[科普中国]-TVR蒸发器

蒸发浓缩技术

蒸发浓缩就是使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质的浓度提高的过程，是现阶段最常使用的浓缩技术。它不仅在食品药品浓缩中常用，在海水淡化、废水处理等行业中，使用也是非常广泛。

在化工实际操作中，蒸发的形式多种多样，有单效蒸发、多效蒸发，还有最近常用的热泵蒸发。由于在食品医药行业的蒸发操作中，为了适应热敏性物料的蒸发浓缩，也为了降低能耗，蒸发浓缩技术往往需要在低温的条件下进行，所以低温蒸发浓缩技术是食品医药行业中重要的技术。

化工生产过程中的蒸发是使物料中的溶剂(通常是水)由液体变成气体的过程。蒸发过程能量消耗特别大，这也是很多化工厂的能耗在蒸发工艺上所占据的比例特别高的原因所在。据了解，中药生产企业在药材提取后的浓缩工段所消耗的蒸汽量大约占到全厂总用汽量的2/3，甚至多达80%，因此，对此问题进行分析和寻求解决的途径会对企业的节能工作起着十分重要的作用。对于蒸发操作来说，如何回收二次蒸汽的余热对于减少企业生产成本有重要意义1。

多效蒸发技术由于早期的蒸发技术能耗很大，为了节约能源，也是为了最大限度的减小向环境排放带有物料的二次蒸汽而污染环境，随着化工技术的发展以及节能技术的要求，人们又开发了多效蒸发装置。由前文分析可知，直接蒸发能耗巨大是由于没有利用从物料蒸发出的二次蒸汽的能量。而多效蒸发充分的利用了该余热，节约了能源。第一效蒸发产生的二次蒸汽并未直接冷凝排放，而是作为下一效的加热热源，以此类推。最后一效产生的二次蒸汽由于其温度和压力较低没有多大的利用价值直接冷凝排放。

由于多效蒸发的常用性，很多学者对此进行研究。李珊对三效并流蒸发系统进行热力学优化，提出将第一效的部分二次蒸汽作为第三效的加热蒸汽，以保证蒸汽平衡。梁虎对多效并流蒸发系统进行优化设计，用来浓缩NaOH溶液，在利用二次蒸汽的同时，考虑向各效补充适量的生蒸汽，这样有点类似于蒸汽平流，但优化结果表明，在最优条件下，前一效的二次蒸汽刚好是下一效的二次蒸汽量，而无需补充生蒸汽。周大军对三效并流加热泵蒸发的多效蒸发系统进行了优化设计，包括开环热泵流程和闭环热泵流程。阮奇等人对并流多效蒸发进行了深入的研究，研究结果表明，加入冷凝水闪蒸这一节能措施可以充分利用冷凝水的汽化潜热。HassamT.El-Dessouky等人采用平流多效蒸发来进行海水淡化处理，提出采用冷凝水闪蒸的节能措施，并应用于生产实践，通过对两种流程(单纯平流和平流与错流相结合)的比较，得出性能最好的是平流与错流相结合的流程的结论。Yousef、RichardS.J、HishamM等分别对各种海水淡化技术进行了评估，文章表明了目前海水淡化领域多效蒸发占的分额很少，主要以多级闪蒸(MSF)和反渗透(RO)技术占了绝大部分，但是在制糖、黑液处理等领域仍然以多效蒸发为主。

热泵蒸发技术是最近化工行业发展迅速的新型蒸发技术，其基本原理是用压缩机或者高压蒸汽提高二次蒸汽的压力和温度，然后送回原蒸发器的加热室，作为加热蒸汽使用，或者以二次蒸汽为低温热源，回收部分余热。提高二次蒸汽的压力和温度常用的有两种方法，一种是蒸汽机械再压缩技术MVR(MechanicalVaporRecompression)，另一种则是蒸汽热力再压缩技术TVR(ThermalVapourRecompression)。

MVR蒸发器二次蒸汽通过压缩机的绝热压缩作用，提高了压力和饱和温度，再把压缩后的蒸汽引入到蒸发器管外加热物料，整个系统的输入功只有压缩机的电功，节能效果显著，目前此系统在化工的蒸发浓缩中很常用。

TVR蒸发器此蒸发器系统相对于直接排放二次蒸汽的系统来说有所改进，它利用喷射式热泵来回收部分二次蒸汽，由于喷射式热泵1kg高压蒸汽只能引射0.3kg的二次蒸汽，因此虽然此系统结构简单紧凑，但是能效比较低。

热泵蒸发常用的形式大体上有上文所述的喷射式热泵蒸发(TVR)和直接压缩二次蒸汽机械压缩式热泵蒸发(MVR)，近年来，由于工程材质、结构及制造技术的显著进步以及能源价格的上涨，机械压缩式热泵已越来越为人们所重视。热泵广泛用于各种稀溶液的蒸发浓缩，在实际的工业生产中，使用热泵蒸发技术已经被证明有很好的经济性。

热泵装置只需消耗少量的高质能量就能得到比较多的热能，减少了能源的浪费。在大多数应用中，热泵蒸发的能量消耗比单效或多效蒸发的低得多，并且热泵技术的采用可以取代大量的锅炉房，节省燃料、减少大气的污染、余热得到利用的同时也减少了热污染，因而使城市的环境卫生必然得到改善，也有利于生态平衡。热泵蒸发是一种低能耗的十分可靠的蒸发方法，由于节能和稳定已经在化工过程中取得了广泛的应用2。