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多效蒸发技术及其应用

发布时间: 2017-11-09 13:35:18   试剂信息网

多效蒸发技术及其应用

引言

多效蒸发(multiple effect evaporation,简称MEE),系统是由多个单效蒸发组成的系统,即将前一个蒸发器蒸发出来的二次蒸汽引入下一个蒸发器作为加热蒸汽并在下一个蒸发器中凝为蒸馏水,如此依次进行。所以,采用多效蒸发可以充分利用热能,即通过蒸发过程中二次蒸汽的再次利用,减少生蒸气的消耗,从而提高蒸发装置的经济性。

1.多效蒸发的原理

多效蒸发中的每一个蒸发器称为一效。凡通入加热蒸汽的蒸发器称为第一效,用第一效的二次蒸气作为加热剂的蒸发器称为第二效,依此类推。采用多效蒸发器的目的是为了节省加热蒸气的消耗量。理论上,1kg加热蒸气大约可蒸发1kg水。

但由于有热损失,而且分离室中水的汽化潜热要比加热室中的冷凝潜热为大,因此,实际上蒸发1kg水所需要的加热蒸气超过1kg。根据经验,蒸气的经济性(U=W/D),单效为0.91,双效为1.76,三效为2.5,四效为3.33,五效为3.71等。可见随着效数的增加,W/D的增长率逐渐下降。例如,由单效改为双效时,加热蒸汽大约可节省50%;而四效改为五效时,加热蒸汽只节省10%。但是,随着效数的增加,传热的温度差损失增大,使得蒸发器的生产强度大大下降,设备费用成倍增加。当效数增加到一定程度后,由于增加效数而节省的蒸气费用与所增添的设备费相比较,可能会得不偿失。

工业上必须对操作费和设备费作出权衡,以决定最合理的效数。最常用的为23效,最多为6效。

2 多效蒸发的分类

蒸发器按蒸发结构可以分为循环型蒸发器和单程型蒸发器,其中循环型蒸发器有垂直短管式、外加热式、强制循环蒸发器这三类蒸发器,单程型蒸发器有升膜式蒸发器、降膜式蒸发器、旋转刮片式蒸发器这三类蒸发器。多效蒸发按流程主要分为四种:并流法、逆流法、平流法和混流法。

3 多效蒸发的工业应用

多效蒸发在各种海水淡化、废水处理和溶液浓缩、食品工业等方面起着重要的作用,己成为一种较为成熟的水处理方法。

3.1多效蒸发在海水淡化方面的应用

多效蒸馏海水淡化技术是化工过程历史悠久的多效蒸发单元操作,同时也是最早的海水淡化方法之一。配置有喷射热泵的水平管低温多效蒸馏淡化装置,只要消耗少量高品质的蒸汽就可以抽取二次蒸汽。据计算,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公斤蒸馏水。配置有机械热泵的同类蒸馏装置,采用低压缩比蒸汽,鼓风机将70.5℃的二次蒸汽压缩升温至71.7℃,制取1m3蒸馏水,机械耗电量为4.6kW/h,加上热损失补偿能耗及水泵能耗,产生1吨蒸馏水的总能耗为12kW/h。日产量为35~150m3淡水的机械泵式双效蒸馏海水淡化器作为定型产品,可广泛用于船舶和海上钻井平台。

3.2多效蒸发在废水处理和溶液浓缩方面的应用

多效蒸发被运用在工业废水的处理上,比如辛醇生产中含碱废水的处理,用含铜废液生产硫酸铜工艺中含氨废水的处理,碳酸钾生产废液回收治理等等,都取得了不错的经济和社会效益。同时,多效蒸发用于化学纤维工艺的纺丝过程,多效蒸发以其节能、低耗以及优良的性价比被化纤厂家广泛应用。

3.3多效蒸发在食品工业的应用

多效蒸发在牛奶、果汁的蒸发浓缩应用广泛。例如牛奶浓缩制取奶粉,在上世纪七八十年代大都是以双效降膜式蒸发器为主的浓缩装置来生产奶粉,到了90年代末期,才开始使用三效降膜式蒸发器来生产奶粉。近年来,多效降膜式蒸发器特别是三效降膜式蒸发器在该领域中的应用越来越多。

4 多效蒸发的优势

4.1节能

医药、化工和食品工业生产中,如何降低浓缩工序中蒸汽、水和电的耗量成为众所关注的问题。多效蒸发的后面一效的压力均低于前面一效,从而后面一效的蒸发温度均低于前面一效,同时将二次蒸气引到下一效蒸发器作为加热蒸气,使蒸发产生的蒸汽的汽化潜热循环利用,所以二次蒸发的再次利用,既减少生蒸气的消耗,又节省了冷却水的用量,从而提高系统效率。比如,外热循环式三效浓缩器成功地把总能耗下降了70%以上。一套911型三效浓缩器年节约蒸汽4500吨,节水16万吨,节电5万度,同时解决了浓缩时泡沫多,易跑料液的问题。

4.2可用于分离热敏性物质

由于多效蒸发在真空压力下进行,蒸发的沸点可以控制在允许温度范围以内,所以多效蒸发可以分离热敏性物质,如牛奶、果汁的蒸发浓缩。牛奶是热敏性物料,其加热温度不易过高而且受热时间不易过长,牛奶、苹果汁的蒸发要在100℃以内进行,糖的清汁浓缩可达120℃,而蕃茄浆要求在70℃以内,温度高了以后,颜色变深且影响质量,而在蒸发过程中,多效蒸发可以在允许的温度内,对其进行浓缩,以确保蒸发浓缩后物料的风味和质量。

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