蒸发结晶关键设备的设计原则

目前业内零排放工艺的蒸发器一般采用多效蒸发或者机械蒸汽再压缩(MVR)蒸发器，而蒸发系统一般由预热器、降膜换热器、强制循环换热器、结晶分离器、蒸汽压缩机、离心机、泵组、储罐、自动控制系统等组成。今天我们聊聊一些主要设备的设计原则。

一、强制循环加热器的设计

在废水零排放工艺中，强制循环加热器一般采用管壳式换热器，其传热面积A根据传热速率方程计算：A=Q/(K·Δtm)。该式中的Q为热负荷，可通过对加热器作热量衡算求得。当忽略加热器热损失时，Q为加热蒸汽冷凝放出的热量。而K为总传热系数，根据工程实践经验一般可在800～1 200 W/(m2·°C)范围内选取；Δtm为传热的有效温差，是加热蒸汽温度与操作条件下物料沸点的差值。在蒸发器设计中，物料的沸点是基础数据，物料的沸点升高一般与溶质的类别、组成、操作压强、静压强、管路流动阻力等有关，当废水主要含硫酸钠和氯化钠时，沸点一般升高4～10°C。在确定强制循环加热器传热面积之后，选定加热管的外径do和管长l即可计算加热管的数量n，即：n=A/(πdol)。根据工程实践经验，do通常为0.025～0.032 m;l通常为6～8 m，最长达12 m以上。废水零排放工艺中的加热器大多采用正三角形方式排列，其筒体直径D可以根据以下经验公式计算并圆整：D=1.6don0.5。

同时在强制循环加热器的结构设计中，要特别注意壳程两个管口的设置。一是加热蒸汽进口，需要设置防冲板或者蒸汽导流筒，以减少加热蒸汽对加热管的冲击；二是不凝气排放口，应设置在蒸汽流动方向的末端，远离加热蒸汽进口的位置，以便更能有效排放不凝气。强制循环加热器还可以采用双加热室的设计，降低蒸发系统的运行能耗。

二、气液分离器的设计

气液分离器的设计主要是确定分离器筒体直径和气相空间的高度。分离器的筒体直径D可根据分离器内二次蒸汽体积流量Vg以及二次蒸汽流速ug来计算并圆整，即：D=1.128(Vg/ug)0.5。ug与分离器内物料密度ρl及二次蒸汽密度ρg有关，相关参数可参照经验值。

分离器的气相空间高度是指分离器物料液面上方气液分离的有效高度，可以根据允许蒸发体积强度[建议取值1.1～进行计算，通常为1.5～3.0 m。

气液分离器顶部设置除沫器，可以提高蒸发冷凝水的水质，常用的除沫器有折流板除沫器、丝网除沫器等。结晶分离器的进料方式主要有切向进料、径向进料和轴向进料3种，在废水零排放工艺中推荐使用轴向进料方式。

三、强制循环泵的选型设计

蒸发系统的强制循环泵采用大流量、低扬程的轴流泵。循环泵的流量V根据强制循环加热器加热管的截面积及加热管内物料流速u来计算，即：V=0.25πdi2nu。式中，di为加热管的内径；u一般为1.5～2.5 m/s。循环泵的扬程H根据伯努利方程计算，一般介于3～5 m之间。循环泵的功率N与循环泵的流量、扬程、物料密度以及泵效率η有关，可以通过以下公式核算：N=V·H·ρl/(102η)。在强制循环泵的实际应用过程中，必须避免产生汽蚀。当强制循环泵发生汽蚀时，电流会突然升高，并伴随强烈的噪音和振动，对叶轮和泵体产生严重破坏。在选型设计时，应降低循环泵的汽蚀余量，同时提高蒸发装置的汽蚀余量，保证两者有0.5 m以上差值的安全裕量。

四、蒸汽压缩机的选型设计

蒸汽压缩机是MVR蒸发器的核心设备之一，目前在零排放工艺中广泛应用的主要有：罗茨压缩机、普通离心蒸汽压缩机和单级高速离心压缩机。

罗茨压缩机转速较低，通常在750～1 650 r/min，运行稳定性较好，温升可达22～25°C，机组结构简单，但绝热效率较低，且单台设备处理量偏小，一般限制蒸发量在5 t/h以内。

普通离心蒸汽压缩机一般转速为6 000～9 500 r/min，运行稳定性好，温升范围6～9°C，在废水零排放工艺中常常2台串联使用。单级高速离心压缩机转速可高达33 000 r/min，温升可达到20～24°C，但机组控制相对复杂。

普通离心蒸汽压缩机和单级高速离心压缩机均属于恒压式压缩机，效率高，设备处理量大，推荐在蒸发量3 t/h以上的蒸发器中使用，使用时需做好流量、温度、压力、振动等的监测和控制，同时应充分考虑发生喘振工况的预防和保护措施。

蒸汽压缩机选型时需要提供的基本设计参数包括处理量、进口压力、进口温度、压缩机温升、材质等。在废水零排放蒸发系统中，压缩机温升一般为16～20°C，进口温度取决于蒸发器设计温度，80～95°C之间为宜。采用罗茨压缩机或普通离心蒸汽压缩机时，过流材质优先选用双相不锈钢；采用单级高速离心压缩机时，叶轮材质建议采用钛合金。

综上所述，本文简单介绍了蒸发结晶部分关键设备的设计原则，仅供大家参考、交流、学习

简介--感谢分享，送人玫瑰手有余香-登录查看全文

简介--原则就是能耗吧。 蒸发吨水需要多少蒸汽和电能。 MVR的投资一般会高一些，能耗会低一些。 看MVR运行多久节约的成本可以弥补超出来的投资成本。-登录查看全文

简介--谢谢分享-登录查看全文

简介--长期来看肯定是MVR能耗更低，受其他公用工程影响较小，如蒸汽压力不稳定等，从我个人的理解中MVR有一个小问题就是沸点升问题，如果出料浓度很高，沸点升达到20+℃常规的离心式压缩机就无法有效的做功，如果使用螺杆 ...-登录查看全文