概 述

　　蒸发是从溶液中除去部分溶剂的单元操作，是溶质和溶剂均匀混合液的部分分离过程。作为一种热分离技术，蒸发装置主要用于浓缩或分离液体溶液、悬浮液和乳浊液。由于被蒸发的产品特性不同，就决定了蒸发器在选型、工艺流程、操作方式、设备布置等方面存在多样性。

　　郑州博大浓缩干燥设备有限公司在过去的十几年间，在全国各地安装了近百套蒸发装置，拥有丰富的成功经验，知道如何满足客户需求。所有的设计都考虑到产品质量、能源消耗、投资成本、方便操作等因素。国际上通用的蒸发节能技术有多效蒸发、废热利用、蒸汽压缩TVR、机械压缩MVR。上述任何一种技术的应用都将明显地降低能耗。通常联合使用两种技术达到低的投资和操作费用是可行的。对于非常成熟的蒸发装置，可能使用全部的四项技术。

　　郑州博大浓缩干燥设备有限公司开发的高效节能多效蒸发器、蒸汽压缩TVR多效蒸发器、废热利用蒸发器、机械压缩MVR蒸发器、多效强制循环蒸发结晶器均已达到国际先进水平。

一、多效蒸发技术　

　　如果考虑一个单效蒸发器的热平衡，蒸出蒸汽的热焓近似等于加热一侧输入的热焓。在蒸发水的情况下，1kg/h的生蒸汽大约可蒸出1kg/h的蒸汽，因为加热一侧和产品一侧的蒸发热基本相同。如果把一次能源生成的蒸汽用作第二效的加热蒸汽，整个系统的能耗将下降50%。同理，多效蒸发将节约更多能量。

不同效数蒸发蒸汽消耗量

	生蒸汽	二次蒸汽	蒸汽消耗（理论）	蒸汽消耗（实际）
一效装置	1kg/h	1kg/h	100%	110%
二效装置	1kg/h	2kg/h	50%	55%
三效装置	1kg/h	3kg/h	33%	37%
四效装置	1kg/h	4kg/h	25%	28%
五效装置	1kg/h	5kg/h	20%	23%
六效装置	1kg/h	6kg/h	16.6%	20%

　　总温差是第一效的最大允许加热温度和最后一效的最低沸点之差，这个温差在其中各效间分配，每效的温差随着效数增加而减小。由于温差较低，为了达到要求的蒸发量，各效的加热面积必须相应扩大。随着蒸发装置的效数增加，各效的总加热面积也呈线性比例增加。因此投资费用大幅度上涨，而节约的能量却越来越少。

　　采用多效蒸发的目的是为了减少加热蒸汽消耗量，但随着效数的增加，温度差损失(料液沸腾温度与气相冷凝温度的差值)加大。某些溶液的蒸发还可能出现总温度差损失大于或等于总温度差的极端情况，此时多效蒸发操作则无法进行。因此多效蒸发的效数是有一定限制的。一方面，随着效数的增加，单位蒸汽的耗量减小，操作费用降低；而另一方面，效数越多，设备投资费也越大。例如，由单效改为双效，可节省的生蒸汽约为50%，而由四效改为五效，可节省的生蒸汽量仅约为5%。因此，蒸发的适宜效数应根据设备费用与操作费用之和为小的原则权衡确定。

　　通常，多效蒸发操作的效数取决于被蒸发溶液的性质和温度差损失的大小等各种因素。每效蒸发器的有效温度差为 5～7℃。溶液的沸点升高大，采用的效数少，如NaOH溶液，一般用 2～3 效；溶液的沸点升高小，采用的效数多，如糖溶液的蒸发用4～6效。

二、蒸汽压缩TVR多效蒸发技术

　　多效蒸发装置是通过从一效到另一效重复使用相同的热量来节省加热蒸汽，如果根据热泵原理将蒸发室的蒸汽压缩至加热室的较高压力与温度，冷凝热也可以被回收。

　　通常，进入蒸汽喷射泵的二次蒸汽量与加热蒸汽量相等。如果压缩1kg/h蒸汽需要1kg/h动力蒸汽，在蒸汽喷射泵的出口一侧将产生2kg/h的混合蒸汽，这样就可以蒸发接近2kg/h的水分。

　　蒸汽喷射泵的效率与加热蒸汽的压力以及二次蒸汽与混合蒸汽（二次蒸汽与加热蒸汽）的温差(△t)有关。混合比（二次蒸汽量与加热蒸汽量之比）随着蒸汽压力及温差(△t)的减小而增大。

　　常规TVR蒸汽节能效果上相当于增加一效蒸发器；比起多效蒸发设备，投资会相对减少；蒸汽喷射泵成本不高，但设计要求却十分严格，必须使用专业公司产品；蒸汽压力保证4bar以上的压力。

　　TVR低温VC三效蒸发技术

　　常规多效蒸发设备各效有效温差不低于7℃，而许多热敏性物料（如VC）最高蒸发温度不超60℃，此时由于温度太低，将造成后效蒸发速率下降，意味着蒸发强度降低，如果要达到预定的生产能力，只有增加蒸发设备的换热面积。

　　为了达到最高温度不高于60℃的工艺要求，在第一效蒸汽进口增加热泵，目的是为了减少第一效生蒸汽用量。采用热泵，第二效产生的二次蒸汽超过一半被生蒸汽压缩并与之混合作为第一效加热蒸汽，蒸汽消耗介于四效与五效之间。

　　采用热泵工艺，生蒸汽和第二效部分二次蒸汽由热泵产生的混合汽的温度为75℃左右，实现了第一效的低温加热，其蒸发温度为59℃。可见，热泵型三效实现了低温加热和低温蒸发且节能效果显著，特别适用于热敏性物料。

三、多效废热蒸发技术

　　（一）、玉米浆多效废热蒸发技术：

　　在许多玉米淀粉加工厂，管束干燥机在副产品干燥过程中产生大量的废热蒸汽及高温汽凝水，这些能源都直接排入大气，造成极大浪费。玉米浆废热蒸发器是利用管束干燥机排出的废热蒸汽及高温汽凝水作为玉米浆蒸发器热源，当车间正常运转时所产生的废热完全满足稀玉米浆的蒸发，实现玉米浆蒸发工序生蒸汽的零消耗，极大降低企业生产成本、提高市场竞争力，具有很高的经济和社会效益。

　　废汽利用工艺流程如下：

　　管束干燥机废汽汇集→洗涤净化→进入废汽蒸发器→废汽及空气被引风机排走。

　　废汽净化处理

　　来自管束干燥机的废汽不可避免的会带入少量粉尘,废汽利用时必须除去其中的粉尘,否则长时间使用，蒸发器管壁很容易被细小粉尘长期黏结，造成堵管，影响换热效率。

　　一般有以下几个步骤对废汽进行综合处理：

　　1．管束干燥机壳程密封且采用密封出料方式,以尽量减少冷空气的进入，从而提高废汽温度，可降低废热蒸发器的整体投资；
　　2．废汽经旋风除尘器除去粒径稍大的粉尘，旋风除尘器应蒸汽伴热且保温，防止废汽冷凝；
　　3．废汽进入废汽洗涤塔，将其中的粉尘用高温水喷淋洗涤，洗涤后含尘废水定期外排。
　　4．根据客户要求，废热蒸发系统可与脱二氧化硫设备进行一体化设计，排出的废汽进入脱硫塔，用于脱除废汽利用后外排的有毒二氧化硫气体，减小厂区异味，改善生产环境。

　　玉米浆废热蒸发器的先进性：

　　1．采用独特的废汽洗涤系统，可以得到洁净的废热蒸汽，杜绝了废汽粉尘污染、堵塞壳程换热管的关键问题；
　　2．采用先进布液技术，避免布料不均造成换热管干壁、结垢、堵塞问题；
　　3．蒸发系统全部利用管束机废热做热源，蒸发器完全不用生蒸汽；
　　4．废汽蒸发属较低温度蒸发，循环量较大，可以减少或避免蒸发器列管结垢；
　　5．经蒸发器利用后的干燥机汽凝水可用于浸泡液加热，玉米浸泡加热除冬季外完全不用生蒸汽，经浸泡工序降温后的汽凝水可用于淀粉洗涤水。

　　玉米浆废热蒸发器经济性分析：

　　以下计算基于用户数据：蒸汽 160 元/吨；以水分蒸发量20吨/小时为例。

　　蒸发量20吨/小时四效蒸发系统至少使用6.0吨蒸汽才能完成蒸发量，即0.30吨蒸汽/吨水，运行成本中蒸汽部分48元/吨蒸发，每年按8000小时计算，节省蒸汽成本：768万元。

玉米浆废热蒸发器经济技术参数

淀粉生产规模（万吨/年）	3	6	12	20	40	60
水分蒸发量（T/H）	3	6	12	20	40	60
进料浓度	8-10%
出料浓度	40-45%
循环冷却水用量（m3/h）	100	200	400	700	1400	2100
配套功率（KW）	45	80	120	180	360	480
总换热面积(m2)	800	1600	3000	5000	9500	14000
投资估算 (万元)	130	220	400	600	1100	1600
投资回收期（月）	根据不同厂家能源价格，约12个月之内(蒸汽按160元/吨计算)

 

　　（二）淀粉糖废热蒸发技术—液化液多级闪蒸降温蒸发技术：

　　目前国内多数淀粉糖企业的采用的液化工艺：淀粉乳经一次喷射液化（温度约110℃）、一次闪蒸（温度约98℃）、二次喷射液化（温度约130℃）、二次闪蒸（温度约98℃）、连续层流液化、循环冷却水降温至60℃后进行糖化，大量的热量排入大气及循环冷却水中，不仅浪费了热能又耗费了循环冷却水。

　　博大公司采用多级闪蒸新技术进行液化降温，并充分利用多级闪蒸释放的热能设计的多效废热蒸发器已在多家淀粉糖企业应用。

　　淀粉糖废热蒸发器的先进性

　　液化液在真空作用下逐级闪蒸，温度最终降至60℃后进行糖化，无需循环冷却水，闪蒸出废热全部回收利用于蒸发器；

　　充分利用一次喷射、二次喷射、液化液闪蒸降温产生的二次蒸汽浓缩葡萄糖浆，糖浆浓度由30%浓缩至60%，每蒸发一吨水仅需生蒸汽90kg；

　　通过闪蒸，液化液中的挥发性物质得到去除，有助于糖液质量的提高 ；

　　液化液闪蒸后浓度提高约2个百分点，有助于提高糖化罐产能及减轻后续蒸发负荷。

　　淀粉糖废热蒸发器经济性分析：

　　以下计算基于用户数据：蒸汽 160 元/吨；以年产50000吨糖厂为例:

　　液化系统每小时可回收的热量用于蒸发，相当于1.5吨生蒸汽的热量，每年按8000小时计算，节省蒸汽成本：192万元。

四、MVR蒸发技术

　　MVR蒸发器是指机械式热能压缩蒸发器，是国际上二十世纪九十年代末开发出来的新型高效蒸发设备。其工作原理是蒸发器产生的二次蒸汽经机械式压缩机（类似于鼓风机）作用后，温度提升5～8℃，返回蒸发器用于加热热源，新鲜蒸汽仅用于补充热损失和补充进出料热焓，从而大幅度减少蒸发器对外来新鲜蒸汽的消耗。TVR蒸发器中，仅有一部分蒸汽被压缩，而在MVR蒸发器中全部的蒸汽都被压缩，所以热效率更高。除开车启动外，整个蒸发过程中无需生蒸汽。这样，原来要废弃的蒸汽就得到了充分的利用，生蒸汽的经济性相当于多效蒸发的30效。

　　目前国内外多数的MVR蒸发装置使用单级离心式风机。MVR风机的设计提资很重要，它将影响和决定系统最终的蒸发量。对于不同干物浓度下沸点差异不大的物料，采用单台风机即可满足；对于不同干物浓度下沸点差异较大的物料，采用两台风机串联，或使用多级压缩风机。MVR 蒸发装置根据操作条件的不同，有时需要少量的额外蒸汽补充，有时又需将剩余的蒸汽冷凝来保持蒸发器总体的热平衡和保证操作条件的稳定。 

　　运行经济性分析

以蒸发量：18吨/h，葡萄糖溶液为例

类型	蒸汽效率（kg/kg）	耗汽量（%）	耗电量（%）	冷却水（%）	运行成本（%）	投资（%）	投资回收（yr）
4效蒸发	3.6/1	100	100	100	100	100	-
5效蒸发	4.6/1	78.8	114	79.4	79.1	112	4.4
1-MVR	200/1	1.8	686	1.8	13	175	1.7

　　MVR的技术参数：

　　蒸发一吨水需要耗电为20-50度电； 　　
　　可以实现40℃的低温蒸发（无需冷冻水系统）

　　采用MVR的优点：

　　低能耗、运行费用低，MVR蒸发的能耗与30效蒸发器的能耗相当。
　　低温蒸发(适合于热敏性物料)，无需冷冻设备。
　　结构简单，相当于单效设备，且无冷却设备、锅炉设备等
　　运行平稳，占地面积小 。

五、多效强制循环蒸发结晶技术

　　强制循环蒸发结晶器是我公司研制的高效节能浓缩结晶设备，该设备在真空低温条件下运行，具有料液流速快、蒸发快、不易结垢等特性。强制循环蒸发器由加热热室和结晶器两大部分组成。通过一台循环泵，液体在列管中循环，在高于正常液体沸点下加热至过热。进入分离器后，液体的压力迅速下降导致部分液体闪蒸，蒸发产生的二次蒸汽进入下一效蒸发器加热或进入冷凝器冷凝。

　　强制循环蒸发结晶器的特点：

　　1、全套系统运行稳定、高效节能，蒸汽耗量低；
　　2、浓缩比大，粘度较大的料液容易蒸发;
　　3、操作周期长，沸腾、蒸发过程不在加热表面而是在分离器中进行，在列管中由结壳和沉淀产生的结垢现象被降低。
　　4、蒸发器通过强制循环，在管内受热均匀，传热系数高，可防止"干壁" 现象。

　　清洗系统

　　根据不同的产品，设备经过一定时间的运转后，可能会发生结垢现象。绝大多数情况下使用化学清洗可去除水垢和污垢，为此蒸发系统需配备在线清洗系统（CIP）。清洗剂的选择是根据结垢的类型进行选择。清洗剂渗入结垢层，将结垢溶解或分解，使蒸发器内表面被彻底清洗。

　　自动控制系统

　　蒸发过程的主要目的是为了获得一个恒定的产品终浓度。因此所有的参数如蒸汽压力、进料流量、各效液位、真空、产品浓度等保持不变是非常重要的。这些参数的变化可能会影响蒸发装置的操作或改变产品质量和热平衡。

　　目前国内生产的蒸发器几乎都不带自控系统，所有的操作依靠人工完成。若采用全自动化操作系统具有人工操作无法比拟的优越性，可以稳定工艺参数，提高产品品质，同时可以防范因人员误操作引起的故障，大大减轻人员的劳动强度。

　　根据工艺及客户要求，我公司蒸发装置配备了全自动操作系统，所有的控制步骤及故障对应措施都编入程序中，简化了操作及管理，可以做到自动运行、自动清洗、自动停机。

　　整套控制系统具有多个控制点，在电脑上可以对泵、阀等进行控制，分别控制进料流量、液位、温度、蒸汽流量、产品浓度等参数。产品浓度通过在线折光仪来显示与控制，产品浓度控制回路与蒸汽压力控制回路构成串级控制来调节第一效的蒸汽供应量，最终产品浓度控制更稳定、更精准。