一种MVR蒸发方法及优化方法

技术领域

本发明用于蒸发浓缩技术领域，特别是涉及一种MVR蒸发方法及优化方法。

背景技术

蒸发浓缩是流程工业中典型的化工单元操作，对高效节能的蒸发浓缩技术进行研究和优化，能够带来明显的社会效益和经济效益。机械蒸汽再压缩技术(Mechanical VaporRecompression，简称MVR)是指通过使用蒸汽压缩机，对蒸发产生的二次蒸汽进行压缩，提高二次蒸汽的温度和压力，增加二次蒸汽的热焓。随后，这些高温高压的二次蒸汽被送往加热器冷凝，用来加热原料液，从而使原料液维持沸腾状态。除了开车启动时需要补充额外的新鲜蒸汽，蒸发过程中无需补充新鲜蒸汽。这种通过消耗少量电能，最大程度回收利用二次蒸汽的潜热，高效且节能，是目前最先进的蒸发浓缩技术之一。

现有技术中，单效MVR系统，主要存在以下问题：1.蒸发量大于等于20t/h的单效MVR系统，其分离器直径大于等于3.2米，作为大于2.5米且不可拆解的运输设备，其普通道路运输容易受到限制；2.高倍浓缩的单效MVR系统，其沸点温升较高，平均有效传热温差较低，导致加热器的总换热面积较大；3.由于沸点温升较高，单台分离器容易结垢，降低了操作弹性。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种MVR蒸发方法及优化方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，一种MVR蒸发方法，采用MVR蒸发系统，所述MVR蒸发系统包括一效循环泵、一效加热器、一效分离器、一效转料泵、二效分离器、二效循环泵、二效加热器和蒸汽压缩机，所述一效循环泵、一效加热器的管程和一效分离器通过管道连接，形成一效蒸发循环单元，所述二效循环泵、二效加热器的管程和二效分离器通过管道连接，形成二效蒸发循环单元；

原料液先进入所述一效蒸发循环单元进行一效蒸发浓缩，得到的一效浓缩溶液通过一效转料泵进入所述二效蒸发循环单元进行二效蒸发浓缩，得到二效浓缩溶液；

将所述一效分离器产生的二次蒸汽和所述二效分离器产生的二次蒸汽通过管道连接至所述蒸汽压缩机入口，对二次蒸汽进行压缩，经压缩的二次蒸汽自所述蒸汽压缩机出口通过管道连接至所述一效加热器和二效加热器的壳程。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，原料液通过管道连接至所述一效循环泵入口，进行增压输送；原料液和来自一效分离器的部分一效浓缩溶液混合后，自所述一效循环泵通过管道连接至一效加热器的管程进行加热；经所述一效加热器加热后的混合溶液通过管道连接至所述一效分离器，进行一效蒸发浓缩；部分一效浓缩溶液自所述一效分离器通过管道连接至所述一效转料泵，进行增压输送；经增压的部分一效浓缩溶液自所述一效转料泵通过管道连接至所述二效分离器，进行二效蒸发浓缩。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，经增压的另一部分一效浓缩溶液自所述一效转料泵通过管道连接返回所述一效分离器。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，部分二效浓缩溶液自所述二效分离器通过管道连接至所述二效循环泵，进行增压输送；经增压的二效浓缩溶液自所述二效循环泵通过管道连接至所述二效加热器的管程进行加热，然后再通过管道连接返回所述二效分离器。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，另一部分二效浓缩溶液自所述二效分离器通过管道连接至二效出料泵，进行增压输送，经二效出料泵增压的部分二效浓缩溶液自所述二效出料泵通过管道连接至下游结晶釜，进行固液分离及物料结晶。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，经二效出料泵增压的另一部分二效浓缩溶液自所述二效出料泵通过管道连接返回所述二效分离器。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，来自界区的原料液通过管道连接至过滤器，进行固液分离预处理，其中，所述过滤器包括并联的第一过滤器和第二过滤器。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，将所述经固液分离预处理的原料液通过管道连接至预热器的管程，进行预热升温。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，经压缩的二次蒸汽放出潜热后变成蒸馏水，蒸馏水自所述一效加热器和二效加热器的壳程通过管道连接至蒸馏水罐，缓存蒸馏水自所述蒸馏水罐通过蒸馏水泵及管道连接至预热器的壳程，作为预热器的热源。

第二方面，一种优化方法，应用于采用如第一方面中任一项所述的MVR蒸发方法的MVR蒸发系统，

S1、设定原料液的进料量、进料浓度及出料浓度，根据物料衡算求双效MVR二次蒸汽总蒸发量；设定双效MVR中各效的二次蒸汽压力，根据P-T曲线求各效二次蒸汽的温度；设定双效MVR中各效浓缩溶液的沸点温升；

S2、假设一效加热器与二效加热器蒸汽用量及分配比例，进行试算；

S3、根据热量核算求一效二次蒸汽蒸发量，一效加热蒸汽采用部分压缩蒸汽；

S4、根据热量核算求二效二次蒸汽蒸发量，二效加热蒸汽采用剩余部分压缩蒸汽；

S5、计算一效加热器与二效加热器蒸汽用量及分配比例；将计算比例与初设比例进行比较，如相同，则计算结束；如不相同，则返回S2重新进行试差迭代。

上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：本发明的技术方案采用一效蒸发循环单元+二效蒸发循环单元，其中一效加热器和二效加热器两台加热器相对于二次蒸汽相并联，一效分离器和二效分离器两台分离器相对于二次蒸汽相并联，配合蒸汽压缩机，形成并联双效MVR；其蒸汽压缩机的温升约20℃，一效蒸发循环单元主要用于克服沸点温升约13℃加上提供传热温差约7℃，二效蒸发循环单元主要用于克服沸点温升约15℃加上提供传热温差约5℃；其平均沸点温升约14℃，其平均传热温差约6℃。因此，热负荷不变的情况下，平均有效传热温差增大约20％，则总换热面积降低约20％；平均沸点温升降低了约6％，可以减缓分离器的结垢，增加操作弹性。

此外，通过采用并联双效MVR，能够减小单台分离器的体积，避免普通道路运输受到限制。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明MVR蒸发系统的一个实施例结构示意图；

图2是图1所示的一个实施例热质衡算过程优化方法示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参见图1，本发明的实施例提供了一种MVR蒸发方法，采用MVR蒸发系统，MVR蒸发系统包括一效循环泵1、一效加热器2、一效分离器3、一效转料泵4、二效分离器5、二效循环泵6、二效加热器7和蒸汽压缩机8，一效循环泵1、一效加热器2的管程和一效分离器3通过管道连接，形成一效蒸发循环单元，二效循环泵6、二效加热器7的管程和二效分离器5通过管道连接，形成二效蒸发循环单元；

原料液先进入一效蒸发循环单元进行一效蒸发浓缩，得到的一效浓缩溶液通过一效转料泵4进入二效蒸发循环单元进行二效蒸发浓缩，得到二效浓缩溶液；

将一效分离器3产生的二次蒸汽和二效分离器5产生的二次蒸汽通过管道连接至蒸汽压缩机8入口，对二次蒸汽进行压缩，经压缩的二次蒸汽自蒸汽压缩机8出口通过管道连接至一效加热器2和二效加热器7的壳程。

传统单效MVR一般采用一台加热器、一台分离器、一台蒸汽压缩机，其蒸汽压缩机的温升约20℃，主要用于克服沸点温升约15℃加上提供传热温差约5℃。本发明的技术方案采用一效蒸发循环单元+二效蒸发循环单元，其中一效加热器2和二效加热器7两台加热器相对于二次蒸汽相并联，一效分离器3和二效分离器5两台分离器相对于二次蒸汽相并联，配合蒸汽压缩机8，形成并联双效MVR；其蒸汽压缩机8的温升约20℃，一效蒸发循环单元主要用于克服沸点温升约13℃加上提供传热温差约7℃，二效蒸发循环单元主要用于克服沸点温升约15℃加上提供传热温差约5℃；其平均沸点温升约14℃，其平均传热温差约6℃。因此，热负荷不变的情况下，平均有效传热温差增大约20％，则总换热面积降低约20％；平均沸点温升降低了约6％，可以减缓分离器的结垢，增加操作弹性。

此外，通过采用并联双效MVR，降低单台分离器设备直径，避免普通道路运输受到限制。

通过定量的对比分析，优化了MVR蒸发工艺参数；针对蒸发量大于等于20t/h且高倍浓缩的MVR蒸发系统，并联双效MVR系统相对于单效MVR系统：将单台直径为3.2米的分离器优化为两台直径为2.4米的分离器，避免普通道路运输受到限制；总热负荷不变的情况下，平均有效传热温差增大20％以上，总换热面积降低20％以上，设备更经济和节能；由于平均沸点温升降低，减缓了分离器的结垢，增加了操作弹性。

在一些实施例中，参见图1，原料液通过管道连接至一效循环泵1入口，进行增压输送；原料液和来自一效分离器3的部分一效浓缩溶液混合后，自一效循环泵1通过管道连接至一效加热器2的管程进行加热；经一效加热器2加热后的混合溶液通过管道连接至一效分离器3，进行一效蒸发浓缩；部分一效浓缩溶液自一效分离器3通过管道连接至一效转料泵4，进行增压输送；经增压的部分一效浓缩溶液自一效转料泵4通过管道连接至二效分离器5，进行二效蒸发浓缩。本实施例中，原料液与一效分离器3的部分一效浓缩溶液混合效果更好，保证更好的换热和蒸发效果。一效蒸发循环单元主要用于克服沸点温升约13℃加上提供传热温差约7℃。

进一步的，参见图1，经增压的另一部分一效浓缩溶液自一效转料泵4通过管道连接返回一效分离器3，进行回流冲洗避免设备和管道的结晶堵塞，增强一效蒸发单元的稳定性和可靠性。

在一些实施例中，参见图1，部分二效浓缩溶液自二效分离器5通过管道连接至二效循环泵6，进行增压输送；经增压的二效浓缩溶液自二效循环泵6通过管道连接至二效加热器7的管程进行加热，然后再通过管道连接返回二效分离器5。二效蒸发循环单元主要用于克服沸点温升约15℃加上提供传热温差约5℃。

进一步的，参见图1，另一部分二效浓缩溶液自二效分离器5通过管道连接至二效出料泵9，进行增压输送，经二效出料泵9增压的部分二效浓缩溶液自二效出料泵9通过管道连接至下游结晶釜，进行固液分离及物料结晶。

经二效出料泵9增压的另一部分二效浓缩溶液自二效出料泵9通过管道连接返回二效分离器5，进行回流冲洗避免设备和管道的结晶堵塞，增强二效蒸发单元的稳定性和可靠性。

在一些实施例中，参见图1，来自界区的原料液通过管道连接至过滤器，进行固液分离预处理，其中，过滤器包括并联的第一过滤器10和第二过滤器11。其中第一过滤器10和第二过滤器11互为备用，可拆卸清洗。

在一些实施例中，参见图1，将经固液分离预处理的原料液通过管道连接至预热器12的管程，进行预热升温，提升后续一效蒸发和二效蒸发效果。

进一步的，参见图1，经压缩的二次蒸汽放出潜热后变成蒸馏水，蒸馏水自一效加热器2和二效加热器7的壳程通过管道连接至蒸馏水罐13，进行缓存。缓存蒸馏水自蒸馏水罐13通过蒸馏水泵14及管道连接至预热器12的壳程，作为预热器12的热源。其中，原料液在进入所述一效循环泵1前流经所述预热器12的管程进行预热升温，回收蒸馏水的余热。

参见图2，本发明的实施例还提供了一种优化方法，应用于采用如以上任一实施例的MVR蒸发方法的MVR蒸发系统，

S1、设定原料液的进料量、进料浓度及出料浓度，根据物料衡算求双效MVR二次蒸汽总蒸发量；设定双效MVR中各效的二次蒸汽压力，根据P-T曲线求各效二次蒸汽的温度；设定双效MVR中各效浓缩溶液的沸点温升；

S2、假设一效加热器2与二效加热器7蒸汽用量及分配比例，进行试算；

S3、根据热量核算求一效二次蒸汽蒸发量，一效加热蒸汽采用部分压缩蒸汽；

S4、根据热量核算求二效二次蒸汽蒸发量，二效加热蒸汽采用剩余部分压缩蒸汽；

S5、计算一效加热器2与二效加热器7蒸汽用量及分配比例；将计算比例与初设比例进行比较，如相同，则计算结束；如不相同，则返回S2重新进行试差迭代。

在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。