6效以下。

（2）竖管蒸发（VTE）这里是指管内降膜式蒸发器。

两个基本优点，一是因管内為(wèi)膜状汽化，传热壁两侧都有(yǒu)相变，故传热系数高。且消除了料液的静液柱所造成的温差损失。系统的浓缩率比较高，低浓度溶液如海水淡化，目前一般设计的效数為(wèi)11～13效，造水比可(kě)达9～10。

结垢问题，特别是当液體(tǐ)分(fēn)配不均或者水量不足时，在管的内壁可(kě)能(néng)形成干區(qū)，结垢的危险性增大。因此在防垢和清垢方面有(yǒu)较高的要求。

一般说来，在这类蒸发系统中晶种法不宜采用(yòng)，主要靠化學(xué)法防垢加上温度、浓度的合理(lǐ)设计。

（3）横管薄膜式（HTE）

该种蒸发器是循环料液通过喷淋装置在横管束的管外形成液膜，加热蒸汽（或前效二次蒸汽）在管内凝结。

它具有(yǒu)与竖管降膜式相同的优缺点，但设备高度遠(yuǎn)比竖管降膜式為(wèi)小(xiǎo)，装置紧凑，所有(yǒu)各效的管束、喷淋管和汽水分(fēn)离器都装在一个筒體(tǐ)中，因而热损失小(xiǎo)，能(néng)耗低。

由于温度低，结垢和腐蚀都大大减轻，保证了较高的传热系数；此外汽相阻力小(xiǎo)，又(yòu)消除了静液头损失，传热温差可(kě)以很(hěn)小(xiǎo)，尤其适于使用(yòng)低位热能(néng)。

MVR技术在蒸发结晶中的应用(yòng)

1.典型的蒸发浓缩(结晶)工艺

（1）单效蒸发（1kgH2O為(wèi)例)

新(xīn)鲜蒸汽大量热量→二次蒸汽→冷却水→大气，,冷却塔消耗大量循环水以及電(diàn)能(néng)（泵）运行，造成三重浪费。

（2）能(néng)耗与效数关系(蒸发量為(wèi)1 t H2O為(wèi)例)

2.MVR的工作原理(lǐ)

（1）MVR的作用(yòng)

MVR—机械蒸汽再压缩，是指将蒸发(蒸馏等)过程的二次蒸汽(温度低、压力低而无法利用(yòng))用(yòng)压缩机进行压缩，提高其温度、压力，重新(xīn)作為(wèi)热源加热需要被蒸发的物(wù)料，从而达到循环利用(yòng)蒸汽的目的，使蒸发过程不需要外加蒸汽；即用(yòng)少量的電(diàn)能(néng)获得较多(duō)的热能(néng)，从而减少系统对外界能(néng)源的需求的一项高效节能(néng)技术。

（2）MVR 热泵特性与分(fēn)析

MVR 热泵流程图

根据 MVR 热泵系统的工作原理(lǐ)可(kě)知， 其效率取决于回收利用(yòng)的潜热值与输入的机械功之间的比较。

下表以常压下基本循环的状态变化為(wèi)例， 通过模拟计算表明其在能(néng)源利用(yòng)效率方面的优势。

MVR 热泵计算分(fēn)析

从上表看出，系统消耗 90. 5 kJ/kg 的压缩功，就可(kě)以回收利用(yòng)2257.6 kJ/kg的潜热，热功比达到了24.9。工质的热焓仅增加0.8%，但其温度提高了 13%， 相当于输入少量的高品位机械能(néng)， 却把大量的低品位热能(néng)转化成為(wèi)可(kě)资利用(yòng)的高品位热能(néng)，从而提高了能(néng)源利用(yòng)效率。

（3）MVR系统流程工艺进展

MVR单效蒸发系统

MVR 热泵装置结合不同的处理(lǐ)工艺过程， 需要提供适宜的传热温差。蒸发过程中传热温差和压差大小(xiǎo)一般与处理(lǐ)料液的热敏性有(yǒu)关， 高热敏性料液适宜于小(xiǎo)温差条件下多(duō)梯度分(fēn)阶段进行。

MVR 热泵系统的工艺流程也设计成单效蒸发和多(duō)效蒸发。单效蒸发系统的流程简单， 操作较方便， 适合于水分(fēn)蒸发量大，热敏物(wù)性较弱，允许大温差传热，只需蒸发一次就可(kě)达到浓缩要求的溶液。

（4）MVR 热泵的多(duō)效蒸发工艺

MVR 系统多(duō)效蒸发方式适合于处理(lǐ)热敏较敏感， 不宜进行大温差传热的溶液蒸发，同时其也可(kě)用(yòng)于蒸发量较大的工艺场合。

3.MVR系统

（1）核心流程及组成

蒸发器：主體(tǐ)设备，包含加热器、分(fēn)离器、循环泵。压缩机系统：核心设备，压缩二次蒸汽提供蒸发热源，提高二次蒸汽的热焓。

预热器：余热利用(yòng)及提高进料温度

真空系统：维持整个系统的真空度，从装置中抽出部分(fēn)不凝气體(tǐ)以及溶液带入的气體(tǐ)，以达到系统稳定的蒸发状态。

控制系统：PLC或DCS系统。压缩机转速、阀门、流量计、温度、压力的控制调节，以达到自动蒸发、清洗、停机等操作。自动报警，系统自动保护，以保持系统动态平衡。

（2）MVR的优势

（3）降膜蒸发器注意事项

4.MVR在蒸发结晶中的应用(yòng)

（1）海水淡化领域

目前國(guó)内海水淡化技术主要有(yǒu)反渗透法和蒸馏法。其中蒸馏法主要包括多(duō)级闪蒸、低温多(duō)效蒸馏和压气蒸馏技术（VC）。由于MVR技术节能(néng)最為(wèi)显著，因此应用(yòng)较广泛。

基本原理(lǐ)：

海水蒸发过程所产生的二次蒸汽，经压缩机增压，蒸汽饱和温度相应提高，再输入到蒸发器管束内，作為(wèi)进料海水蒸发的热源，并自身冷凝為(wèi)淡化水。

工艺流程：

进料海水用(yòng)极少量阻垢剂预处理(lǐ)后，进入一个板式换热器，回收自蒸发器排放出的浓盐水和淡化水热量。之后，与循环的浓盐水混合，进入到蒸发器中，喷淋到水平传热管束的外表面上，喷淋量刚好在管子表面形成连续的液膜，与管束内经压缩机增压的蒸汽热交换。管内蒸汽冷凝成淡水导出，管外一部分(fēn)盐水产生蒸发，通过汽液分(fēn)离器出去夹带的液滴之后，蒸汽进压缩机并导入传热管束内，如此构成二次蒸汽不断的循环和潜热交换。如上图2-3所示。

主要优缺点：

压气蒸馏与多(duō)效蒸馏的技术十分(fēn)类似，差别在于前者使用(yòng)压缩机，后者使用(yòng)蒸汽驱动。

适用(yòng)范围：适用(yòng)于仅有(yǒu)電(diàn)能(néng)的地方，主要建造中小(xiǎo)型装置。

（2）制盐领域

MVＲ制盐工艺，可(kě)以很(hěn)好地解决现有(yǒu)制盐生产因為(wèi)能(néng)源涨价所造成的成本大幅度升高问题，是制盐企业减少能(néng)源消耗，提高产品质量，降低生产成本，提高经济效益的最佳选择.

工作原理(lǐ)：

首先采用(yòng)生蒸汽加热卤水到沸点，来自蒸发器的低温低压二次蒸汽為(wèi)压缩机所吸入，通过压缩机的绝热压缩作用(yòng)，提高二次蒸汽的压力和饱和温度，然后送回原蒸发器的加热室，作為(wèi)加热蒸汽使用(yòng)。压缩机在此过程中消耗一定的有(yǒu)用(yòng)能(néng)。加热蒸汽进入加热室后与卤水换热，蒸发出水份，即二次蒸汽。二次蒸汽為(wèi)压缩机吸入，形成循环过程。

工艺流程：

工艺流程框图

MVR技术图

系统组成：

蒸发系统、二次蒸汽洗涤系统、蒸汽压缩系统、压缩蒸汽过热度消除系统、进罐卤水预热系统、离心脱水干燥系统、冷凝水系统、生蒸汽系统、其它系统，根据物(wù)料不同，通常有(yǒu)卤水处理(lǐ)系统，石膏晶种法需要有(yǒu)石膏系统。含硝卤水需要有(yǒu)提硝系统等。

（3）废水处理(lǐ)领域

许多(duō)生产领域会产生含有(yǒu)大量的无机盐的废水，如氯化钠、硫酸钠、碳酸钠等，这些无机盐一直是废水处理(lǐ)中的难题之一，如果对废水中的无机盐加以回收，这些无机盐既可(kě)以作為(wèi)生产过程的原料、节约成本、避免资源的浪费，又(yòu)可(kě)以避免环境污染，实现资源的循环使用(yòng)。

蒸发原理(lǐ)：

蒸发原理(lǐ)如下图所示

工艺流程：

通过泵将预热器加热、浓缩处理(lǐ)的制药废水引入MVR蒸发器中，在热交换器中，利用(yòng)蒸汽对制药工业废水进行循环加热、蒸发、浓缩等处理(lǐ)，得到的蒸馏水回流到预热器中，以用(yòng)于预热原液；得到的浓缩液和蒸汽则进入液气分(fēn)离器中，通过液气分(fēn)离器，分(fēn)离出的蒸汽进入压缩机内，而分(fēn)离出的浓缩液则被直接回流至收集罐内，对浓缩液进行处理(lǐ)可(kě)回收其中的有(yǒu)用(yòng)物(wù)质。

废水领域主要有(yǒu)：石油废水、香料废水、原药废水、化工废水

（4）全卤制碱领域

氯碱的生产具有(yǒu)能(néng)耗高、有(yǒu)污染的特点，因此，烧碱行业必须采用(yòng)离子膜法制碱工艺，而要用(yòng)此工艺实现全卤制碱，需处理(lǐ)淡盐水至接近饱和。去掉水分(fēn)的方式包括膜过滤、多(duō)效蒸发、MVＲ 蒸发、淡盐水返井4 种。