顧承真，閔兆升，洪厚勝，2

（1南京工業(yè)大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院，江蘇 南京 211816；2南京匯科生物工程設(shè)備有限公司，江蘇 南京 210009）

機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)系統(tǒng)的性能分析

顧承真1，閔兆升1，洪厚勝1，2

（1南京工業(yè)大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院，江蘇 南京 211816；2南京匯科生物工程設(shè)備有限公司，江蘇 南京 210009）

機(jī)械蒸汽再壓縮（MVR）蒸發(fā)系統(tǒng)是一種新型高效節(jié)能蒸發(fā)技術(shù)。它有多個單元設(shè)備組成，每個操作節(jié)點(diǎn)的控制都對系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和節(jié)能效率至關(guān)重要，其中包括進(jìn)料溫度、蒸發(fā)壓強(qiáng)、蒸汽壓縮比、冷凝液溫度等。若操作條件不當(dāng)，不僅會大大降低蒸發(fā)效率而且會對設(shè)備和管路造成損害。本文建立了一套充分利用能源的MVR蒸發(fā)工藝流程，并通過理論分析對每個操作節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了質(zhì)量和能量衡算，同時利用Aspen Plus模擬軟件建立了系統(tǒng)的流程模擬圖。通過對操作單元的變量控制，研究了循環(huán)蒸汽量、補(bǔ)充水的量與進(jìn)料溫度、冷凝液溫度、蒸汽壓縮比以及蒸發(fā)壓強(qiáng)等之間的變化關(guān)系。由數(shù)據(jù)分析可得：原料在飽和液體時進(jìn)料最佳，冷凝液的溫度應(yīng)保持與蒸發(fā)溫度的有效溫差在5～8 ℃時較好，壓縮機(jī)的蒸汽壓縮比控制在1.8～2.2較為合理。同時可利用冷凝液和濃縮液的余熱對原料預(yù)熱，補(bǔ)充水也可從冷凝液中直接取用。

機(jī)械蒸汽再壓縮；Aspen Plus模擬；性能分析

機(jī)械蒸汽再壓縮（MVR）蒸發(fā)技術(shù)是繼多效蒸發(fā)技術(shù)、蒸汽噴射壓縮技術(shù)之后的第三代節(jié)能蒸發(fā)技術(shù)[1-2]。目前MVR蒸發(fā)系統(tǒng)已經(jīng)成功地應(yīng)用于海水淡化[3-5]、中草藥濃縮[6]、化工污水處理[7-8]、食品工業(yè)中產(chǎn)品的濃縮結(jié)晶[9]等相關(guān)領(lǐng)域并取得了顯著的節(jié)能效果。當(dāng)今世界能源極其匱乏，大力倡導(dǎo)開發(fā)高效、節(jié)能減排的化工單元設(shè)備是未來工業(yè)化發(fā)展的趨勢。

MVR蒸發(fā)系統(tǒng)主要由蒸發(fā)室、氣液分離器、蒸汽壓縮機(jī)、換熱器、真空泵及附屬設(shè)備組成，其中主體設(shè)備就是壓縮機(jī)和蒸發(fā)室。壓縮機(jī)選用離心壓縮機(jī)，蒸發(fā)室選用單效降膜蒸發(fā)器，是目前工業(yè)應(yīng)用生產(chǎn)的主體趨勢。它們具有如下優(yōu)勢[10-12]：①單效降膜蒸發(fā)工藝物料停留時間短，濃縮程度高，連續(xù)化作業(yè)時較穩(wěn)定；②降膜蒸發(fā)器常處于一定的真空條件，適合熱敏性物料的蒸發(fā)，低溫蒸發(fā)更溫和，耗能低；③離心式壓縮機(jī)與羅茨壓縮機(jī)相比，有流量大、噪聲小、運(yùn)行成本低、沒有串油及漏氣的顧慮等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)有MVR系統(tǒng)中使用的氣液分離器多為離心式的，它主要是依靠氣液密度的不同在離心力的作用實現(xiàn)氣液分離[13]。換熱器主要是為了對原料進(jìn)行預(yù)熱和對冷凝液等余熱的充分利用，工業(yè)上常使用板式換熱器[14]。真空泵的選擇和設(shè)計也是MVR蒸發(fā)體系一個重要的環(huán)節(jié)，不僅要排除蒸發(fā)體系中的不凝氣體，還要維持系統(tǒng)有一定的真空度，對于蒸發(fā)量較大的工況還可以多臺真空泵聯(lián)合使用。目前工業(yè)上普遍采用水環(huán)真空泵抽真空[15]。MVR蒸發(fā)技術(shù)的基本原理就是將蒸發(fā)室內(nèi)的二次蒸汽通過壓縮機(jī)的壓縮，產(chǎn)生高溫高壓的壓縮蒸汽，之后重新作為蒸發(fā)室的加熱熱源。因此，二次蒸汽得到有效的利用，蒸發(fā)效率大大提高。MVR蒸發(fā)技術(shù)與傳統(tǒng)的多效蒸發(fā)器相比，節(jié)能效率達(dá)到30%～70%[16-17]。

MVR蒸發(fā)技術(shù)目前在國內(nèi)仍處于研究和工業(yè)試運(yùn)行階段，仍有很多技術(shù)問題有待解決。

（1）以羅茨壓縮機(jī)驅(qū)動的MVR蒸發(fā)系統(tǒng)因其壓縮的蒸汽流量小不適合工業(yè)化大生產(chǎn)應(yīng)用，離心壓縮機(jī)將會逐漸取代羅茨壓縮機(jī)在MVR蒸發(fā)體系中的應(yīng)用[18]。但離心式壓縮機(jī)在驅(qū)動MVR運(yùn)行時，葉輪是處于高速旋轉(zhuǎn)的，對壓縮機(jī)的機(jī)械密封和機(jī)械強(qiáng)度等都提出了更高的要求。目前國內(nèi)的企業(yè)在使用離心機(jī)驅(qū)動MVR時，離心壓縮機(jī)主要是從國外進(jìn)口，國產(chǎn)的離心壓縮機(jī)在性能指標(biāo)和穩(wěn)定性上需要繼續(xù)研究和開發(fā)[19-21]。

（2）高效的氣液分離器也是MVR蒸發(fā)技術(shù)中一個關(guān)鍵的單元設(shè)備。普通的氣液分離器在分離的二次蒸汽中會夾帶一定的溶質(zhì)和液體水滴，但在MVR蒸發(fā)技術(shù)中得到的二次蒸汽需要通過離心壓縮機(jī)的壓縮，蒸汽中即使攜帶少量的液體，也會降低蒸汽的壓縮效率，而且會對壓縮機(jī)的葉輪造成沖擊以致?lián)p壞[22]。因此，開發(fā)新型高效的氣液分離設(shè)備也是值得研究的課題之一。

（3）二次蒸汽通過壓縮機(jī)的壓縮，往往具有一定的過熱度，但過熱的蒸汽不能直接用在蒸發(fā)器中換熱，因為過熱的蒸汽不僅會降低傳熱效率，而且會對管道和設(shè)備造成極大的損壞[23]。因此，如何將壓縮后的過熱蒸汽先變成飽和蒸汽，也是MVR蒸發(fā)技術(shù)中不可或缺的操作之一。

由于MVR蒸發(fā)技術(shù)中有許多控制節(jié)點(diǎn)，包括料液的溫度、蒸發(fā)壓強(qiáng)、蒸汽的壓縮比以及冷凝水溫度等，都對MVR蒸發(fā)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和節(jié)能優(yōu)化有重要的關(guān)聯(lián)。本文主要是通過軟件模擬和理論分析對每個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制變量，分析得出最佳的節(jié)點(diǎn)操作控制。而且很多文獻(xiàn)[16-18，24]在對MVR系統(tǒng)進(jìn)行能量衡算和工業(yè)試驗的描述中都沒有考慮消除過熱蒸汽時需要補(bǔ)充水的量，文中則從理論和流程模擬結(jié)果上闡述補(bǔ)充水的量與蒸汽壓縮比、蒸發(fā)壓強(qiáng)之間的關(guān)系。

本文主要是從理論上進(jìn)行計算和分析，在模型設(shè)計時以水作為工質(zhì)，忽略蒸發(fā)壓強(qiáng)對溶液沸點(diǎn)的影響。有機(jī)分子的稀溶液在蒸發(fā)濃縮過程中，溶液的沸點(diǎn)受到蒸發(fā)壓強(qiáng)的影響較小，因此，本文構(gòu)造的模型可供牛奶乳品工業(yè)、中草藥濃縮等領(lǐng)域作為參考。但對于離子型化合物的濃溶液在蒸發(fā)過程中，蒸發(fā)壓強(qiáng)對溶液的沸點(diǎn)影響較大，不可以簡單地以水來代替，需要重新構(gòu)建離子溶液模型，本文暫不說明。

1 MVR蒸發(fā)系統(tǒng)分析

1.1 工藝流程

圖1所示的是MVR蒸發(fā)體系的工藝流程。開機(jī)運(yùn)行時，料液由給料泵依次通過換熱器1和換熱器2到達(dá)蒸發(fā)室內(nèi)，此時的熱源是從外部輸入的新鮮蒸汽，通過新鮮蒸汽入口到達(dá)蒸發(fā)室的殼程中冷凝放熱；蒸發(fā)室管程內(nèi)的料液吸收來自蒸汽的冷凝潛熱后，料液沸騰產(chǎn)生氣液混合物，氣液混合物隨著管子向下流動的過程中氣液逐漸分離，到達(dá)蒸發(fā)室底部時，氣體被引入到氣液分離器中，二次蒸汽從氣液分離器的上端通過管道輸送到離心壓縮機(jī)的入口處，在離心壓縮機(jī)的強(qiáng)作用下，蒸汽變成高溫高壓的高品位蒸汽，同時從凝水泵中抽取一定的補(bǔ)充水消除此時蒸汽的過熱度。被飽和的蒸汽此時作為熱源進(jìn)入蒸發(fā)室的殼程進(jìn)行冷凝放熱，得到的冷凝液通過換熱器1對料液進(jìn)行初步預(yù)熱，最后通過凝水泵打入凝水罐。與此同時，從蒸發(fā)室出來的濃縮液仍具有一定的液體熱，通過換熱器2再次對料液預(yù)熱，若濃縮液未達(dá)到濃縮要求，可以通過循環(huán)泵再次進(jìn)入蒸發(fā)室內(nèi)進(jìn)行二次濃縮。當(dāng)MVR系統(tǒng)在運(yùn)行穩(wěn)定時，就可以關(guān)閉新鮮蒸汽的入口，之后系統(tǒng)便可自行完成蒸發(fā)濃縮過程。

圖1 MVR工藝流程

1.2 分析模型建立

Aspen Plus軟件具有較完備的單元操作模型，物性參數(shù)較為完善，能很好地校核系統(tǒng)操作過程中物料的質(zhì)量平衡和能量平衡[25]。本文主要研究不同的工況條件下，進(jìn)料溫度、蒸發(fā)室內(nèi)壓強(qiáng)、蒸汽壓縮比等對補(bǔ)充水分、循環(huán)蒸汽產(chǎn)生量以及能效比的影響。模擬計算時，由于水的物性參數(shù)全面方便計算而且工業(yè)上蒸發(fā)濃縮時多數(shù)是水溶液，具有一定的代表性，因此在模擬計算時物料均以水代替。分析模型（圖2）作如下幾點(diǎn)假設(shè)：①不考慮系統(tǒng)的散熱和蒸汽泄漏等因素的影響；②由于采用的是水體系模型，所以不用考慮溶液濃度變化對溶液沸點(diǎn)的影響；③Aspen Plus軟件不適合動態(tài)分析，故忽略作業(yè)開始時通入的蒸汽，以蒸發(fā)室產(chǎn)生的二次蒸汽作為初始條件，同時限制VAP1和VAP3的質(zhì)量流量、壓強(qiáng)和溫度，以實現(xiàn)物理意義上的循環(huán)；④對于蒸發(fā)室內(nèi)換熱，采用兩個換熱器（HEATER和COOLER）和熱流（heater steamer）的連接來完成，同時選擇閃蒸（Flash）模塊實現(xiàn)氣液分離[26]。

圖2 MVR流程模擬圖

2 理論分析與計算

假設(shè)進(jìn)料量為q0，溫度為Ts，壓強(qiáng)為Ps，由焓熵表軟件可查得此條件下的焓值h1。若產(chǎn)生的二次蒸汽量為qs，則其壓強(qiáng)為Ps，溫度為Ts，查表可得其焓值為hs。

將氣體在離心壓縮機(jī)內(nèi)的升溫加壓過程看成多變壓縮過程[27]，假設(shè)多變效率為ηpol，由式（1）可得多變指數(shù)m。其中k為絕熵指數(shù)，在進(jìn)氣參數(shù)已知時，可查表求得。

壓縮后的蒸汽壓強(qiáng)為Pd，由公式（3）可以得到過熱蒸汽的溫度為。查表可知此條件下的蒸汽焓值為hd為消除蒸汽過熱，設(shè)需補(bǔ)充定量水的質(zhì)量流量為qw，溫度為Tw，壓強(qiáng)為Pw，故其焓知值hw，查表可得在壓強(qiáng)Pd下的飽和蒸汽焓值has。

由能量守恒式（4）可求得補(bǔ)充水的質(zhì)量流量qw。

由于補(bǔ)充水的加入，將產(chǎn)生一定的副產(chǎn)飽和蒸汽，增大了系統(tǒng)的換熱能力。根據(jù)質(zhì)量守恒，把最終能夠全部用來冷凝換熱的蒸汽量稱為循環(huán)蒸汽量qt，見式（5）。

設(shè)冷凝水的溫度為Tc，由于其壓強(qiáng)也為Pd，可得到冷凝液的焓值為hc，故蒸汽冷凝過程放出的熱量Q為式（6）。

料液吸收熱量Q后沸騰蒸發(fā)，則可查到在此壓強(qiáng)（Ps）下的飽和液體的焓值為hq，設(shè)產(chǎn)生的二次蒸汽量為，由能量平衡式（7）可求得二次蒸汽的流量。

能效比cop見式（8）。

3 模擬結(jié)果與討論

蒸發(fā)室內(nèi)的壓力分別選擇Ps為30 kPa、50 kPa、70 kPa，蒸汽壓縮比ε為=1.2、1.4、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.6，取物料進(jìn)量為5000 kg/h，最初產(chǎn)生的二次蒸汽量為1000 kg/h。分別研究循環(huán)蒸汽產(chǎn)生的量、補(bǔ)充水的量與進(jìn)料溫度、冷凝溫度、蒸汽壓縮比以及蒸發(fā)壓強(qiáng)等之間的變化規(guī)律。

如圖3所示，當(dāng)進(jìn)氣壓強(qiáng)不變時，隨著進(jìn)料溫度的升高，產(chǎn)生的二次蒸汽量近似呈線性增大。而當(dāng)進(jìn)料溫度（未飽和）不變時，隨著進(jìn)料壓強(qiáng)的增大，產(chǎn)生的二次蒸汽的量依次減少。當(dāng)蒸汽提供熱量一定時，進(jìn)料的溫度越高，所攜帶的熱量就越多，物料至沸騰前所需的熱量就越少。因此用于物料汽化的熱量就越多，產(chǎn)生的二次蒸汽量也就越多。由圖3可知，當(dāng)進(jìn)料溫度過低時，產(chǎn)生的二次蒸汽量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于循環(huán)所需的蒸汽量，會導(dǎo)致系統(tǒng)工作很不穩(wěn)定。當(dāng)進(jìn)料溫度不變時，壓強(qiáng)越低，料液的沸點(diǎn)越低，物料至沸騰前的熱量越少，且壓強(qiáng)的變化對汽化潛熱影響較小，以至于用于物料汽化的熱量就越多。因此，蒸汽產(chǎn)生量隨進(jìn)料壓強(qiáng)的減少而增大。

所以，當(dāng)進(jìn)料溫度過低時，產(chǎn)生的循環(huán)蒸汽量也大大降低，熱平衡的建立也較為困難，需要補(bǔ)充的額外蒸汽也就越多。因此，在原料蒸發(fā)前需要一套完備預(yù)熱系統(tǒng)，保證料液達(dá)到蒸發(fā)壓強(qiáng)下的沸點(diǎn)溫度。為了充分利用能源，可以將冷凝液的余熱以及母液的余熱與原料進(jìn)行換熱。

如圖4所示，當(dāng)進(jìn)氣壓強(qiáng)不變時，隨著冷凝液的溫度升高，二次蒸汽的產(chǎn)生量略有降低。當(dāng)冷凝液的溫度不變時，進(jìn)氣壓強(qiáng)越大，產(chǎn)生的蒸汽量越多。冷凝液的溫度越低，其具有的熱焓值越小，在冷凝過程中蒸汽放出的熱量就越多。但由于蒸汽在冷凝放熱時，絕大部分的熱量都來自于冷凝潛熱，冷凝液溫度的變化對整個熱交換過程中影響較小，因此二次蒸汽的產(chǎn)生量變化不大。當(dāng)冷凝液溫度不變時，則蒸汽的換熱量一定，蒸發(fā)壓強(qiáng)越大，物料的汽化潛熱也就越小，產(chǎn)生的二次蒸汽量也就越多。而且蒸發(fā)壓強(qiáng)越大，壓縮后的過熱度就越大，需要補(bǔ)充的水分也就越多，繼而產(chǎn)生的蒸汽量也就越多。

因此，冷凝液的溫度越低，所產(chǎn)生的循環(huán)蒸汽量也就越多。為了保證有效的傳熱溫差，冷凝液的溫度需要高于蒸發(fā)溫度5～8 ℃，而且此時循環(huán)蒸汽的增加量不到5%，當(dāng)考慮熱損失和蒸汽泄漏時，可認(rèn)為能夠建立起完整的熱平衡。

圖3 循環(huán)蒸汽量與進(jìn)料溫度的關(guān)系

圖4 循環(huán)蒸汽量與冷凝液溫度的關(guān)系

由圖5可知，在進(jìn)氣壓強(qiáng)不變時，補(bǔ)充水隨著壓縮比的增大而增大。當(dāng)壓縮比不變時，補(bǔ)充水的量基本上不隨蒸發(fā)壓強(qiáng)的變化而變化。蒸發(fā)室壓強(qiáng)一定時，壓縮比越大，則壓縮蒸汽的過熱度越大，消除過熱所需的補(bǔ)充水也就越多。而在一定的壓縮比下，蒸發(fā)室壓強(qiáng)增大時，壓縮后蒸汽的過熱溫度略有增加，故消除過熱所需的補(bǔ)充水的量也略有增加，但差別不太。

圖5 補(bǔ)充水的量與蒸汽壓縮比的關(guān)系

因此，在有限的壓縮比內(nèi)，補(bǔ)充水的量是少量的，而且補(bǔ)充水的作用主要通過汽化吸熱來消除蒸汽的過熱，補(bǔ)充水的溫度高低對系統(tǒng)影響不大。故可以使用冷凝水作為補(bǔ)充水的水源。

由圖6中可知，進(jìn)氣壓強(qiáng)不變時，隨著壓縮比的增大，蒸汽換熱量近似線性增大，當(dāng)壓縮比不變時，吸氣壓強(qiáng)越小，蒸汽換熱量越大。

壓縮比越大，壓縮后的飽和溫度也越大，飽和蒸汽焓也相應(yīng)增大，同時由于壓縮比較大，使得蒸汽過熱度也較大，為了消除過熱，需要補(bǔ)充的水分也增大，所以總的蒸汽熱量是增大的。壓縮比不變時，進(jìn)氣壓強(qiáng)越小，壓縮后的飽和溫度越小，則汽化潛熱越大。又由圖5可知，壓縮比不變時，補(bǔ)充水的量基本上不隨進(jìn)氣壓強(qiáng)的變化而變化，所以總的換熱量是增大的。

由圖7中可知，進(jìn)氣壓強(qiáng)不變時，循環(huán)蒸汽的量隨著壓縮比的增大而增大，壓縮比不變時，進(jìn)氣壓力越小時，循環(huán)蒸汽的量越大。

在配有降膜式蒸發(fā)器的MVR中，蒸汽冷凝放出的熱量越多，則相應(yīng)產(chǎn)生的二次蒸汽也越多。又因為壓縮比越大，換熱量越大，所以產(chǎn)生的二次蒸汽量也就越多。壓縮比不變時，進(jìn)氣壓強(qiáng)越低，換熱量就越大，所以產(chǎn)生循環(huán)蒸汽的量越多。

由圖8可知，當(dāng)進(jìn)氣壓強(qiáng)不變時，能效比先是隨著壓縮比的增大而快速減小，隨后減小的速度變慢并逐漸趨于水平極限值。能效比與蒸發(fā)壓強(qiáng)的關(guān)系不大。壓縮比增大時，電動機(jī)消耗的功率是呈現(xiàn)線性增加的，而換熱量增大的速度是逐漸減少的，因此能效比的總體變化趨勢是減小的，并最終趨于極限值。

由圖6可知，換熱能力是隨著壓縮比的增大而增大的，但換熱量增加的范圍是很小的，考慮到壓縮的安全性和可操作性，應(yīng)該將壓縮比盡量降低；圖7中數(shù)據(jù)表明，當(dāng)壓縮比過小時，產(chǎn)生的循環(huán)蒸汽量偏小，在實際的運(yùn)行中會因蒸汽泄漏和熱量散失等原因造成系統(tǒng)的工作很不穩(wěn)定；由圖8可以看出，當(dāng)壓縮比增大時能效比逐漸降低，當(dāng)壓縮比大于2時，能效比下降的速度逐漸變緩，但此時能效比仍處于較高的值，綜合考慮，壓縮比選擇為2時較好，但由于工程應(yīng)用的復(fù)雜多變性，可將壓縮比控制的范圍左右各擴(kuò)大20%，因此，壓縮比控制在1.8～2.2之間較合適。

圖7 循環(huán)蒸汽量與壓縮比之間的關(guān)系

圖8 能效比與壓縮比之間的關(guān)系

4 結(jié) 論

通過Aspen Plus軟件對MVR蒸發(fā)系統(tǒng)的流程模擬分析，可以得出以下結(jié)論。

（1）為了保證MVR蒸發(fā)體系運(yùn)行的穩(wěn)定性，原料應(yīng)該預(yù)熱至飽和液體后再送到蒸發(fā)室內(nèi)。從節(jié)約能源的角度來說，冷凝水和濃縮液都可通過板式換熱對原料預(yù)熱。

（2）蒸發(fā)室殼程中的冷凝水應(yīng)保持與蒸發(fā)溫度的有效溫差在5～8 ℃。

（3）當(dāng)以離心壓縮機(jī)驅(qū)動MVR時，蒸汽壓縮比控制在1.8～2.2比較合理。

（4）蒸發(fā)壓強(qiáng)的大小對能效比和補(bǔ)充水量影響不顯著，但蒸發(fā)壓強(qiáng)小時，原料所需的預(yù)熱溫度較小，有利于減少換熱強(qiáng)度。工業(yè)生產(chǎn)時，蒸發(fā)壓強(qiáng)的高低還應(yīng)該考慮具體產(chǎn)品的熱敏性，當(dāng)工藝允許時，蒸發(fā)室應(yīng)該控制較大的真空度。

符 號 說 明

h1—— 原料液單位比焓，kJ/kg

has——飽和蒸汽的單位比焓，kJ/kg

hc——冷凝水的單位比焓，kJ/kg

hd——過熱蒸汽的單位比焓，kJ/kg

hs——二次蒸汽的單位比焓，kJ/kg

hw——補(bǔ)充水的單位比焓，kJ/kg

Pd——排氣壓強(qiáng)，kPa

Ps——蒸發(fā)壓強(qiáng)，kPa

Pw—— 補(bǔ)充水的壓強(qiáng)，kPa

Q—— 蒸發(fā)室內(nèi)總換熱量，kJ/h

q0—— 原料液的質(zhì)量流量，kg/h

qs—— 二次蒸汽的質(zhì)量流量，kg/h

q's—— 料液吸收壓縮蒸汽冷凝熱后再次產(chǎn)生蒸汽的量，kg/h

qt—— 循環(huán)蒸汽的質(zhì)量流量，kg/h

qw—— 補(bǔ)充水的質(zhì)量流量，kg/h

Rw—— 水蒸氣氣體常數(shù)，J/(kg·℃)

Tc—— 冷凝水的溫度，K

Td—— 壓縮后過熱蒸汽的溫度，K

Ts—— 料液在蒸發(fā)壓強(qiáng)下的飽和溫度，K

Tw—— 補(bǔ)充水的溫度，K

W0—— 離心壓縮機(jī)消耗的功率，kJ/h

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Performance analysis of mechanical vapor recompression evaporation system

GU Chengzhen1，MIN Zhaosheng1，HONG Housheng1，2
（1College of Life Science and Pharmaceutical Engineering，Nanjing University of Technology，Nanjing 211816，Jiangsu，China；2Nanjing Huike Bioengineering Equipment Corporation，Nanjing 210009，Jiangsu，China）

Mechanical vapor recompression (MVR) evaporation system is a new energy efficient evaporation technology. It has several unit devices，the system stability and energy efficiency depend on each node control，such as feed temperature，evaporation pressure，the ratio of vapor compression and condensation temperature. If the operational conditions are not appropriate，the evaporation efficiency will be reduced，and the equipment and piping will be damaged. This paper established a MVR evaporation process flow that can fully use energy. Quality and energy of each operation node were calculated，and a system of simulation process was establish using the Aspen Plus software. This research investigated the mass flow of cyclic steam and the mass flow of added water under different feed temperatures，condensation temperatures，the ratio of vapor compression and evaporation pressure，by analyzing controlling unit operations. The results showed that raw materials reached the optimal conditions in saturated liquids，temperature of the condensate to the evaporation temperature at 5—8℃ was most effective for the system，and the vapor compression ratio of compressor in the 1.8—2.2 was more reasonable. The heat from condensate and the concentrate can be used to preheat the raw material，and the added water can be drawn directly from the condensate.

mechanical vapor recompression (MVR)；Aspen Plus simulation；performance analysis

TQ 51

A

1000-6613（2014）01-0030-06

10.3969/j.issn.1000-6613.2014.01.006

2013-07-18；修改稿日期：2013-09-12。

顧承真（1986—），男，碩士研究生，主要從事生物過程裝備研究。 E-mail guchengzhenadu@yeah.net。聯(lián)系人：洪厚勝，研究員，碩士生導(dǎo)師，主要從事生物過程裝備研究。E-mail hhs@njut.edu.cn。