蒸發(fā)器是廣泛地被應(yīng)用于食品加工、果汁濃縮、飲料生產(chǎn)、乳品生產(chǎn)、化工行業(yè)、制藥行業(yè)、廢水處理、環(huán)保工程等領(lǐng)域的一種蒸發(fā)濃縮設(shè)備，機(jī)械式蒸汽壓縮（MVR）蒸發(fā)器。
原理介紹
機(jī)械式蒸汽壓縮（MVR）蒸發(fā)器，其原理是利用高能效蒸汽壓縮機(jī)壓縮蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽，提高二次蒸汽的壓力和溫度，被提高熱能的二次蒸汽打入加熱器對原液再進(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(shí)現(xiàn)持續(xù)的蒸發(fā)狀態(tài)。
由于本系統(tǒng)循環(huán)利用二次蒸汽已有的熱能，從而可以不需要外部鮮蒸汽，大大節(jié)省了蒸發(fā)系統(tǒng)的能耗。通過PLC、工業(yè)計算機(jī)（FA）、組態(tài)等形式來控制系統(tǒng)溫度、壓力、馬達(dá)轉(zhuǎn)速，保持系統(tǒng)蒸發(fā)平衡。從理論上來看，使用MVR蒸發(fā)器比傳蒸發(fā)器節(jié)省60%-80%以上的能源，節(jié)省95%以上的冷卻水，減少50%以上的占地面積。設(shè)備原理意圖如下：
紅色標(biāo)示物料流向，粉色表示蒸汽流向，綠色表示蒸餾水流向
設(shè)計思想
系統(tǒng)首要注重工藝與設(shè)備必須適應(yīng)原液水量及負(fù)荷變化的沖擊。
1. 設(shè)備穩(wěn)定性成熟、安全可靠、故障率低（系統(tǒng)穩(wěn)定性高）
2. 檢測維護(hù)簡單容易（檢測維護(hù)簡易）
3. 運(yùn)行管理方便, 避免對運(yùn)行管理人員素質(zhì)要求過高（人員要求低）
4. 熱能利用效率高（熱效率高）
5. 耗能低, 運(yùn)行和維護(hù)成本（能耗率低）
6. 噪音達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)（噪音低）
7. 防止設(shè)備和系統(tǒng)管路結(jié)垢、需確保連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)（防垢/除垢容易）
8. 運(yùn)行應(yīng)具有較大的靈活性、自動性（靈活性好）
9. 排放蒸餾水質(zhì)高, 能回收作鍋爐補(bǔ)充用（排放水質(zhì)達(dá)標(biāo)）
10. 布置緊湊占少地面積，節(jié)約土地資源（占地面積?。?/span>
11. 充分利用工藝系統(tǒng)中的每一份能源（合理利用能源）
蒸發(fā)工藝選擇
MVR列管降膜蒸發(fā)系統(tǒng)
MVR列管升膜蒸發(fā)系統(tǒng)
1.升膜蒸發(fā)器和降膜蒸發(fā)器比較：
（1）升膜蒸發(fā)器：
是一種將加熱室與蒸發(fā)室（分離室）分離的蒸發(fā)器。加熱室實(shí)際上就是一個加熱管很長的立式固定管板換熱器，料液由底部進(jìn)入加熱管，受熱沸騰后迅速汽化；蒸汽在管內(nèi)迅速上升，料液受到高速上升蒸汽的帶動，沿管壁形成膜狀上升，并繼續(xù)蒸發(fā)。汽液在頂部分離，二次蒸汽從頂部溢出，完成液則由底部排出。
（2）降膜蒸發(fā)器：
與升膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)基本相同，主要區(qū)別在于原料液是從加熱室的頂部加入，在重力的作用下沿管內(nèi)壁形成膜狀下降，并進(jìn)行蒸發(fā)，濃縮液從加熱室的底部進(jìn)入到分離器內(nèi)并從底部排出，二次蒸汽由頂部溢出。
由于二次蒸汽的流向與料液的流向一致，所以能促進(jìn)料液的向下運(yùn)動并形成薄膜。這種蒸發(fā)器適用于蒸發(fā)量較大，有熱敏性和易產(chǎn)生泡沫的溶液，不適于粘度很大，容易結(jié)晶或結(jié)垢的物料。
升膜蒸發(fā)器因物料向上爬膜不易控制，在蒸發(fā)器上部易出現(xiàn)干壁現(xiàn)象，因此采用布膜更易控制的降膜蒸發(fā)器。降膜蒸發(fā)器適于處理濃度低、量較大的熱敏性物料。
在本方案中我們設(shè)計采用降膜MVR蒸發(fā)系統(tǒng)。
2.MVR列管降膜蒸發(fā)系統(tǒng)
（1）基本原理：
MVR列管降膜蒸發(fā)工藝，需蒸發(fā)物料走蒸發(fā)管內(nèi)（管程）。通過循環(huán)泵將物料送到降膜蒸發(fā)器主體頂部，物料通過布膜器以膜狀分布到換熱管內(nèi)，物料溶液在憑借引力流下管腔時被管外的蒸汽加熱，達(dá)到蒸發(fā)溫度后產(chǎn)生蒸發(fā)，物料溶液連同二次蒸汽從管內(nèi)流下以薄膜的形式蒸發(fā)。
二次蒸汽被蒸汽壓縮機(jī)壓縮后，送入降膜加熱室殼程. 降膜加熱室殼程有板塊，引導(dǎo)二次蒸汽，冷凝和排出不可以冷凝的氣體。 而在過程中把本身熱能經(jīng)過管壁從外傳到管內(nèi)蒸發(fā)中的物料溶液，通過換熱后二次蒸汽冷凝成水排出降膜蒸發(fā)器外。降膜加熱室采用一效三段式設(shè)計，降膜加熱室為一體，換熱管通過擋板分為三段流程，以來減少蒸發(fā)面積，降低設(shè)備成本。
（2）列管降膜蒸發(fā)系統(tǒng)的特點(diǎn)：
溶液在單程型蒸發(fā)器中呈膜狀流動，因而對流傳熱系數(shù)大為提高，物料停留時間短，易于處理熱敏性，不結(jié)晶物料。
二次蒸汽走列管外，濃液走列管內(nèi)，管高數(shù)米(m)有高達(dá)6到30米之間，管束經(jīng)調(diào)教垂直，濃液很容易在管內(nèi)分布均勻成下降薄膜。
降膜加熱室上方管頭必需用布膜器均勻地分配濃水到每一根管，以保證每根管子的內(nèi)壁都能為料液所濕潤，并不斷有液體緩慢流過。
通過以上分析，雖然降膜蒸發(fā)器具有傳熱系數(shù)高，物料停留時間較短等優(yōu)點(diǎn)，但對于物料溶液的蒸發(fā)濃縮需要蒸發(fā)的濃度不高的情況下，且不結(jié)晶，因此本次介紹MVR列管式降膜蒸發(fā)工藝。
（3）工藝說明：
為響應(yīng)蒸發(fā)系統(tǒng)工藝與設(shè)備必須適應(yīng)糖蜜發(fā)酵廢液母液在滿足低能耗、易維護(hù)、長期穩(wěn)定運(yùn)行的基本要求原則上，我司有針對性的推薦MVR降膜蒸發(fā)系統(tǒng)作為糖蜜發(fā)酵廢液母液溶液蒸發(fā)濃縮上使用。
由于被濃縮物料沸點(diǎn)升高不超過3℃，蒸發(fā)量為8t/h，在本方案中我們選擇離心壓縮機(jī)，這種壓縮機(jī)能提供10℃以上的溫差，正常使用壽命為10年，和二次蒸汽接觸部分不含油。
本低能耗蒸發(fā)工藝是目前現(xiàn)有蒸發(fā)工藝中能耗效率最高的蒸發(fā)工藝，該蒸發(fā)工藝主要是運(yùn)用蒸汽的特性，當(dāng)蒸汽被壓縮機(jī)壓縮時，其壓力和溫度得到提升。當(dāng)較高溫度的蒸汽進(jìn)入蒸發(fā)器里，蒸汽的熱焓傳給換熱管內(nèi)的糖蜜發(fā)酵廢液母液溶液，這樣連續(xù)進(jìn)行蒸發(fā)。在整個系統(tǒng)中能量的輸入只有壓縮機(jī)和泵所消耗的能耗。
其工藝流程圖如下：
紅色標(biāo)示蒸汽流向，藍(lán)色表示物料流向，綠色表示蒸餾水流向
（4）工藝流程詳細(xì)介紹：
物料流程：8.8t/h、溫度為20℃的原液經(jīng)進(jìn)料泵送至預(yù)熱器預(yù)熱后，溫度上升到70℃，再進(jìn)入到循環(huán)泵，然后進(jìn)入到加熱器，與蒸汽進(jìn)行熱交換。
蒸發(fā)溫度設(shè)定為70℃，其蒸汽溫度870℃，經(jīng)過分離器分離除沫后進(jìn)入壓縮機(jī)，經(jīng)過壓縮后溫度上升到80℃，壓縮機(jī)提供的溫差為10℃，壓縮后的蒸汽即為加熱蒸汽。
壓縮后的蒸汽與物料換熱后，蒸汽發(fā)生相變冷凝成水，其熱量傳遞給物料，使物料溫度升高到其沸點(diǎn)，進(jìn)入分離室的物料產(chǎn)生蒸發(fā)。蒸汽冷凝水進(jìn)入到預(yù)熱器進(jìn)一步回收熱量，然后進(jìn)入冷凝水罐。蒸發(fā)的冷凝水最終通過蒸餾水泵排出。此泵的開閉由控制系統(tǒng)來控制。
達(dá)到預(yù)定濃度的濃縮液通過控制系統(tǒng)控制出料泵排料。
整個系統(tǒng)從進(jìn)料到出料、清洗全部由自控系統(tǒng)自動完成。
MVR蒸發(fā)系統(tǒng)需要通過鮮蒸汽預(yù)熱啟動，約45分鐘整個系統(tǒng)就完全進(jìn)入蒸發(fā)狀態(tài)。產(chǎn)生蒸發(fā)。蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽夾帶部分飛沫，進(jìn)入分離器后在離心作用下使液體飛沫附著在器壁上，部分泡沫經(jīng)過高效除沫器去除。
潔凈蒸汽從分離室出汽口進(jìn)入到壓縮機(jī)入口。
本方案MVR蒸發(fā)器采用單臺離心壓縮機(jī)對二次蒸汽進(jìn)行壓縮，使二次蒸汽溫度提高10℃，用作系統(tǒng)蒸發(fā)熱源。MVR使二次蒸汽熱源循環(huán)利用。蒸發(fā)能源只消耗提供蒸汽溫升所消耗的電能。與一般蒸汽熱源蒸發(fā)器比較能源消耗大幅度降低。
工藝流程中壓力、溫度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)均設(shè)有現(xiàn)場顯示或參數(shù)變送器，由控制系統(tǒng)集中控制，通過人機(jī)界面和上位工控機(jī)的組態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)視、報警和自動控制。
如系統(tǒng)發(fā)生緊急停車，蒸發(fā)器內(nèi)物料通過排盡裝置全部排出，以防止堵塞設(shè)備和對物料造成破壞。
清洗流程
1.流程
（1）蒸發(fā)器的加熱表面在長時間使用總是會產(chǎn)生污垢，結(jié)垢的組成可分為水溶性垢和不溶性垢。設(shè)備清洗時，先通過蒸發(fā)器底部的排污管將設(shè)備中滯留的料液排凈，整個清洗過程可以運(yùn)用原液蒸發(fā)原理進(jìn)行。
（2）鈣、鎂、硅等低溶解度的鹽類，以及大分子有機(jī)聚合物等，是最容易產(chǎn)生不溶性結(jié)垢的物質(zhì)，要定期停車用酸、堿清洗，或用機(jī)械方式將結(jié)垢去除。不論是水溶性垢還是非水溶性垢，都要根據(jù)具體情況定期進(jìn)行清洗，而且清洗周期要定在結(jié)垢的初期前。
（3）形成清洗周期短于常規(guī)清洗周期的原因有：a.操作壓力或蒸發(fā)室液面的急劇變化；b.循環(huán)速度過低；c.在清洗、沖洗或軸封水中引入了硬水或其它污染物；d.傳熱溫差過大；e.不正確的清洗程序。
2.本方案工藝特點(diǎn)以及優(yōu)勢
（1）占地面積小，換熱效率高，維護(hù)方便：蒸發(fā)器系統(tǒng)設(shè)計為MVR降膜蒸發(fā)系統(tǒng)，占地面積小，換熱效率高，維護(hù)方便。
（2）對能耗和設(shè)備成本做到較好平衡：
為了達(dá)到設(shè)計的8000kg/h的蒸發(fā)量，糖蜜發(fā)酵廢液母液濃縮到結(jié)晶，我們采用了單級離心壓縮機(jī)提供10℃的溫差，在保證達(dá)到以上兩項(xiàng)參數(shù)的同時，設(shè)計時同時考慮到運(yùn)行成本，保證壓縮機(jī)蒸發(fā)每噸水的能耗低于35kwh，極大的降低了處理每噸水的能耗。
（3）兩級除霧實(shí)施確保除霧效果：
在本項(xiàng)目中，為了防止大液滴從二次蒸汽出口飛濺出去，在分離器內(nèi)及二次蒸汽出口設(shè)置了折流式、旋流式并連的曲折通道除霧裝置，可將上升蒸汽中的較大液滴分離下來。
同時在分離器的上端采用玻璃纖維浸蘸氟硅油燭式除霧器，除霧器能夠分離二次蒸汽中夾帶的微小液滴（≤2um的液滴），二次蒸汽通過分離器里兩級除霧分離，蒸汽中的液滴夾帶可降低到0.1%，這將極大的提高蒸餾水的品質(zhì)，延長了設(shè)備的使用壽命，確保壓縮機(jī)長期穩(wěn)定運(yùn)行。
（4）設(shè)備使用壽命長：
核心零配件全部采用進(jìn)口品牌（包括壓縮機(jī)、電機(jī)、變頻器、傳感器、PLC CPU等），其中壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子材質(zhì)為316L不銹鋼，抗腐蝕性強(qiáng)；其控制柜零配件均采用一線品牌；和原液接觸部分使用316L不銹鋼，保證其足夠的強(qiáng)度和換熱效果，主體設(shè)備保用10年以上。
（5）系統(tǒng)智能化程度高：
系統(tǒng)具HABS(熱量自動平衡系統(tǒng))；
ADS(自動排料系統(tǒng)，不需要傳感器，通過數(shù)據(jù)庫分析自動出料)；
AES(專家系統(tǒng)，通過對數(shù)據(jù)庫的分析，綜合得出系統(tǒng)的參數(shù)報表)；
SPS(系統(tǒng)自保護(hù)功能，能夠根據(jù)系統(tǒng)傳感器信號，感知問題，提出解決問題方案)；
FD(安全模式,當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)較小問題，且可在短時間內(nèi)得到解決，系統(tǒng)可在不停機(jī)的情況下進(jìn)入安全模式，待系統(tǒng)解決問題后，系統(tǒng)即可進(jìn)入征程蒸發(fā)狀態(tài))。
（6）系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性：
經(jīng)過大量的MVR蒸發(fā)器運(yùn)行得到的數(shù)據(jù)分析可知，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定的最大原因就是系統(tǒng)熱量不平衡，即壓縮機(jī)提供的熱量不足以提供所蒸發(fā)水量的能耗，導(dǎo)致系統(tǒng)蒸發(fā)水量達(dá)不到設(shè)計蒸發(fā)量，蒸發(fā)每噸水能耗高于設(shè)計值，因此本方案中加入了HABS(熱量自動平衡系統(tǒng))，通過溫度、流量、壓力、液位等傳感器回傳信號，PLC控制系統(tǒng)自動保持系統(tǒng)熱量平衡，確保系統(tǒng)能夠連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
（7）自動清洗系統(tǒng)：
在進(jìn)入蒸發(fā)器前，由于本系統(tǒng)實(shí)行低溫、低溫差蒸發(fā)，降低了設(shè)備結(jié)垢的可能性。但設(shè)備經(jīng)過長期（根據(jù)物料是否含有、或者含有結(jié)垢物質(zhì)的多少來定）的運(yùn)行，不可避免的會有結(jié)垢現(xiàn)象出現(xiàn)，當(dāng)出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象而導(dǎo)致設(shè)備蒸發(fā)能力下降時，可以使用本系統(tǒng)自動清洗系統(tǒng)。
系統(tǒng)會根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的定期清洗時間從清洗罐泵入清洗液（可根據(jù)實(shí)際要求，可為弱酸弱堿、或者直接為清水），其清洗過程同蒸發(fā)過程一樣，清洗后的清洗液泵入原液混合一起蒸發(fā)處理。
（8）壓縮機(jī)采用變頻控制電機(jī)驅(qū)動。
變頻控制可以讓風(fēng)機(jī)在最佳轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，消除入口導(dǎo)葉損失；通過軟啟動，降低對整個系統(tǒng)的沖擊，延長壓縮機(jī)和電機(jī)的使用壽命。當(dāng)需要在低于系統(tǒng)設(shè)計能力的情況下運(yùn)行時，通過調(diào)節(jié)變頻器可以保證系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
夾帶部分飛沫的蒸汽進(jìn)入分離器后在離心作用下使液體飛沫附著在器壁上，部分泡沫經(jīng)過高效除沫器去除。
蒸汽從分離室出汽口進(jìn)入到壓縮機(jī)入口。如系統(tǒng)發(fā)生緊急停車，蒸發(fā)器內(nèi)原液通過排盡裝置全部排出，以防止堵塞設(shè)備和對原液造成破壞。本方案設(shè)計中充分考慮的不凝氣體的排除問題，在氣體出口端有集氣空間，不凝氣由自控系統(tǒng)根據(jù)壓力來排出。
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