真的懂蒸汽壓縮蒸發(fā)（MVR）系統(tǒng)嗎？它有什么組成？與其他蒸發(fā)系統(tǒng)相比，有哪些優(yōu)勢？進展如何？MVR熱泵有什么特性？降膜技術(shù)、換熱器強化換熱技術(shù)......問題可真不少啊！

MVR系統(tǒng)組成

蒸發(fā)器：主體設(shè)備，包含加熱器、分離器、循環(huán)泵。壓縮機系統(tǒng)：核心設(shè)備，壓縮二次蒸汽提供蒸發(fā)熱源，提高二次蒸汽的熱焓。預(yù)熱器：余熱利用及提高進料溫度真空系統(tǒng)：維持整個系統(tǒng)的真空度，從裝置中抽出部分不凝氣體以及溶液帶入的氣體，以達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定的蒸發(fā)狀態(tài)。控制系統(tǒng)：PLC或DCS系統(tǒng)。壓縮機轉(zhuǎn)速、閥門、流量計、溫度、壓力的控制調(diào)節(jié)，以達(dá)到自動蒸發(fā)、清洗、停機等操作。自動報警，系統(tǒng)自動保護，以保持系統(tǒng)動態(tài)平衡。

MVR控制系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)：MVR蒸發(fā)系統(tǒng)控制中心（DCS或PLC控制中心），通過對電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，閥門、流量計、溫度、壓力的控制，以達(dá)到自動蒸發(fā)、清洗、停機等操作。自動報警，自動保護系統(tǒng)不受損傷，保持系統(tǒng)動態(tài)平衡。自動清洗系統(tǒng)：不同的溶液蒸發(fā)一段時間后，可能會發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，一般說99%以上的結(jié)垢都是可以通過添加化學(xué)溶劑除去，一般可以使用CIP原位清洗或者拆除清洗。

ＭVR系統(tǒng)流程工藝進展

MVR 熱泵裝置結(jié)合不同的處理工藝過程，需要提供適宜的傳熱溫差。蒸發(fā)過程中傳熱溫差和壓差大小一般與處理料液的熱敏性有關(guān)，高熱敏性料液適宜于小溫差條件下多梯度分階段進行。

MVR 熱泵系統(tǒng)的工藝流程也設(shè)計成單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)。

單效蒸發(fā)系統(tǒng)的流程簡單，操作較方便，適合于水分蒸發(fā)量大，熱敏物性較弱，允許大溫差傳熱，只需蒸發(fā)一次就可達(dá)到濃縮要求的溶液。

MVR單效蒸發(fā)系統(tǒng)

MVR熱泵的多效蒸發(fā)工藝

MVR系統(tǒng)多效蒸發(fā)方式適合于處理熱敏較敏感，不宜進行大溫差傳熱的溶液蒸發(fā)，同時其也可用于蒸發(fā)量較大的工藝場合。

MVR及其應(yīng)用領(lǐng)域

飲料工業(yè)（牛奶、果汁、乳清、糖溶液的蒸發(fā)濃縮）食品、添加劑工業(yè)（味精、大豆、蛋白質(zhì)乳液蒸發(fā)濃縮）制藥及生物工程（中藥、維生素，氨基酸、檸檬酸等）化學(xué)工業(yè)（蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶、分離提純）廢水處理（含鹽廢水、含重金屬廢水等）制鹽工業(yè)、海水淡化

MVR的優(yōu)勢

1、節(jié)能降耗

近年來，由于人類對能源的需求越來越大，能源供應(yīng)成為瓶頸問題。面對如此情況，節(jié)能成為目前擺脫能源短缺束縛的重要途徑之一。

2、MVR與雙蒸發(fā)工藝比較

工作時間：24 小時/天300 天/年電價：0.8 RMB/KW·h 蒸汽價：200 RMB/T

3、MVR關(guān)健設(shè)備-蒸發(fā)器

蒸發(fā)器形式多樣：強化的降膜蒸發(fā)器是一種高效節(jié)能換熱設(shè)備,與其他類型的蒸發(fā)器相比有明顯的優(yōu)勢。

降膜蒸發(fā)技術(shù)屬薄膜蒸發(fā)，由于其相變發(fā)生在流動的液膜中，因而有高的傳熱系數(shù)和熱流密度，低的傳熱溫差，尤其低溫傳熱性能優(yōu)良。

降膜蒸發(fā)器注意事項

降膜蒸發(fā)器換熱管內(nèi)的成膜均勻程度和成膜厚度是降膜蒸發(fā)器安全高效工作的重要保證；

溶液分布器的布液效果優(yōu)劣，換熱管管壁出現(xiàn)液膜不均時產(chǎn)生的后果不僅僅是蒸發(fā)效率大大降低，同時可能造成換熱管局部溫度過高，出現(xiàn)“干燒”現(xiàn)象，長期持續(xù)下去將明顯減少其使用壽命。

管內(nèi)液膜不均導(dǎo)致的蒸發(fā)不均問題還會在蒸發(fā)過度的管壁處析出部分溶質(zhì)，集聚其表面后形成結(jié)垢。

此外，高溫下蒸發(fā)溶液內(nèi)所含物質(zhì)會呈現(xiàn)較強的腐蝕特性，在工藝設(shè)計過程中需要引起注意，可通過采取使用防腐性換熱器材料等措施來解決。

MVR 熱泵特性與分析

MVR 熱泵蒸發(fā)系統(tǒng)的開式循環(huán)機理是基于回收利用物料蒸發(fā)所產(chǎn)生的二次蒸汽的潛熱而進行。

由于在蒸發(fā)器中二次蒸汽所需的潛熱來自外排蒸汽本身冷凝所放出的潛熱，因此蒸發(fā)所耗的能量僅僅是壓縮機所耗的能量。

MVR 熱泵流程圖

MVR 熱泵效率與分析

根據(jù)MVR 熱泵系統(tǒng)的工作原理可知，其效率取決于回收利用的潛熱值與輸入的機械功之間的比較。

下表以常壓下基本循環(huán)的狀態(tài)變化為例，通過模擬計算表明其在能源利用效率方面的優(yōu)勢。

MVR 熱泵計算分析

從上表看出，系統(tǒng)消耗90.5 kJ/kg 的壓縮功，就可以回收利用2257.6 kJ/kg的潛熱，熱功比達(dá)到了24. 9。工質(zhì)的熱焓僅增加0. 8%，但其溫度提高了13%，相當(dāng)于輸入少量的高品位機械能，卻把大量的低品位熱能轉(zhuǎn)化成為可資利用的高品位熱能，從而提高了能源利用效率。

換熱器強化換熱技術(shù)

所謂換熱器傳熱過程的強化就是力求使換熱器在單位時間內(nèi)、單位傳熱面積傳遞的熱量盡可能增多。

應(yīng)用強化傳熱技術(shù)的目的是為了進一步提高換熱設(shè)備的效率,減少能量傳遞過程中的不可逆損失,更合理更有效地利用能源,減少換熱面積,降低金屬消耗。

要求合理的設(shè)計、制造出高效的換熱器。

強化傳熱途徑分析

在換熱器中，提高傳熱性能的研究是指對傳熱的強化。

從強化傳熱的過程來劃分可以分為導(dǎo)熱過程的強化、對流傳熱過程的強化和輻射傳熱過程強化三大類，其中研究最多、應(yīng)用最廣的是對流傳熱強化。

在冷流體和熱流體的進出口溫度一定時，通過改變換熱面的布臵來改變平均傳熱溫差。

但是由于受到受熱材料物理性質(zhì)和實際工作條件的限制，平均傳熱溫差不可能太大，即傳熱平均溫差的增加是很有限的。

(2) 增大傳熱面積A

增加傳熱面積是研究最多的一種強化傳熱方法，是一種簡單且很有效的強化換熱途徑。

增加換熱面積的方法比較多，采用小管徑和擴展表面換熱面均可增加傳熱面積。

由以上可見，采用增加平均溫差以強化傳熱的途徑，其應(yīng)用范圍有限。

用增加換熱面積是有效途徑，但同樣受到各種條件的限制，換熱面積不能增加過多。

提高傳熱系數(shù)成為提高換熱器換熱性能的主要方法。

傳熱系數(shù)和對流傳熱系數(shù)、管壁導(dǎo)熱系數(shù)、管壁厚度、污垢導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)，而管壁導(dǎo)熱系數(shù)和管壁厚度受材料規(guī)格、性能和換熱器運行工況的限制。

減小污垢的厚度或延緩垢層的形成以減小污垢熱阻與提高對流傳熱系數(shù)關(guān)系密切。

降膜蒸發(fā)器布液器研究進展

國內(nèi)外學(xué)者大量研究實驗,普遍認(rèn)為：布液器對原液分配的均匆程度及噴淋密度、液膜流動特性是影響降膜蒸發(fā)傳熱的主要因素。

目前主要存在的布液方式主要分為溢流型、插件型、噴淋型三種。

溢流型結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便、不易堵塞,但布膜效果難以保正，適用于液膜分布要求不高的場合；

插件型能夠保證液體在單管內(nèi)布膜均勾，但不易保證液體均勾分配到所有換熱管上，且流動阻力大、易堵塞、安裝要求精度高，適于處理清潔物料的小型降膜蒸發(fā)器；

盤式分布器布液均勾,不易結(jié)坂,操作穩(wěn)定,但制造成本高,適用于大型降膜蒸發(fā)器。

降膜蒸發(fā)技術(shù)已比較成熟，將其運用到MVR 熱泵系統(tǒng)上時需注意系統(tǒng)的匹配優(yōu)化問題。

影響換熱管內(nèi)溶液均勻成膜的溶液分布器是提高降膜蒸發(fā)器性能和可靠性關(guān)健問題之一。

適宜于降膜蒸發(fā)的換熱面新結(jié)構(gòu)型式開發(fā)也逐漸成為人們感興趣的研究方向。

各種強化傳熱技術(shù)

當(dāng)前應(yīng)用于降膜蒸發(fā)管程強化傳熱的換熱管主要有波形管、橫紋管、螺旋槽紋管、縮放管、內(nèi)插螺旋線圓管等。

分布分析,認(rèn)為液膜形狀主要受表面張力影響,相對于光滑圓管,豎直螺旋槽紋管的液膜厚度更均勾,傳熱傳質(zhì)性質(zhì)更好。

光管和波紋管的平均傳熱膜分系數(shù)以及摩擦系數(shù)都隨液膜質(zhì)量流量的增大而升高,而波紋管的傳熱系數(shù)比光管要高30%左右,壓降卻低于光管。

實驗結(jié)果證明液膜蒸發(fā)側(cè)的傳熱系數(shù)比光管高10%左右，隨著噴淋密度的增加,傳熱膜系數(shù)提高,并且波紋管能夠更好的布膜,減少了“干斑”現(xiàn)象,能有效提高傳熱系數(shù),降低總功耗。

扭曲橢圓管換熱器特點：

扭曲橢圓管換熱器是種新型高效的換熱設(shè)備。將光滑圓管通過壓扁、沿軸線扭轉(zhuǎn)后獲得扭曲橢圓管。由于扭曲橢圓管截面形狀為橢圓形,每個扭矩的長軸之間可以相互支撐，在殼程形成特有的無折流板自支撐結(jié)構(gòu),并且形成螺旋形流道,實現(xiàn)殼側(cè)流體縱向螺旋流動,降低了流動阻力,強化殼側(cè)流體擾動;管程由于壓扁與扭曲作用,同樣為流體創(chuàng)造了螺旋形流道,流體受流道導(dǎo)引旋轉(zhuǎn)流動,能有效破壞邊界層,提高傳熱膜系數(shù);由于離心力作用,使流體能有效貼壁,應(yīng)用于管內(nèi)降膜蒸發(fā)器中能避免干壁現(xiàn)象,扭曲橢圓管管型及自支撐結(jié)構(gòu)。

扭曲橢圓管換熱器

扭曲橢圓管能夠在犧牲較小管程壓降的條件下?lián)Q取較高的傳熱效率,對換熱器強化具有很大的作用。

針對MVRHP 系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備降膜蒸發(fā)器：

換熱管內(nèi)液膜的成膜均勻程度和成膜厚度是降膜蒸發(fā)器安全高效工作的重要保證；

換熱管管壁出現(xiàn)液膜不均時，可能會產(chǎn)生蒸發(fā)效率降低，同時也可能造成換熱管局部溫度過高，導(dǎo)致局部液膜斷裂,進而出現(xiàn)“干壁”現(xiàn)象

MVR設(shè)備的核心-壓縮機的類型比較：

單級高速離心壓縮機特點：

流量大、可以達(dá)到1～300m3/s效率高、能耗低，壓縮機效率達(dá)到85%以上對蒸汽100%無污染、無需其他后處理使用壽命長、運行成本低振動小、噪聲低結(jié)構(gòu)緊湊、維護方面壓力、溫度可調(diào)范圍廣、耗水少