板式蒸發(fā)器自1956年于英國APV公司問世以來，被認(rèn)為是一種高效、緊湊、新型的蒸發(fā)設(shè)備，當(dāng)時主要用于明膠蒸發(fā)及食品加工行業(yè)。隨著技術(shù)的日新月異以及各種工業(yè)行業(yè)越來越高的需求，目前板式蒸發(fā)器已廣泛應(yīng)用于石油、化工、造紙、海水淡化、工業(yè)廢水處理等行業(yè)。
從原理上講，板式蒸發(fā)器集薄膜傳熱理論和板式換熱器原理于一體，尤其在低溫、低壓工況下使用效果更為出色。因此，在某種程度上，板式蒸發(fā)器被認(rèn)為是目前最先進(jìn)的蒸發(fā)設(shè)備。從成本上講，通過板式和管式的NTV值、工作流體流量、流量比、粘度、阻力等參數(shù)的對比，顯示板式比管式成本低得多，且具有傳熱系數(shù)高、所需傳熱溫差較小、結(jié)構(gòu)緊湊、拆裝方便、增減換熱面積靈活的特點，是回收利用低溫?zé)嵩吹睦硐朐O(shè)備之一。
板式蒸發(fā)器的型式多種多樣，根據(jù)物料的流向不同，主要分為三種：升膜式、降膜式和升降膜式。而板式升降膜蒸發(fā)器是其中高效緊湊的典型代表，其結(jié)構(gòu)如圖-1所示。它以四個流道為一個單元，整機由若干個單元加首尾兩端板構(gòu)成，是一個升膜蒸發(fā)和降膜蒸發(fā)相結(jié)合的蒸發(fā)裝置。物料進(jìn)入第2流道時沿傳熱表面上升，進(jìn)行升膜蒸發(fā)，然后流入第4流道，自上而下地在傳熱表面上進(jìn)行降膜蒸發(fā)，并排出二次蒸汽和濃縮液至汽液分離器。在2和4流道的兩側(cè)分別為蒸汽冷疑放熱的1和3流道。每一流道的兩板片之間都有特殊結(jié)構(gòu)的密封墊圈，將相鄰兩側(cè)的不同物料互相隔開。其結(jié)構(gòu)更為緊湊，單位體積的傳熱面積較大，單臺最大換熱面積可達(dá)到800m2。
圖-1板式升降膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖
什么是MVR蒸發(fā)器？MVR是機械蒸汽再壓縮技術(shù)的簡稱，MVR蒸發(fā)器是回收利用它自身產(chǎn)生的二次蒸汽(低溫低壓)的能量，從而減少對外界能源需求的一種節(jié)能的蒸發(fā)器。相對于傳統(tǒng)多效蒸發(fā)器，MVR蒸發(fā)器具有能耗低，工藝簡單，蒸發(fā)溫度低等優(yōu)點，與板式升降膜蒸發(fā)器極高的傳熱效率相結(jié)合，將使MVR板式升降膜蒸發(fā)器具有極強的技術(shù)優(yōu)勢，對節(jié)能減排和降低企業(yè)成本有著重要的作用。
MVR板式升降膜蒸發(fā)器系統(tǒng)工藝流程如圖-2所示，系統(tǒng)由蒸汽壓縮機、板式升降膜蒸發(fā)器、氣液分離器、管路系統(tǒng)等組成。原液經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入板式升降膜蒸發(fā)器，從物料側(cè)板間通過，并被蒸汽加熱而蒸發(fā)。物料汽液混合物從板式升降膜蒸發(fā)器出料口處排出，然后進(jìn)入汽液分離器，在其中將汽液分離，從而獲得濃縮的物料和二次蒸汽。濃縮液濃度達(dá)到規(guī)定數(shù)值時，由出料泵輸送出本系統(tǒng)。二次蒸汽經(jīng)汽液分離器分離后進(jìn)入蒸汽壓縮機，提高二次蒸汽的壓力和溫度，然后進(jìn)入板式升降膜蒸發(fā)器蒸汽側(cè)板間對原液再進(jìn)行加熱，受熱的原液繼續(xù)蒸發(fā)產(chǎn)生二次蒸汽，從而實現(xiàn)持續(xù)的蒸發(fā)狀態(tài)。
圖-2MVR板式升降膜蒸發(fā)器系統(tǒng)工藝流程圖
在MVR板式升降膜蒸發(fā)器系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)性能的兩個關(guān)鍵因素是板式升降膜蒸發(fā)器換熱面積和蒸汽壓縮機壓縮比。
系統(tǒng)所需換熱面積與壓縮比的變化關(guān)系如圖-3所示，系統(tǒng)所需換熱面積隨著壓縮機壓縮比的增大而急劇減小，有助于減少投資，但是在MVR系統(tǒng)中壓縮機的能耗較大，并且局限于當(dāng)前蒸汽壓縮機的制造技術(shù)，大壓縮比受到限制，因此，MVR系統(tǒng)一般在較小壓縮比的工況下運行，但這與蒸發(fā)器所需的換熱面積增大，進(jìn)而增大投資的狀況形成矛盾，而板式升降膜蒸發(fā)器傳熱系數(shù)高、有效換熱面積大、低溫差傳熱性能好的優(yōu)點，很好地解決了這個矛盾。
圖-3系統(tǒng)所需換熱面積與壓縮機壓縮比的關(guān)系圖
能效比COP是評價MVR系統(tǒng)優(yōu)劣的一個重要指標(biāo)，其值為蒸汽壓縮機產(chǎn)生的制熱量和輸入的功的比值，其值越高說明MVR系統(tǒng)的效率越高越節(jié)能。如圖-4所示，COP受蒸發(fā)壓力的影響不明顯，但受壓縮比影響較大，在低壓縮比區(qū)域，COP隨壓縮比的增大迅速降低；當(dāng)壓縮比大于2時，COP隨壓縮比變化較小，趨于平緩。因此，壓縮機宜在較小的壓縮比下操作，但同時需要兼顧過小的傳熱溫差與物料沸點溫升以及系統(tǒng)溫度損失之間的矛盾。綜合考慮能量利用率與蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)備費用，可以選擇實際壓縮比在1.5～2之間。由于板式升降膜蒸發(fā)器具有較高的傳熱系數(shù)，能夠達(dá)到2000～5000W/(m2•K)，且在出口處傳熱溫差可低至2～3℃，則低壓縮比與大換熱面積的矛盾得到解決，從而實現(xiàn)MVR整體系統(tǒng)的節(jié)能性及經(jīng)濟優(yōu)越性。
圖-4能效比COP與壓縮機壓縮比的關(guān)系圖
綜上所述，通過系統(tǒng)所需換熱面積、能效比COP以及壓縮比之間的影響關(guān)系對比，將板式升降膜蒸發(fā)器與MVR系統(tǒng)相結(jié)合，集中了兩者的優(yōu)點，使得MVR板式升降膜蒸發(fā)器具有結(jié)構(gòu)緊湊、易清洗、體積小、占地面積??；拆卸方便、換熱面積可調(diào)整；傳熱效率高、熱損失??；持液量少、停留時間短；壓縮機所需壓縮比小、能耗低；系統(tǒng)所需換熱面積小(與列管式降膜蒸發(fā)器相比)、設(shè)備投資成本低等。因此，高效節(jié)能的MVR板式升降膜蒸發(fā)器在各種工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用將會越來越普遍。
原標(biāo)題：淺談MVR板式升降膜蒸發(fā)器
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