机械蒸汽再压缩原因

■ 单位能量消耗低

■ 因温差低使产品的蒸发温和

■ 由于常用单效使产品停留时间短

■ 工艺简单，实用性强

■ 部分负荷运转特性优异

■ 操作成本低

机械蒸汽再压缩机-设计与功能范围

用于气体压缩的机器是按照正位移原理或动力学原理来操作的。在正位移机器中，机器活动件将吸入室和压力室分隔开，操作室的体积减少而气体压力升高。在使用往复式压缩机的情况下，这样的过程通过气缸内活塞的运动来实现的。在动力式机器中，通过叶轮片高周速的旋转供给气体能量。气体首先被加速然后通过位于叶轮下游的扩散器减速。这样，高速度转化为压力能。根据流体通过叶轮的方向，将相关设备称为轴流、混流或离心式压缩机。最适用的压缩机类型取决于相关应用的操作条件。关键参数是需要达到的压升和待压缩蒸汽的流量。Π是最终压力p2与吸入压力p1的比值，定义为压缩比。由于蒸发装置经常是在真空范围内操作，加热表面负荷中等，温差小，所以通常采用离心式再压缩机。

动力式操作压缩机

混流式离心式

离心风机

单级离心压缩机

多级离心压缩机

1)低能耗、低运行费用;

2)占地面积小;

3)公用工程配套少，工程总投资少，

4)运行平稳，自动化程度高;

5)无需原生蒸汽;

6)由于常用单效使产品停留时间短

7)工艺简单，实用性强，部分负荷运转特性优异

8)操作成本低，可以在40℃以下蒸发而无需冷冻设备，特别适合于热敏性物料。

1)蒸发浓缩

2)蒸发结晶

3)低温蒸发

1)蒸发一吨水需要耗电为23-70度电;

2)可以实现蒸发温度17-40℃的低温蒸发，无需冷冻水系统。

MVR蒸发器，是英文mechanical vapor recompression的简称。mvr是重新利用它自身产生的二次蒸汽的能量，从而减少对外界能源的需求的一项技术。

二次蒸汽，经过压缩机的压缩，压力和温度得以升高，热焓随之增加，被送到蒸发器的加热室当作加热蒸汽即生蒸汽使用，使料液维持蒸发状态，而加热蒸汽本 身将热量传递给物料本身冷凝成水。这样，原来要废弃的蒸汽就得到了充分的利用，回收了潜热，又提高了热效率。

早在60年代，德国和法国已经成功的将该技术应用于化工、制药、造纸、污水处理、海水淡化等行业。

其工作过程是低温位的蒸汽经压缩机压缩，温度、压力提高，热焓增加，然后进入换热器冷凝，以充分利用蒸汽的潜热。除开车启动外，整个蒸发过程中无需生蒸汽。

多效蒸发过程中，蒸发器某一效的二次蒸汽不能直接作为本效热源，只能作为次效或次几效的热源。如作为本效热源必须额外给其能量，使其温度(压力)提高。蒸汽喷射泵只能压缩部分二次蒸汽，而mvr蒸发器则可压缩蒸发器中所有的二次蒸汽。

溶液在一个降膜蒸发器里，通过物料循环泵在加热管内循环。初始蒸汽用新鲜蒸汽在管外给热，将溶液加热沸腾产生二次汽，产生的二次汽由涡轮增压风机吸入，经增压后，二次汽温度提高，作为加热热源进入加热室循环蒸发。正常启动后，涡轮压缩机将二次蒸汽吸入，经增压后变为加热蒸汽，就这样源源不断进行循环蒸发。蒸发出的水分最终变成冷凝水排出。

由于成本原因，单级离心压缩机和高压风机被普遍用于机械蒸汽再压缩系统。因此下述说明是针对此类设计。离心压缩机是体积控制机器，即无论吸入压力多大，体积流率几乎保持恒定。而质量流量的变化与绝对吸入压力成比例。

单级离心压缩机的压缩循环描绘在焓熵图中。单级离心压缩机需要的动力:

例如:将来自蒸发器的饱和水蒸汽从吸入状态p1=1.9 bar, t1=119 ℃压缩到p2= 2.7 bar, t2=161℃(压缩比 Π= 1.4)。压缩循环沿着多变曲线1-2，蒸汽的比焓增加量Δhp。对于蒸汽的比焓h2，通过压缩机内效率(等熵效率)的等式:在此温度下，它进入到蒸发器的加热器。基于被吸入蒸汽的量，kg/hr。hp 单位多变(有效)压缩功，kJ/kg。hs 单位等熵压缩功，kJ/kg。

压缩机的等熵效率(内效率)除其他因素之外，单位多变压缩功 hp取决于多方指数κ和吸入气体的摩尔质量M，以及吸入温度和要求的压升。对于原动机(电动机、燃气机、涡轮机等)的实际耦合功率，考虑了更大的机械损耗余量。叶轮由标准材料制造的单级离心压缩机能够获得压缩因子1.8的水蒸汽压升，如果采用钛等更高质量的材料，压缩因子可高达2.5。这样一来，最终压力p2就是吸入压力p1的1.8倍，或最大2.5倍，这对应于饱和蒸汽温度升高约12-18K，最大温升可到30K，这取决于吸入压力。就蒸发技术而言，通常的做法是根据相应的水沸点温度来表示其压力。这样，有效温差就被直接表示出来。

机械蒸汽再压缩的原理

蒸发设备紧凑，占地面积小、所需空间也小。又可省去冷却系统。对于需要扩建蒸发设备而供汽，供水能力不足，场地不够的现有工厂，特别是低温蒸发需要冷冻水冷凝的场合，可以收到既节省投资又取得较好的节能效果。

MVR蒸发器不同于普通单效降膜或多效降膜蒸发器，MVR为单体蒸发器，集多效降膜蒸发器于一身，根据所需产品浓度不同采取分段式蒸发，即产品在第一次经过效体后不能达到所需浓度时，产品在离开效体后通过效体下部的真空泵将产品通过效体外部管路抽到效体上部再次通过效体，然后通过这种反复通过效体以达到所需浓度。

效体内部为排列的细管，管内部为产品，外部为蒸汽，在产品由上而下的流动过程中由于管内面积增大而使产品呈膜状流动，以增加受热面积，通过真空泵在效体内形成负压，降低产品中水的沸点，从而达到浓缩，产品蒸发温度为60℃左右。

产品经效体加热蒸发后产生的冷凝水、部分蒸汽和给效体加热后残余的蒸汽一起通过分离器进行分离，冷凝水由分离器下部流出用于预热进入效体的产品，蒸汽通过风扇增压器进行增压(蒸汽压力越大温度越高)，而后经增压的蒸汽通过管路汇合一次蒸汽再次通过效体。

设备启动时需一部分蒸汽进行预热，正常运转后所需蒸汽会大幅度减少，在风扇增压器对二次蒸汽加压的过程中由电能转化为蒸汽的热能，所以设备运转过程中所需蒸汽减少，而所需电量大幅增加。

产品在效体流动的整个过程中温度始终在60℃左右，加热蒸汽与产品之间的温度差也保持在5-8℃左右，产品与加热介质之间的温度差越小越有利于保护产品质量、有效防止糊管。

产品的浓缩度在50%左右时仅MVR蒸发器就能完成，当所需浓度为60%时则需安装闪蒸设备。

蒸发器某一效的二次蒸汽不能直接作为本效热源，只能作为次效或次几效的热源。如作为本效热源必须额外给其能量，使其温度(压力)提高。蒸汽喷射泵只能压缩部分二次蒸汽，而mvr蒸发器则可压缩蒸发器中所有的二次蒸汽。MVR蒸发器其工作过程是低温位的蒸汽经压缩机压缩，温度、压力提高，热焓增加，然后进入换热器冷凝，以充分利用蒸汽的潜热。

单级离心压缩机的压缩循环描绘在焓熵图中。单级离心压缩机需要的动力:

例如:将来自蒸发器的饱和水蒸汽从吸入状态p1=1.9 bar， t1=119 ℃压缩到p2= 2.7 bar，t2=161℃(压缩比 Π= 1.4)。压缩循环沿着多变曲线1-2，蒸汽的比焓增加量Δhp。对于蒸汽的比焓h2，通过压缩机内效率(等熵效率)的等式:在此温度下，它进入到蒸发器的加热器。基于被吸入蒸汽的量，kg/hr。hp 单位多变(有效)压缩功，kJ/kg。hs 单位等熵压缩功，kJ/kg。

压缩机的等熵效率(内效率)除其他因素之外，单位多变压缩功 hp取决于多方指数κ和吸入气体的摩尔质量M，以及吸入温度和要求的压升。对于原动机(电动机、燃气机、涡轮机等)的实际耦合功率，考虑了更大的机械损耗余量。叶轮由标准材料制造的单级离心压缩机能够获得压缩因子1.8的水蒸汽压升，如果采用钛等更高质量的材料，压缩因子可高达2.5。这样一来，最终压力p2就是吸入压力p1的1.8倍，或最大2.5倍，这对应于饱和蒸汽温度升高约12-18K，最大温升可到30K，这取决于吸入压力。就蒸发技术而言，通常的做法是根据相应的水沸点温度来表示其压力。这样，有效温差就被直接表示出来。

MVR蒸发器采用压缩机提高二次蒸汽的能量，并对提高能量的二次蒸汽加以利用，回收二次蒸汽的潜热。具体为:将蒸发器产生的二次蒸汽，通过压缩机的绝热压缩，使其压力、温度提高后，再作为加热蒸汽送入蒸发器的加热室，冷凝放热，因此蒸汽的潜热得到了回收利用。冷料在进入蒸发器前，通过热交换器吸收了冷凝水的热量，使之温度升高，同时也冷却了冷凝液和完成液，进一步提高热的利用率。

以浓缩工业废水为例:首先将工业废水沿着管道进入预热器，通过预热器，对工业废水进行预热处理。然后将预热过后的工业废水引入到蒸发器中，在蒸发器中，工业废水将被加热、蒸发、浓缩，最终，加热蒸汽冷凝形成的蒸馏水流到蒸馏水收集罐内，而二次蒸汽和浓缩液则一起进入汽液分离器中。在汽液分离器中，浓缩液和二次蒸汽分离，最终，浓缩液流入到浓缩液收集罐中，而分离出来的二次蒸汽则被导入到机械式压缩机内。在机械式蒸汽压缩机内，通过对二次蒸汽压缩、升温、升压，并引入到蒸发器中，然后对工业废水进行加热、浓缩、蒸发、蒸馏处理。最终，通过重复循环使用二次蒸汽，完成整个工业废水的处理过程，并实现工业废水处理和节省能源的双重目标。

mvr蒸发器溶液在一个降膜蒸发器里，通过物料循环泵在加热管内循环。初始蒸汽用新鲜蒸汽在管外给热，将溶液加热沸腾产生二次汽，产生的二次汽由涡轮增压风机吸入，经增压后，二次汽温度提高，作为加热热源进入加热室循环蒸发。正常启动后，涡轮压缩机将二次蒸汽吸入，经增 压后变为加热蒸汽，就这样源源不断进行循环蒸发。蒸发出的水分最终变成冷凝水排出，从蒸发器出来的二次蒸汽，经压缩机压缩，压力、温度升高，热焓增加，然后送到蒸发器的加热室当作加热蒸汽使用，使料液维持沸腾状态，而加热蒸汽本身则冷凝成水。这样，原来要废弃的蒸汽就得到了充分的利用，回收了潜热，又提高了热效率，生蒸汽的经济性相当于多效蒸发的30效。为使蒸发装置的制造尽可能简单和操作方便，经常使用单效离心再压缩器，也可以是高压风机或透平压缩器。这些机器在1:1.2到1:2压缩比范围内其体积流量较高。对于低的蒸发速率，也可用活塞式压缩机、滑片压缩机或是螺杆压缩机。

由于成本原因，单级离心压缩机和高压风机被普遍用于机械蒸汽再压缩系统。因此下述说明是针对此类设计。离心压缩机是体积控制机器，即无论吸入压力多大，体积流率几乎保持恒定。而质量流量的变化与绝对吸入压力成比例。