下面我們分解各個步驟:
?進料與預(yù)熱:?
· 待濃縮的料液(進料)首先進入系統(tǒng)。
· 料液首先經(jīng)過?預(yù)熱器組?(通常是多級板式或管式換熱器)。
· ?預(yù)熱熱源:? 主要利用系統(tǒng)產(chǎn)生的?冷凝水?(來自加熱室冷凝蒸汽)和?壓縮前或壓縮后的蒸汽?(有時也利用生蒸汽)的余熱對進料進行多級預(yù)熱。
· ?目的:? 將料液溫度盡可能提升到接近或等于蒸發(fā)器操作溫度(沸點),最大限度地回收系統(tǒng)廢熱,減少后續(xù)蒸發(fā)段的蒸汽消耗。
?蒸發(fā)主體(加熱室 + 分離室):?
· ?進入蒸發(fā)器:? 預(yù)熱后的料液進入?蒸發(fā)器的加熱室?(通常是殼管式換熱器,料液走管程)。
· ?加熱沸騰:? 在加熱室內(nèi),來自壓縮機(之前的二次蒸汽被壓縮后)的?高溫再壓縮蒸汽?在?殼程?冷凝放熱,熱量通過管壁傳遞給管程內(nèi)的料液。
· ?產(chǎn)生二次蒸汽:? 料液吸收熱量達到沸點,開始沸騰。在蒸發(fā)器(特別是分離室)內(nèi),料液中的水分大量蒸發(fā),產(chǎn)生?飽和(或接近飽和)的二次蒸汽 (Vapor)?。同時料液本身被濃縮。
· ?氣液分離:? 沸騰產(chǎn)生的氣液混合物離開加熱室,進入頂部的?分離室?(也叫蒸發(fā)室)。在分離室內(nèi):
· 利用重力沉降、離心分離器或除沫器等裝置,高效地將?二次蒸汽?與?濃縮液?分離開。
· 分離出的?二次蒸汽?從分離室頂部排出。
· ?濃縮液?則在分離室底部聚集。
· ?循環(huán)(強制或自然):?
· ?強制循環(huán) (FC-MVR):? 適用于高粘度、易結(jié)垢、高沸點升的物料。使用循環(huán)泵將分離室底部的濃縮液(或部分濃縮液與新鮮進料的混合物)?強制高速流過加熱管?,增加湍流度,提高傳熱系數(shù),防止結(jié)垢和結(jié)晶堵塞(尤其適用于結(jié)晶工藝)。?大部分濃縮液返回加熱室繼續(xù)蒸發(fā),達到濃度的產(chǎn)品液則排出系統(tǒng)。?
· ?自然循環(huán) (NC-MVR):? 適用于較清潔、粘度較低、沸點升不大的物料。依靠加熱管內(nèi)料液(汽液混合物)與循環(huán)管內(nèi)較冷、密度較大的料液之間的密度差形成循環(huán)推動力。結(jié)構(gòu)通常更簡單。
· ?降膜蒸發(fā) (FF-MVR):? 料液分布成薄膜狀沿加熱管內(nèi)壁向下流動蒸發(fā),停留時間短,適用于熱敏性物料。
?蒸汽壓縮(核心步驟):?
· 從分離室頂部引出的?二次蒸汽 (Vapor)?,通常先經(jīng)過一個?除霧器/捕沫器?,去除夾帶的微小液滴,得到相對純凈的蒸汽。
· 純凈的二次蒸汽進入?機械蒸汽壓縮機?。
· ?壓縮機工作:?
· ?離心式壓縮機:? 最常用。高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對蒸汽做功,使其壓力和溫度顯著升高(溫升通常在 8°C - 20°C 或更高,取決于壓縮比)。所需的壓縮比由物料的沸點升、系統(tǒng)壓降和所需傳熱溫差決定。
· ?羅茨式壓縮機:? 適用于較小流量或需要更高壓縮比(但效率可能略低)的場合。
· ?輸出:? 壓縮機出口得到?高溫高壓的再壓縮蒸汽 (Compressed Vapor)?。其溫度(飽和溫度)已高于蒸發(fā)器物料側(cè)的沸點。
?熱量再利用(加熱蒸汽):?
· 高溫高壓的?再壓縮蒸汽?被送入蒸發(fā)器?加熱室的殼程?。
· 在殼程空間內(nèi),再壓縮蒸汽與加熱管的外壁接觸,將其潛熱釋放給管內(nèi)的料液,自身完全?冷凝?成為?冷凝水 (Condensate)?。
· ?冷凝水排出:? 冷凝水從加熱室底部排出。
· ?冷凝水熱量回收:? 排出的高溫冷凝水(接近再壓縮蒸汽的冷凝溫度)被送到?預(yù)熱器組?,作為熱源預(yù)熱進料液,回收其顯熱。降溫后的冷凝水作為高品質(zhì)的水資源排出系統(tǒng)(可作為鍋爐補水或它用)。
?濃縮液排出:?
· 在分離室底部積聚的濃縮液,當(dāng)其濃度達到設(shè)定要求(通過濃度計、密度計或液位控制)時,一部分作為?產(chǎn)品濃縮液 (Concentrate)? 排出系統(tǒng),送往后續(xù)處理(如結(jié)晶、干燥、儲存)。
· 在強制循環(huán)系統(tǒng)中,排出的是達到濃度的循環(huán)液。
00001.
?不凝氣處理與真空系統(tǒng):?
00002.
· ?不凝氣來源:? 進料液中可能溶解的空氣或其它不凝性氣體,以及在加熱室的蒸汽側(cè)(殼程)也可能存在少量泄漏的不凝氣。
· ?危害:? 不凝氣積聚在加熱室殼程會降低傳熱系數(shù)(形成隔熱層)。
· ?處理:? 通常在加熱室殼程高點或壓縮機入口設(shè)置?真空噴射泵?或?液環(huán)真空泵?。該泵持續(xù)抽吸系統(tǒng)中的不凝氣(Non-Condensable Gases, NCG)并將其排出系統(tǒng)(有時排放到大氣或?qū)iT的排氣系統(tǒng)),維持系統(tǒng)所需的真空度(或微負壓/微正壓)。
· ?真空度控制:? 真空泵也用于在系統(tǒng)啟動時建立初始真空(如果需要低溫蒸發(fā)),并在運行中精確控制系統(tǒng)壓力(從而控制沸點溫度以適應(yīng)熱敏物料)。
?啟動與補充:?
· ?啟動階段:? 系統(tǒng)冷態(tài)啟動時,需要外部熱源(如生蒸汽)提供初始熱量,將物料加熱到沸點并產(chǎn)生最初的二次蒸汽,壓縮機才能開始工作。啟動后,生蒸汽通常可以切斷或僅需極小流量補償。
· ?補充熱量:? 在穩(wěn)定運行過程中,由于系統(tǒng)熱損失、物料帶走熱量、沸點升高(Boiling Point Rise)導(dǎo)致壓縮后蒸汽溫度需更高才能維持傳熱溫差等原因,通常需要補充少量生蒸汽或電能(如電加熱器)來維持系統(tǒng)熱平衡。這部分補充能耗遠低于傳統(tǒng)蒸發(fā)。