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多效蒸發(fā)技術(shù)及其應(yīng)用

發(fā)布時間：2019/10/29 10:07:23     瀏覽次數(shù)：1084

引言

多效蒸發(fā)（multiple effect evaporation，簡稱MEE），系統(tǒng)是由多個單效蒸發(fā)組成的系統(tǒng)，即將前一個蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的二次蒸汽引入下一個蒸發(fā)器作為加熱蒸汽并在下一個蒸發(fā)器中凝為蒸餾水，如此依次進行。所以，采用多效蒸發(fā)可以充分利用熱能，即通過蒸發(fā)過程中二次蒸汽的再次利用，減少生蒸氣的消耗，從而提高蒸發(fā)裝置的經(jīng)濟性。

1.多效蒸發(fā)的原理

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為大，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?？梢婋S著效數(shù)的增加，W/D的增長率逐漸下降。例如，由單效改為雙效時，加熱蒸汽大約可節(jié)省50%；而四效改為五效時，加熱蒸汽只節(jié)省10%。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。

2 多效蒸發(fā)的分類

蒸發(fā)器按蒸發(fā)結(jié)構(gòu)可以分為循環(huán)型蒸發(fā)器和單程型蒸發(fā)器，其中循環(huán)型蒸發(fā)器有垂直短管式、外加熱式、強制循環(huán)蒸發(fā)器這三類蒸發(fā)器，單程型蒸發(fā)器有升膜式蒸發(fā)器、降膜式蒸發(fā)器、旋轉(zhuǎn)刮片式蒸發(fā)器這三類蒸發(fā)器。多效蒸發(fā)按流程主要分為四種：并流法、逆流法、平流法和混流法。

3 多效蒸發(fā)的工業(yè)應(yīng)用

多效蒸發(fā)在各種海水淡化、廢水處理和溶液濃縮、食品工業(yè)等方面起著重要的作用，己成為一種較為成熟的水處理方法。

3.1多效蒸發(fā)在海水淡化方面的應(yīng)用

多效蒸餾海水淡化技術(shù)是化工過程歷史悠久的多效蒸發(fā)單元操作，同時也是最早的海水淡化方法之一。配置有噴射熱泵的水平管低溫多效蒸餾淡化裝置，只要消耗少量高品質(zhì)的蒸汽就可以抽取二次蒸汽。據(jù)計算，1公斤蒸汽可以抽取5公斤的二次蒸汽，即1公斤蒸汽可以制取6公斤蒸餾水。配置有機械熱泵的同類蒸餾裝置，采用低壓縮比蒸汽，鼓風機將70.5℃的二次蒸汽壓縮升溫至71.7℃，制取1m3蒸餾水，機械耗電量為4.6kW/h，加上熱損失補償能耗及水泵能耗，產(chǎn)生1噸蒸餾水的總能耗為12kW/h。日產(chǎn)量為35~150m3淡水的機械泵式雙效蒸餾海水淡化器作為定型產(chǎn)品，可廣泛用于船舶和海上鉆井平臺。

3.2多效蒸發(fā)在廢水處理和溶液濃縮方面的應(yīng)用

多效蒸發(fā)被運用在工業(yè)廢水的處理上，比如辛醇生產(chǎn)中含堿廢水的處理，用含銅廢液生產(chǎn)硫酸銅工藝中含氨廢水的處理，碳酸鉀生產(chǎn)廢液回收治理等等，都取得了不錯的經(jīng)濟和社會效益。同時，多效蒸發(fā)用于化學(xué)纖維工藝的紡絲過程，多效蒸發(fā)以其節(jié)能、低耗以及優(yōu)良的性價比被化纖廠家廣泛應(yīng)用。

3.3多效蒸發(fā)在食品工業(yè)的應(yīng)用

多效蒸發(fā)在牛奶、果汁的蒸發(fā)濃縮應(yīng)用廣泛。例如牛奶濃縮制取奶粉，在上世紀七八十年代大都是以雙效降膜式蒸發(fā)器為主的濃縮裝置來生產(chǎn)奶粉，到了90年代末期，才開始使用三效降膜式蒸發(fā)器來生產(chǎn)奶粉。近年來，多效降膜式蒸發(fā)器特別是三效降膜式蒸發(fā)器在該領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越多。

4 多效蒸發(fā)的優(yōu)勢

4.1節(jié)能

醫(yī)藥、化工和食品工業(yè)生產(chǎn)中，如何降低濃縮工序中蒸汽、水和電的耗量成為眾所關(guān)注的問題。多效蒸發(fā)的后面一效的壓力均低于前面一效，從而后面一效的蒸發(fā)溫度均低于前面一效，同時將二次蒸氣引到下一效蒸發(fā)器作為加熱蒸氣，使蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽的汽化潛熱循環(huán)利用，所以二次蒸發(fā)的再次利用，既減少生蒸氣的消耗，又節(jié)省了冷卻水的用量，從而提高系統(tǒng)效率。比如，外熱循環(huán)式三效濃縮器成功地把總能耗下降了70%以上。一套911型三效濃縮器年節(jié)約蒸汽4500噸，節(jié)水16萬噸，節(jié)電5萬度，同時解決了濃縮時泡沫多，易跑料液的問題。

4.2可用于分離熱敏性物質(zhì)

由于多效蒸發(fā)在真空壓力下進行，蒸發(fā)的沸點可以控制在允許溫度范圍以內(nèi)，所以多效蒸發(fā)可以分離熱敏性物質(zhì)，如牛奶、果汁的蒸發(fā)濃縮。牛奶是熱敏性物料，其加熱溫度不易過高而且受熱時間不易過長，牛奶、蘋果汁的蒸發(fā)要在100℃以內(nèi)進行，糖的清汁濃縮可達120℃，而蕃茄漿要求在70℃以內(nèi)，溫度高了以后，顏色變深且影響質(zhì)量，而在蒸發(fā)過程中，多效蒸發(fā)可以在允許的溫度內(nèi)，對其進行濃縮，以確保蒸發(fā)濃縮后物料的風味和質(zhì)量。