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机械设计

如何选择蒸发器

时间:2017-08-14 21:38:34   作者:未知   来源:网络文摘   阅读:20   评论:0

 一、如何选择蒸发器

   选择蒸发器,必须明确以下事项,才能正确选择蒸发工艺流程、蒸发器设备形式、材质。

1.确定蒸发的目的

    提高溶液的浓度;浓缩溶液并回收溶剂;制备纯净的溶剂。


2.确定蒸发参数

    进料温度、浓度;出料温度浓度;总进料量;总蒸发量。


3.确定蒸发溶液的特性

    溶液的热敏性以及可以承受的最高温度;

  •     溶液的腐蚀性;

  •     各浓度下溶液的沸点升;

  •     溶液的粘度;

  •     溶液的饱和浓度;

  •     溶液的密度。


4.确定公用工程参数

  •     电源;

  •     蒸汽压力;

  •     冷却水进水及允许的回水温度。


5.如何使蒸汽更节能?

  •     二次蒸汽的再压缩设计:蒸汽喷射式热泵(TVR),机械压缩式热泵(MVR);

  •     在合理的范围内,尽量增加效数;

  •     回收冷凝水及排出蒸发器物料的显热;

  •     正确选择进料泵、循环泵;

  •     使溶液沸点进料;

  •     选择合理的冷凝器形式和正确的排气口位置;

  •     减少热损失。

如何选择蒸发器

6.如何使蒸器投资更节省?

    工艺流程的优化设计是投资节省的关键所在,例如优化设计液柱静压,使冷凝水不回流、不倒灌,这样通常的多台冷凝水罐,只需设计一台就可以。

    就蒸发形式而言,要优先选择降膜蒸发器,因为降膜没有液柱静压力,纯热温差显着高于其它形式如果出于物料特性的原因选择其它形式的蒸发器,那么也应强化管内循环流速的设定,实验证明提高流速可以使所需蒸发面积明显减少;

    另外,蒸发器的效数要严格控制,实验证明,单效到双效蒸汽节省50%,而从四效到五效蒸汽节省仅增加10%。节省投资也很有意义,其实过大的蒸发面积不仅会增加投资更会导致计划外结垢,结晶导致传热系数降低,降低设备整体的运行经济性。


二、蒸发器的选型及不同蒸发器的对比

    现今国内的蒸发器类型日益增多,应对不同的物料也有着不同的蒸发器应对,以下介绍关于三种蒸发器的特点和优势;

多效----MEE;

热力蒸汽再压缩---TVR;

机械蒸汽再压缩----MVR。

    蒸发、蒸馏、蒸发结晶、蒸发干燥装置都是高能耗的。能耗在这些装置的运行成本中占很大的比例,因此单位能耗的降低和优化对降低整个运行成本至关重要。

    目前有三种主要的技术实现比能耗的最小化,可单独应用,也可联合应用:多效技术、热力蒸汽再压缩技术、机械蒸汽再压缩技术,以上三种蒸发技术当中,MVR是比能耗最低的。


1.多效蒸发技术

    在多效降膜蒸发器设备中,由新蒸汽加热第一效产生的蒸汽不进入冷凝器,而是作为第二效的加热介质得以再次利用。这样可以将新蒸汽消耗有效降低约50%。重复利用此原理,可进一步降低新蒸汽消耗。

    第一效的最高加热温度与最后一效的最低沸点温度形成了总温差,分布于各个效。结果,每效温差随效数增加而减小。所以为达到指定的蒸发速率必须增大加热面积。初步估算表明,用于所有效的加热面积随效数成比例增加,这样一来蒸汽节省量逐渐减少的同时,投资费用显着增加。


2.热力蒸汽再压缩技术

    热力蒸汽再压缩时,根据热泵原理,来自沸腾室的蒸汽被压缩到加热室的较高压力;即能量被加到蒸汽上。由于与加热室压力相对应的饱和蒸汽温度更高,使得蒸汽能够再用于加热。为此采用蒸汽喷射压缩器。

    它们是根据喷射泵原理来操作,没有活动件,设计简单而有效,并能确保最高的工作可靠性。使用一台热力蒸汽压缩器与增加一效蒸发器具有相同的节省蒸汽/节能效果。

    热力蒸汽压缩器的操作需要一定数量的新蒸汽,即所谓的动力蒸汽。这些动力蒸汽必须被传送到下一效,或者被送至冷凝器作为残余蒸汽。包含在残余蒸汽中的剩余能量大约与动力蒸汽所提供的能量相当。


3.机械蒸汽再压缩技术

    机械蒸汽再压缩时,通过机械驱动的压缩机将蒸发器蒸出的蒸汽压缩至较高压力。因此再压缩机也作为热泵来工作,给蒸汽增加能量。

    与用循环工艺流体(即封闭系统,制冷循环)的压缩热泵相反,因为蒸汽再压缩机是作为开放系统来工作,故可将其视为特殊的压缩热泵。在蒸汽压缩和随后的加热蒸汽冷凝之后,冷凝液离开循环。加热蒸汽(热的一侧)与二次蒸汽(冷的一侧)被蒸发器的换热表面分隔开来。

    开放式压缩热泵与封闭式压缩热泵的对比表明:在开放系统中的蒸发器表面基本上取代了封闭系统中工艺流体膨胀阀的功能。通过使用相对少的能量,即在压缩热泵情况下的压缩机叶轮的机械能,能量被加入工艺加热介质中并进入连续循环。在此情况下,不需要一次蒸汽作为加热介质。


4.MVR的优势

    在多效热力蒸汽再压缩系统中,待释放的冷凝热仍然很高。在多效装置中,如果有n效,冷凝热约为一次能量输入的1/n。而且,蒸汽喷射压缩器只能压缩一部分的二次蒸汽,动力蒸汽的能量必须作为余热释放给冷却水。

    然而,开放式压缩热泵原理的使用可以显着减少甚至消除通过冷凝器释放的热量。为达到最终的热平衡,可能需要少量的剩余能量或残余蒸汽的冷凝,因此允许恒定的压力比和稳定的操作条件。

    采用机械蒸汽再压缩的原因:

    单位能量消耗低;

  •     因温差低使产品的蒸发温和;

  •     由于常用单效使产品停留时间短;

  •     工艺简单,实用性强;

  •     部分负荷运转特性优异;

  •     操作成本低。


三、如何合理有效的选择多效蒸发器

1.效数的选择

    主要考虑处理量的大小、被蒸发物料的沸点升高值,以及设备的多少。

    处理量大宜采用多效操作;效数越多,蒸汽消耗越小,设备投资越高;沸点升高值大,则有效温差小,采用的效数应减小。


2.乏汽冷凝器的选择

    乏汽(未效二次蒸汽)须回收时应采用间接冷凝器,如列管式、螺旋板式换热器;乏汽不需回收时宜采用直接冷凝器,如直接大气冷凝器、水喷射泵冷凝等。末效为常压蒸发时还可将乏汽直接排空,不设冷凝器。


3.流程的选择

    顺流操作时,后效蒸发室的压强较前效低,溶液在效间的输送所需泵的功率小。另外,由于后效蒸发温度较效低,故前效溶液进入后效后,会闪蒸出部分蒸汽,故生蒸汽消耗少。

    但顺流流程时后效的浓度高、温度低、粘度增高、传热速率小。逆操作时与顺流操作相反,前效温度高、浓度高,后效温度低、浓度低,使各效的传热速率接近,但所需效间过料泵功率大,蒸汽消耗多。

    不适于处理热敏性物料,也不适于随着温度和浓度提高, 介质腐蚀性 增强的物料。此处还可以根据物料的具体情况采用平流及混流流程。


4.加热面积

    蒸发器加热面积的确定由物料平衡、热量平衡、传热计算和采用的流程形式等因素综合考虑后决定。

    多效蒸发器从用途来分,可分为普通多效蒸发系统和强制循环多效蒸发器,强制循环蒸发器是用多台外循环蒸发器的基础上再增加外循环泵。一般来说,带热泵的双效蒸发系统的能耗与三效蒸发系统差不多,可以加大物料在蒸发管内的流速,提高传热效果,增加蒸发强度。强制循环蒸发器可用于在蒸发过程中有结晶,且是非热敏性物料的场合。

 

四、离心式刮板薄膜蒸发器的选型须知

    对于离心式刮板薄膜蒸发器来讲,我们在选型时,应考虑到哪些呢?

蒸发面积:

    根据处理量及进出料浓度,来计算出单位时间内的蒸发量。

真空度:

    只要能够满足蒸发要求就行了,真空度不需要过高。

刮板形式及材质:

    刮板形式主要是根据物料粘度、结晶倾向以及泡沫等进行合适的选择,材质则是要考虑到蒸发温度等。

    热媒质:主要是根据蒸发温度及消耗热量来考虑。


标签:蒸发器 

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