李 偉 洪厚勝,2 朱曼利 孫宏韜

(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；3. 南京工業(yè)大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，江蘇 南京 211816)

機(jī)械蒸汽再壓縮系統(tǒng)的流程模擬及性能研究

李 偉1洪厚勝1,2朱曼利3孫宏韜1

(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；3. 南京工業(yè)大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，江蘇 南京 211816)

為使得整個(gè)機(jī)械蒸汽再壓縮(MVR)蒸發(fā)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、節(jié)能性更好，借助Aspen Plus軟件學(xué)習(xí)版，根據(jù)MVR運(yùn)行原理，構(gòu)建了MVR性能分析模型，并通過(guò)改變MVR節(jié)點(diǎn)的參數(shù)，模擬研究了蒸發(fā)量、補(bǔ)充新鮮蒸汽量與進(jìn)料溫度、蒸發(fā)壓強(qiáng)的關(guān)系；蒸發(fā)量、沸點(diǎn)與進(jìn)料濃度(NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù))、蒸發(fā)壓強(qiáng)的關(guān)系；蒸發(fā)器換熱量、COP與蒸發(fā)壓強(qiáng)、壓縮機(jī)壓力升的關(guān)系。通過(guò)分析模擬結(jié)果得出：適當(dāng)減小壓縮比，可以提高蒸發(fā)系統(tǒng)的COP；原料液應(yīng)該加熱到沸點(diǎn)后，再進(jìn)入蒸發(fā)器中進(jìn)行換熱；從節(jié)能效果看，MVR蒸發(fā)系統(tǒng)更適合在低溫低壓下運(yùn)行；在蒸發(fā)前，應(yīng)對(duì)濃度較大的原料液進(jìn)行適當(dāng)?shù)南♂尅?/p>

機(jī)械蒸汽再壓縮系統(tǒng)；Aspen Plus；性能研究；節(jié)能

Abstract：Mechanical vapor recompression (MVR) system has been more and more popular because of its good energy-saving effect and small footprint, but how to make the stability and energy-saving of whole MVR evaporation system are better still need to further research on its performance. With the help of Aspen Plus software version, the MVR performance analysis model was set according to the operation principle of MVR to study the relationship between the amount of evaporation, the amount of fresh steam and feed temperature, evaporation pressure, and the relationship between evaporation and boiling temperature and feed concentration (NaCl mass fraction) and evaporation pressure, the relationship between heat transfer rate of evaporator, COP and evaporation pressure, pressure increase of compressor by changing the parameters of MVR node. Make conclusions by analyzing the simulation results: the COP can be improved by reducing the compression ratio properly; the feed should be heated to the boiling point temperature and then into the evaporator for heat transfer; MVR evaporation system is more suitable for operation at low temperature and low pressure from the view of energy saving; the feed with high concentration should be dilute before evaporation.

Keywords： mechanical vapor recompression system; Aspen Plus; performance analysis; energy saving

蒸發(fā)濃縮作為基本的化工單元操作，早已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化工、食品、制藥、原子能等領(lǐng)域中[1-2]。但蒸發(fā)作為耗能大戶(hù)也一直面臨著新技術(shù)的改革，機(jī)械蒸汽再壓縮系統(tǒng)是繼單效蒸發(fā)、多效蒸發(fā)、TVR之后第四代蒸發(fā)技術(shù)，相比于前三代，MVR系統(tǒng)有著節(jié)能效果明顯、蒸發(fā)溫度低、占地面積小、自動(dòng)化程度高等諸多優(yōu)點(diǎn)[3-5]。已經(jīng)廣泛應(yīng)用于海水淡化[6-8]、廢水處理[9-10]、中藥濃縮[11-12]、固體干燥[13]等領(lǐng)域。

MVR蒸發(fā)系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖1，其工作原理[14-16]：原料液可以利用蒸汽冷凝水的余熱以及新鮮蒸汽的熱量進(jìn)行預(yù)熱，使其達(dá)到飽和溫度，然后進(jìn)入蒸發(fā)器中與殼程中的蒸汽進(jìn)行換熱蒸發(fā)，生成的二次蒸汽經(jīng)過(guò)氣液分離器進(jìn)行分離提純后，進(jìn)入蒸汽壓縮機(jī)，經(jīng)由蒸汽壓縮機(jī)壓縮后的高品位的二次蒸汽經(jīng)過(guò)冷卻水消除過(guò)熱度后，作為加熱物料可以替代新鮮的生蒸汽進(jìn)入到蒸發(fā)器的殼程中，冷凝換熱。同時(shí)，由于蒸汽壓縮機(jī)性能的問(wèn)題，通常需要通入一定量的新鮮蒸汽來(lái)保持整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定換熱，該系統(tǒng)完全利用了二次蒸汽所蘊(yùn)含的潛能，并且壓縮機(jī)的抽吸作用會(huì)給系統(tǒng)產(chǎn)生一定的真空度，省去了前三代蒸發(fā)器中的用于冷凝二次蒸汽的冷凝器。

機(jī)械蒸汽再壓縮系統(tǒng)主要有蒸汽壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、氣液分離器，預(yù)熱器、真空泵以及其他附屬設(shè)備[17-18]。在該系統(tǒng)中，蒸汽壓縮機(jī)是最重要的設(shè)備，其工作效率的高低直接關(guān)系到MVR系統(tǒng)節(jié)能的效果。目前中國(guó)用于MVR系統(tǒng)上性能良好的壓縮機(jī)主要依賴(lài)于進(jìn)口[19]。根據(jù)蒸發(fā)量的不同需要，應(yīng)用最多的是離心式壓縮機(jī)和羅茨式壓縮機(jī)。蒸發(fā)器的種類(lèi)有很多，目前應(yīng)用較廣泛、技術(shù)成熟的蒸發(fā)器是：中央循環(huán)管式蒸發(fā)器、外熱式蒸發(fā)器。由于食品行業(yè)物料具有熱敏性的特點(diǎn)，一般選用豎直管降膜式蒸發(fā)器較多[20]。水平管降膜蒸發(fā)器憑借著高傳熱效率、設(shè)備體積小等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)越來(lái)越受到青睞，但適用于潔凈的物料，易于結(jié)垢的物料則有難清理結(jié)垢的缺點(diǎn)[21-22]，蒸發(fā)出來(lái)的二次蒸汽含有部分液態(tài)水，直接進(jìn)入蒸汽壓縮機(jī)會(huì)造成壓縮機(jī)的損壞。因此，需要性能良好的氣液分離器，適合MVR系統(tǒng)的氣液分離器主要是懸液分離器和重力沉降分離器；預(yù)熱器則主要選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、換熱系數(shù)高的板式換熱器。

1. 原料罐 2. 一級(jí)預(yù)熱器 3. 二級(jí)預(yù)熱器 4. 原料液泵 5. 冷凝水泵 6. 冷凝水罐 7. 濃縮液泵 8. 蒸發(fā)器 9. 蒸汽壓縮機(jī)

圖1 MVR蒸發(fā)系統(tǒng)工藝流程

Figure 1 The process flow of MVR evaporation system

國(guó)內(nèi)外也已經(jīng)對(duì)MVR系統(tǒng)作了大量的模擬研究。顧承真等[23]以水作為工質(zhì)，利用Aspen Plus軟件建立了分析模型，并研究了循環(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，并提出了最佳工藝操作條件。劉立等[24]構(gòu)建了MVR循環(huán)工藝模型，并將實(shí)際運(yùn)行中的蒸汽冷凝放熱量以及電動(dòng)機(jī)功率進(jìn)行了驗(yàn)證，得出了所構(gòu)建模型的可靠性，并以此進(jìn)行了MVR系統(tǒng)放大分析。Han[25]利用Aspen Plus基于MVR技術(shù)的工作原理構(gòu)建了單級(jí)和雙級(jí)的零排放的海水淡化系統(tǒng)，并與傳統(tǒng)的蒸發(fā)技術(shù)進(jìn)行了能耗對(duì)比。這些研究足可以看出Aspen Plus在分析MVR系統(tǒng)上有很大的應(yīng)用。

MVR蒸發(fā)系統(tǒng)的性能受到許多節(jié)點(diǎn)的控制，而且每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的參數(shù)都有一定的關(guān)聯(lián)度，本試驗(yàn)擬通過(guò)流程模擬的方法構(gòu)建了MVR工藝流程，通過(guò)控制進(jìn)料溫度、進(jìn)料濃度、蒸發(fā)壓強(qiáng)、蒸汽的壓力升等節(jié)點(diǎn)的參數(shù)，討論其對(duì)MVR蒸發(fā)系統(tǒng)性能的影響，旨在為離子型溶液的MVR蒸發(fā)過(guò)程優(yōu)化提供借鑒，得到能夠模擬MVR蒸發(fā)過(guò)程的方法，指導(dǎo)MVR系統(tǒng)的工程放大。

1 MVR系統(tǒng)理論分析與模型的構(gòu)建

1.1 MVR系統(tǒng)理論分析

MVR系統(tǒng)存在物料衡算與能量衡算，物料衡算由式(1)、(2)計(jì)算：

F=D+W，

(1)

Fxf=Wxw，

(2)

式中：

F——原料液的質(zhì)量流量，kg/h；

D——二次蒸汽的質(zhì)量流量，kg/h；

W——濃縮液的質(zhì)量流量，kg/h；

xf——原料液中NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

xw——濃縮液中NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

能量衡算由式(3)計(jì)算：

Dr0=Fc0(t-t0)+Dr1+QL，

(3)

式中：

r0——壓縮后二次蒸汽的汽化熱，kJ/kg；

c0——原料液的比熱容，kJ/(kg·℃)；

t——原料液的沸點(diǎn)，℃；

t0——原料液的初始溫度，℃；

r2——二次蒸汽的汽化熱，kJ/kg；

QL——系統(tǒng)的熱量損失，kJ/h。

蒸發(fā)器中產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)過(guò)蒸汽壓縮機(jī)壓縮后變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽，其中，壓縮后的過(guò)熱溫度[26]可由式(4)計(jì)算：

(4)

式中：

Td——壓縮后過(guò)熱蒸汽的溫度，K；

Ts——料液在蒸發(fā)壓強(qiáng)下的飽和溫度，K；

k——絕熱系數(shù)；

ε——壓縮比；

ηv——容積效率，%；

τ——壓縮機(jī)溫度偏差，K。

一定工況下，蒸汽壓縮機(jī)在壓縮過(guò)程中所消耗的理論功率[27]由式(5)計(jì)算：

(5)

式中：

Wth——壓縮機(jī)的理論功率，kW；

qvs——二次蒸汽的體積流量，m3/s；

p1——蒸發(fā)壓強(qiáng)，kPa；

m——多變系數(shù)。

由于壓縮機(jī)壓縮二次蒸汽屬于多變過(guò)程，同時(shí)，壓縮機(jī)本身存在機(jī)械效率，所以實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，壓縮機(jī)所消耗的總功率按式(6)計(jì)算：

(6)

式中：

WT——壓縮機(jī)的實(shí)際功率，kW；

ηe——機(jī)械效率，%；

ηm——多變效率，%。

過(guò)熱蒸汽在進(jìn)入蒸發(fā)器以前，需要對(duì)其進(jìn)行飽和化處理，所需要冷卻水的質(zhì)量流量由式(7)計(jì)算：

Dhw+qshs=(D+qs)hsa，

(7)

式中：

hw——過(guò)熱蒸汽的單位比焓，kJ/kg；

qs——冷凝水的質(zhì)量流量，kg/h；

hs——冷凝水的單位比焓，kJ/kg；

hsa——飽和蒸汽的單位比焓，kJ/kg。

MVR屬于熱泵技術(shù)，評(píng)價(jià)熱泵工作過(guò)程性能好壞的參數(shù)便是轉(zhuǎn)為高溫高品位的熱源獲得的熱量Q1與為此所消耗的機(jī)械功WT之間的比值大小，工程上稱(chēng)這個(gè)比值為供熱系數(shù)[28]，用符號(hào)COP來(lái)表示：

(8)

式中：

COP——供熱系數(shù)；

Q1——蒸發(fā)器換熱量，kW。

1.2 MVR系統(tǒng)模型的構(gòu)建

Aspen Plus 是基于穩(wěn)態(tài)化模擬、優(yōu)化、靈敏度分析和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的大型化工流程模擬軟件，主要由三部分組成：物性數(shù)據(jù)庫(kù)、單元操作模塊、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)策略，可用于各種操作過(guò)程的模擬及從單個(gè)操作單元到整個(gè)工藝流程的模擬[29]。本文根據(jù)MVR工藝原理以及Aspen Plus模擬的特點(diǎn)，選用通過(guò)熱物流連接的2個(gè)Heater與兩相閃蒸器flash2共同組成蒸發(fā)器及氣液分離器，選用compr作為蒸汽壓縮機(jī)，選用一個(gè)Heater將壓縮后的過(guò)熱蒸汽冷凝到飽和蒸汽，整個(gè)MVR系統(tǒng)分析模型見(jiàn)圖2[30-31]，物料選用一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaCl溶液，考察進(jìn)料溫度、蒸發(fā)壓強(qiáng)、進(jìn)料濃度、二次蒸汽經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮后的溫升以及補(bǔ)充新鮮蒸汽的量對(duì)蒸發(fā)量、壓縮機(jī)功率、COP的影響，為保證模擬結(jié)果的合理性。現(xiàn)作以下假設(shè)：

(1) 整個(gè)MVR系統(tǒng)的熱量損失主要集中在蒸發(fā)器的換熱過(guò)程，選擇總換熱量的5%作為整個(gè)系統(tǒng)的熱量損失。

(2) 以產(chǎn)生一定量的二次蒸汽作為初始條件，忽略啟動(dòng)時(shí)所需要的新鮮蒸汽。

(3) 蒸汽壓縮機(jī)的多變效率、機(jī)械效率均取為90%。

(4) 為達(dá)熱平衡，補(bǔ)充0.5 MPa的新鮮飽和蒸汽。

圖2 MVR系統(tǒng)模擬圖

2 模擬結(jié)果與討論

2.1 蒸發(fā)量、補(bǔ)充新鮮蒸汽量與進(jìn)料溫度、蒸發(fā)壓強(qiáng)的關(guān)系

選取原料的進(jìn)料量為5 000 kg/h，初始階段產(chǎn)生的二次蒸汽量為1 000 kg/h，原料液中NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，選取不同的進(jìn)料溫度，在不同的蒸發(fā)壓力下對(duì)蒸發(fā)量、補(bǔ)充新鮮蒸汽量進(jìn)行模擬，結(jié)果見(jiàn)圖3、4。

圖3 進(jìn)料溫度、蒸發(fā)壓強(qiáng)與蒸發(fā)量的關(guān)系

Figure 3 The relation between feed temperature, evapora-tion pressure and evaporation rate

圖4 進(jìn)料溫度、蒸發(fā)壓強(qiáng)與補(bǔ)充新鮮蒸汽量的關(guān)系

Figure 4 The relation between feed temperature, evapora-tion pressure and Supplementary fresh vapor

由圖3可知，在同一蒸發(fā)壓強(qiáng)下，蒸發(fā)量隨著進(jìn)料溫度的增加成線(xiàn)性增加，在同一進(jìn)料溫度下，蒸發(fā)量隨蒸發(fā)壓強(qiáng)的增大而減小。由圖4可知，為達(dá)到熱平衡，在同一蒸發(fā)壓強(qiáng)下，隨著進(jìn)料溫度的增加，所需要補(bǔ)充的新鮮蒸汽量呈線(xiàn)性減少，在同一進(jìn)料溫度下，需補(bǔ)充的新鮮蒸汽量隨著蒸發(fā)壓強(qiáng)的增大而逐漸增大。主要原因是：① 原料液在進(jìn)入蒸發(fā)器后需要先加熱到相應(yīng)壓強(qiáng)下的沸點(diǎn)溫度才可以進(jìn)行蒸發(fā)，在蒸汽換熱量一定的前提下，進(jìn)入蒸發(fā)器的原料液溫度越低，本身所攜帶的熱量越少，則需要加熱到沸點(diǎn)所需要的熱量越多，則用于蒸發(fā)的剩余熱量會(huì)越少，產(chǎn)生的二次蒸汽量越少，為維持系統(tǒng)一定的蒸發(fā)量，所需要補(bǔ)充的新鮮蒸汽的量會(huì)相應(yīng)地減少；② 在一定的進(jìn)料溫度下，系統(tǒng)的蒸發(fā)壓強(qiáng)越低，其所對(duì)應(yīng)的飽和沸點(diǎn)溫度越低，則會(huì)有更多的熱量用于蒸發(fā)過(guò)程，產(chǎn)生的二次蒸汽越多，所補(bǔ)充的新鮮蒸汽量越少。

2.2 蒸發(fā)量、沸點(diǎn)與進(jìn)料濃度(NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù))、蒸發(fā)壓強(qiáng)的關(guān)系

料液的進(jìn)料量為5 000 kg/h，初始階段產(chǎn)生的二次蒸汽量為1 000 kg/h，進(jìn)料溫度為飽和溫度，選取不同的進(jìn)料濃度，在不同的蒸發(fā)壓強(qiáng)下對(duì)蒸發(fā)量、溶液的沸點(diǎn)進(jìn)行模擬，結(jié)果見(jiàn)圖5、6。

圖5 進(jìn)料濃度、蒸發(fā)壓強(qiáng)與蒸發(fā)量的關(guān)系

Figure 5 The relation between feed concentration, evaporation pressure and evaporation rate

圖6 進(jìn)料濃度、蒸發(fā)壓強(qiáng)與沸點(diǎn)的關(guān)系

Figure 6 The relation between feed concentration, evaporation pressure and boiling temperature

由圖5可知，在同一蒸發(fā)壓強(qiáng)下，隨著進(jìn)料濃度的增加，料液的蒸發(fā)量逐漸減小，且蒸發(fā)壓強(qiáng)為40 kPa時(shí)蒸發(fā)量的下降速度要小于蒸發(fā)壓強(qiáng)為60，80 kPa時(shí)的。由圖6可知，隨著進(jìn)料濃度的增加，沸點(diǎn)呈上升趨勢(shì)，在同一進(jìn)料濃度下，沸點(diǎn)隨著蒸發(fā)壓強(qiáng)的增大而升高。主要原因在于在進(jìn)料溫度與系統(tǒng)的換熱量一定的情況下，進(jìn)料濃度越高，溶液的沸點(diǎn)越高，溶液達(dá)到沸騰需要的熱量會(huì)越多，因此，用于蒸發(fā)的熱量會(huì)相應(yīng)地減小，產(chǎn)生的二次蒸發(fā)量減小。另外，隨著進(jìn)料濃度的增加蒸發(fā)壓強(qiáng)為40 kPa的沸點(diǎn)升速要小于蒸發(fā)壓強(qiáng)為60，80 kPa下的。

2.3 壓縮機(jī)功率、冷凝器熱負(fù)荷與蒸發(fā)壓強(qiáng)，蒸汽壓力升的關(guān)系

料液的進(jìn)料量為5 000 kg/h，初始階段產(chǎn)生的二次蒸汽量為1 000 kg/h，進(jìn)料溫度為飽和溫度，進(jìn)料濃度為10%，選取二次蒸汽經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮后不同的壓力升，在不同的蒸發(fā)壓強(qiáng)下對(duì)壓縮機(jī)功率、冷凝器熱負(fù)荷進(jìn)行模擬，結(jié)果見(jiàn)圖7、8。

由圖7、8可知，兩者的變化趨勢(shì)差別不大，在一定的蒸汽壓力升下，壓縮機(jī)功率、冷凝器熱負(fù)荷隨著蒸發(fā)壓強(qiáng)的增大而減小，在一定的蒸發(fā)壓強(qiáng)下，壓縮機(jī)功率、冷凝器熱負(fù)荷隨著蒸汽壓力升的增大而增大。主要原因是：① 當(dāng)蒸汽的壓力升一定、壓縮機(jī)的處理量不變時(shí)，隨著蒸發(fā)壓強(qiáng)的增大，壓縮機(jī)所對(duì)應(yīng)的壓縮比會(huì)相應(yīng)減小，壓縮后二次蒸汽的能量會(huì)變小，過(guò)熱溫度會(huì)減小，被冷卻水冷卻成飽和蒸汽所放出的熱量同樣會(huì)減??；② 在同一蒸發(fā)壓強(qiáng)下，蒸汽的壓力升越大，相對(duì)應(yīng)壓縮機(jī)的壓縮比會(huì)越大，壓縮后蒸汽的熱量會(huì)變大，需要壓縮機(jī)做更多的功，壓縮機(jī)所消耗的功率越大，則經(jīng)過(guò)壓縮后的過(guò)熱蒸汽的溫度越高，為冷凝到飽和狀態(tài)，所消耗冷卻水的量也相應(yīng)地增加。所以，兩者具有相同的趨勢(shì)。

圖7 蒸發(fā)壓強(qiáng)、壓力升與壓縮機(jī)功率的關(guān)系Figure 7 The relation between evaporation pressure, pressure increase of vapor and compressor power

圖8 蒸發(fā)壓強(qiáng)、壓力升與熱負(fù)荷的關(guān)系

Figure 8 The relation between evaporation pressure, pressure increase of vapor and thermal load

2.4 蒸發(fā)器換熱量、COP與蒸發(fā)壓強(qiáng)、蒸汽壓力升的關(guān)系

進(jìn)料量為5 000 kg/h，初始二次蒸汽量為1 000 kg/h，原料液的濃度為10%，沸點(diǎn)進(jìn)料，熱損失保持換熱總量的5%，在不同的蒸發(fā)壓強(qiáng)，不同的蒸汽壓力升下，對(duì)蒸發(fā)器的換熱量、COP進(jìn)行模擬，結(jié)果見(jiàn)圖9、10。

圖9 蒸發(fā)壓強(qiáng)、壓力升與換熱量的關(guān)系

Figure 9 The relation between evaporation pressure, pressure increase of vapor and heat exchange

圖10 蒸發(fā)壓強(qiáng)、壓力升與COP的關(guān)系

Figure 10 The relation between evaporation pressure, pressure increase of vapor andCOP

由圖9可知，在同一蒸汽壓力升下，蒸發(fā)器的換熱量隨蒸發(fā)壓強(qiáng)的增大而減??；在同一蒸發(fā)壓強(qiáng)下，隨著壓力升的減小而增大。主要原因是：① 在一定的壓力升下，蒸發(fā)壓強(qiáng)越大，壓縮機(jī)相對(duì)應(yīng)的壓縮比越小，其被壓縮后的飽和蒸汽壓越大，相對(duì)應(yīng)的汽化熱越小，如保持產(chǎn)生的二次蒸汽量不變，則蒸發(fā)器的換熱量會(huì)相應(yīng)地減?。虎?在同一蒸發(fā)壓強(qiáng)下，由于二次蒸汽的進(jìn)料量一定，蒸汽的壓力升越大，二次蒸汽被壓縮后的飽和蒸汽壓越大，相對(duì)應(yīng)的汽化熱值減小，蒸發(fā)器的換熱量減小。由圖10可知，在同一壓力升下，隨蒸發(fā)壓強(qiáng)的增大，相對(duì)應(yīng)的壓縮比減小，COP值變大，因此適當(dāng)?shù)卦龃笳舭l(fā)壓強(qiáng)，可以降低能耗，提高蒸發(fā)系統(tǒng)的COP。在不同的蒸發(fā)壓強(qiáng)下，壓力升越大，COP的增幅越大，在不同的壓強(qiáng)下，壓力升為30 kPa時(shí)的COP增幅最大，也就是說(shuō)，壓縮比越小，COP值越大，但由于需要維持一定的蒸發(fā)量，因此，壓縮比應(yīng)該有一個(gè)合理的取值范圍。

3 結(jié)論

通過(guò)Aspen Plus軟件對(duì)影響MVR蒸發(fā)系統(tǒng)的幾個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了模擬，主要通過(guò)進(jìn)料溫度、蒸發(fā)壓強(qiáng)、蒸發(fā)量、補(bǔ)充新鮮蒸汽量、壓縮機(jī)壓力升、進(jìn)料濃度、蒸發(fā)器換熱量、冷凝器熱負(fù)荷、壓縮機(jī)功率、COP性能評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)對(duì)MVR蒸發(fā)系統(tǒng)的性能進(jìn)行研究。并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了理論分析，結(jié)論如下：

(1) 適當(dāng)?shù)販p小壓縮比，可以提高蒸發(fā)系統(tǒng)的COP，減少壓縮機(jī)所消耗功率，減少冷凝水的用量。理論上，壓縮比越小，系統(tǒng)越節(jié)能、效率越高。但由于系統(tǒng)需要維持一定的蒸發(fā)量，因此，壓縮比應(yīng)該有一個(gè)合理的取值范圍。

(2) 為維持系統(tǒng)一定的蒸發(fā)量，更好地將系統(tǒng)熱能用于蒸發(fā)，減少新鮮蒸汽的消耗量，原料液應(yīng)該加熱到沸點(diǎn)后，再進(jìn)入蒸發(fā)器中進(jìn)行換熱。

(3) MVR蒸發(fā)系統(tǒng)更適合在低溫低壓下運(yùn)行，同時(shí)需要結(jié)合物料的熱敏性來(lái)考慮。

(4) 物料的濃度越大，沸點(diǎn)升越大，越不易蒸發(fā)，在蒸發(fā)前，可以對(duì)濃度較大的原料液進(jìn)行適當(dāng)?shù)南♂尯笤龠M(jìn)行蒸發(fā)。

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Process simulation and performance study of mechanical vapor recompression system

LI Wei1HONGHong-sheng1，2ZHUMan-li3SUNHong-tao1

(1.CollegeofLifeScienceandPharmaceuticalEngineering,NanjingTechUniversity,Nanjing,Jiangsu211816,China; 2.NanjingHuikeBioengineeringEquipmentCorporation,Nanjing,Jiangsu210009,China; 3.CollegeofChemistryandMolecularEngineering,NanjingTechUniversity,Nanjing,Jiangsu211816,China)

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.08.016

李偉，男，南京工業(yè)大學(xué)在讀碩士研究生。

洪厚勝(1965—)，男，南京工業(yè)大學(xué)教授，博士。 E-mail: hhs@njtech.edu.cn

2017—05—04