机械蒸汽再压缩(MVR)蒸发系统性能研究dioa.docx

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1、分类号密密级机械再压缩蒸发系统的研究开发南京工业大学U D C 编号号硕士学位位论文机械再压压缩蒸发发系统的的研究开开发研究生姓姓名： 顾承承真 导导师姓名名： 洪洪教授 申申请学位位级别： 硕士 一一级学科科名称： 化学工工程与技技术 二二级学科科名称： 生物化化工20155年4月Reseearcch aand devveloopmeent of Mecchannicaal VVapoor RRecoomprresssionn syysteemA ThhesiisSuubmiitteed ttoNanjjinggTecchUnniveersiityFor thee AccadeemiccDe

2、ggreeeofMMastteroofEngiineeerinngBYChenngzhhen GuSupeerviisedd byyProff. HHousshenng HHonggApriil 220155学位论文文独创性性声明本人声明明所呈交交的学位位论文是是我个人人在导师师指导下下进行的的研究工工作及取取得的研研究成果果。尽我我所知，除除了文中中特别加加以标注注和致谢谢的地方方外，论论文中不不包含其其他人已已经发表表或撰写写过的研研究成果果，也不不包含为为获得南南京工业业大学或或其它教教育机构构的学位位或证书书而使用用过的材材料。与与我一同同工作的的同志对对本文所所做的任任何贡献献均已在

3、在论文中中作了明明确的说说明并表表示了谢谢意。研究生签签名：日日期：学位论文文的使用用声明1、南南京工业业大学、国国家图书书馆、中中国科学学技术信信息研究究所、万万方数据据电子出出版社、中中国学术术期刊（光光盘版）电电子杂志志社有权权保留本本人所送送交学位位论文的的复印件件和电子子文档，可可以采用用影印、缩缩印或其其他复制制手段保保存论文文并通过过网络向向社会提提供信息息服务。论论文的公公布（包包括刊登登）授权权南京工工业大学学研究生生部办理理。（打打钩生效效）2、本本论文已已经通过过保密申申请，请请保留三三年后按按照第一一项公开开（打钩钩生效）3、本本论文已已经通过过校军工工保密申申请，不不

4、予公开开（打钩钩生效）研究生签签名：导导师签名名：日期：日日期：硕士学位论文摘要能源和环环境危机机是当今今世界的的难题，能能源总量量的供不不应求严严重制约约着我国国经济的的快速发发展，国国家也一一直倡导导节能减减排的生生产方式式。其中中蒸发浓浓缩过程程是十分分耗能的的一道生生产工序序，并广广泛应用用在印染染、造纸纸、化工工、医药药和食品品等行业业。研究究设计出出一种能能耗少、运运行费用用低和自自动化程程度高的的新蒸发发设备具具有重要要的现实实意义。机械蒸汽汽再压缩缩（Meechaaniccal Vappor Reccomppresssioon，简简称MVVR）蒸蒸发技术术因热量量的重复复利用和

5、和提高能能源效率率的特点点，被认认为是当当今世界界最节能能的蒸发发方式。其其原理是是：溶液液在蒸发发器内受受热产生生的二次次蒸汽经经蒸汽压压缩机的的作用，使使蒸汽的的温度、压压力和热热焓增加加，重新新作为系系统的热热源使用用。物料料吸收蒸蒸汽的冷冷凝潜热热并继续续产生二二次蒸汽汽，二次次蒸汽再再次被压压缩利用用，这样样物料持持续蒸发发，系统统只需要要消耗压压缩机的的功耗便便可完成成蒸发工工段。本文建立立了一套套充分利利用热源源的MVRR蒸发工工艺流程程，并通通过理论论分析对对每个操操作节点点进行了了质量和和能量衡衡算，同同时利用用Asppen Pluus模拟拟软件建建立了系系统的流流程模拟拟图

6、。通通过对操操作单元元的变量量控制，研研究了二二次蒸汽汽循环量量、补充充水的量量与进料料温度、冷冷凝液温温度、蒸蒸汽压缩缩比以及及蒸发压压强等之之间的变变化关系系。理论论上得出出的结论论有：11.原料料进入蒸蒸发器前前应先预预热至饱饱和液体体或微过过热状态态。2.二次蒸蒸汽在压压缩阶段段，压缩缩比在11.82.22时节能能效果最最佳3. MVVR热泵泵系统蒸蒸发压强强应结合合具体产产品的热热敏性，尽尽可能控控制在较较低的蒸蒸发压强强。4.蒸汽汽冷凝液液在饱和和液体下下排出较较好。设计了蒸蒸发量为为1500kg/h的水水蒸发体体系的MMVR实实验平台台，其中中降膜蒸蒸发器的的蒸发面面积为110m

7、22，选用用了功率率为188kw的的罗茨压压缩机作作为蒸汽汽压缩机机，同时时也设计计气液分分离器、储储罐和管管道的大大小。实实验中以以总蒸发发水量和和单位能能耗蒸发发水量作作为MVVR蒸发发系统的的性能指指标，分分别研究究了进料料温度、蒸蒸发压强强、压缩缩机频率率对其影影响。结结果表明明：最佳佳进料温温度是蒸蒸发压强强下的饱饱和液体体温度;最适蒸蒸发压强强与具体体系统的的蒸发能能力和压压缩机效效率密切切有关，在压缩缩机效率率保持较较高水平平的前提提下，适适当降低低蒸发压压强有利利于系统统的节能能；压缩缩机的频频率直接接影响系系统的蒸蒸发量和和压缩机机的功耗耗，在压压缩机允允许的范范围内增增大压

8、缩缩机频率率，单位位能耗蒸蒸发量是是增加的的；实测的的MVRR在蒸发发压强为为86kkPa时时，系统统的能耗耗只有理理论三效效蒸发器器的最低低能耗的的46%。根据实际际工业生生产的需需要，初初步设计计了蒸发发量为110000kg/h工业业级MVVR系统统，详述述了具体体工况的的能量转转变和单单体设备备规模。通通过与三三效蒸发发器在能能耗上的的理论对对比，MMVR系系统每年年可节约约运行成成本400万元，能能源效益益上可节节能744%。关键词：机械蒸蒸汽再压压缩能耗耗蒸发量量单位能能耗蒸发发量 Asppen pluusI硕士学位论文ABSTTRACCTThe worrld todday is f

9、accingg booth sevveree ennerggy ccrissis andd ennvirronmmenttal criisiss. TThe tottal eneergyy iss shhorttagee, wwhicch sseriioussly connstrrainns tthe rappid devveloopmeent of Chiinas nnatiionaal eeconnomyy annd tthe couuntrry hhas beeen aadvoocattingg ennerggy ssaviing prooducctioon mmethhodss. CC

10、onccenttratted by evaaporratiion proocesss wwhicch iis aa veery eneergyy-inntennsivve pprodducttionn prroceessees ,andd iss wiidelly uusedd inn dyyeinng aand finnishhingg ,ppapeer mmakiing, chhemiicall ennginneerringg, ppharrmacceutticaal aand foood iinduustrriess. TTherrefoore, itt iss neecesssarry

11、 tto ddeveelopp a neww evvapoorattionn pllantt whhichh iss loow eenerrgy connsummptiion, loow ooperratiing cossts andd a higgh ddegrree of auttomaatioon.Mechhaniicall Vaaporr Reecommpreessiion (MVVR), whhichh haas bbeenn coonsiiderred onee off thhe mmostt ennerggy-eeffiicieent evaaporratiion, heelp

12、to reuuse heaat aand impprovve eenerrgy effficiientt. TThe theeoryy iss thhat thee seeconndarry ssteaam ccreaatedd byy evvapoorattor is reccomppresssedd byy coomprresssor, thhe ppresssurre , teempeeratturee annd eenthhalppy oof tthe vappor is higgherr, aand cann bee ussed as thee heeat souurcee too

13、heeat sysstemm ittsellf. Matteriialss abbsorrbs heaat bbecaausee off coondeensaatioon oof ssteaam, andd waaterr inn thhe mmateeriaals beccomees vvapoor bbecaausee off enndottherrm. Thee seeconndarry ssteaam iis ccomppresssedd annd uusedd aggainn, sso tthe matteriialss coontiinueed tto eevapporaate.

14、Heencee, tthe sysstemm onnly demmandds oof eenerrgy froom tthe commpreessoor.Thiss paaperr esstabblisshedd a MVRR evvapoorattionn prroceess floow tthatt caan ffullly uuse eneergyy. QQuallityy annd eenerrgy of eacch ooperratiion nodde wweree caalcuulatted，andd a sysstemm off siimullatiion proocesss w

15、was esttabllishh ussingg thhe AAspeen PPluss sooftwwaree. TThiss reeseaarchh innvesstiggateed tthe masss ffloww off cyycliic ssteaam aand thee maass floow oof aaddeed wwateer uundeer ddifffereent feeed ttempperaaturres, coondeensaatioon ttempperaaturres，thee raatioo off vaaporr coomprresssionn annd

16、eevapporaatioon ppresssurre，by anaalyzzingg coontrrolllingg unnit opeerattionns. Thee reesullts in theeoryy shhoweed tthatt: (1) raww maaterrialls rreacchedd thhe ooptiimall coondiitioons in satturaatedd liiquiids or sliighttly oveerheeateed. (2) thhe vvapoor ccomppresssioon rratiio oof ccomppressso

17、rr inn thhe 11.82.22 waas mmoree reeasoonabble. (33) TThe vappor preessuure of MVRR syysteem sshouuld be commbinned witth sspeccifiic hheatt-seensiitivve pprodductts aas mmuchh ass poossiiblee att a rellatiivelly llow evaaporratiion preessuure.(4) Thhe cconddenssatee iss prrefeerabbly disschaargeed

18、iin tthe satturaatedd liiquiid. MVR expperiimenntall pllatfformm whhichh caan hhanddle 1500kg/h wwateer eevapporaatioon iis ddesiigneed ,wheere falllinng ffilmm evvapoorattor havvingg ann evvapoorattionn arrea of 10mm2. RRoott coomprresssor is sellectted as a vvapoor ccomppresssorr whhichh owwn ppow

19、eer oof 118kww,allso dessignn gaas-lliquuid sepparaatorr ,ttankks aand pippingg siize. Thhis papper invvesttigaatedd thhat feeed ttempperaaturre, evaaporratiion preessuure andd coomprresssor freequeencyy hoow tto aaffeect evapporaatioon oof tthe tottal amoountt off waaterr evvapoorattionn annd sspec

20、cifiic mmoissturre eextrracttionn raaterr (SSMERR), whiich is as perrforrmannce inddicaatorrs oof MMVR. Thhe rresuultss shhow thaat: thee opptimmum temmperratuure of thee feeed is a ssatuuratted liqquidd teempeeratturee att thhe eevapporaatorr prresssuree. tthe opttimuum eevapporaatioon ppresssurre

21、bbaseed oon eevapporaatioon ccapaacitty aand commpreessoor eeffiicieencyy whhichh Clloseely rellateed tto tthe speeciffic sysstemm. WWhille mmainntaiininng aa hiigh levvel of effficiienccy oof tthe commpreessoor, thee evvapoorattor preessuure is suiitabbly in favvor of eneergyy saavinng. Freequeency

22、y off thhe ccomppresssorr diirecctlyy afffecct eevapporaatioon oof tthe tottal amoountt off waaterr annd ccomppresssorr poowerr, SMMER is inccreaasinng wwhenn immproove thee frrequuenccy oof tthe commpreessoor wwithhin thee alllowwablle rrangge.TThe eneergyy coonsuumpttionn off thhe ssysttem, meeasu

23、uredd att 866kPaa off evvapoorattor preessuure, onnly occcupyy thheorretiicall miinimmum eneergyy coonsuumpttionn off 466% coompaaredd too thhe tthreee-eeffeect evaaporratiion.As rrequuireed bby tthe inddusttriaal pprodducttionn, wwateer eevapporaatioon ccapaacitty oof 110000kg/h iis ddesiigneed ppr

24、ellimiinarry aand callcullateed oof sspeccifiic ccondditiionss inn deetaiil. By conntraast witth tthe thrree-efffectt evvapoorattor, MVVR ssysttem cann saave 4000,0000 yyuann, eequiivallentt too saavinng 774% coaal aannuuallly iin ttheoory. KEYWWORDD：MVRR；eneergyy coonsuumpttionn；watter evaaporratii

25、on；SMEER；Asppen pluus3目 录录摘要IABSTTRACCTi第一章绪绪论11.1 课题背背景11.1.1能源源与环境境的严重重形势111.1.2 余余热回收收的意义义21.1.3 蒸发工工艺的应应用与发发展31.2 MVRR蒸发技技术的研研究现状状51.2.1 MMVR蒸蒸发系统统简介551.2.2 MMVR蒸蒸发技术术国外研研究现状状101.2.3 MMVR蒸蒸发技术术国内研研究现状状111.3 MVRR蒸发技技术的优优势与发发展1441.4 化工过过程模拟拟系统1181.4.1 AAspeen ppluss系统介介绍1881.4.2 AAspeen PPluss模拟在在

26、工业生生产中的的应用1191.5本本文研究究的内容容与意义义201.5.1 主主要研究究内容2201.5.2 课课题的意意义200第二章 MVVR蒸发发系统分分析与模模拟计算算222.1 MVVR蒸发发系统的的理论基基础2222.1.1 蒸汽压压缩机的的热泵原原理2222.1.2 MVRR系统的的流程及及原理2242.1.3 MMVR蒸蒸发的数数学模型型252.2 水体体系下的的计算与与理论分分析2882.2.1 MMVR系系统的理理论计算算282.2.2 MMVR系系统的节节点分析析292.3 MVRR流程模模拟的工工艺优化化322.3.1 二次蒸蒸汽流量量的灵敏敏度分析析332.3.2 补

27、充水水的灵敏敏度分析析342.3.3 压压缩机功功率灵敏敏度分析析342.3.4 能效比比的灵敏敏度分析析352.4 本章章小结336第三章蒸蒸发量为为1500kg/h的MVRR实验平平台的建建立3773.1主主体单元元结构设设计3773.1.1压缩缩机选型型与功率率计算3373.1.2蒸发发器的设设计计算算403.1.3 气气液分离离器直径径和高度度计算4483.2 MVRR系统相相关设备备的选型型设计5503.2.1 容容器储罐罐的设计计513.2.2 预预热器的的选型与与计算5533.2.3 仪仪表及管管道阀门门的设计计543.2.4 MMVR系系统设备备一览表表553.3 MVRR实验

28、测测试与分分析5773.3.1 实实验流程程与操作作573.3.2 实实验参数数的检测测与测试试方法5583.3.3 实实验结果果与讨论论593.3.4 中中试结果果的能耗耗分析6623.4 本章小小结655第四章蒸蒸发量为为10000kgg/h的的MVRR系统设设计与节节能分析析664.1 工业业级MVVR系统统的设计计664.1.1 产品特特性与处处理要求求664.1.2 MVRR系统处处理发酵酵废液的的设计方方法6774.1.3 蒸蒸发量为为10000kgg/h的的MVRR系统工工况计算算694.1.4 MVRR系统的的自控方方案7004.2 MVVR系统统的能耗耗分析7724.2.1

29、蒸蒸发量为为10000kgg/h的的三效蒸蒸发器能能耗估算算724.2.2 蒸发量量为10000kkg/hh的MVRR系统能能耗估算算734.2.3 MVRR系统的的经济效效益和能能源效益益734.3 本章章小结774第五章总总结与展展望7555.1 主要结结论7555.2 本文创创新点7765.3 课题展展望766参考文献献78附录844成果866致谢877硕士学位论文第一章绪绪论1.1 课题背背景1.1.1能源源与环境境的严重重形势工业革命命以来，世世界经济济的快速速发展受受益于化化石能源源，集中中体现于于石油、煤煤炭、核核能和天天然气等等能源的的开发与与应用。然然而以化石石能源作作为经济

30、济资源载载体将迅迅速的消消耗殆尽尽，世界石石油储量量支撑不不到600年，煤煤炭供应应也就1150年年左右，天天然气储储备到221世界界下半叶叶也将宣宣告枯竭竭。核能能的利用用率虽然然很高，但但以每年年6万吨铀铀金属的的开采量量为算，也也只能维维持到221世纪纪40年代代初，核核聚变能能在500年之内内还不能能得到普普遍应用用。化石石能源链链的断裂裂，势必带来来全球性性经济危危机和加加剧能源源争夺的的冲突11。因因此进入入21世纪纪以来，能能源短缺缺问题和和气候条条件的恶恶化是制制约经济济发展的的关键因因素，同同时环境境污染的的不可逆逆性变化化和可再再生能源源的稀少少短缺让让世界各各国对能能源与

31、环环境问题题格外的的重视。今今后几十十年甚至至更长一一段时间间内，世世界仍将将以化石石能源作作为主要要的经济济发展载载体，可可再生能能源的开开发与发发展将变变成世界界能源格格局中的的重要支支柱。目前，新新兴经济济体是全全球能源源消耗的的主要贡贡献者，尤尤其是拥拥有众多多人口、经济实实力仍然然薄弱、总体生生活水平平不高、正在一一心一意意谋发展展的中国国来说，对对能源的的需求消消耗日益益增加。据统计计中国占占全球能能源消耗耗增量的的71%，中国国人口众众多，人人均能源源消耗水水平占世世界前列列。但由于我我国的科技实实力不够够强大，有有效能源源的利用用率仅占占28%，美国国的利用用率达到到51%，西

32、欧欧国家为为40%，与之之相比我我国能源源利用率率差距较大。中中国的煤煤炭贮备备虽然位位于世界界第三大大国，以以我国平平均每年年1.55亿吨煤煤的消耗耗量，预预测到220300年煤炭炭的消耗耗量将突突破455亿吨。我我国的油油气资源源相对匮匮乏，石石油和天天然气的的尚且可可采储量量约占全全球份额额的1.3%，20111年全全球约22/3石石油交易易增长量量来源于于中国，而而中国在在石油交交易市场场中净进进口量增增长占113%，而而美国的的石油净净进口量量与20005年年的最高高峰相比比降低了了29%。我国国的能源源供求关关系将十十分紧张张，形势势不容乐乐观22, 33。能源大量量消耗的的同时，

33、环境承受力相应增大。化石能源燃烧产生大量的二氧化碳是大气温室效应的主要破坏者，煤烟的大量排放还会产生一些次生灾害，其中包括城市环境、河流水体污染等。随着现代文明的进程和工业的发展，煤的应用和开发仍然在节节攀升，中国是世界上二氧化碳（CO2）排放量最大的国家，在一次能源利用中，煤炭消耗所产生的环境污染是相当严重的。我国的水水资源污污染也相相当严重重，每年污水水排放量量达6000亿吨吨，其中中工业废废水所占占比例高高达666%。经经过处理理后排放放的废水水中有770%来来自于工工业废水水以及110%的的生活污污水，其其余的废废水都是是直接流流入江海海湖泊之之中，导导致严重重的水体体恶化，甚甚至部分

34、分有毒废废水直接接影响着着居民的的生活用用水。目目前，有有86%的城市市河流在在一定程度度上受到到了污染染，淮河河等淡水系已已经遭到到不同程程度的破破坏。我我国领域域的淡水水量仅占占不到世世界的110%，人人均用水水量不到到世界水水平的11/4，作作为一个个贫水国国，水体体的严重重污染不不仅加剧剧了水源源的供求求矛盾，对国民经济的发展也影响巨大。随着近几几十年经经济的快快速发展展，中国国对能源源的需求求量和对对环境变变化的作作用上都都越来越越大，世世界各国国都愿意意同中国国建立能能源合作作伙伴，加加强能源源的利用用效率。同同时中国国对全球球环境问问题上态态度也十十分明确确，20009年年我国就

35、就提出了了待到220200年CO2的排放放量相对对于20005而而言至少少要降低低40%的目标标。中国国是近年年来推进进节能减减排力度度最大的的国家之之一。20111年以以来中国国政府先先后出台台了节节能减排排“十二五五”规划以以及“十二五五”节能环环保产业业发展规规划等等相关文文件，充充分体现现了我国国对环境境问题的的高度重重视33。低碳经济济是当今今世界性性的潮流流，其核核心就是是低碳能能源技术术。在低低碳经济济下的中中国能源源所涉及及到的技技术层面面有：（1）节能减排，最大限度的利用化石能源。（2）调整能源结构以及相关的产业结构，促进能源结构向低碳能源技术方向发展4。1.1.2 余余热回

36、收收的意义义中国是能能源相对对匮乏的的国家，在在发展经经济的过过程中需需要借鉴鉴发达国国家的经经验来克克服能源源瓶颈问问题，重重视能源源导向性性利用，实实现能源源利用效效益的最最大化。其其中工业业生产过过程中产产生的余余热是十十分有用用的资源源，很多多企业由由于技术术问题将将低温的的余热直直接排放放到环境境里了。大大量工业业废热的的集中排排放不仅仅是一种种能源的的浪费并并且对环环境造成成不同程程度的污污染，例例如，火火电厂烟烟囱里的的烟气温温度很高高，而且且还伴有有SO2、CO2等有毒毒害的气气体。在在生物和和化工行行业中，蒸蒸发浓缩缩是一道道十分耗耗能的单单元操作作，此操操作过程程中产生生较

37、多的的二次蒸蒸汽，若若直接排排放不仅仅浪费了了蒸汽的的潜热而而且部分分物料也也随着二二次蒸汽汽一同流流出系统统外对环环境造成成一定的的污染。其其中我国国工业只只有300%左右右的余热热得到回回收并循循环利用用，其余余的热量量基本上上当成废废热被排排掉了，因因此废热热的循环环利用和和余热的的回收是是节能减减排的重重要环节节之一，也也是降低低污染、减减少生产产成本、提提高社会会经济效效益的必必要措施施。从各个行行业对能能源的利利用情况况来说，化化工类和和生物工工程类传传统企业业在能源源的消耗耗和系统统余热的的浪费上上还是相相当严重重的。很很多化工工类企业业都配备备高压蒸蒸汽锅炉炉，诸如如蒸发体体系

38、、干干燥体系系、灭菌菌体系以以及升温温加热体体系等都都需要蒸蒸汽作为为热源5。一一般生产产工艺所所需的蒸蒸汽压力力相对较较低，常常常需要要节流降降压或通通过减压压阀降低低蒸汽压压力，此此过程中中白白浪浪费了许许多有效效热能；干燥过过程中热热送风携带带的热量量也不容容小觑；尤其是是蒸发结结晶过程程中产生生大量的的二次蒸蒸汽，此此二次蒸蒸汽具有有很高的的冷凝潜潜热，往往往由于于利用不不当被冷冷却水降降温后排排入环境境中造成成能源的的利用率率低。工工艺生产产过程中中时刻伴伴有吸热热和放热热的现象象，因所所采取的的的设备备也是各各式各样样，行业业内也很很难规定定统一热热量利用用标准6, 7。仅仅以工业

39、业低温蒸蒸汽的余余热资源源利用来来说，相相同的热热量值在在不同的的温度下下实际可可利用的的价值也也是大相相径庭，低低温蒸汽汽意味着着其热量量的品位位越低，可可利用的的范围局局限性也也就越大大。因此此如何将将低温低低压蒸汽汽的利用用率达到到最大化化是走节节能路线线的重要要导向8。总体来说说，我国国人均能能源比例例十分贫贫瘠，而而国民经经济的增增长又离离不开能能源。科科学发展展观以及及如何构构建节约约型社会会既是政政治口号号，也是是对我国国实体企企业的发发展提出出了要求求，合理理利用能能源以及及节能减减排是有有利于国国家和社社会的长长治久安安。目前前工业余余热涉及及的面广广，余热热的品位位等级也也

40、是参差差不齐，是是值得大大力推广广和利用用的有效效二次能能源，我我国应当当把工业业余热的的回收和和循坏利利用作为为主要的的节能方方向99。1.1.3 蒸发工工艺的应应用与发发展通过对稀稀溶液进进行加热热沸腾使使大量的的挥发性性溶剂吸吸热汽化化，从而而达到对对其中不不易挥发发的溶质质进行浓浓缩，在在此过程程得到浓浓缩液产产品或获获取挥发发性溶剂剂的过程程叫做蒸蒸发。蒸蒸发的本本质就是是将挥发发性的溶溶剂与难难挥发性性的溶质质进行物物理层面面上分离离，因此此蒸发是是很多工工业生产产中必不不可少的的步骤。蒸蒸发工艺艺广泛应应用于化化工行业业、废水水处理、海海水淡化化、发酵酵产品提提纯以及及乳制品品的

41、生产产等。例例如氯化化铵作为为肥料生生产时，需求量量大应用用面广，其其生产工工艺即可可采用蒸蒸发-冷却耦耦合结晶晶并最终终得到需要要的粉末末状固体体100；造造纸工业业也是一一个高能能耗、投投资大并并对环境境有严重重污染的的行业，造造纸产生生的黑液液作为一一种工业业废水需需要蒸发发浓缩后后回收利利用或集集中处理理111；从从海水中中分离出出淡水的的技术和和方法称称为海水水淡化，海海水淡化化是解决决水资源源匮乏的的有效途途径并日日益受到到各国的的重视，其其中采用用低温蒸蒸发是较较为广泛泛采用的的方法和和手段12。很多多生物发发酵制品品在得到到纯品前前都需要要对发酵酵液进行行蒸发浓浓缩处理理，氨基

42、基酸的生生产过程程就是典典型的例例子，生生物制品品需要保保持一定定的生物物活性，适适当的蒸蒸发方式式既可以以保持其其活性也也能将产产品浓缩缩提纯13；乳制制品的生生产工艺艺同样离离不开蒸蒸发操作作，从牛牛乳到奶奶粉的过过程中务务必要将将其中大大部分的的水分除除去，然然后才能能喷雾干干燥处理理。因此此在相关关的食品品行业中中，蒸发发作为一一个重要要的单元元操作是是衔接原原料与成成品之间间有效的的处理手手段114。在工业生生产过程程中，完完成蒸发发工艺主主要依靠靠于蒸发发设备。对于不断创新和进步的工业技术，蒸发设备也在不断的发展和完善，而且种类众多，结构差异较大。其分类方法有所不同：（1）按操作分

43、类，分别有单效蒸发器、多效蒸发器、多效多级闪蒸式蒸发器、热泵喷射式蒸发器以及蒸汽压缩式蒸发器等；（2）按操作流程分类，有自然循环式、强制循环式、间歇式以及连续式操作。（3）根据结构上加热部分的不同，可分为管状和非管状蒸发器。（4）按照料液蒸发过程是否成膜，可分为膜式蒸发器和非膜式蒸发器。其中非膜式循环蒸发器的特点料液在蒸发器内部连续往返运动，以强化传热效率，主要缺点是料液的停留时间长，加热温度高，加热室内存留量多，不适应处理对温度敏性的物质。膜式蒸发器是通过特殊的结构使得溶液一次性受热浓缩就可以达到所需的浓度，而且停留时间仅为几秒或十几秒左右，料液蒸发过程中成膜流动传热效果最佳。该膜式蒸发器根

44、据成膜方向的不同又可分为升膜式蒸发器及降膜蒸发器，升膜蒸发器是有单根或多根垂直加热管位于加热室内，经过预热后接近沸点或达到沸点的料液从加热的下部注入管内，在二次蒸汽快速上升带动的作用下，溶液顺着加热管的壁面呈现薄层的液膜状流动并不断的蒸发，当料液到达顶部的分离装置时，就可达到所需的浓缩浓度。降膜蒸发器的成膜原理与升膜蒸发器相似，料液是从蒸发器顶部流入，在重力的作用下溶液随着加热管壁面成膜向下流动并不断的蒸发水分，此类蒸发器对成膜的要求相对较高故需要加工精度较高的液体分布器。降膜蒸发器在处理粘度和浓度较大的溶液时效果较好15-17。1.2 MVRR蒸发技技术的研研究现状状在目前能能源紧缺缺的大环

45、环境下，国国家也一一直倡导导节能减减排、绿绿色生产产的科学学发展方方式。各各种企业业和工厂厂都在需需求一种种高效节节能的生生产模式式，其中中蒸发浓浓缩阶段段作为化化工生产产过程高高耗能的的工序之之一，蒸蒸发工艺艺也一直直处于不不断的探探索和升升级中。单单从蒸汽汽的利用用效率角角度，蒸蒸发工况况先后经经历了单单效蒸发发技术、多多效蒸发发技术、蒸蒸汽喷射射压缩蒸蒸发技术术和机械械蒸汽再再压缩技技术，其中机机械蒸汽汽再压缩缩技术在在行业内内简称为为MVRR热泵技技术118。近近年来我我国政府府考虑到到能源价价格问题题以及遵遵循可持持续发展展的理念念，先后后在 20007和和 20010年年将MVRR

46、技术列列为国家家大力鼓鼓励和支支持发展展的节能能环保设设备119, 20。1.2.1 MMVR蒸蒸发系统统简介MVR蒸蒸发技术术是一种种既节能能又环保保的技术术，此技技术的核核心就是是充分反反复利用用蒸发系系统内产产生的二二次蒸汽汽，进而而减少甚甚至不用用外源蒸汽的一种形形式。其其具体的的实施过过程就是是将蒸发发料液吸吸热沸腾腾产生的的二次蒸蒸汽经过过气液分分离器的的分离和和纯化后后吸入蒸蒸汽压缩缩机内（一一般压缩缩的介质质是饱和和水蒸气气），经经过压缩缩机的压压缩作用用，蒸汽汽的温度度、压力力以及热热焓均有有所提高，变成高高品位的的蒸汽，此此蒸汽又又可直接接作为加加热热源源对蒸发发溶液加加热

47、。压压缩蒸汽汽在加热热管道内内冷凝成成冷凝水水并释放放大量的的冷凝潜潜热供料料液吸热热并再次次产生新新的二次次蒸汽，如如此一来来便可源源源不断的的循环蒸蒸发，一一旦系统统稳定运运行后，便便可撤出出外源蒸汽汽或者只只需要补补充少量量的蒸汽汽即可。MVR作作为一个个蒸发体体系，是是一个相相对封闭闭的内循循环系统统。根据据蒸发产产品的要要求不同同以及工工艺条件件多变性性，MVVR具体体的结构构和设备备组成略略有差异异，但从从MVRR运行的的原理角角度上来来说，主主要由预预热器、蒸蒸发器、气气液分离离器、蒸蒸汽压缩缩机、真真空泵以以及清洗洗系统等等相关附附属设备备组成，其其中蒸汽汽压缩机机和蒸发发器是MMVR系系统的核核心组件件211。1.2.1.11 预热热器由于MVVR系统统稳定运运行的前前提是达