单效蒸发器范文Word格式文档下载.docx
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式中r、r′——分别为加热蒸汽和二次蒸汽的汽化潜热,kJ/kg。
若原料由预热器加热至沸点后进料(沸点进料),即t0=t1,并不计热损失,则(4—5)式可写为
(5—5)
或
(5—5a)
式中D/W称为单位蒸汽消耗量,它表示加热蒸汽的利用程度,也称蒸汽的经济性。
由于蒸汽的汽化潜热随压力变化不大,故r=r′。
对单效蒸发而言,D/W=1,即蒸发一千克水需要约一千克加热蒸汽,实际操作中由于存在热损失等原因,D/W≈1。
可见单效蒸发的能耗很大,是很不经济的。
传热面积的计算
蒸发器的传热面积可通过传热速率方程求得,即
(5—6)
(5—6a)
A——蒸发器的传热面积,m2;
K——蒸发器的总传热系数,W/(m2·
K);
Δtm——传热平均温度差,℃;
Q——蒸发器的热负荷,W或kJ/kg。
式(5—6)中,Q可通过对加热室作热量衡算求得。
若忽略热损失,Q即为加热蒸汽冷凝放出的热量,即
(5—7)
但在确定Δtm和K时,却有别于一般换热器的计算方法。
(1)平均温度差Δtm的确定
在蒸发操作中,蒸发器加热室一侧是蒸汽冷凝,另一侧为液体沸腾,因此其传热平均温度差应为
(5—8)
T——加热蒸汽的温度,℃;
t1——操作条件下溶液的沸点,℃。
应该指出,溶液的沸点,不仅受蒸发器内液面压力影响,而且受溶液浓度、液位深度等因素影响。
因此,在计算Δtm时需考虑这些因素。
a.溶液浓度的影响
溶液中由于有溶质存在,因此其蒸气压比纯水的低。
换言之,一定压强下水溶液的沸点比纯水高,它们的差值称为溶液的沸点升高,以Δ’表示。
影响Δ’的主要因素为溶液的性质及其浓度。
一般,有机物溶液的Δ’较小;
无机物溶液的Δ’较大;
稀溶液的Δ’不大,但随浓度增高,Δ’值增高较大。
例如,4%的NaOH溶液在1033KPa下其沸点为102℃,Δ’仅为2℃,而43%NaOH溶液,其沸点为140℃,Δ’值达40℃之多。
各种溶液的沸点由实验确定,也可由手册或本书附录查取。
b.压强的影响
当蒸发操作在加压或减压条件下进行时,若缺乏实验数据,则似按下式估算Δ’,即
(5—9)
Δ’——操作条件下的溶液沸点升高,℃;
Δ’常——常压下的溶液沸点升高,℃;
f——校正系数,无因次,其值可由下式计算,
(5—10)
其中
T’——操作压力下二次蒸汽的饱和温度,℃;
r’——操作压力下二次蒸汽的汽化潜热,kJ/kg。
c.液柱静压头的影响
通常,蒸发器操作需维持一定液位,这样液面下的压力比液面上的压力(分离室中的压力)高,即液面下的沸点比液面上的高,二者之差称为液柱静压头引起的温度差损失,以表示。
为简便计,以液层中部(料液一半)处的压力进行计算。
根据流体静力学方程,液层中部的压力pav为
(5—11)
p'——溶液表面的压力,即蒸发器分离室的压力,Pa;
ρav——溶液的平均密度,kg/m3;
h——液层高度,m。
则由液柱静压引起的沸点升高为
(5—12)
tav——液层中部pav压力下溶液的沸点,℃;
tb——p'压力(分离室压力)下溶液的沸点,℃。
近似计算时,式(5—12)中的tav和tb可分别用相应压力下水的沸点代替。
d.管道阻力的影响
倘若设计计算中温度以另一侧的冷凝器的压力(即饱和温度)为基准,则还需考虑二次蒸汽从分离室到冷凝器之间的压降所造成的温度差损失,以表示。
显然,值与二次蒸汽的速度、管道尺寸以及除沫器的阻力有关。
由于此值难于计算,一般取经验值为1℃,即=1℃。
考虑了上述因素后,操作条件下溶液的沸点t1,即可用下式求取,
(5—13)
(5—13a)
Tc'——冷凝器操作压力下的饱和水蒸汽温度,℃;
——总温度差损失,℃;
蒸发计算中,通常把(4—8)的平均温度差称为有效温度差,而把T–Tc'称为理论温差,即认为是蒸发器蒸发纯水时的温差。
(2)总传热系数K的确定
蒸发器的总传热系数可按下式计算
(5—14)
αi——管内溶液沸腾的对流传热系数,W/(m2·
℃);
α0——管外蒸汽冷凝的对流传热系数,W/(m2·
Ri——管内污垢热阻,m2·
℃/W;
R0——管外污垢热阻,m2·
——管壁热阻,m2·
℃/W。
(5—14)式中a0、R0及b/λ在传热一章中均已阐述,本章不再赘述。
只是Ri和ai成为蒸发设计计算和操作中的主要问题。
由于蒸发过程中,加热面处溶液中的水分汽化,浓度上升,因此溶液很易超过饱和状态,溶质析出并包裹固体杂质,附着于表面,形成污垢,所以Ri往往是蒸发器总热阻的主要部分。
为降低污垢热阻,工程中常采用的措施有加快溶液循环速度,在溶液中加入晶种和微量的阻垢剂等。
设计时,污垢热阻Ri目前仍需根据经验数据确定。
至于管内溶液沸腾对流传热系数ai也是影响总传热系数的主要因素。
影响ai的因素很多,如溶液的性质,沸腾传热的状况,操作条件和蒸发器的结构等。
目前虽然对管内沸腾作过不少研究,但其所推荐的经验关联式并不大可靠,再加上管内污垢热阻变化较大,因此,目前蒸发器的总传热系数仍主要靠现场实测,以作为设计计算的依据。
表5-1中列出了常用蒸发器总传热系数的大致范围,供设计计算参考。
表5-1常用蒸发器总传热系数K的经验值
蒸发器型式
总传热系数W/(m2·
K)
中央循环管式
580~3000
带搅拌的中央循环管式
1200~5800
悬筐式
580~3500
自然循环
1000~3000
强制循环
1200~3000
升膜式
580~5800
降膜式
1200~3500
刮膜式,粘度1mPa·
s
2000
刮膜式,粘度100~100,00mPa·
200~1200
例5-1采用单效真空蒸发装置,连续蒸发NaOH水溶液。
已知进料量为200kg/h,进料浓度为40%(质量百分数),沸点进料,完成液浓度为43%(质量百分数),其密度为1500kg/m3,加热蒸汽压强为0.3MPa(表压),冷凝器的真空度为51KPa,加热室管内液层高度为3m。
试求蒸发水量、加热蒸汽消耗量和蒸发器传热面积。
已知总传热系数为1500W/(m2·
K),蒸发器的热损失为加热蒸汽量的5%,当地大气压为103KPa。
解
(1)水份蒸发量W
(2)加热蒸汽消耗量
故
由本书查附录得
当P=0.3MPa(表)时,T=145℃,r=2130kJ/kg
当Pc=51KPa(真空度)时,Tc'=82℃r'=2304kJ/kg
(3)传热面积A
①确定溶液沸点
a)计算Δ'
已查知Pc=51kPa(真空度)下,冷凝器中二次蒸汽的饱和温度Tc'=82℃
查附录常压下43%NaOH溶液的沸点近似为tA=140℃
∴Δ常'=140-100=40℃
因二次蒸汽的真空度为51kPa,故Δ'需用式(4—10)校正,即
b)计算Δ''
由于二次蒸汽流动的压降较少,故分离室压力可视为冷凝器的压力。
则
查附录得72kPa下对应水的沸点为90.4℃
c)Δ'''=1℃
则溶液的沸点
②总传热系数
已知K=1500W/m2·
K
③传热面积
由式(5—7a)、(5—8)和(5—9)得蒸发器加热面积为
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单效蒸发器篇
(二):
MVR蒸发器(低温型)
mvr蒸发器-低温型
MVR蒸发器是“机械式蒸汽再压缩”的英文简称(MechanicalVaporRecompression).其基本原理是对蒸发过程中产生的废热蒸汽通过逆流洗涤及机械再压缩,提高废热蒸汽的清洁度及热焓,重新利用,达到节能与环保的目的。
MVR蒸发器(低温压汽蒸馏)是目前国际上最先进蒸发器技术,其特点如下
1)没有废热蒸汽排放,节能效果十分显著,相当于10效蒸发器。
2)运用该技术可实现对二次蒸汽的逆流洗涤,因此冷凝水干物含量远低于多项蒸发器。
3)采用低温负压蒸发(50-90℃),有利于防止被蒸发物料的高温变性。
4)MVR蒸发器是传统多效降膜蒸发器的换代产品,是在单效蒸发器的基础上通过对二次蒸汽逆流洗涤及再压缩重新利用。
凡单效及多效蒸发器适用的物料,均适合采用MVR蒸发器,在技术上具有完全可替代性,并具有更优良的环保与节能特性。
MVR蒸发器技术由于其节能效果显著,70年代开始在国外迅速发展,现已广泛使用,应用于工业废水处理及乳品、制糖、淀粉、氧化铝、造纸、已内酰胺、海水淡化、炼焦厂(回收二氧化硫生产硫氨)、盐化工等很多生产领域。
蒸发过程中无需使用生蒸汽。
极大的降低运行成本,同时实现节能减排其工作过程是低温位的蒸汽经压缩机压缩,温度、压力提高,热焓增加,然后进入换热器冷凝,以充分利用蒸汽的潜热。
除开车启动外,整个蒸发过程中无需生蒸汽。
多效蒸发过程中,蒸发器某一效的二次蒸汽不能直接作为本效热源,只能作为次效或次几效的热源。
如作为本效热源必须额外给其能量,使其温度(压力)提高。
蒸汽喷射泵只能压缩部分二次蒸汽,而mvr蒸发器则可回收利用蒸发器中所有的二次蒸汽.我公司目前做的最大mvr蒸发器为处理硫酸钠蒸发量为130吨/小时,最小的mvr蒸发器为处理柠檬酸蒸发量18吨/小时
支持混批、支持支付宝、品牌江苏迈克化工机械设备有限公司、型号mvr0098、款式、颜色、材质304、316、316、钛材功能mvr蒸发器节能蒸发器、特性、促销折扣请说明信息来源,厂家给予折扣。
mvr蒸发器 MVR蒸发器是“机械式蒸汽再压缩”的英文简称(MechanicalVaporRecompression).其基本原理是对蒸发过程中产生的废热蒸汽通过逆流洗涤及机械再压缩,提高废热蒸汽的清洁度及热焓,重新利用,达到节能与环保的目的。
2mvr蒸发器
1)蒸发一吨水需要耗电为23-70度电;
2)可以实现蒸发温度17-40℃的低温蒸发(无需冷冻水系统)
机械式蒸汽再压缩(MVR蒸发器)、蒸馏塔,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,把电能转换成热能,提高二次蒸汽的焓,被提高热能的二次蒸汽打入蒸发室进行加热,以达到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,依靠蒸发器自循环来实现蒸发浓缩的目的。
通过PLC、单片机、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蒸发器比传统蒸发器节省80%以上的能源,节省90%以上的冷凝水,减少50%以上的占地面积。
机械蒸汽再压缩的原理
从mvr蒸发器出来的二次蒸汽,经压缩机压缩,压力、温度升高,热焓增加,然后送到蒸发器的加热室当作加热蒸汽使用,使料液维持沸腾状态,而加热蒸汽本身则冷凝成水。
这样,原来要废弃的蒸汽就得到了充分的利用,回收了潜热,又提高了热效率,生蒸汽的经济性相当于多效蒸发的30效。
整个蒸发系统正常运行时无需在补充生蒸汽。
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单效蒸发器篇(三):
最全面的MVR蒸发工艺知识
一、蒸发工艺及设备简介(降膜为主)
蒸发(或蒸馏法)虽然是一种古老的方法,但由于技术不断地改进与发展,该法至今仍是浓缩或制淡水的主要方法。
蒸馏过程的实质就是水蒸气的形成过程,其原理如同海水受热蒸发形成云,云在一定条件下遇冷形成雨,而雨是不带咸味的。
根据所用能源、设备、流程不同主要可分多效蒸发、多级闪急蒸发、蒸汽压缩蒸发(MVR)等。
多效蒸发技术
多效蒸发是最古老的淡化方法之一,在多级闪蒸诞生以前一直是蒸发、浓缩的主导。
原理多效蒸发是由单效蒸发组成的系统。
将前一蒸发器产生的二次蒸汽引入下一蒸发器作为加热蒸汽,并在下一效蒸发器中冷凝成蒸馏水,如此依次进行。
原料水进入系统方式有逆流、平流(分别进入各效)、并流(从第1效进入)和逆流预热并流进料等。
1多效蒸发的特点 与多级闪蒸比较而言的。
优点
①多效蒸发的换热过程是沸腾和冷凝传热,是相变传热,因此传热系数是很高。
总的来说多效蒸发所用的传热面积比多级闪蒸少。
②多效蒸发通常是一次通过式的蒸发,不像多级闪蒸那样大量的液体在设备内循环,因此动力消耗较少;
③多效蒸发的浓缩比高;
④多效蒸发的弹性大。
2多效蒸发流程的分类 多效蒸发的工艺流程主要有三种,顺流、逆流和平流。
顺流是指料液和加热蒸汽都是按第一效到第二效的次序前进。
特点
①多效的真空度依次增大,即绝对压力依次降低;
故料液在各效之间的输送不必用泵,而是靠压差自然流动到后面各效;
②温度也是依次降低,故料液从前一效通往后一效时就有过热现象,也就是发生闪蒸,产生一些蒸汽,即淡水;
③对浓度大,黏度也大的物料而言,后几效的传热系数就比较低;
而且由于浓度大,沸点就高,各效不容易维持较大的温度差,不利于传热。
平流
平流是指各效都单独平行加料,不过加热蒸汽除第一效外,其余各效皆用的是二次蒸汽。
适用于容易结晶的物料,如制盐,一经加热蒸发,很快达到过饱和状态,结晶析出。
在水处理过程中主要是要获取淡水,不需用逆流和平流,而且逆流和平流没有顺流的热效率高。
逆流
逆流是指进料流动的路线和加热蒸汽的流向相反。
原料从真空度最高的末一效进入系统,逐步向前面各效流动,浓度越来越高,所以料液往前面一效送入时,不仅没有闪蒸,而且要经过一段预热过程,才能达到沸腾。
可见和顺流的优缺点恰好相反。
对于浓度高时黏度大的物料用逆流比较合适,因为最后的一次蒸发是在温度最高的第一效。
所以虽然浓度大,黏度还是可以降低一些,可以维持比较高的传热系数。
这在化工生产上采用较多。
3多效蒸发工艺及设备简介 根据单效蒸发器的分析,蒸发量D/加热蒸汽量D0=0.91或者D0/D=1,即1kg蒸汽可以蒸出0.91kg的淡水。
如果将蒸出的二次蒸汽通往第二个蒸发器的加热室去作为加热用,那么同样1kg的二次蒸汽又可以蒸出0.91kg的淡水。
以此类推,效数越多,利用1kg加热蒸汽可以蒸发出的淡水也越多,这从热量的利用上来讲是有利的。
实际上,由于溶液有沸点升高现象,管线有流动阻力损失,使温差有损失,再加上效数多了,即使保温很好,散热面积大了,热损失也增多,所以当效数增多时,热量利用的效率也随之有所降低。
考虑到效数增加则设备的投资增大,故实际采用效数应该有一最佳点。
4多效蒸发设备的分类 多效蒸发设备的种类繁多,不同的物料,不同的浓度,可选用不同的蒸发器。
按蒸发管的排列方向可以分为垂直管蒸发器(VTE)和水平管蒸发器(HTE)。
按蒸发物料流动的类型可以分为强制对流蒸发器和膜式蒸发器。
在膜式蒸发器中按流动方向又可分为升膜式和降膜式蒸发器。
在降膜式蒸发器中分为垂直管降膜和水平管降膜蒸发器。
按各效组合的方向可以分为水平组合的蒸发器和塔式蒸发器。
组成多效蒸发系统的蒸发器有多种型式,常用的有以下主要三种。
▲浸没管式(ST)
该种蒸发器是加热管被料液浸没的一大类蒸发设备。
广义的浸没管蒸发器又有多种样式,有直管、蛇管、U形管以及竖管、横管等结构。
料液在蒸发器中的流动方式有自然对流循环和强制循环两类。
这种蒸发器出现较早、操作方便,但结垢严重、盐水静液柱高、温差损失大,故效数不宜太多,一般在6效以下。
▲竖管蒸发(VTE)这里是指管内降膜式蒸发器。
两个基本优点,一是因管内为膜状汽化,传热壁两侧都有相变,故传热系数高。
且消除了料液的静液柱所造成的温差损失。
系统的浓缩率比较高,低浓度溶液如海水淡化,目前一般设计的效数为11~13效,造水比可达9~10。
结垢问题,特别是当液体分配不均或者水量不足时,在管的内壁可能形成干区,结垢的危险性增大。
因此在防垢和清垢方面有较高的要求。
一般说来,在这类蒸发系统中晶种法不宜采用,主要靠化学法防垢加上温度、浓度的合理设计。
▲横管薄膜式(HTE)
该种蒸发器是循环料液通过喷淋装臵在横管束的管外形成液膜,加热蒸汽(或前效二次蒸汽)在管内凝结。
它具有与竖管降膜式相同的优缺点,但设备高度远比竖管降膜式为小,装臵紧凑,所有各效的管束、喷淋管和汽水分离器都装在一个筒体中,因而热损失小,能耗低。
由于温度低,结垢和腐蚀都大大减轻,保证了较高的传热系数;
此外汽相阻力小,又消除了静液头损失,传热温差可以很小,尤其适于使用低位热能。
横管薄膜蒸发器的原理
压汽蒸馏原理
多效降膜蒸发流程
海水淡化为例
多级闪蒸技术 闪蒸是指一定温度的水在环境压力低于该温度所对应的饱和蒸汽压时发生的骤然蒸发现象。
闪蒸后的水温度降低以使其饱和蒸汽压与环境压力平衡。
MSF也是利用了这个原理,使加热至一定温度的料液,依次在一系列压力逐渐降低的容器中闪蒸汽化,原料得到浓缩,蒸汽冷凝后得到淡水。
该方法是在多效蒸馏的基础上发展而来的。
相比多效蒸馏法多级闪蒸减少了垢的形成,多在低浓度料液浓缩中使用。
低温多效蒸发技术
1多级闪蒸技术的特点 多级闪蒸与其他技术相比,具有如下的优点:
①.由于此方法加热与蒸发过程分离,并未使原水真正沸腾(仅是表面沸腾),从而大大改善了一般蒸馏的结垢问题;
②.技术成熟可靠,运行安全性高,特别适合于大型的低浓度物料浓缩应用;
③.设备机构简单,投资成本较低。
2主要缺点:
①.大量原水的循环和流体的输送,导致操作成本升高;
②.与多效蒸馏法相比,需要较大的热传面积;
3低温多效蒸发技术
二、MVR技术在蒸发结晶中的应用典型的蒸发浓缩(结晶)工艺
蒸发浓缩过程而言,介质发生“相变”液相→汽相
水的比热为1kcal/kg〃℃。
1kg的水,温度每上升1℃需要1kcal的热量。
对1kg的水加热从0℃上升到100℃沸腾,仅需要100kcal的热量。
将1kg100℃的水汽化,成为同温度的蒸汽,则需要539kcal热量。
能耗是相当于使同样重量的水温度每升高1℃所需热量的539倍。
1单效蒸发(1kgH2O为例) 新鲜蒸汽大量热量→二次蒸汽→冷却水→大气
冷却塔消耗大量循环水以及电能(泵)运行,造成三重浪费
2能耗与效数关系(蒸发量为1tH2O为例)
三、MVR的工作原理1MVR的作用
MVR(MechanicalVaporRe-compression)-机械蒸汽再压缩,是指将蒸发(蒸馏等)过程的二次蒸汽(温度低、压力低而无法利用)用压缩机进行压缩,提高其温度、压力,重新作为热源加热需要被蒸发的物料,从而达到循环利用蒸汽的目的,使蒸发过程不需要外加蒸汽;
即用少量的电能获得较多的热能,从而减少系统对外界能源的需求的一项高效节能技术。
MVR的作用提高蒸汽的品位,而不创造能量
2MVR热泵特性与分析
MVR热泵蒸发系统的开式循环机理是基于回收利用物料蒸发所产生的二次蒸汽的潜热而进行。
由于在蒸发器中二次蒸汽所需的潜热来自外排蒸汽本身冷凝所放出的潜热,因此蒸发所耗的能量仅仅是压缩机所耗的能量。
MVR热泵流程图
3MVR热泵效率与分析
根据MVR热泵系统的工作原理可知,其效率取决于回收利用的潜热值与输入的机械功之间的比较。
下表以常压下基本循环的状态变化为例,通过模拟计算表明其在能源利用效率方面的优势。
4MVR热泵计算分析
从上表看出,系统消耗90.5kJ/kg的压缩功,就可以回收利用2256kJ/kg的潜热,热功比达到了29。
工质的热焓仅增加0.8%,但其温度提高了13%,相当于输入少量的高品位机械
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