原理介绍

机械式蒸汽压缩（MVR）蒸发器，其原理是利用高能效蒸汽压缩机压缩蒸发产生的二次蒸汽，提高二次蒸汽的压力和温度，被提高热能的二次蒸汽打入加热器对原液再进行加热，受热的原液继续蒸发产生二次蒸汽，从而实现持续的蒸发状态。

由于本系统循环利用二次蒸汽已有的热能，从而可以不需要外部鲜蒸汽，大大节省了蒸发系统的能耗。通过PLC、工业计算机（FA）、组态等形式来控制系统温度、压力、马达转速，保持系统蒸发平衡。从理论上来看，使用MVR蒸发器比传蒸发器节省60%-80%以上的能源，节省95%以上的冷却水，减少50%以上的占地面积。设备原理意图如下：

红色标示物料流向，粉色表示蒸汽流向，绿色表示蒸馏水流向

设计思想

系统首要注重工艺与设备必须适应原液水量及负荷变化的冲击。

1. 设备稳定性成熟、安全可靠、故障率低（系统稳定性高）

2. 检测维护简单容易（检测维护简易）

3. 运行管理方便, 避免对运行管理人员素质要求过高（人员要求低）

4. 热能利用效率高（热效率高）

5. 耗能低, 运行和维护成本（能耗率低）

6. 噪音达到环保标准（噪音低）

7. 防止设备和系统管路结垢、需确保连续运转（防垢/除垢容易）

8. 运行应具有较大的灵活性、自动性（灵活性好）

9. 排放蒸馏水质高, 能回收作锅炉补充用（排放水质达标）

10. 布置紧凑占少地面积，节约土地资源（占地面积小）

11. 充分利用工艺系统中的每一份能源（合理利用能源）

蒸发工艺选择

MVR列管降膜蒸发系统

MVR列管升膜蒸发系统

1.升膜蒸发器和降膜蒸发器比较：

（1）升膜蒸发器：

是一种将加热室与蒸发室（分离室）分离的蒸发器。加热室实际上就是一个加热管很长的立式固定管板换热器，料液由底部进入加热管，受热沸腾后迅速汽化；蒸汽在管内迅速上升，料液受到高速上升蒸汽的带动，沿管壁形成膜状上升，并继续蒸发。汽液在顶部分离，二次蒸汽从顶部溢出，完成液则由底部排出。

（2）降膜蒸发器：

与升膜蒸发器结构基本相同，主要区别在于原料液是从加热室的顶部加入，在重力的作用下沿管内壁形成膜状下降，并进行蒸发，浓缩液从加热室的底部进入到分离器内并从底部排出，二次蒸汽由顶部溢出。

由于二次蒸汽的流向与料液的流向一致，所以能促进料液的向下运动并形成薄膜。这种蒸发器适用于蒸发量较大，有热敏性和易产生泡沫的溶液，不适于粘度很大，容易结晶或结垢的物料。

升膜蒸发器因物料向上爬膜不易控制，在蒸发器上部易出现干壁现象，因此采用布膜更易控制的降膜蒸发器。降膜蒸发器适于处理浓度低、量较大的热敏性物料。

在本方案中我们设计采用降膜MVR蒸发系统。

2.MVR列管降膜蒸发系统

（1）基本原理：

MVR列管降膜蒸发工艺，需蒸发物料走蒸发管内（管程）。通过循环泵将物料送到降膜蒸发器主体顶部，物料通过布膜器以膜状分布到换热管内，物料溶液在凭借引力流下管腔时被管外的蒸汽加热，达到蒸发温度后产生蒸发，物料溶液连同二次蒸汽从管内流下以薄膜的形式蒸发。

二次蒸汽被蒸汽压缩机压缩后，送入降膜加热室壳程. 降膜加热室壳程有板块，引导二次蒸汽，冷凝和排出不可以冷凝的气体。 而在过程中把本身热能经过管壁从外传到管内蒸发中的物料溶液，通过换热后二次蒸汽冷凝成水排出降膜蒸发器外。降膜加热室采用一效三段式设计，降膜加热室为一体，换热管通过挡板分为三段流程，以来减少蒸发面积，降低设备成本。

（2）列管降膜蒸发系统的特点：

溶液在单程型蒸发器中呈膜状流动，因而对流传热系数大为提高，物料停留时间短，易于处理热敏性，不结晶物料。

二次蒸汽走列管外，浓液走列管内，管高数米(m)有高达6到30米之间，管束经调教垂直，浓液很容易在管内分布均匀成下降薄膜。

降膜加热室上方管头必需用布膜器均匀地分配浓水到每一根管，以保证每根管子的内壁都能为料液所湿润，并不断有液体缓慢流过。

通过以上分析，虽然降膜蒸发器具有传热系数高，物料停留时间较短等优点，但对于物料溶液的蒸发浓缩需要蒸发的浓度不高的情况下，且不结晶，因此本次介绍MVR列管式降膜蒸发工艺。

（3）工艺说明：

为响应蒸发系统工艺与设备必须适应糖蜜发酵废液母液在满足低能耗、易维护、长期稳定运行的基本要求原则上，我司有针对性的推荐MVR降膜蒸发系统作为糖蜜发酵废液母液溶液蒸发浓缩上使用。

由于被浓缩物料沸点升高不超过3℃，蒸发量为8t/h，在本方案中我们选择离心压缩机，这种压缩机能提供10℃以上的温差，正常使用寿命为10年，和二次蒸汽接触部分不含油。

本低能耗蒸发工艺是目前现有蒸发工艺中能耗效率最高的蒸发工艺，该蒸发工艺主要是运用蒸汽的特性，当蒸汽被压缩机压缩时，其压力和温度得到提升。当较高温度的蒸汽进入蒸发器里，蒸汽的热焓传给换热管内的糖蜜发酵废液母液溶液，这样连续进行蒸发。在整个系统中能量的输入只有压缩机和泵所消耗的能耗。

其工艺流程图如下：

红色标示蒸汽流向，蓝色表示物料流向，绿色表示蒸馏水流向

（4）工艺流程详细介绍：

• 物料流程：8.8t/h、温度为20℃的原液经进料泵送至预热器预热后，温度上升到70℃，再进入到循环泵，然后进入到加热器，与蒸汽进行热交换。

  
  

• 蒸发温度设定为70℃，其蒸汽温度870℃，经过分离器分离除沫后进入压缩机，经过压缩后温度上升到80℃，压缩机提供的温差为10℃，压缩后的蒸汽即为加热蒸汽。

  
  

• 压缩后的蒸汽与物料换热后，蒸汽发生相变冷凝成水，其热量传递给物料，使物料温度升高到其沸点，进入分离室的物料产生蒸发。蒸汽冷凝水进入到预热器进一步回收热量，然后进入冷凝水罐。蒸发的冷凝水最终通过蒸馏水泵排出。此泵的开闭由控制系统来控制。

  
  

• 达到预定浓度的浓缩液通过控制系统控制出料泵排料。

  
  

• 整个系统从进料到出料、清洗全部由自控系统自动完成。

MVR蒸发系统需要通过鲜蒸汽预热启动，约45分钟整个系统就完全进入蒸发状态。产生蒸发。蒸发产生的二次蒸汽夹带部分飞沫，进入分离器后在离心作用下使液体飞沫附着在器壁上，部分泡沫经过高效除沫器去除。

洁净蒸汽从分离室出汽口进入到压缩机入口。

本方案MVR蒸发器采用单台离心压缩机对二次蒸汽进行压缩，使二次蒸汽温度提高10℃，用作系统蒸发热源。MVR使二次蒸汽热源循环利用。蒸发能源只消耗提供蒸汽温升所消耗的电能。与一般蒸汽热源蒸发器比较能源消耗大幅度降低。

工艺流程中压力、温度、转速等参数均设有现场显示或参数变送器，由控制系统集中控制，通过人机界面和上位工控机的组态软件进行监视、报警和自动控制。

如系统发生紧急停车，蒸发器内物料通过排尽装置全部排出，以防止堵塞设备和对物料造成破坏。

清洗流程      

1.流程

（1）蒸发器的加热表面在长时间使用总是会产生污垢，结垢的组成可分为水溶性垢和不溶性垢。设备清洗时，先通过蒸发器底部的排污管将设备中滞留的料液排净，整个清洗过程可以运用原液蒸发原理进行。

（2）钙、镁、硅等低溶解度的盐类，以及大分子有机聚合物等，是最容易产生不溶性结垢的物质，要定期停车用酸、碱清洗，或用机械方式将结垢去除。不论是水溶性垢还是非水溶性垢，都要根据具体情况定期进行清洗，而且清洗周期要定在结垢的初期前。

（3）形成清洗周期短于常规清洗周期的原因有：a.操作压力或蒸发室液面的急剧变化；b.循环速度过低；c.在清洗、冲洗或轴封水中引入了硬水或其它污染物；d.传热温差过大；e.不正确的清洗程序。

2.本方案工艺特点以及优势 

（1）占地面积小，换热效率高，维护方便：蒸发器系统设计为MVR降膜蒸发系统，占地面积小，换热效率高，维护方便。

（2）对能耗和设备成本做到较好平衡：

为了达到设计的8000kg/h的蒸发量，糖蜜发酵废液母液浓缩到结晶，我们采用了单级离心压缩机提供10℃的温差，在保证达到以上两项参数的同时，设计时同时考虑到运行成本，保证压缩机蒸发每吨水的能耗低于35kwh，极大的降低了处理每吨水的能耗。

（3）两级除雾实施确保除雾效果：

在本项目中，为了防止大液滴从二次蒸汽出口飞溅出去，在分离器内及二次蒸汽出口设置了折流式、旋流式并连的曲折通道除雾装置，可将上升蒸汽中的较大液滴分离下来。

同时在分离器的上端采用玻璃纤维浸蘸氟硅油烛式除雾器，除雾器能够分离二次蒸汽中夹带的微小液滴（≤2um的液滴），二次蒸汽通过分离器里两级除雾分离，蒸汽中的液滴夹带可降低到0.1%，这将极大的提高蒸馏水的品质，延长了设备的使用寿命，确保压缩机长期稳定运行。

（4）设备使用寿命长：

核心零配件全部采用进口品牌（包括压缩机、电机、变频器、传感器、PLC CPU等），其中压缩机转子材质为316L不锈钢，抗腐蚀性强；其控制柜零配件均采用一线品牌；和原液接触部分使用316L不锈钢，保证其足够的强度和换热效果，主体设备保用10年以上。

（5）系统智能化程度高：

• 系统具HABS(热量自动平衡系统)；

• ADS(自动排料系统，不需要传感器，通过数据库分析自动出料)；

• AES(专家系统，通过对数据库的分析，综合得出系统的参数报表)；

• SPS(系统自保护功能，能够根据系统传感器信号，感知问题，提出解决问题方案)；

• FD(安全模式,当系统出现较小问题，且可在短时间内得到解决，系统可在不停机的情况下进入安全模式，待系统解决问题后，系统即可进入征程蒸发状态)。

（6）系统具有良好的稳定性：

经过大量的MVR蒸发器运行得到的数据分析可知，导致系统不稳定的最大原因就是系统热量不平衡，即压缩机提供的热量不足以提供所蒸发水量的能耗，导致系统蒸发水量达不到设计蒸发量，蒸发每吨水能耗高于设计值，因此本方案中加入了HABS(热量自动平衡系统)，通过温度、流量、压力、液位等传感器回传信号，PLC控制系统自动保持系统热量平衡，确保系统能够连续稳定运行。

（7）自动清洗系统：

在进入蒸发器前，由于本系统实行低温、低温差蒸发，降低了设备结垢的可能性。但设备经过长期（根据物料是否含有、或者含有结垢物质的多少来定）的运行，不可避免的会有结垢现象出现，当出现结垢现象而导致设备蒸发能力下降时，可以使用本系统自动清洗系统。

系统会根据系统设定的定期清洗时间从清洗罐泵入清洗液（可根据实际要求，可为弱酸弱碱、或者直接为清水），其清洗过程同蒸发过程一样，清洗后的清洗液泵入原液混合一起蒸发处理。

（8）压缩机采用变频控制电机驱动。

变频控制可以让风机在最佳转速下运行，消除入口导叶损失；通过软启动，降低对整个系统的冲击，延长压缩机和电机的使用寿命。当需要在低于系统设计能力的情况下运行时，通过调节变频器可以保证系统的经济运行。

夹带部分飞沫的蒸汽进入分离器后在离心作用下使液体飞沫附着在器壁上，部分泡沫经过高效除沫器去除。

蒸汽从分离室出汽口进入到压缩机入口。如系统发生紧急停车，蒸发器内原液通过排尽装置全部排出，以防止堵塞设备和对原液造成破坏。本方案设计中充分考虑的不凝气体的排除问题，在气体出口端有集气空间，不凝气由自控系统根据压力来排出。