多效蒸發工藝的技術特點及設計選型
摘要：多效蒸發器是一種高濃度有機和化工等廢水綜合治理用的蒸發濃縮設備。廣泛應用于發酵行業、淀粉/淀粉糖行業、果汁行業、飲料行業、制藥行業、環保行業中的灑槽濾液、味精液、發酵料液、玉米槳、淀粉廢水、淀粉糖漿、木糖液、果汁、蔬菜汁、大豆乳清水、奶液等領域。
一、多效蒸發技術
在蒸發生產中，二次蒸氣的產量較大，且含大量的潛熱，故應將其回收加以利用，若將二次蒸氣通入另一蒸發器的加熱室，只要后者的操作壓強和溶液沸點低于原蒸發器中的操作壓強和沸點，則通入的二次蒸氣仍能起到加熱作用，這種操作方式即為多效蒸發。多效蒸發中的每一個蒸發器稱為一效。凡通入加熱蒸汽的蒸發器稱為第一效，用第一效的二次蒸氣作為加熱劑的蒸發器稱為第二效，依此類推。采用多效蒸發器的目的是為了節省加熱蒸氣的消耗量。
理論上，1kg加熱蒸氣大約可蒸發1kg水。但由于有熱損失，而且分離室中水的汽化潛熱要比加熱室中的冷凝潛熱大，因此，實際上蒸發1kg水所需要的加熱蒸氣超過1kg。根據經驗，蒸氣的經濟性(U=W/D)，單效為0.91；雙效為1.76；三效為2.5：四效為3.33；五效為3.71等。可見隨著效數的增加，W/D的增長率逐漸下降。但是，隨著效數的增加，傳熱的溫度差損失增大，使得蒸發器的生產強度大大下降，設備費用成倍增加。當效數增加到一定程度后，由于增加效數而節省的蒸氣費用與所增添的設備費相比較，可能會得不償失。工業上必須對操作費和設備費作出權衡，以決定最合理的效數。最常用的為2～3效，最多為6效。
二、多效蒸發技術治理含鹽廢水
含鹽水首先進入冷凝器中預熱、脫氣，而后被分成兩股物流。一股作為冷卻水排回大海，另一股作為蒸餾過程的進料。進料含鹽水加入阻垢劑后被引入到蒸發器的后幾效中。料液經噴嘴被均勻分布到蒸發器的頂排管上，然后沿頂排管以薄膜形式向下流動，部分水吸收管內冷凝蒸汽的潛熱而蒸發。二次蒸汽在下一效中冷凝成產品水，剩余料液由泵輸送到蒸發器的下一個效組中，該組的操作溫度比上一組略高，在新的效組中重復噴淋、蒸發、冷凝過程。剩余的料液由泵往高溫效組輸送，最后在溫度最高的效組中以濃縮液的形式離開裝置。生蒸汽被輸入到第一效的蒸發管內并在管內冷凝，管外含鹽水產生與冷凝量基本等量的二次蒸汽。
由于第二效的操作壓力要低于第一效，二次蒸汽在經過汽液分離器后，進入下一效傳熱管。蒸發、冷凝過程在各效重復，每效均產生基本等量的蒸餾水，最后一效的蒸汽在冷凝器中被含鹽水冷凝。第一效的冷凝液返回蒸汽發生器，其余效的冷凝液進入產品水罐，各效產品水罐相連。由于各效壓力不同使產品水閃蒸，并將熱量帶回蒸發器。這樣，產品水呈階梯狀流動并被逐級閃蒸冷卻，回收的熱量可提高系統的總效率。被冷卻的產品水由產品水泵輸送到產品水儲罐。這樣生產出來的產品水是平均含鹽量小于5mg/L的純水。濃鹽水從第一效呈階梯狀流入一系列的濃鹽水閃蒸罐中，過熱的濃鹽水被閃蒸以回收其熱量。經過閃蒸冷卻之后的濃鹽水最后經濃鹽水泵排回大海。不凝氣在冷凝器富集，由真空泵抽出。
三、多效蒸發器技術特點
多效蒸發是使用最早的海水淡化技術，現今已經發展成為較為成熟的廢水蒸發技術，逐步應用于高含鹽水處理方向。多效蒸發技術主要有如下幾個方面的特點：1.多效蒸發的傳熱過程是沸騰和冷凝換熱，是雙側相變傳熱，因此傳熱系數高。對于相同的溫度范圍，多效蒸發所用的傳熱面積要比多級閃蒸少。2.多效蒸發的動力消耗少。由于多級閃蒸產生淡水依賴的是含鹽水吸收的顯熱，而潛熱遠大于顯熱，因此生產同樣多的淡水，多級閃蒸需要的循環量比多效蒸發大出很多，所以多級閃蒸需要更多的動力消耗。3.多效蒸發的操作彈性大，負荷范圍從110%到40%，皆可正常操作，而且不會使造水比下降。
四、多效蒸發器設計選型
順流加料三效蒸發流程，溶液和二次蒸汽同向依次通過各效。料液可藉相鄰二效的壓力差自動流入后一效，而不需用泵輸送，同時，由于前一效的沸點比后一效的高，因此當物料進入后一效時，會產生自蒸發，這可多蒸出一部分水汽。這種流程的操作也較簡便，易于穩定。但其主要缺點是傳熱系數會下降，這是因為后序各效的濃度會逐漸增高，但沸點反而逐漸降低，導致溶液黏度逐漸增大。
逆流加料三效蒸發流程，溶液與二次蒸汽流動方向相反，需用泵將溶液送至壓力較高的前一效。其優點是，各效濃度和溫度對溶液的黏度的影響大致相抵消，各效的傳熱條件大致相同，即傳熱系數大致相同。缺點是：料液輸送必須用泵，另外，進料也沒有自蒸發。一般這種流群只有在溶液黏度隨溫度變化較大的情況下才被采用。
平流加料三效蒸發流程，蒸汽的走向與并流相同，但原料液和完成液則分別從各效加入和排出。這種流程適用于處理易結晶物料，例如食鹽水溶液等的蒸發。
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周經理（華南區）