开达蒸发器大讲堂：双效MVR蒸发器的工艺设计计算详解
MVR蒸发器在能源回收、环保、冶金、电镀、制药、锂电、食品、化工等领域应用广泛，随着这些行业的持续发展，蒸发器的市场需求将持续增长。
在蒸发器系统工艺设计过程中，经常伴随着许多复杂的数值和计算，如传热量的计算、处理量与浓缩率的计算等等都是非常复杂和麻烦的事情，一大堆的计算公式让很多同行望而却步，更有甚者很多工程师仅凭借工作经验，就去估算数值，缺乏理论依据和科学数据支撑，最后发现造出来的蒸发器是错误的或者跟实际是有偏差的；这种情况在同行中普遍存在。
面对行业乱象，湖北开达结晶作为蒸发器系统核心技术工艺的设计者、指引者和传播者，多年以来专注于蒸发器节能增效工艺技术和产品的研究、应用及推广。为了让更多同行技术人员能够掌握精确的蒸发器工艺设计计算和科学的应用方法，开达结晶联合技术总工刘殿宇总工程师，推出公益知识讲解，希望促进行业共同进步。
下面通过刘殿宇总工程师的项目经验，详细说明《双效MVR蒸发器的工艺设计计算》原理。
(1)主要物料参数
物料介质为含氯化铵的废水,蒸发器生产能力:5000kg/h,pH值:5,进料黏度:10cP,进料总质量分数:15%,原料温度:30℃,出料总质量分数:45%,一效加热温度:107℃℃,蒸发温度:85℃,二效加热温度107°℃,蒸发温度87℃,使用蒸汽压力0.2MPa,原料液及蒸发后状态参数如表8-3、表8-4所示,蒸发器状态参数如表8-5所示。试计算:各预热级预热面积;蒸汽耗量;各效换热面积;强制循环泵流量及扬程冷凝器换热面积;冷却水耗量,分离机的处理量。
(2)结构特点
本蒸发器为MVR蒸发器,是一台蒸汽压缩机同时抽吸两效二次蒸汽并将其压缩提高其温压去同时作为两效加热热源,一效为降膜式蒸发器,二效为强制循环蒸发器。根据原料液温度为30℃℃,温度较低,需要逐级预热将原料液的温度提到到沸点或以上的温度,即本蒸发系统是利用蒸发器壳程冷凝水、壳程蒸汽及一次蒸汽对原料进行预热,预热至一效沸点以上的温度,先进入降膜式蒸发器蒸发,经过降膜式蒸发器蒸发完的料液再进入到强制循环蒸发器中进行蒸发。考虑到料液在蒸发过程中雾沫比较多,二次蒸汽会产生大量雾沫夹带,所以,在工艺流程上设置洗气塔,二次蒸汽先进入洗气塔经过二次分离后二次蒸汽才进入到压缩机中被压缩,与物料接触部位全部采用TA2材质制造,蒸汽压缩机叶轮采用TC4材质制造,蜗壳采用316L。除了泵阀等全部进行保温处理。采用全自动控制,其工艺流程如图8-10所示。
(3)物料衡算
进料量按下式计算:
压缩机将二蒸发器产生的二次蒸汽全部回收压缩同时供给两套蒸发器,由于一套为降膜式蒸发器,一套为含奥斯陆结晶的强制循环蒸发器,二蒸发器串联使用。考虑降膜式蒸发器生产效率较高在蒸发量分配上也有所倾斜。
降膜式蒸发器:2800kg/h,强制循环蒸发器:2200kg/h。
降膜式蒸发器出料浓度:
(4)热量衡算
物料进入蒸发器前按30℃计算,本例采用三个预热级使物料温度升至80℃,第一段采用蒸发器壳程冷凝水预热,第二段采用壳程蒸汽对物料进行预热,第三段采用一次蒸汽对物料进行预热。
(5)预热面积计算
① 第一级预热面积计算
第一级是采用蒸发器壳程冷凝水对物料进行预热采用板式换热器进行预热,按逆流计算传热温差,这里冷凝水温度按95℃计算。
本例能够气化成饱和蒸汽的喷淋水量按153kg/h计算,按1000kg/h选择喷淋水泵
② 第二级预热面积计算
第二级预热是利用蒸发器壳程蒸汽进行预热,按并流计算传热温差
③第三级预热面积计算
第三级预热是利用一次蒸汽进行预热,按并流计算传热温差。
(6)沸点温度计算
① 一效降膜式蒸发器沸点升高计算
料液蒸发时温度差损失计算:
氯化铵饱和水溶液常压下的沸点为115.6℃。本例二效氯化铵饱和溶液常压下沸点温度按15.6℃估算。
因蒸汽压下降而引起的沸点升高按下式计算:
② 二效强制循环蒸发器沸点升高计算
(7)蒸发器换热面积计算
用于一效加热的蒸汽耗量计算:
(8)强制循环泵的流量扬程
循环泵流量计算:
分为双管程双壳程
(9)冷凝器的计算
按对数平均温差计算传热温差:
(10)蒸汽压缩机的选择
本例蒸汽压缩机温升为22°℃,基本上是压缩机的最大温升值,107℃℃二次蒸汽量为5855.67kg/h。才能保证蒸发量为5000kg/h。本例蒸汽压缩机排出口量为5153kg/h,二次蒸汽被压缩回去作为加热热源,其热量分配分为三部分,一部分维持蒸发,一部分预热,还有一部分就是蒸发过程中的热损失。应将计算出的热量及用途一并交给压缩机厂进行压缩机型号选参考。
(11)进蒸汽总管道直径的确定
对降膜式蒸发器可按每蒸发1t水需要0.03~0.05t生蒸汽确定生蒸汽管道直径,强制循环蒸发器可按每蒸发1t水需要0.1t生蒸汽确定生蒸汽管道直径:
好了，今天的课程我们讲解到这里，总结一下，这个计算过程应用起来还是有点难度，需要一些行业经验数据，各位同行可以试着应用一下。如有需要交流的也可留言或联系我们沟通探讨。
下次课程，我们再见，敬请期待哦。
