MVR蒸發(fā)含鹽有機廢水過程中沸點升高研究

仲 濤，張東洋，沈光波，肖華明，倪偉泓，夏江兵

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MVR蒸發(fā)含鹽有機廢水過程中沸點升高研究

仲 濤，張東洋，沈光波，肖華明，倪偉泓，夏江兵

（常州光輝生物科技有限公司，江蘇 常州 213164）

在MVR系統(tǒng)設(shè)計中料液的沸點升高作為一項關(guān)鍵數(shù)據(jù)來進行操作。沸點升高直接關(guān)系著各效的料液質(zhì)量濃度的分配及蒸發(fā)器換熱面積的計算。對含鹽有機廢水蒸發(fā)過程中沸點升高及在不同的蒸發(fā)溫度下濃縮相同倍數(shù)時沸點升高的變化情況進行了研究。結(jié)果表明隨著蒸發(fā)倍數(shù)的增加料液的沸點升高逐漸增加，而且隨著系統(tǒng)蒸發(fā)溫度的升高溶液的沸點升高也在逐漸增加。

含鹽有機廢水；MVR設(shè)計；沸點升高；蒸發(fā)溫度

MVR是機械式蒸汽再壓縮技術(shù)（mechanical vapor recompression ）的簡稱，是用蒸發(fā)系統(tǒng)自身產(chǎn)生的二次蒸汽及其能量，經(jīng)蒸汽壓縮機壓縮做功，提升二次蒸汽的熱焓值，經(jīng)過加熱的蒸汽再次用來蒸發(fā)系統(tǒng)的物料，產(chǎn)生冷凝水循環(huán)預熱物料。如此循環(huán)向蒸發(fā)系統(tǒng)提供熱能[1]。MVR相較于傳統(tǒng)的多效蒸發(fā),是一種高效、節(jié)能的技術(shù)，相比傳統(tǒng)工藝大大降低了碳排放，使經(jīng)濟發(fā)展更環(huán)保更綠色[2]。由于可以在很低的溫度下進行蒸發(fā)操作，從而可以對熱敏性的物料進行低溫蒸發(fā)，有利于保護產(chǎn)品本身的穩(wěn)定性。

本文討論了在不同蒸發(fā)壓力條件下濃縮到相同倍數(shù)的物料沸點升高的變化，并與理論計算進行比較，驗證實驗的準確性。溶液的沸點升高主要與溶液的類別、組成及操作壓力有關(guān)，一般由實驗測定。有時蒸發(fā)操作在加壓或減壓條件下進行，因此必須求出各種組分的容易在不同壓力下的沸點升高，當缺乏實驗數(shù)據(jù)時，可以用下式先估算出沸點升高值，

即 ?′=?′

式中:?′—常壓下由于蒸發(fā)壓力下降而引起的沸點升高（即溫度差損失）;

?′—操作壓力下由于溶液蒸汽壓下降而引起的沸點升高,℃;

—校正系數(shù)量綱為1，其經(jīng)驗計算式為:

=0.0162（′+273）2/′

′—操作壓力下二次蒸汽的溫度,℃;

′—操作壓力下二次蒸汽的汽化熱,kJ/kg。

1 試驗部分

1.1 試驗物料

試驗所需物料為本廠的一種含鹽有機廢水，其主要參數(shù)如表1所示。

表1 含鹽有機廢水主要組分

1.2 試驗裝置

本試驗蒸發(fā)系統(tǒng)裝置為公司自主研發(fā)，裝置設(shè)計為蒸發(fā)溫度55 ℃時的蒸發(fā)量為200 L/h。壓縮機裝有變頻器根據(jù)需要調(diào)整壓縮機的壓縮比，其中羅茨壓縮機為外購，其他主要部件均為根據(jù)設(shè)計要求自制。蒸發(fā)系統(tǒng)主要包括羅茨壓縮機、預熱器、蒸發(fā)器、氣液分離室、壓濾機、冷凝水罐、強制循環(huán)泵、進料泵、真空泵等主要設(shè)備[3]，試驗工藝流程如圖1所示，對應(yīng)的技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 試驗裝置主要設(shè)備數(shù)據(jù)一覽表

圖1 MVR蒸發(fā)工藝流程圖

2 試驗部分

由于設(shè)計的蒸發(fā)溫度為55 ℃，根據(jù)系統(tǒng)實際壓縮機的蒸發(fā)情況在保證蒸發(fā)壓縮機不喘振的情況下，采用了與設(shè)計的蒸發(fā)溫度55 ℃上下范圍相差4℃，每隔2 ℃選取一個數(shù)據(jù)作為實驗對象。先根據(jù)設(shè)定的工藝條件開啟真空泵，將系統(tǒng)的真空度抽到設(shè)定的所需蒸發(fā)溫度對應(yīng)的飽和水蒸氣的絕壓條件，然后開啟進料泵經(jīng)過預熱的物料進料蒸發(fā)。

各組試驗均以蒸發(fā)20倍停止蒸發(fā)，在氣液分離室內(nèi)做好標記，保證每組蒸發(fā)的倍數(shù)一樣。通過數(shù)顯的溫度計顯示蒸發(fā)過程中各溫度檢測點溫度的變化情況

3 結(jié)果與討論

如圖2中可以看出在蒸發(fā)過程中在鹽未達到飽和狀態(tài)析出來之前物料的沸點升高增加速率比較快，當鹽達到飽和狀態(tài)并析出來之后，沸點升高隨著濃縮倍數(shù)的增加沸點升高逐漸增大，但是增加的速率較緩慢，這是由于飽和氯化鈉在水中的溶解度是一定的，蒸發(fā)過程中不斷的由氯化鈉被壓濾機去除，所以由此判斷鹽析出來之后沸點升高的變化主要是由于物料中的少量有機物及甲酸鈉、乙酸鈉的影響導致料液的整體沸點升高變大。

圖2 蒸發(fā)溫度為55 ℃時沸點升高隨時間的變化情況

在料液濃縮相同倍數(shù)的情況下，隨著蒸發(fā)溫度的增加料液的沸點升高也逐漸變大，沸點升高的增大就意味著在MVR設(shè)計中要增加換熱器的換熱面積。同時如果要想得到同樣的蒸發(fā)量但是由于物料的熱敏性，不適合在高溫條件下蒸發(fā)，蒸發(fā)溫度的降低就需要增加壓縮機的壓縮比，隨著壓縮比的增加，壓縮比電耗增加，則在MVR設(shè)計中系統(tǒng)總傳熱面積就相應(yīng)減?。▓D3）。

圖3 蒸發(fā)溫度與沸點升高的關(guān)系

4 結(jié) 語

本課題對MVR系統(tǒng)中蒸發(fā)溫度的變化對沸點升高等數(shù)據(jù)的影響進行了研究。隨著MVR系統(tǒng)設(shè)計蒸發(fā)溫度的升高料液的沸點升高在變大。MVR蒸發(fā)在國內(nèi)近年來剛剛工業(yè)化普及，MVR對中國工業(yè)醫(yī)藥等行業(yè)涉及到液體蒸發(fā)的部分將帶來一次全方位的革新，低碳經(jīng)濟環(huán)保的經(jīng)濟才是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的最堅實的后盾[4]。關(guān)于MVR系統(tǒng)設(shè)計的細節(jié)內(nèi)容國內(nèi)還需要有很大的進步空間，對于各個參數(shù)的精確把握以及了解它們之間的相互關(guān)系為系統(tǒng)的設(shè)計提供重要的依據(jù)。

［1］ 高麗麗，張琳，杜明照．MVR蒸發(fā)與多效蒸發(fā)技術(shù)的能效對比分析研究[J]．現(xiàn)代化工，2012(10)：84-86．

［2］ 朱天松，攀春升. 機械蒸汽再壓縮（MVR）技術(shù)在淡鹽水濃縮中的應(yīng)用[J]. 蘇鹽科技，2013(4)：12-14.

［3］NarmineH.Aly,AdelK.El-Fiqi.Mechanical vapor compression desalination systems-a case study[J]. Desalination，2003，158：143-150.

［4］ 廖昌建，余良永，趙利民，等. 機械蒸汽再壓縮技術(shù)在石化廢水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J]. 當代化工，2015，44(10)：2443-2446.

Study on Boiling Point Elevation During Evaporation of Salt-containing Organic Wastewater by MVR

ZHONG Tao，ZHANG Dong-yang，SHEN Guang-bo，XIAO Hua-ming，NI Wei-hong，XIA Jiang-bing

(Changzhou Guanghui Biotechnology Co.Ltd., Jiangsu Changzhou 213164，China)

Feed liquid boiling point elevation in the MVR system design is a key datum. The boiling point elevation is directly related to calculation of the solid/liquid concentration distribution and evaporator heat transfer area. In this paper, boiling point elevation during evaporation of salt-containing organic wastewater was studied as well as the change of boiling point elevation at different evaporating temperature under the same concentration multiple. The results show that, the boiling point elevation of the liquid feed evaporation increases with gradual increasing of the multiple; and the boiling point elevation also increases with increasing of the evaporating temperature.

Salt-containing organic wastewater; MVR design; Boiling point elevation; Evaporating temperature

X 703

A

1671-0460（2016）06-1123-03

2016-04-26

仲濤（1985-）,男,江蘇省連云港市人,助理工程師,2008年畢業(yè)于常州大學制藥工程專業(yè),研究方向：從事環(huán)保技術(shù)工作。郵箱：qinaiyumeishi@163.com。