多效蒸发工艺的技术特点及设计选型
摘要：多效蒸发器是一种高浓度有机和化工等废水综合治理用的蒸发浓缩设备。广泛应用于发酵行业、淀粉/淀粉糖行业、果汁行业、饮料行业、制药行业、环保行业中的洒槽滤液、味精液、发酵料液、玉米桨、淀粉废水、淀粉糖浆、木糖液、果汁、蔬菜汁、大豆乳清水、奶液等领域。
一、多效蒸发技术
在蒸发生产中，二次蒸气的产量较大，且含大量的潜热，故应将其回收加以利用，若将二次蒸气通入另一蒸发器的加热室，只要后者的操作压强和溶液沸点低于原蒸发器中的操作压强和沸点，则通入的二次蒸气仍能起到加热作用，这种操作方式即为多效蒸发。多效蒸发中的每一个蒸发器称为一效。凡通入加热蒸汽的蒸发器称为第一效，用第一效的二次蒸气作为加热剂的蒸发器称为第二效，依此类推。采用多效蒸发器的目的是为了节省加热蒸气的消耗量。
理论上，1kg加热蒸气大约可蒸发1kg水。但由于有热损失，而且分离室中水的汽化潜热要比加热室中的冷凝潜热大，因此，实际上蒸发1kg水所需要的加热蒸气超过1kg。根据经验，蒸气的经济性(U=W/D)，单效为0.91；双效为1.76；三效为2.5：四效为3.33；五效为3.71等。可见随着效数的增加，W/D的增长率逐渐下降。但是，随着效数的增加，传热的温度差损失增大，使得蒸发器的生产强度大大下降，设备费用成倍增加。当效数增加到一定程度后，由于增加效数而节省的蒸气费用与所增添的设备费相比较，可能会得不偿失。工业上必须对操作费和设备费作出权衡，以决定最合理的效数。最常用的为2～3效，最多为6效。
二、多效蒸发技术治理含盐废水
含盐水首先进入冷凝器中预热、脱气，而后被分成两股物流。一股作为冷却水排回大海，另一股作为蒸馏过程的进料。进料含盐水加入阻垢剂后被引入到蒸发器的后几效中。料液经喷嘴被均匀分布到蒸发器的顶排管上，然后沿顶排管以薄膜形式向下流动，部分水吸收管内冷凝蒸汽的潜热而蒸发。二次蒸汽在下一效中冷凝成产品水，剩余料液由泵输送到蒸发器的下一个效组中，该组的操作温度比上一组略高，在新的效组中重复喷淋、蒸发、冷凝过程。剩余的料液由泵往高温效组输送，最后在温度最高的效组中以浓缩液的形式离开装置。生蒸汽被输入到第一效的蒸发管内并在管内冷凝，管外含盐水产生与冷凝量基本等量的二次蒸汽。
由于第二效的操作压力要低于第一效，二次蒸汽在经过汽液分离器后，进入下一效传热管。蒸发、冷凝过程在各效重复，每效均产生基本等量的蒸馏水，最后一效的蒸汽在冷凝器中被含盐水冷凝。第一效的冷凝液返回蒸汽发生器，其余效的冷凝液进入产品水罐，各效产品水罐相连。由于各效压力不同使产品水闪蒸，并将热量带回蒸发器。这样，产品水呈阶梯状流动并被逐级闪蒸冷却，回收的热量可提高系统的总效率。被冷却的产品水由产品水泵输送到产品水储罐。这样生产出来的产品水是平均含盐量小于5mg/L的纯水。浓盐水从第一效呈阶梯状流入一系列的浓盐水闪蒸罐中，过热的浓盐水被闪蒸以回收其热量。经过闪蒸冷却之后的浓盐水最后经浓盐水泵排回大海。不凝气在冷凝器富集，由真空泵抽出。
三、多效蒸发器技术特点
多效蒸发是使用最早的海水淡化技术，现今已经发展成为较为成熟的废水蒸发技术，逐步应用于高含盐水处理方向。多效蒸发技术主要有如下几个方面的特点：1.多效蒸发的传热过程是沸腾和冷凝换热，是双侧相变传热，因此传热系数高。对于相同的温度范围，多效蒸发所用的传热面积要比多级闪蒸少。2.多效蒸发的动力消耗少。由于多级闪蒸产生淡水依赖的是含盐水吸收的显热，而潜热远大于显热，因此生产同样多的淡水，多级闪蒸需要的循环量比多效蒸发大出很多，所以多级闪蒸需要更多的动力消耗。3.多效蒸发的操作弹性大，负荷范围从110%到40%，皆可正常操作，而且不会使造水比下降。
四、多效蒸发器设计选型
顺流加料三效蒸发流程，溶液和二次蒸汽同向依次通过各效。料液可藉相邻二效的压力差自动流入后一效，而不需用泵输送，同时，由于前一效的沸点比后一效的高，因此当物料进入后一效时，会产生自蒸发，这可多蒸出一部分水汽。这种流程的操作也较简便，易于稳定。但其主要缺点是传热系数会下降，这是因为后序各效的浓度会逐渐增高，但沸点反而逐渐降低，导致溶液黏度逐渐增大。
逆流加料三效蒸发流程，溶液与二次蒸汽流动方向相反，需用泵将溶液送至压力较高的前一效。其优点是，各效浓度和温度对溶液的黏度的影响大致相抵消，各效的传热条件大致相同，即传热系数大致相同。缺点是：料液输送必须用泵，另外，进料也没有自蒸发。一般这种流群只有在溶液黏度随温度变化较大的情况下才被采用。
平流加料三效蒸发流程，蒸汽的走向与并流相同，但原料液和完成液则分别从各效加入和排出。这种流程适用于处理易结晶物料，例如食盐水溶液等的蒸发。
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周经理（华南区）