姜華，張子惠，宮武旗，常越勇

（1 西安科技大學(xué)能源學(xué)院，陜西 西安 710054；2 西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，陜西 西安 710049）

我國工業(yè)廢水產(chǎn)生量很大，且廢水成分復(fù)雜多變，處理難度大，尤其多組分的含鹽廢水處理極為困難。隨著科技進(jìn)步及對(duì)環(huán)保的重視，廢水處理技術(shù)亟需發(fā)展。目前，針對(duì)多組分含鹽廢水處理，多效蒸發(fā)系統(tǒng)占據(jù)重要地位，對(duì)其性能分析及優(yōu)化方面已有一定數(shù)量的研究，但多效蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)備體積龐大，生蒸汽消耗量大，末效二次蒸汽中的大量潛熱也難以利用，造成能源浪費(fèi)。

機(jī)械蒸汽再壓縮（MVR）技術(shù)通過重新利用二次蒸汽的潛熱來減少對(duì)外界能源的需求，在針對(duì)單一工質(zhì)水處理方面已進(jìn)行了一些相關(guān)研究，是國際上先進(jìn)的蒸發(fā)濃縮技術(shù)之一。目前，單級(jí)MVR 系統(tǒng)在海水淡化領(lǐng)域得到較為廣泛的應(yīng)用，在空調(diào)防凍液和高濃度鹽溶液處理等方面也進(jìn)行了部分研究，結(jié)果表明單級(jí)MVR 系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的單效或多效蒸發(fā)系統(tǒng)，節(jié)能效果大幅提高。在含鹽廢水結(jié)晶鹽回收方面，有學(xué)者分別針對(duì)硫酸鈉溶液和氯化鈉溶液的蒸發(fā)結(jié)晶過程，采用單級(jí)MVR 系統(tǒng)進(jìn)行綜合研究，結(jié)果表明，其比常規(guī)系統(tǒng)具有更高的COP 值，且能夠同時(shí)回收具有市場(chǎng)價(jià)值的結(jié)晶鹽成分。在MVR 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，有學(xué)者研究了影響MVR 系統(tǒng)性能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。為進(jìn)一步提升MVR系統(tǒng)的節(jié)能效果，已有研究表明，兩級(jí)MVR 系統(tǒng)在處理單一工質(zhì)高含鹽廢水領(lǐng)域的節(jié)能優(yōu)勢(shì)更高。

綜上可知國內(nèi)外學(xué)者依據(jù)物料種類及應(yīng)用行業(yè)，研究分析了不同形式的MVR 系統(tǒng)，但是目前絕大部分基于MVR 技術(shù)的蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)僅針對(duì)含單一工質(zhì)的物料。而實(shí)際工業(yè)中廢水成分復(fù)雜，如煤化工高鹽廢水主要成分為氯化鈉和硫酸鈉兩種工質(zhì)，雖有學(xué)者從原理和應(yīng)用特點(diǎn)等方面定性分析了基于MVR 技術(shù)的蒸發(fā)分鹽結(jié)晶工藝可行性，但對(duì)具體的工藝流程設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)性能的研究分析在文獻(xiàn)中鮮有報(bào)道。此外，MVR 系統(tǒng)運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量冷凝水，直接外排會(huì)造成水資源的浪費(fèi)，若重新收集另作他用，則可充分利用冷凝水的這部分能量，能夠進(jìn)一步提高M(jìn)VR 系統(tǒng)的節(jié)能效果。

基于此，本文作者課題組在對(duì)單一工質(zhì)單級(jí)MVR研究基礎(chǔ)上提出并設(shè)計(jì)了以降膜蒸發(fā)器為預(yù)蒸發(fā)器，與兩效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器聯(lián)用，同時(shí)回收冷凝水的MVR 分質(zhì)提鹽蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)。在深度處理廢水的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)廢水中硫酸鈉與氯化鈉的分離，并使其結(jié)晶加以回收利用，同時(shí)綜合能量分析與?分析方法對(duì)該系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比研究。

1 系統(tǒng)工藝流程

分質(zhì)提鹽蒸發(fā)結(jié)晶工藝主要利用了硫酸鈉和氯化鈉的溶解度對(duì)溫度依賴性的差異，在50～120℃，硫酸鈉溶解度隨溫度升高而減小，氯化鈉溶解度隨溫度升高而增大。依據(jù)Na//Cl、SO-HO 體系不同溫度下三相共飽和時(shí)的溶解度，結(jié)晶溫度設(shè)計(jì)上首先要保證硫酸鈉和氯化鈉溶解度有一定的差異，而且溫度不能過低，避免壓縮機(jī)進(jìn)口氣體體積較大，故本設(shè)計(jì)中硫酸鈉蒸發(fā)時(shí)選取100℃，氯化鈉蒸發(fā)時(shí)選取60℃。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，硫酸鈉與氯化鈉溶液蒸發(fā)量較大，結(jié)晶終點(diǎn)一般要求低于飽和濃度。MVR分質(zhì)提鹽蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)流程如圖1所示（圖中數(shù)字1～31 為管段編號(hào)），其具體工作流程如下。

圖1 MVR分質(zhì)提鹽蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)流程圖

對(duì)于蒸汽，一效降膜蒸發(fā)器⑤和二效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器蒸發(fā)室⑦產(chǎn)生的二次蒸汽通入一級(jí)氣液分離器⑧，三效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器蒸發(fā)室?產(chǎn)生的二次蒸汽通入二級(jí)氣液分離器?，去除氣體中夾雜的液滴后分別進(jìn)入蒸汽壓縮機(jī)⑨和?進(jìn)行壓縮，利用從預(yù)熱器?出來的冷凝水對(duì)壓縮產(chǎn)生的過熱蒸汽進(jìn)行噴水處理至飽和狀態(tài)，作為蒸發(fā)所需的熱源蒸汽分別通入三個(gè)蒸發(fā)器中。補(bǔ)充蒸汽僅在系統(tǒng)啟動(dòng)或運(yùn)行中熱量損失過多時(shí)使用。

對(duì)于冷凝水，預(yù)熱器②與?內(nèi)換熱形成的冷凝水分別通過凝水泵進(jìn)入凝水箱儲(chǔ)存。其中從一級(jí)預(yù)熱器②出來的冷凝水作為二級(jí)預(yù)熱器?換熱過程中的冷流體，對(duì)濃縮液進(jìn)行降溫處理；從二級(jí)預(yù)熱器?出來的冷凝水則對(duì)壓縮產(chǎn)生的過熱蒸汽進(jìn)行飽和處理，實(shí)現(xiàn)了冷凝水的再利用。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型

本文MVR 分質(zhì)提鹽蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，針對(duì)硫酸鈉和氯化鈉混合鹽溶液的特性。設(shè)計(jì)過程基于以下假設(shè)：①系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行工況；②系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝水處于飽和狀態(tài)；③忽略不凝性氣體對(duì)換熱的影響；④忽略設(shè)備與管道的熱損失；⑤忽略管道壓降。以下給出各主要設(shè)備數(shù)學(xué)模型。

2.1 兩級(jí)預(yù)熱器

依據(jù)傳熱過程的三個(gè)基本方程可得預(yù)熱器的換熱量、換熱面積以及冷凝水溫度，具體如下。

一級(jí)預(yù)熱器的計(jì)算見式(1)～式(3)。

其中，冷凝水量為一效降膜蒸發(fā)器和二效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器蒸汽耗量之和，即式(4)。

換熱有效傳熱溫差Δ取對(duì)數(shù)傳熱溫差，即式(5)。

一級(jí)預(yù)熱器和二級(jí)預(yù)熱器方法相同，區(qū)別僅在于換熱流體的溫度。

2.2 混合鹽溶液預(yù)蒸發(fā)——一效降膜蒸發(fā)器

MVR 分質(zhì)提鹽蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)增設(shè)一效降膜蒸發(fā)器，用于混合鹽溶液預(yù)蒸發(fā)。由于溶液為硫酸鈉和氯化鈉混合鹽溶液，要綜合考慮兩者的沸點(diǎn)升。

硫酸鈉和氯化鈉混合鹽溶液的沸點(diǎn)升可通過式(6)近似計(jì)算。

式中，和分別為硫酸鈉和氯化鈉溶液的沸點(diǎn)升；為溶質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。

硫酸鈉溶液的沸點(diǎn)升可擬合為式(7)。

氯化鈉溶液的沸點(diǎn)升可擬合為式(8)。

式中，為校正系數(shù)；和分別為混合鹽溶液中硫酸鈉和氯化鈉的濃度。校正系數(shù)由式(9)計(jì)算。

式中，與分別為指定工況下飽和蒸汽溫度與水的汽化潛熱。

一效降膜蒸發(fā)器建模如式(10)～式(13)所示。

一效降膜蒸發(fā)器蒸發(fā)量根據(jù)進(jìn)出口溶質(zhì)的質(zhì)量平衡關(guān)系計(jì)算，溶液濃縮比依據(jù)在蒸發(fā)溫度下硫酸鈉的溶解度對(duì)應(yīng)的飽和濃度確定。式中，為原料液質(zhì)量流量；和分別為蒸發(fā)器進(jìn)出口硫酸鈉的質(zhì)量濃度；蒸發(fā)量與蒸汽耗量理論上基本相同，設(shè)計(jì)時(shí)取富裕系數(shù)為1.1。換熱量通過蒸汽耗量和蒸汽潛熱得出。蒸發(fā)過程中料液與飽和蒸汽間為恒溫傳熱，有效傳熱溫差Δ取為飽和蒸汽溫度與出口溶液溫度之差。料液濃度會(huì)隨著水分蒸發(fā)不斷升高，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)沸點(diǎn)也隨之變化，蒸發(fā)器出口溶液溫度為蒸發(fā)溫度與混合鹽溶液沸點(diǎn)升之和，由此得出一效降膜蒸發(fā)器換熱面積。

根據(jù)一效降膜蒸發(fā)器進(jìn)出口物料情況建立能量平衡式可得二次蒸汽量，如式(14)。其中按式(15)計(jì)算。

式中，和分別為相應(yīng)工況下熱源蒸汽與二次蒸汽焓值；溶液的比熱容需綜合硫酸鈉的比熱容、氯化鈉的比熱容和水的比熱容，及下文所涉及的、與計(jì)算方法相同，區(qū)別僅在于濃度。

2.3 混合鹽溶液蒸發(fā)分鹽——二效和三效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器

為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)分質(zhì)提鹽，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用兩效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器，分別為二效和三效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器。強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器主要結(jié)構(gòu)包括加熱室和蒸發(fā)室兩部分。圖2為二效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 二效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖

二效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器蒸發(fā)量可根據(jù)進(jìn)出口溶質(zhì)的質(zhì)量平衡關(guān)系得出，溶液濃縮比依據(jù)二效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器出口氯化鈉的飽和濃度確定。75～100℃析鹽順序?yàn)榱蛩徕c＞氯化鈉，在設(shè)定100℃的蒸發(fā)溫度下可保證操作點(diǎn)位于Na//Cl、SO-HO

體系相圖的硫酸鈉結(jié)晶相區(qū)中。強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)溶液停留時(shí)間短，忽略沸點(diǎn)變化，則二效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器出口溶液溫度與一效降膜蒸發(fā)器出口溶液溫度相同，二效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)有效傳熱溫差Δ為飽和蒸汽溫度與出口溶液溫度之差，即Δ=Δ。二效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器建模如式(16)～式(18)所示。

強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器單位加熱面積的功耗經(jīng)驗(yàn)值為0.4～0.8kW，本設(shè)計(jì)中選取0.6kW 計(jì)算二效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器功耗[式(19)]。二次蒸汽量通過建立能量平衡式計(jì)算，表示為式(20)。

三效與二效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器計(jì)算方法相同，區(qū)別在于三效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)的有效傳熱溫差。

2.4 兩級(jí)蒸汽壓縮機(jī)

依據(jù)設(shè)定的壓縮飽和溫升首先確定出蒸汽壓縮機(jī)出口飽和狀態(tài)的出氣壓力，而后根據(jù)蒸汽壓縮機(jī)進(jìn)口參數(shù)確定出口過熱蒸汽的溫度等狀態(tài)參數(shù)，過熱蒸汽進(jìn)行飽和處理所需的噴水量由能量守恒關(guān)系得出。一級(jí)蒸汽壓縮機(jī)建模如式(21)～式(24)所示。

式中，為多變指數(shù)；為絕熱系數(shù)；蒸汽壓縮機(jī)多變效率取值范圍為0.70～0.84；吸氣量取決于二次蒸汽量與蒸汽密度；二次蒸汽量為一效降膜蒸發(fā)器和二效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器二次蒸汽產(chǎn)生量之和；和分別為一級(jí)蒸汽壓縮機(jī)的進(jìn)氣壓力與出氣壓力，一級(jí)蒸汽壓縮機(jī)功耗計(jì)算如式(24)所示。

一級(jí)蒸汽壓縮機(jī)出口過熱蒸汽飽和處理的能量平衡關(guān)系表示為式(25)。

式中，為從二級(jí)預(yù)熱器中出來的冷凝水的焓值；為壓縮出口過熱蒸汽焓值，計(jì)算可得噴水量。二級(jí)與一級(jí)蒸汽壓縮機(jī)建模方法相同，區(qū)別在于壓縮機(jī)進(jìn)出口狀態(tài)參數(shù)與壓縮的蒸汽量。

2.5 氣液分離器和結(jié)晶分離器

氣液分離器對(duì)蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)行氣液分離，防止壓縮機(jī)液擊。系統(tǒng)選用離心式氣液分離器。一級(jí)與二級(jí)氣液分離器分離室體積為式(26)。

式中，為二次蒸汽的流量；為分離體積強(qiáng)度。

結(jié)晶分離器將晶體從晶漿中分離，系統(tǒng)選用螺旋篩網(wǎng)離心式分離器。一級(jí)與二級(jí)結(jié)晶分離器晶體流量計(jì)算如式(27)～式(29)所示。

式中，為晶漿流量；為硫酸鈉晶體流量；為氯化鈉晶體流量；為循環(huán)液流量。

2.6 模型驗(yàn)證

通過基于兩級(jí)MVR 蒸發(fā)系統(tǒng)形式的處理硫酸鈉廢水的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型的準(zhǔn)確性，表1為設(shè)計(jì)模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比情況?？梢钥闯鲈谙嗤r條件下，設(shè)計(jì)模型計(jì)算和實(shí)驗(yàn)誤差較小，壓縮機(jī)總功耗誤差略大，原因在于實(shí)際工作中壓縮機(jī)熱損失較多，工作效率比理論設(shè)計(jì)值低。結(jié)果表明本文的設(shè)計(jì)計(jì)算模型準(zhǔn)確性良好，結(jié)果可靠，可用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算。

表1 設(shè)計(jì)模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 系統(tǒng)?分析方法

MVR 分質(zhì)提鹽蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)中物流類型主要包括混合鹽溶液物流、含晶體顆粒的晶漿物流和氣體物流，?分析模型針對(duì)的是硫酸鈉和氯化鈉混合鹽溶液的特性。確定流動(dòng)工質(zhì)的?，首先求得其比?，比?與工質(zhì)流量的乘積即為?值。以下給出系統(tǒng)?分析方法模型。

3.1 物流比計(jì)算方法

本文將廢水視為實(shí)際溶液，溶液?計(jì)算需綜合考慮硫酸鈉、氯化鈉和水的性質(zhì)。對(duì)實(shí)際硫酸鈉和氯化鈉混合鹽溶液?的計(jì)算則需分別確定兩者的物理比?和化學(xué)比?。

單一工質(zhì)溶液的物理比?、化學(xué)比?分別為式(30)、式(31)?；旌先芤旱奈锪鞅?為式(32)。

晶漿流比?表示為晶體比?與溶液比?之和，晶體比?按照相平衡計(jì)算[式(33)]。

活度計(jì)算如式(34)所示。

式中，為質(zhì)量摩爾濃度；是平均活度系數(shù)。硫酸鈉和氯化鈉混合鹽溶液屬于雙組分電解質(zhì)溶液，區(qū)別于單組分電解質(zhì)溶液，雙組分電解質(zhì)溶液中存在的電解質(zhì)的種類和濃度會(huì)對(duì)溶液活度系數(shù)產(chǎn)生影響，所涉及NaCl-NaSO-HO體系的活度系數(shù)通過文獻(xiàn)[34]查閱。

蒸汽看作理想氣體，氣體流比?為式(35)。

式中，為蒸汽焓值；′為環(huán)境基準(zhǔn)態(tài)蒸汽焓值；′為環(huán)境基準(zhǔn)態(tài)溫度；為蒸汽熵值；′為環(huán)境基準(zhǔn)態(tài)熵值。

3.2 平衡與效率

系統(tǒng)?平衡關(guān)系見圖3。

圖3 MVR分質(zhì)提鹽蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)?平衡關(guān)系圖

系統(tǒng)的輸入?由兩部分組成：一部分是可直接利用的，包括一級(jí)蒸汽壓縮機(jī)（）、二級(jí)蒸汽壓縮機(jī)（）、二效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器（）、三效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器（）、泵（）、結(jié)晶分離器（）和氣液分離器（）的耗電量，一效降膜蒸發(fā)器主要利用的是加熱蒸汽的熱量進(jìn)行蒸發(fā)，僅在泵中消耗少量電能，耗電量與蒸汽耗量相比很小，在此忽略不計(jì)；另一部分為原料液的物流?（），輸出?為冷凝水（）與晶漿（）所具有的?，其中是不可逆過程的?損失。

系統(tǒng)的?平衡方程表示為式(36)。?效率為收益?與支付?之比，即式(37)。

4 實(shí)例計(jì)算

4.1 設(shè)計(jì)工況下熱力計(jì)算

系統(tǒng)設(shè)計(jì)工況參數(shù)見表2。借助Matlab 軟件編寫系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算程序，得出系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行工況時(shí)的熱力狀態(tài)參數(shù)，并對(duì)系統(tǒng)主要設(shè)備進(jìn)行?分析計(jì)算。表3是系統(tǒng)各管段的熱力計(jì)算和?分析計(jì)算結(jié)果，據(jù)此得到的設(shè)備性能參數(shù)見表4。

表2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)工況參數(shù)

表3 MVR分質(zhì)提鹽蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)各管段熱力狀態(tài)

表4 系統(tǒng)主要設(shè)備性能參數(shù)

4.2 與傳統(tǒng)五效蒸發(fā)分鹽系統(tǒng)的對(duì)比分析

目前已有的傳統(tǒng)多效蒸發(fā)分鹽工藝綜合能耗較高，在第一效需不斷通入新鮮蒸汽，生蒸汽耗量大。在相同設(shè)計(jì)任務(wù)參數(shù)條件下，將上述計(jì)算實(shí)例與傳統(tǒng)五效蒸發(fā)分鹽系統(tǒng)進(jìn)行性能對(duì)比，傳統(tǒng)五效蒸發(fā)分鹽系統(tǒng)以文獻(xiàn)[6]所述為原型，工藝流程見圖4。

圖4 五效蒸發(fā)分鹽循環(huán)工藝流程

引入效能系數(shù)COP 和單位能耗來直觀有效地對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，COP定義見式(38)。

單位能耗定義見式(39)。

五效蒸發(fā)分鹽工藝加熱蒸汽采用112℃、0.153MPa 的飽和水蒸氣，蒸發(fā)量在各效間的配比取1.0∶0.8∶0.6∶0.5∶0.7，同樣取富裕系數(shù)1.1，在理想狀況下新鮮蒸汽耗量為4125kg/h，可利用的潛熱量為2590kW。依據(jù)蒸發(fā)量在各效間的配比可得末效二次蒸汽量為2625kg/h，設(shè)立冷卻水初溫為20℃、出口溫度50℃的冷卻系統(tǒng)對(duì)末效60℃的二次蒸汽進(jìn)行冷凝，根據(jù)能量平衡關(guān)系可得冷凝所需換熱量為1648kW，冷卻水流量為47t/h。

依據(jù)本文所建系統(tǒng)?分析方法模型計(jì)算五效蒸發(fā)分鹽系統(tǒng)的?效率和?損失。MVR 分質(zhì)提鹽蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)與參比系統(tǒng)性能對(duì)比情況見表5。

表5 MVR分質(zhì)提鹽蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)與參比系統(tǒng)性能對(duì)比

在能量分析方面，五效蒸發(fā)分鹽方案需大量的高溫高壓蒸汽作為熱源，并且隨著蒸發(fā)器效數(shù)的增加，傳熱的溫差損失也會(huì)隨之增大，使蒸發(fā)器的蒸發(fā)能力下降，同時(shí)末效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽也得不到利用。而MVR 分質(zhì)提鹽方案能夠充分回收利用二次蒸汽的潛熱，COP值遠(yuǎn)超五效蒸發(fā)分鹽方案93.5%。MVR分質(zhì)提鹽蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)中降膜蒸發(fā)器起到預(yù)蒸發(fā)的作用，預(yù)先蒸發(fā)出大部分水分，減小了強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的工作量，避免了所有水分在高濃度與高沸點(diǎn)升下蒸發(fā)；而五效蒸發(fā)分鹽方案中隨著效數(shù)的增加，物料濃度和沸點(diǎn)升都逐漸升高，蒸發(fā)量也很大，蒸汽耗能也隨之增大。因此MVR 分質(zhì)提鹽方案的單位能耗要比五效蒸發(fā)分鹽方案低，在本實(shí)例中單位能耗僅為五效蒸發(fā)分鹽方案的22.4%。由此可見MVR分質(zhì)提鹽方案節(jié)能效果顯著提高。

在?分析方面，?反映的是能量的質(zhì)，支付?與收益?是系統(tǒng)?效率和?損失的主要影響因素。MVR 分質(zhì)提鹽方案的支付?來自電能，理論上可全部用來對(duì)外做功，?值等于其本身數(shù)值，而五效蒸發(fā)分鹽方案的支付?主要來自蒸汽熱能，熱能在不影響外界的條件下只能部分轉(zhuǎn)換為功，因此蒸汽的?值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其自身能量值。本實(shí)例中兩系統(tǒng)在蒸發(fā)量和產(chǎn)量相同的情況下收益?相當(dāng)，MVR 分質(zhì)提鹽方案的?效率高于五效蒸發(fā)分鹽方案70.4%，?損失則低于五效蒸發(fā)分鹽方案33.6%。結(jié)果表明，MVR 分質(zhì)提鹽方案的系統(tǒng)熱力學(xué)完善度和能量利用率更高。

在結(jié)晶鹽品質(zhì)方面，通過一級(jí)結(jié)晶分離器得到部分純度較高的硫酸鈉產(chǎn)品后，母液進(jìn)入三效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)，經(jīng)二級(jí)結(jié)晶分離器結(jié)晶分離氯化鈉晶體的同時(shí)可能造成底部沉積，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量，可考慮對(duì)結(jié)晶分離器底部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，增加用于淘洗結(jié)晶鹽的洗鹽器來減少氯化鈉結(jié)晶鹽中的雜質(zhì)，提高氯化鈉產(chǎn)品質(zhì)量。此外，在實(shí)際生產(chǎn)中還可以采取外排一部分雜鹽的方式來減少系統(tǒng)循環(huán)量，提高氯化鈉產(chǎn)品的純度。

5 結(jié)論

設(shè)計(jì)以降膜蒸發(fā)器作為預(yù)蒸發(fā)器，與兩效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器聯(lián)用，同時(shí)回收冷凝水的MVR 分質(zhì)提鹽蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)，針對(duì)硫酸鈉與氯化鈉混合鹽溶液特性進(jìn)行綜合能量分析和?分析。以常壓工況下硫酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的混合鹽溶液的蒸發(fā)結(jié)晶過程為例，計(jì)算系統(tǒng)熱力狀態(tài)以及各主要設(shè)備的性能參數(shù)，并將其與傳統(tǒng)五效蒸發(fā)分鹽方案進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)論如下。

（1）物料首先經(jīng)過降膜蒸發(fā)器的預(yù)蒸發(fā)處理后再進(jìn)入強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器進(jìn)一步分鹽結(jié)晶，避免了所有水分在高濃度與高沸點(diǎn)升下蒸發(fā)，在實(shí)現(xiàn)分鹽的同時(shí)減少了系統(tǒng)的耗電量。

（2）能量分析方面，相同工況下MVR 分質(zhì)提鹽蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)COP值為18.5，高于傳統(tǒng)五效蒸發(fā)分鹽系統(tǒng)93.5%，而單位能耗僅為傳統(tǒng)五效蒸發(fā)分鹽系統(tǒng)的22.4%，可見系統(tǒng)節(jié)能效果明顯。

（3）?分析方面，相同工況下MVR 分質(zhì)提鹽蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)與五效蒸發(fā)分鹽系統(tǒng)?效率之比為1∶0.59，而其?損失之比為1∶1.5，表明MVR 分質(zhì)提鹽蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)熱力學(xué)完善度更高。

（4）回收利用了系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝水，一部分用于預(yù)熱器換熱，一部分用于壓縮機(jī)出口處的噴水飽和處理過程，在提高系統(tǒng)能量利用率的同時(shí)節(jié)約了水資源。

符號(hào)說明

—— 溶液比熱容，kJ/(kg·℃)

—— 水的比熱容，kJ/(kg·℃)

—— 蒸汽質(zhì)量流量，kg/h

—— 質(zhì)量流量，kg/h

—— 蒸汽焓值，kJ/kg

—— 傳熱系數(shù)，W/(m·℃)

—— 耗電量，kW

—— 蒸汽壓力，MPa

—— 換熱量，kW

—— 凝水質(zhì)量流量，kg/h

—— 汽化潛熱，kJ/kg

—— 換熱面積，m

—— 蒸汽溫度，℃

—— 環(huán)境基準(zhǔn)態(tài)溫度，℃

—— 料液溫度，℃

—— 分離體積強(qiáng)度，m/(m·s)

—— 二次蒸汽體積流量，m/h

—— 蒸發(fā)量，kg/h

—— 料液質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%

—— 物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，%

—— 飽和溶液活度

—— 環(huán)境基準(zhǔn)態(tài)活度

—— 密度，kg/m

—— 總離子個(gè)數(shù)

下角標(biāo)

a—— 硫酸鈉

b—— 氯化鈉

cr—— 晶體

g—— 氣體

j—— 溶劑

l—— 液體

m—— 摩爾量

ov—— 過熱蒸汽

p—— 噴水

x—— 循環(huán)液

z—— 溶質(zhì)