蒸發(fā)器在工業(yè)廢水零排放上的應(yīng)用

1、蒸發(fā)器在工業(yè)廢水零排放上的應(yīng)用王莉莉，田旭峰，趙利鑫（合眾高科（北京）環(huán)保技術(shù)股份有限公司）摘要：我國(guó)水資源污染和短缺問題日益凸顯， 而工業(yè)用水在整個(gè)水資源消耗中所 占比例重大。工業(yè)廢水零排放是實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)利用和保障我們經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù) 發(fā)展的重要舉措， 因而對(duì)工業(yè)廢水零排放技術(shù)進(jìn)行研究和發(fā)展具有重要意義， 本 文對(duì)蒸發(fā)器在工業(yè)廢水零排放上的應(yīng)用進(jìn)行論述， 介紹了蒸發(fā)器的種類和工作原 理，著重對(duì)工業(yè)廢水零排放上應(yīng)用最為廣泛的械蒸汽壓縮再循環(huán)降膜蒸發(fā)器 （MVR ）和低溫多效蒸發(fā)器（ MED ）進(jìn)行了闡述和對(duì)比，最后對(duì)工業(yè)廢水零排 放的蒸發(fā)器發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：蒸發(fā)器；工業(yè)廢水；零

2、排放；械蒸汽壓縮再循環(huán)降膜蒸發(fā)器（ MVR ）； 低溫多效蒸發(fā)器（ MED ）一、概述 近年來，我們水資源短缺和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展， 廢水的種類和數(shù)量迅猛增加， 對(duì)水體的污染也日趨廣泛和嚴(yán)重， 威脅人類的健康 和安全 1 。工業(yè)廢水排放的危害，一是重金屬等難以降解的有毒有害物質(zhì)隨著 污水進(jìn)入土壤不斷富集，造成農(nóng)田的重金屬超標(biāo)（據(jù)羅錫文院士稱：我國(guó)已有 3 億畝耕地受到重金屬污染） ，將會(huì)危及我們的食品安全；二是污水處理廠的污泥 受工業(yè)污水影響有害物質(zhì)超標(biāo)， 不能被用作肥料回歸土地， 影響氮、 磷等物質(zhì)的 循環(huán)；三是大量工業(yè)用水造成了水資源的消耗和浪費(fèi) 2 。如何將工業(yè)廢水

3、達(dá)標(biāo) 或減少排放， 并盡最大可能地實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)利用， 成為困擾著工業(yè)企業(yè)一大難 題。因此，在我國(guó)大力提倡水資源節(jié)約利用和環(huán)境保護(hù)的大環(huán)境下， 工業(yè)廢水零 排放應(yīng)運(yùn)而生。工業(yè)廢水零排放是指工業(yè)水經(jīng)過重復(fù)使用后， 將這部分含鹽量和污染物高濃 縮成廢水全部（ 99%以上）回收再利用，無任何廢液排出工廠，水中的鹽類和污 染物經(jīng)過濃縮結(jié)晶以固體形式排出廠送垃圾處理廠填埋或?qū)⑵浠厥兆鳛橛杏玫?化工原料 3 。也就是說，從廢水中完全回收水資源，變液態(tài)廢棄物為固態(tài)資源 再利用，實(shí)現(xiàn)對(duì)水等不可再生資源的可持續(xù)利用。 工業(yè)廢水零排放是保護(hù)地球環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的大勢(shì)所趨。隨著國(guó)家和企業(yè)對(duì)工業(yè)廢水零排放的日益重視，

4、 以及國(guó)內(nèi)國(guó)外對(duì)廢水零排放 的研究的不斷深入， 實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水零排放的工藝也很多， 但大體的工藝路線都是 一致的，即預(yù)處理、濃縮和蒸發(fā)結(jié)晶。以下對(duì)蒸發(fā)器的種類、形式及其在工業(yè)廢 水零排放上的應(yīng)用做介紹。二、蒸發(fā)器的工作原理蒸發(fā)是將溶液加熱至沸騰， 使其中部分溶劑汽化并被移除， 以提高溶液中溶 質(zhì)濃度的操作。 蒸發(fā)的目的是為了獲得高濃度的溶液或制取溶荊， 通常以前者為 主。用來實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)操作的設(shè)備稱為蒸發(fā)器 4 。蒸發(fā)操作可在加壓、常壓、減壓下進(jìn)行。為了保持生產(chǎn)過程的系統(tǒng)壓力，有 時(shí)蒸發(fā)需在加壓下進(jìn)行。 對(duì)于熱敏性物料， 為了保證產(chǎn)品質(zhì)量， 要求在較低溫度 下蒸發(fā)。真空下能降低沸點(diǎn)，滿足此要求。此外

5、，真空下加熱介質(zhì)與被濃縮液體 的溫差也比常壓下大， 所以可加速蒸發(fā)的傳熱過程。 但沸點(diǎn)降低， 溶液粘度亦增 大，不利于被蒸發(fā)物料循環(huán)，影響傳熱效果 5 。三、蒸發(fā)器的種類1) 標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器屬于自然循環(huán)蒸發(fā)器，其結(jié)構(gòu)如圖 3-1 所示。它由加熱室和蒸發(fā) 室組成。加熱室內(nèi)布有直徑DN25到65的加熱管，加熱管長(zhǎng)0.62 m。在管束中 間有一直徑較大的中央降液管。此管截面積為加熱管總截面的40100 %。由于中 央降液管和加熱管內(nèi)料液有重度差，使料液在加熱管和降液管間不斷循環(huán)， 從而提高了蒸發(fā)的傳熱效果。這種蒸發(fā)器總傳熱系數(shù)范圍為580300(W/ m2 K)這種設(shè)備適于結(jié)垢不嚴(yán)重， 有少量

6、結(jié)晶析出和腐蝕性較小的溶液。 設(shè)備傳熱 面可達(dá)數(shù)百平方米。二空晨汽圖3-1標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖2) 標(biāo)準(zhǔn)式強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意見圖3-2。它是在標(biāo)準(zhǔn)型的中央循環(huán)管內(nèi)加一螺旋槳，以增強(qiáng)料液循環(huán)，使循環(huán)速度從0.5 m/s提高到11.5m/s,顯著改善了傳熱?？倐鳠嵯禂?shù)可 達(dá) 11605800 (W/ m2 K)6。& L二次黑汽AWff 岀口圖3-2標(biāo)準(zhǔn)式強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖3) 懸筐蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意見圖3-3。其加熱管束可取出后清理，用備用管束替換，以節(jié)約清加熱管100m2洗時(shí)間。加熱蒸汽從位于中央的一根多孔管進(jìn)入，均勻吹入各加熱管間 束和罐內(nèi)壁形成的環(huán)形通道是循環(huán)料液的下流通道。

7、其傳熱面積一般在以下，總傳熱系數(shù)為6003500 (W/ m2 K)。肌掾水錚*4俶圖3-3懸筐蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖4) 自然循環(huán)外加熱式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意見圖3-4。它由列管加熱器、蒸發(fā)室、循環(huán)管三個(gè)部分組成發(fā)時(shí)產(chǎn)生結(jié)晶，應(yīng)在循環(huán)管下口加液固分離器。料液在蒸發(fā)器內(nèi)循環(huán)速度小于1m/s,循環(huán)的動(dòng)力是循環(huán)管和加熱管內(nèi)液體的重度差。這種蒸發(fā)器傳熱面積常為數(shù)百平方米甚至上千平方米。一個(gè)蒸發(fā)室可配有14個(gè)加熱室。加熱管較長(zhǎng)，其長(zhǎng) 徑比L/d =60110總傳熱系數(shù)為19003500( W/ m2 K)。這種設(shè)備的缺點(diǎn)是設(shè) 備較高，由于料液在管內(nèi)液柱較高，提高了下部液體的沸點(diǎn)，故要求加熱溫差大， 因而限制了多效

8、使用。1 一截發(fā)室乍2如然器¥ M俑環(huán)If圖3-4自然循環(huán)外加熱式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖5) 列文蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意見圖3-5，它屬于加熱管式外沸騰的自然循環(huán)蒸發(fā)器。其特點(diǎn)是在 加熱室的上部，加一段2.7-5m高的支撐段和穩(wěn)流段，使加熱室中溶液承受較大 的液柱靜壓，加熱室中的溶液不致沸騰，只有在當(dāng)靜壓較低的穩(wěn)流段中才開始沸 騰汽化。在加熱管中沒有沸騰汽化，就可以減輕或避免溶質(zhì)在加熱管內(nèi)結(jié)晶析出， 減輕加熱管的結(jié)垢和堵塞。溶液循環(huán)全靠支撐段和穩(wěn)流段內(nèi)料液與循環(huán)管內(nèi)料液 的重度差。為了減少循環(huán)系統(tǒng)阻力，要求循環(huán)管的截面積F:大于加熱管的截面積。 這種蒸發(fā)器循環(huán)速度可達(dá)1.52m/s,總傳熱系數(shù)為1

9、3002300 (W/ m2 K)。加熱管的長(zhǎng)徑比L/d = 1001207列文蒸發(fā)器應(yīng)保持在較大溫差下操作，否則由于溫差小，循環(huán)速度顯著減小, 熱交換效率也相應(yīng)減小。I汽圖3-5列文蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖6) 強(qiáng)制循環(huán)型長(zhǎng)管蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意見圖3-6。其特點(diǎn)是料液靠泵強(qiáng)制循環(huán)，循環(huán)速度達(dá)25m/s。料液通過加熱管熱至沸點(diǎn)，在蒸發(fā)室內(nèi)閃蒸。由于此型設(shè)備屬管外濃縮，同時(shí)料液 在管內(nèi)流速大，因此適于蒸發(fā)有結(jié)晶析出或易結(jié)垢的物料。其傳熱效果好，總傳熱系數(shù)為9305800 ( W/m2 K)。此型設(shè)備動(dòng)力消耗大，每平方米加熱面積動(dòng)力 消耗為0.40.8kW，因而這種蒸發(fā)器加熱面積不宜設(shè)計(jì)太大。二扶黑和圖3-6

10、強(qiáng)制循環(huán)型長(zhǎng)管蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖7）升膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意見圖3-7。這種蒸發(fā)器亦稱豎式長(zhǎng)管蒸發(fā)器（LTV）、熱紅吸蒸發(fā)器。 其結(jié)構(gòu)和列管換熱器一樣，不同之處是它的加熱管長(zhǎng)徑比要求為 L/d = 100300, 這是因?yàn)檫@種蒸發(fā)器屬于單程蒸發(fā)，料液通過管后，一次即應(yīng)達(dá)到要求，所以要求管長(zhǎng)較大。二次蒸氣在管內(nèi)流速很大，常壓下為2030m/s,減壓下為80200m/s。 二次蒸汽在管內(nèi)高速螺旋上升，將料液貼管內(nèi)壁拉曳成薄膜狀，薄膜料液上升必 須克服重力及與壁的摩擦力，因此不適于粘度大的液體，一般料液粘度小于 50kPas。這種類型的蒸發(fā)器適子熱敏性物料，不適于有結(jié)晶析出或易結(jié)垢的物 料8。升膜蒸發(fā)器一般

11、為單流型（即一次通過即可完成濃縮）。對(duì)非熱敏性物料，濃 縮比要求大時(shí)，亦可設(shè)計(jì)成循環(huán)型。升膜式蒸發(fā)器總傳熱系數(shù)為6006000 （W/m2 K）。圖3-7升膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖8) 降膜蒸發(fā)器這種蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)與升膜式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)大致相同，見圖3-8。蒸發(fā)器料液自頂部加入，因頂部有液體分布裝置，故每根管都可以均勻地得到液體。二次蒸汽與濃縮液一般并流而下，因二次蒸汽作用，料液沿管壁呈膜狀流動(dòng)，液膜下流不需 克服重力反而可利用重力，因而可以使粘度大的溶液蒸發(fā)。加熱管長(zhǎng)徑比 L/d=100250，總傳熱系數(shù)為12003400 (W/ m2 K)。這種蒸發(fā)器料液從上至 下即可濃縮完了，若一次達(dá)不到濃縮指標(biāo)，也

12、可用泵將料液循環(huán)進(jìn)行蒸發(fā)9。圖3-8降膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖9）固定刮板式蒸發(fā)器固定刮板式蒸發(fā)器分立式和臥式兩種。立式又有升膜和降膜之分，其結(jié)構(gòu)見 圖3-9，圖3-10。這種蒸發(fā)器外殼有夾套，內(nèi)通蒸汽加熱。殼體內(nèi)有馬達(dá)帶動(dòng)的 立式或臥式旋轉(zhuǎn)軸，軸上刮板。刮板外緣與筒內(nèi)壁間隙約為0.82.5m m。料掖進(jìn)口與器璧呈切線方向。料液進(jìn)入后經(jīng)轉(zhuǎn)軸上的料液分配盤均布于內(nèi)壁四周。由于重力和刮板離心力的作用，料液在內(nèi)壁形成螺旋下降或上升的薄膜（立式），或螺旋向前的薄膜（臥式）。蒸發(fā)器的二次蒸汽自頂端排出。這種蒸發(fā)器適用于高粘度熱敏性物料的蒸發(fā)，同時(shí)也適用于易結(jié)晶、結(jié)垢和 含懸浮物的料液蒸發(fā)。料液在蒸發(fā)器內(nèi)停留時(shí)

13、間為數(shù)秒至數(shù)十秒，刮板轉(zhuǎn)速為 100600 r/min。1m2傳熱面積動(dòng)力消耗定額為1.58 W/ m2 K，刮板與器壁間隙 越大，料液粘度越小則動(dòng)力消耗愈小。由于這種蒸發(fā)器單位體積內(nèi)傳熱面積小， 因而限制了傳熱面過大，每臺(tái)傳熱面積一般在10m2以下。由于這種蒸發(fā)器的內(nèi)壁與刮板的間隙不能過大，因此在加工上對(duì)筒體橢圓度 和旋轉(zhuǎn)軸的同心度都有嚴(yán)格要求圖3-9刮板式降膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖磔轉(zhuǎn)加A圖3-10刮板式升膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖10）活動(dòng)刮板式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意見圖3-11。其操作原理與固定刮板式相似，不同的是刮板為多段式, 刮板活動(dòng)地安裝在軸上，由樞軸帶動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。由于離心力，刮板緊壓在傳熱面上， 所以

14、薄膜厚度極薄，可小到0.03m m,有利于高粘度物料的蒸發(fā)。活動(dòng)板式蒸發(fā)器液膜厚度根據(jù)料液粘度不同、轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速不同相應(yīng)變化。如果刮板邊緣鑲上耐磨材料，如聚四氛乙烯板等，刮板可直接接觸內(nèi)壁，蒸發(fā)器成為刮壁型。這樣不但防止給垢、晶析，還可降低筒體橢圓度和軸安裝的同心度的要求。這種刮壁型蒸發(fā)器，刮板周邊速度一般取35 m/s。口圖3-11活動(dòng)刮板式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖11）甩盤式薄膜蒸發(fā)器這種蒸發(fā)器可分為同徑和異徑兩種，其結(jié)構(gòu)示意見圖 3-12。其中（a）是一種 改良的降膜蒸發(fā)器。通常的降膜式蒸發(fā)器中，傳熱管上部液膜分布均勻，到長(zhǎng)管 中部以后，料液因濃縮而減少，粘加大，容易產(chǎn)生偏流、絮流，因而管璧上有可

15、能產(chǎn)生干壁、局部過熱。而甩盤式蒸發(fā)器系利用旋轉(zhuǎn)軸上幾個(gè)圓形甩盤，使料液 在蒸發(fā)過程中多次重新分配成膜。另外，考慮到料液在蒸發(fā)過程中，不斷被濃縮 減少，蒸發(fā)器下半部因料液不足不能潤(rùn)濕全部壁面，產(chǎn)生干壁現(xiàn)象，因此制成異徑甩盤式，如周3-12（b）。甩盤式蒸發(fā)器不適用于高枯度或有晶析、易結(jié)垢料液的濃縮，同時(shí)由于單位體積傳熱面積小，這種蒸發(fā)器的處理量受到限制。11'iw»a口丨 2wtwmM口* 3xMrtuj 口*4-嫌一製jEflb 5-«xamjt圖3-12甩盤式薄膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖12）多級(jí)閃蒸和多室蒸發(fā)多級(jí)閃蒸簡(jiǎn)稱MSF，多用于堿回收和海水淡化。這種設(shè)備的主要優(yōu)點(diǎn)

16、是傳熱些上無沸騰和汽化現(xiàn)象。汽化是在空的閃蒸室內(nèi)進(jìn)行，因而避免在加熱表面形成污垢。此外，由于采用多級(jí)原理、可節(jié)省加熱蒸汽。海水淡化中，每公斤加熱蒸汽可得淡水1.2kg。多級(jí)閃急蒸發(fā)裝置的主體是一排用隔板分開的多個(gè)蒸發(fā)室（圖3-13 ），室內(nèi)的蒸汽壓力自左至右逐級(jí)下降。預(yù)熱到溫度 T的料液依次逐級(jí) 進(jìn)入各蒸發(fā)室，由于室內(nèi)的壓力低于料液的飽和壓力，一部分溶劑急劇沸騰汽化， 使溶質(zhì)殘留于溶液中，所以料液的溫度逐級(jí)下降（圖3-14）,而其濃度則逐級(jí)增加。 蒸發(fā)室的上部設(shè)列管冷凝器，閃蒸的蒸汽在管外冷凝，冷料液在管內(nèi)自右至左逆 向被逐級(jí)加熱到溫度t1,以充分回收熱量。料液在加熱器中用加熱蒸汽進(jìn)一步加 熱

17、到to后就可以逐級(jí)閃蒸。因?yàn)榱弦旱恼舭l(fā)潛熱較大，而顯熱變化有限，所以料加壽部分排岀熬阿牧訊分圖3-13閃急蒸發(fā)室結(jié)構(gòu)示意圖液在裝置中的循環(huán)量很大10AM*i«MR圖3-14加熱器內(nèi)的溫度歷程示意圖由于閃蒸室是空室，因溶劑蒸發(fā)而析出過量溶質(zhì)引起的結(jié)垢問題， 不會(huì)導(dǎo)致 很嚴(yán)重的影響，在加熱溶液的表面，因?yàn)闆]有沸騰汽化，很少析出溶質(zhì)或垢層， 因而得以保持潔凈。這種裝置廣泛用于易生垢層的海水淡化， 和印染行業(yè)的堿液 回收工藝中10。四、在工業(yè)廢水零排放上主要應(yīng)用的蒸發(fā)器通過以上介紹可知，蒸發(fā)器的種類繁多，各種類型的蒸發(fā)器的優(yōu)缺點(diǎn)各異，故其適用的場(chǎng)合也不同，其中機(jī)械蒸汽壓縮再循環(huán)降膜蒸發(fā)器（M

18、VR ）和低溫多效蒸發(fā)器（MED ）在工業(yè)廢水零排放上應(yīng)用最為廣泛，下面分別對(duì)這兩種蒸 發(fā)器作介紹，并對(duì)其進(jìn)行對(duì)比。1、機(jī)械蒸汽壓縮再循環(huán)降膜蒸發(fā)器1）工作原理工業(yè)廢水來水（一般經(jīng)膜濃縮后，TDS在10萬(wàn)ppm左右）由蒸發(fā)器進(jìn)料泵 輸送至蒸發(fā)系統(tǒng)的冷凝水預(yù)熱器，冷凝水預(yù)熱器一般采用逆流板式換熱器， 利用 系統(tǒng)中蒸汽冷凝產(chǎn)生的冷凝水加熱進(jìn)料廢水。進(jìn)料廢水經(jīng)換熱后溫度升至接近沸 點(diǎn)，原料液進(jìn)入降膜蒸發(fā)器進(jìn)行濃縮，原料由循環(huán)泵將進(jìn)料廢水泵至蒸發(fā)器的頂 部管箱，濃鹽水通過頂部的分布器流入垂直管內(nèi)，均勻地分布在管子的內(nèi)壁上， 呈薄膜狀下降至底槽，一部分廢水沿管壁下降時(shí)，吸收管外蒸氣釋放的熱能而蒸 發(fā)，而

19、蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽與未蒸發(fā)的濃鹽水一起下降至蒸發(fā)器的底槽。在底槽內(nèi)二次蒸汽和濃鹽水混合物料進(jìn)去分離器進(jìn)行氣液分離，二次蒸汽由蒸汽壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入蒸發(fā)器循環(huán)加熱物料，濃鹽水一部分進(jìn)入結(jié)晶系統(tǒng)，控制蒸發(fā)器內(nèi)濃 鹽水的TDS, 部分循環(huán)回蒸發(fā)器，以保證蒸發(fā)器換熱管的液膜覆蓋。蒸汽壓縮機(jī)壓縮二次蒸汽提高其飽和溫度和壓力后輸送至蒸發(fā)器頂部換熱器管束外（即蒸發(fā)器殼程），升溫升壓后的蒸汽的潛熱傳到管壁內(nèi)的濃鹽水薄膜（該處需要補(bǔ)充一部分生蒸汽用于抵消系統(tǒng)的熱損失，維持系統(tǒng)能量的平衡）：釋放其潛熱的同時(shí)，在換熱管外壁被冷凝成冷凝水，冷凝水沿管外壁下降至底部積聚后，流入冷凝水罐，并由冷凝水泵經(jīng)冷凝水換熱器換熱降溫

20、后外排回用，同時(shí)對(duì)新進(jìn)的進(jìn)料廢水加熱。圖4-1機(jī)械蒸汽壓縮再循環(huán)降膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖2）蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)機(jī)械蒸汽壓縮再循環(huán)降膜蒸發(fā)器（MVR）的加熱器有立式和臥式兩種結(jié)構(gòu)，這兩種形式的安裝要求和換熱效果都有所不同，立式和臥式降膜蒸發(fā)器的區(qū)別如下表所示：表4-1立式和臥式降膜蒸發(fā)器的區(qū)別序 號(hào)比較項(xiàng)目立式降膜蒸發(fā)器臥式降膜蒸發(fā)器1工藝設(shè)計(jì)與運(yùn) 行方式1、換熱管立式布置，處理 液沿?fù)Q熱管圓柱面運(yùn)動(dòng) 形成液膜進(jìn)行換熱；2、采用大循環(huán)量，流速很 快，流體呈湍流狀態(tài)， 邊界層薄，從而傳質(zhì)傳 熱效率咼；3、不易產(chǎn)生干壁現(xiàn)象，由1、換熱管臥式水平布置， 處理液沿?fù)Q熱管圓周 面運(yùn)動(dòng)形成液膜進(jìn)行 換熱；2、為在換熱

21、管圓周面形 成液膜，流速必須很 小，流體呈層流狀態(tài)， 邊界層厚，從而傳質(zhì)傳于流速很快，結(jié)垢物受 沖刷很難附著在換熱管 壁熱效率低；3、掛膜不均勻，易產(chǎn)生干 壁現(xiàn)象，流速低結(jié)垢物 極易粘附在換熱管壁2傳熱系數(shù)高比立式降膜蒸發(fā)器要低30 50%3防結(jié)垢措施及 清洗頻率通過晶種循環(huán)的方式，使?jié)?縮過程中形成的結(jié)垢物附 著在晶種上而非管壁上，每 36個(gè)月化學(xué)清洗一次可通過機(jī)械裝置（如毛刷） 清除結(jié)垢物，但由于機(jī)械 裝置（如毛刷）的局限性， 對(duì)懸浮性和有機(jī)物形成的 軟性污垢層清除效果很 好，對(duì)硬性的無機(jī)鹽的垢 層效果不理想，因而同樣 需每36個(gè)月化學(xué)清洗一 次4占地面積很小很大，比立式蒸發(fā)器大超過10倍

22、5安裝要求垂直度要求很咼水平度要求較咼6運(yùn)行維護(hù)很少較多，特別是帶機(jī)械清洗 裝置的蒸發(fā)器，由于零部 件量大，且易出現(xiàn)故障， 維護(hù)量較大7造價(jià)與傳熱系數(shù)成反比，相對(duì)較 低比立式降膜蒸發(fā)器要高30 50%8適用領(lǐng)域廢水和低粘度的料液濃縮較高粘度的物料，用于精 細(xì)化工、醫(yī)藥、食品等行 業(yè)上表是一般意義的立式降膜蒸發(fā)器和臥式降膜蒸發(fā)器的區(qū)別，可以看出傳統(tǒng)的立式降膜蒸發(fā)器在各方面要普通優(yōu)于臥式降膜蒸發(fā)器，尤其當(dāng)料液都走管程時(shí),臥式降膜蒸發(fā)器極易發(fā)生結(jié)垢堵塞問題，且換熱系數(shù)低于立式。但是考慮到臥式 蒸發(fā)器在安裝高度上要求低，可以降低廠房高度，且檢修方便，所以現(xiàn)在一般在 臥式蒸發(fā)器中將蒸汽走管程，從而減少蒸

23、汽的折流，提高換熱系數(shù)，并清洗方便。 然而在立式降膜蒸發(fā)器中具有腐蝕性的廢水走管程，潔凈的蒸汽走殼程，這樣只需要換熱管選用高材質(zhì)即可，殼體可以采用較低的材質(zhì)（如316L）o相對(duì)來說， 臥式降膜蒸發(fā)器料液走殼程，導(dǎo)致?lián)Q熱管和殼體同時(shí)接觸腐蝕性的料液， 對(duì)換熱 管和殼體的材質(zhì)均較高，同時(shí)也增加了腐蝕泄露的危險(xiǎn)性 11 o所以在工業(yè)廢水零排放上具體采用哪種結(jié)構(gòu)的 MVR蒸發(fā)器，還要看實(shí)際的情況，因?yàn)槌藢?duì)換熱系數(shù)的要求和廠房占地的限制， 壓縮機(jī)的不同形式也影響MVR蒸發(fā)器的安裝2、低溫多效蒸發(fā)器1）工作原理低溫多效蒸發(fā)將幾個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)運(yùn)行的蒸發(fā)操作，使蒸汽熱能得到多次利用, 從而提高熱能的利用率。在

24、多效蒸發(fā)操作的流程中，第一個(gè)蒸發(fā)器（稱為第一效） 以生蒸汽作為加熱蒸汽，其余蒸發(fā)器（稱為第二效、第三效）均以其前一效的二 次蒸汽作為加熱蒸汽，從而可大幅度減少生蒸汽的用量。每一效的二次蒸汽溫度 總是低于其加熱蒸汽，故多效蒸發(fā)時(shí)各效的操作壓力及溶液沸騰溫度沿蒸汽流動(dòng) 方向依次降低。依據(jù)二次蒸汽和溶液的流向，多效蒸發(fā)的流程可分為：并流流 程。溶液和二次蒸汽同向依次通過各效。 由于前效壓力高于后效，料液可借壓差 流動(dòng)。但末效溶液濃度高而溫度低，溶液粘度大，因此傳熱系數(shù)低。逆流流程。 溶液與二次蒸汽流動(dòng)方向相反。需用泵將溶液送至壓力較高的前一效， 各效溶液 的濃度和溫度對(duì)粘度的影響大致抵消， 各效傳熱

25、條件基本相同。錯(cuò)流流程。二 次蒸汽依次通過各效，但料液則每效單獨(dú)進(jìn)出，這種流程適用于有晶體析出的料 液 12。圖4-2低溫多效蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖2）經(jīng)濟(jì)性及效數(shù)限制多效蒸發(fā)的目的是利用蒸發(fā)過程中的二次蒸汽，以節(jié)約蒸汽的消耗，提高蒸發(fā)裝置的經(jīng)濟(jì)效益。表4-2為蒸發(fā)1 kg水消耗的加熱蒸汽量，其中實(shí)際消耗量包 括蒸發(fā)裝置和操作中的各項(xiàng)熱量損失，隨蒸發(fā)器型式、多效蒸發(fā)流程等的不同， 其值稍有變化。效數(shù)增多，蒸汽節(jié)約越多，但效數(shù)的多少要受以下幾方面的限制： 設(shè)備費(fèi)用的限制從單效改為雙效，節(jié)約蒸汽可達(dá)93% （理論量應(yīng)為一倍），但由四效改為五效 僅節(jié)約蒸汽10%。而且增加效數(shù)，設(shè)備費(fèi)用也不斷增加。在設(shè)備的

26、折舊年限內(nèi)， 若增加一效所節(jié)約蒸汽的費(fèi)用不足以抵消設(shè)備投資費(fèi)時(shí)，則不能增加效數(shù)。另外設(shè)備投資是有限制的，效數(shù)隨此限而定。 溫度差的限制一般工業(yè)生產(chǎn)中，加熱蒸汽的壓力和蒸發(fā)室的真空度都有一定限制，因此裝置的總溫度差也一定。但由于多效蒸發(fā)時(shí)各效皆有溫差損失， 因此，單效的有效 溫度差要比多效中各效有效溫差總和大。 也就是說，由于有效溫差的減少，雖然 n效蒸發(fā)器總傳熱面積為單效蒸發(fā)器面積的 n倍，但在同樣條件下，其生產(chǎn)能力 卻要低于單效蒸發(fā)器。在多效蒸發(fā)中，為了保證傳熱的正常進(jìn)行，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每一效的溫度差不能 小于5-7°C。為了使各效有較大的溫度差，必須限制其效數(shù)。在生蒸汽溫度與末 效冷

27、凝器溫度相同（即總溫度差相同）條件下，將單效蒸發(fā)改為多效蒸發(fā)時(shí)，蒸 發(fā)器效數(shù)增加，生蒸汽用量減少，但總蒸發(fā)量不僅不增加，反而因溫度差損失增 加而有所下降。多效蒸發(fā)節(jié)省能耗，但降低設(shè)備的生產(chǎn)強(qiáng)度，因而增加設(shè)備投資。 在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)綜合考慮能耗和設(shè)備投資，選定最佳的效數(shù)。生產(chǎn)上最常用的 是2- 3效。如果是沸點(diǎn)上升很小的料液或采用膜式蒸發(fā)器時(shí)， 效數(shù)可多些，在工 業(yè)廢水零排放上一般采用34效。表4-2低溫多效蒸發(fā)器的蒸汽消耗量菴世攜理網(wǎng)程It*1h*11 kM曲酣常 «ft«E僭知IKKaftI11.10,910/21*750.3 J32.5U%0亦43.13五。畀S3,77

28、 M3、低溫多效蒸發(fā)器與 MVR對(duì)比工業(yè)廢水零排放的蒸發(fā)結(jié)晶裝置都是高能耗的，能耗在這些裝置的運(yùn)行成 本中占很大的比例，因此單位能耗的降低和優(yōu)化對(duì)降低整個(gè)運(yùn)行成本至關(guān)重要。 MVR 和低溫多效蒸發(fā)器都能將料液蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)行重復(fù)利用，都是較 為節(jié)能的蒸發(fā)設(shè)備，因而被應(yīng)用在工業(yè)廢水零排放上，其性能的對(duì)比如下13 ：（ 1）MVR 能夠充分利用全部二次蒸汽的潛熱， 可以最大限度的減少蒸發(fā)過程的 能耗，同時(shí)也不需要消耗冷卻水。 而低溫多效蒸發(fā)器的末效蒸發(fā)器剩余部分的二 次蒸汽經(jīng)過末端冷凝器冷凝后排出， 二次蒸汽得不到全部利用， 需要消耗部分冷 卻水。（ 2） MVR 正常運(yùn)行過程不需要消耗蒸汽

29、，只有在啟動(dòng)的時(shí)候消耗少量的蒸汽。 低溫多效蒸發(fā)器由于不能全部利用二次蒸汽，因而消耗的蒸汽較 MVR 多，五效 蒸發(fā)器蒸發(fā)1kg的水，消耗的蒸汽量大是 MVR的5倍以上。（3）MVR 在運(yùn)行中只需要消耗電， 蒸汽壓縮機(jī)是其主要耗電設(shè)備， 處理每噸水 的電耗約 3560KWh， 要高于多效蒸發(fā)器的噸水耗電量。（4）多效蒸發(fā)器由于是由多個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)組成，處理相同的水量，其占地面積 必然要大于 MVR 。（5）多效蒸發(fā)器的運(yùn)行方式多為半自動(dòng)， 且間歇出料； MVR 蒸發(fā)器一般采用全 自動(dòng)運(yùn)行方式，可間歇出料也可連續(xù)出料。（6）MVR 的設(shè)備投資成本較高，尤其現(xiàn)在很多進(jìn)口的 MVR 設(shè)備價(jià)格高昂，設(shè)

30、備投資成本高于多效蒸發(fā)器。由以上對(duì)比可知因此， MVR 相對(duì)于多效蒸發(fā)器來說，能量利用率更高，節(jié) 能效果更好， 被認(rèn)為是現(xiàn)今最節(jié)能、 最先進(jìn)的蒸發(fā)技術(shù)。 現(xiàn)在在工業(yè)廢水零排放 上，由于 MVR 蒸發(fā)器的各方面優(yōu)勢(shì)，多效蒸發(fā)器已經(jīng)越來越多被 MVR 蒸發(fā)器 所取代。在實(shí)際選擇工業(yè)廢水蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)形式時(shí)， 還是主要應(yīng)依據(jù)當(dāng)時(shí)、 當(dāng)?shù)?的蒸汽、動(dòng)力電價(jià)格和投資來決定。五、 工業(yè)廢水零排放的蒸發(fā)器發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)近年來，伴隨著工業(yè)的迅速發(fā)展， 工業(yè)廢水零排放的需求不斷增加， 蒸發(fā)器 行業(yè)也得到了較快的發(fā)展 14。1 ）市場(chǎng)容量整體穩(wěn)定增長(zhǎng)近年來，我國(guó)蒸發(fā)設(shè)備市場(chǎng)保持了穩(wěn)定的增長(zhǎng)， 產(chǎn)品產(chǎn)出持續(xù)擴(kuò)張， 國(guó)

31、家產(chǎn) 業(yè)政策鼓勵(lì)蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)產(chǎn)品方向發(fā)展， 國(guó)內(nèi)企業(yè)新增投資項(xiàng)目投 資逐步增多。 投資者對(duì)蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備市場(chǎng)的關(guān)注越來越密切， 這使得蒸發(fā)結(jié)晶設(shè) 備市場(chǎng)越來越受到各方的關(guān)注。 我國(guó)蒸發(fā)器企業(yè)數(shù)量眾多， 但是大多沒有自己的 核心技術(shù)和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。高效、節(jié)能、環(huán)保已經(jīng)成為整機(jī)市場(chǎng)主流趨勢(shì)，在現(xiàn) 有蒸發(fā)器產(chǎn)品的基礎(chǔ)上， 未來的蒸發(fā)器的發(fā)展將順應(yīng)整機(jī)發(fā)展趨勢(shì)， 迎來新的技 術(shù)突破和市場(chǎng)突破。2)MVR 蒸發(fā)器在行業(yè)中日益普及，將取代傳統(tǒng)的蒸發(fā)器 目前，我國(guó)蒸發(fā)器市場(chǎng)的結(jié)構(gòu)依然是以傳統(tǒng)多效蒸發(fā)器為主和部分 MVR 蒸 發(fā)器為輔的格局。形成這種局面的原因是， MVR 蒸發(fā)器是新產(chǎn)品，人們對(duì)其應(yīng) 用不甚了解；其次是進(jìn)口 MVR 蒸發(fā)器的價(jià)格十分昂貴。但國(guó)內(nèi)外蒸發(fā)器市場(chǎng)的 發(fā)展趨勢(shì)一定是 MVR 蒸發(fā)器逐漸取代傳統(tǒng)的多效蒸發(fā)器，假以時(shí)日 MVR 蒸發(fā) 器必將會(huì)逐步取代傳統(tǒng)多效蒸發(fā)器。3) 蒸發(fā)器在環(huán)保行業(yè)的應(yīng)用越來越突出 蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展是伴隨著蒸發(fā)技術(shù)本身的發(fā)展以及國(guó)家相關(guān)政策 的推動(dòng)而呈現(xiàn)出日益多樣化。目前，蒸發(fā)技術(shù)除了在工業(yè)廢水處理外，在