多效蒸发器

多效蒸发器基本原理

进入旋转的物料首先进入旋转的分配盘中，并由分配盘均匀分布到垂直的蒸发器内表面，物料靠重力下降的同时，被旋转的刮膜装置在内表面强制形成均匀的薄膜（膜厚度与刮膜器的形式和转速等参数相关），并使刮膜器前面的物料形成一个弓形波。

在正常工作状态下，在筒体内表面与刮膜器之间的液膜产生剧烈的湍动，进行良好的传热与传质。当液膜被加热夹套内的介质（蒸汽或导热油）加热到一定温度时，大量轻组份的蒸汽从上部的出口进入外置冷凝器冷凝，而未被蒸发的重组份则从旋转底部排出，从而实现轻、重组分的分离。

多效蒸发器的工艺介绍

多效蒸发器由多级蒸发设备串联组成，每级蒸发设备由蒸发器和分离器组成，根据工艺需要，可以有二效、三效以至多效蒸发器。多效蒸发时，先向一效蒸发器加入加热蒸汽（称为一次蒸汽），使溶液蒸发浓缩，再将从一效分离出来的蒸汽（称为二次蒸汽）用作二效的加热蒸汽，二效则相当于一效产生的二次蒸汽的冷凝器，从二效产生的二次蒸汽又作为三效的加热蒸汽，如此类推，串联多级蒸发器，就组成了多效蒸发。

为了达到更好的汽液分离效果，一般多效蒸发器都抽负压，各效蒸发器的压力和温度是逐级降低的，而蒸发后的溶液浓度则是逐级提高的。

                                    多效蒸发器的工艺及技术要求图

由此可见，在多效蒸发中保持各级蒸发器和分离器合适的压力和液位非常重要。压力如果过高，也就是负压不够时，会造成汽液分离不干净，达不到预设的浓度要求；液位如果过高，会造成分离器的液体回流进蒸发器中，不能达到稳定连续的生产控制效果。所以，我们的压力和液位仪表在这个过程中起到了至关重要的作用。

多效蒸发器技术特点

1. 真空压降小：物料汽化气体从加热面送到外置的冷凝器，存在一定的压差。在一般的蒸发器中，这种压力降（Δp）通常是比较高的，有时甚至高得难于接受。而刮板式有较大的气体穿越空间，蒸发器内压力能看成与冷凝器中的压力几乎相等，因此，压力降很小,真空度可达5mmHg。

2. 操作温度低：由于上述特性，这使得蒸发过程可以保持在较高真空度条件下进行。由于真空度的提高，与之相应的物料沸点迅速降低，因此，操作可以在较低温度下进行，降低了产品的热分解。

3. 受热时间短：由于刮板式的结构，刮膜器具有泵送作用，使得物料在蒸发器内的停留时间很短；另，在加热的蒸发器上由于薄膜的高速湍流使得产品不会滞留在蒸发器表面。因此，特别适用于热敏性物料的蒸发。

4. 蒸发强度高：物料沸点的降低，增大了同热介质的温度差；刮膜器的功能，减小了呈现湍流状态的液膜厚度，降低了热阻。同时，在这过程中抑制物料在加热面结壁、结垢，并伴有良好的热交换，因此，提高了刮板式的总传热系数。

5. 操作弹性大：正是由于刮板式*的性能，使其适宜于处理热敏性和要求平稳蒸发的、高粘度的及随浓度提高粘度急剧增加的物料，其蒸发过程也能平稳蒸发。它还能成功地应用于含固颗粒、结晶、聚合、结垢等情况物料的蒸发和蒸馏。

多效蒸发器结构特点

1. 磁力密封：在国外用于食品、药品、保健品的蒸馏设备中磁力密封是属于强制性，因为机械密封需要用润滑油做润滑和密封介质，平时会有微量润滑油进入系统，一旦被检测出来就会遭到禁用和出口限制。机械密封在长时间使用后，漏油量会逐渐增加难以察觉、对产品危害很大。而磁力密封属于干式密封，没有润滑油污染问题，产品卫生安全有保障，密封可靠。

2. 刮板材料

3. 我公司是国内的使用通轴设计的厂家，是我公司的专业技术，与传统的半轴设计相比，运行更稳定，解决了半轴刮板很难改造成磁力密封结构的难题。

4. 我公司所有设备蒸发器封底、封盖、连接法兰等部件以及所有进出料泵均采用不锈钢材质，拒绝掺加碳钢部件和包裹材料，美观耐用，抗腐蚀性强。

5. 油扩散增压泵：是我公司独立研发制造的专门用于蒸馏的高真空泵，对于可凝性气体有很好的抑制能力，而普通扩散泵无法排除可凝性气体，使用过程会频繁换油甚至无法连续生产。

多效蒸发器应用范围

高效现已广泛应用于医药、农药、油脂化工、石油化工、精细化工、日用化工、生物化工等领域，主要用于热敏性、易氧化性物料的蒸发浓缩、脱溶、汽提、反应、脱气、除臭（气）味等。

可代替常规降膜蒸发器，用于石化及化工产品的蒸馏、提纯、浓缩、脱色使用。

多效蒸发器产品选型

小规格：有效蒸发面积0.05平方 FZL-0.05

大规格：有效蒸发面积40平方 FZL-40

设备材质：SUS304，SUS316L，SAF2205

工作温度：高近400℃

该经济效益分析中能耗、运行成本按蒸发1t水计，运行成本的计算蒸汽按200元/吨，工业用电按1元/度计。下表1为不同效数蒸发工艺运行成本比较。

                                                 表1 不同蒸发工艺经济效益比较

 多效蒸发的工艺模式

多效蒸发工艺有以下几种工艺模式：

顺流工艺流程

溶液和蒸汽的流向相同，都由效顺序流到末效。原料液用泵送入到效，依靠效间压差，自流入（浓缩过程中要是有固体产生或溶液粘度较大就需要添加过料泵）下一效进行处理，完成液自末效用泵抽出。

后一效的压力低，溶液的沸点也相对较低，故溶液从前一效进入后一效时会因过热而自行蒸发，称为闪蒸。因而后一效有可能比前效产生较多的二次蒸汽，但因为后效的浓度比前效高，而操作温度又较低，所以后一效的传热系数比前一效要低，往往效的传热系数比末效高很多。

并流流程适宜处理在高浓度下为热敏性的物料。

                             顺流工艺流程图

逆流加料工艺流程

原料液由末效加入，用泵一次送到前一效，完成液由效放出，料液与蒸汽逆向流动。随着溶剂的蒸发、溶液浓度逐渐提高的同时，溶液的蒸发温度也逐效上升，因此各效溶液的浓度也比较接近，使各效的传热系数也相近。

但因为溶液从后一效输送到前一效时，料液温度低于送入效的沸点，有时需要补加加热，否则产生的二次蒸汽量将逐渐减少。一般来说，逆流加料流程适宜处理粘度随温度和浓度变化较大的物料，而不适宜处理热敏性的物料。

                                  逆流加料工艺流程图

平流加料工艺流程

各效都加入料液，又都引出完成液。此流程用于饱和溶液的蒸发（或溶液浓度较高）。各效都有晶体析出，可及时分离晶体。此法还可用于同时浓缩两种或多种水溶液。

                        平流加料工艺流程图

错流加料工艺流程

亦称混流流程。它是并、逆流流程的结合。错流的特点是兼有并流与逆流的优点而避免其缺点。但操作复杂，要有完善的自控仪表才能实现其稳定操作。

                         错流加料工艺流程图

选择顺流工艺的原因：污水进水料液粘稠度低，不含有大量低沸点的物质，不需要选择逆流模式先冷凝，且不影响传热系数。其次，污水进水盐浓度并不高，只有在极其高浓度时，选择并流加料模式。

蒸发器里面，除了单效蒸发器这种类型之外，还有哪些蒸发的类型和应用。

一、多效蒸发器

多效蒸发器(Multiple effect evaporation)缩写简称MEE。多效是相对于单效(single-effect)而言的，单效只有一个有效的蒸发体，而多效有多个;当然，最大的差别就是单效的蒸汽直接去冷凝了，而多效前面效体的二次蒸汽继续利用以节约能耗。多效蒸发是节能的主要手段，一般来说，效数越多，蒸汽经济性越好。但，如果不注重物性，随着沸点升高加大，后效的温差缩小，即使再多的效数，也无济于事。市面上，3效、4效较为常见，但，也有很多效的蒸发器，像目前已建成多达17效的蒸发器应用在海水淡化领域。

多效蒸发器可以有列管、板式的不同，也可以有降膜，升膜的不同，还可以有顺流，逆流等等的区别。像前面几项的不同，在单效蒸发器那篇里已经有了说明，这里单就多效蒸发器的进料流程稍作解释。像上上图里的多效进料流程，就属于顺流，蒸汽(或二次蒸汽)的流向和物料进料流向相同。而如果是逆流的话，蒸汽和物料的流向则刚好相反。

相对而言，顺流设计的蒸发器，更适合设置在来料温度较高的情况，这样需要的生蒸汽就少一些;但如果来料温度较低的时候，逆流设计的蒸发器，就更经济些，毕竟，后效可利用的温差小了，用来预热物料可能就更经济些。除了顺流、逆流，还有平流、错流，设置什么样的流向，除了考虑经济性的要求，有时也经常考虑物料流动性的情况，所以，蒸发器的设计，没有一招致命的绝招，是需要反复做好摸排，综合考虑的。

二、使用热泵的蒸发器：TVR

其实，热泵(heat pump)这个名称，被更多的通俗指向于类似空气热泵、吸收式热泵等的技术，所以，现在的蒸发系统的热泵都直接指向它的专业名词了。在蒸发器里面，说的热泵指的是蒸汽再压缩技术(vapour recompression)，实现这种的技术，有两种，一种是Thermal Vapour Recompression，简称为TVR，也有写成Thermal Vapor Compression的，缩写就成了TVC了。名称可以直译，也可以通俗的叫它喷射式热泵或者直译叫做热能压缩(thermocompressor)。

这种喷射泵的工作原理是：利用中压或高压的新鲜蒸汽在喷射器中形成一定的负压，引入从分离器出来的二次蒸汽，并将二者混合，用于蒸发系统的加热蒸发。像上图的流程示意就是，蒸汽喷射热泵将一效出来的二次蒸汽的温度，用于加热另一效。喷射器的性能和喷嘴、文丘里喉管面积、生蒸汽压力、吸气和排气压力、分子量等都有关系，虽然类似的书籍早就给出了最佳设计曲线，但是国产的喷射器，需要提升的空间，依然很大。

由于没有额外的动力装置，喷射热泵所吸入的二次蒸汽全靠生蒸汽提供的动力实现，所以，使用TVR的蒸发器利用二次蒸汽的量是不可能无限大的。在蒸发器系统里，做好前面的设计工作，知道了二次蒸汽的参数、控制好新鲜蒸汽的压力，才能控制好抽汽比。天臻生物化工设计的TVR蒸发器，1kg新鲜蒸汽可以利用达0.3kg的二次蒸汽，仅用一个喷射热泵，就可以节约了一个蒸发效体的投资。

三、使用热泵的蒸发器：MVR

实现蒸汽再压缩技术的热泵，还有一种，那就是Mechanical Vapor Recompression，简称MVR，或者MVC，道理和上面TVR一样。这种热泵的工作原理是：将蒸发溢出的二次蒸汽用风机或压缩机再压缩，气体的PV/T是个常数，压力的升高，伴随着二次蒸汽温度的增加，这样就保证了蒸发器所要求的温差了。国内现在有好些企业的蒸汽压缩机做的也已经很不错了，而且发展的都很不错，可见，技术深耕总有回报的。

压缩机类型的蒸汽热泵，目前是应用在蒸发器里最为节能的技术，也是最节碳的技术。现在各个主流企业宣称的MVR蒸发器能耗，蒸发1t水，大概耗能在8~60kwh之间。如果，我们的MVR蒸发器单位耗能，取中间值30kwh为例计算，而我们以多效蒸发器单位耗能，取0.3t蒸汽计算。那么，我们根据发改委的关于“温室气体排放核算方法”，每蒸发1吨水，MVR的蒸发器比多效蒸发器要减少CO2排放达55公斤。常规设计的MVR蒸发器在流程上好像和单效蒸发器没有太大的区别，示意图如下：

MVR蒸发器上面说了，其吨水蒸发能耗大概在8~60kwh之间，实际上更多的在15~45kwh区间。主要造成这些成本区别的地方，主要包括以下几个方面：

1、压缩机效率的差异

目前，蒸汽的压缩热泵形式，有包括离心式、轴流式、罗茨式，甚至磁悬浮式等，即使同一种形式的热泵，能否运行在最佳工况，也和压缩机的系列产品存在距离的。常规的压缩机的效率大概在75~85%之间，罗茨式的大概在50~60%之间。市场主流以离心式为主，国内也有很多使用罗茨式的：

2、沸点升高和物料浓度差异

对于沸点升高的知识，我们上一篇已经说过。在蒸发浓缩过程，如果沸点升高比较高，这时候，就需要提高压缩比，将温度提高，才能达到溶液沸腾的温度要求。我们大概可以看看piller压缩机的性能曲线(左侧为温升10℃的单级曲线，右侧为温升达20℃的两级曲线)，当提高温度后，处理量，减少了很多，很明显，这样运行起来就不那么经济了。

3、其它设计上的考虑差异

对于MVR蒸发器，降低蒸发器的实际蒸发单耗，还包括利用工厂和蒸发系统的余热进行预热，结合流程模拟软件，设置最佳的MVR+多效蒸发流程等等。这些措施，都可以在一定程度降低MVR蒸发器的实际蒸发单耗，但，并非蒸发单耗越低越好。这里，还有其投资回报的合理性的问题，还是因势利导为好。

现在有很多人走入的节能的误区，不考虑MVR蒸发器的实际蒸发能力和产品特性，而过分追求数字上的蒸发能耗，这是舍本逐末的做法。先不说，张口闭口，低蒸发能耗，是不是过分吹嘘，任何脱离上述的实际设计考量的，都是招摇撞骗。