MVR蒸发含盐有机废水过程中沸点升高研究

仲 涛，张东洋，沈光波，肖华明，倪伟泓，夏江兵



MVR蒸发含盐有机废水过程中沸点升高研究

仲 涛，张东洋，沈光波，肖华明，倪伟泓，夏江兵

（常州光辉生物科技有限公司，江苏 常州 213164）

在MVR系统设计中料液的沸点升高作为一项关键数据来进行操作。沸点升高直接关系着各效的料液质量浓度的分配及蒸发器换热面积的计算。对含盐有机废水蒸发过程中沸点升高及在不同的蒸发温度下浓缩相同倍数时沸点升高的变化情况进行了研究。结果表明随着蒸发倍数的增加料液的沸点升高逐渐增加，而且随着系统蒸发温度的升高溶液的沸点升高也在逐渐增加。

含盐有机废水；MVR设计；沸点升高；蒸发温度

MVR是机械式蒸汽再压缩技术（mechanical vapor recompression ）的简称，是用蒸发系统自身产生的二次蒸汽及其能量，经蒸汽压缩机压缩做功，提升二次蒸汽的热焓值，经过加热的蒸汽再次用来蒸发系统的物料，产生冷凝水循环预热物料。如此循环向蒸发系统提供热能[1]。MVR相较于传统的多效蒸发,是一种高效、节能的技术，相比传统工艺大大降低了碳排放，使经济发展更环保更绿色[2]。由于可以在很低的温度下进行蒸发操作，从而可以对热敏性的物料进行低温蒸发，有利于保护产品本身的稳定性。

本文讨论了在不同蒸发压力条件下浓缩到相同倍数的物料沸点升高的变化，并与理论计算进行比较，验证实验的准确性。溶液的沸点升高主要与溶液的类别、组成及操作压力有关，一般由实验测定。有时蒸发操作在加压或减压条件下进行，因此必须求出各种组分的容易在不同压力下的沸点升高，当缺乏实验数据时，可以用下式先估算出沸点升高值，

即 ∆′=∆′

式中:∆′—常压下由于蒸发压力下降而引起的沸点升高（即温度差损失）;

∆′—操作压力下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高,℃;

—校正系数量纲为1，其经验计算式为:

=0.0162（′+273）2/′

′—操作压力下二次蒸汽的温度,℃;

′—操作压力下二次蒸汽的汽化热,kJ/kg。

1 试验部分

1.1 试验物料

试验所需物料为本厂的一种含盐有机废水，其主要参数如表1所示。

表1 含盐有机废水主要组分

1.2 试验装置

本试验蒸发系统装置为公司自主研发，装置设计为蒸发温度55 ℃时的蒸发量为200 L/h。压缩机装有变频器根据需要调整压缩机的压缩比，其中罗茨压缩机为外购，其他主要部件均为根据设计要求自制。蒸发系统主要包括罗茨压缩机、预热器、蒸发器、气液分离室、压滤机、冷凝水罐、强制循环泵、进料泵、真空泵等主要设备[3]，试验工艺流程如图1所示，对应的技术参数见表2。

表2 试验装置主要设备数据一览表

图1 MVR蒸发工艺流程图

2 试验部分

由于设计的蒸发温度为55 ℃，根据系统实际压缩机的蒸发情况在保证蒸发压缩机不喘振的情况下，采用了与设计的蒸发温度55 ℃上下范围相差4℃，每隔2 ℃选取一个数据作为实验对象。先根据设定的工艺条件开启真空泵，将系统的真空度抽到设定的所需蒸发温度对应的饱和水蒸气的绝压条件，然后开启进料泵经过预热的物料进料蒸发。

各组试验均以蒸发20倍停止蒸发，在气液分离室内做好标记，保证每组蒸发的倍数一样。通过数显的温度计显示蒸发过程中各温度检测点温度的变化情况

3 结果与讨论

如图2中可以看出在蒸发过程中在盐未达到饱和状态析出来之前物料的沸点升高增加速率比较快，当盐达到饱和状态并析出来之后，沸点升高随着浓缩倍数的增加沸点升高逐渐增大，但是增加的速率较缓慢，这是由于饱和氯化钠在水中的溶解度是一定的，蒸发过程中不断的由氯化钠被压滤机去除，所以由此判断盐析出来之后沸点升高的变化主要是由于物料中的少量有机物及甲酸钠、乙酸钠的影响导致料液的整体沸点升高变大。

图2 蒸发温度为55 ℃时沸点升高随时间的变化情况

在料液浓缩相同倍数的情况下，随着蒸发温度的增加料液的沸点升高也逐渐变大，沸点升高的增大就意味着在MVR设计中要增加换热器的换热面积。同时如果要想得到同样的蒸发量但是由于物料的热敏性，不适合在高温条件下蒸发，蒸发温度的降低就需要增加压缩机的压缩比，随着压缩比的增加，压缩比电耗增加，则在MVR设计中系统总传热面积就相应减小（图3）。

图3 蒸发温度与沸点升高的关系

4 结 语

本课题对MVR系统中蒸发温度的变化对沸点升高等数据的影响进行了研究。随着MVR系统设计蒸发温度的升高料液的沸点升高在变大。MVR蒸发在国内近年来刚刚工业化普及，MVR对中国工业医药等行业涉及到液体蒸发的部分将带来一次全方位的革新，低碳经济环保的经济才是企业可持续发展的最坚实的后盾[4]。关于MVR系统设计的细节内容国内还需要有很大的进步空间，对于各个参数的精确把握以及了解它们之间的相互关系为系统的设计提供重要的依据。

［1］ 高丽丽，张琳，杜明照．MVR蒸发与多效蒸发技术的能效对比分析研究[J]．现代化工，2012(10)：84-86．

［2］ 朱天松，攀春升. 机械蒸汽再压缩（MVR）技术在淡盐水浓缩中的应用[J]. 苏盐科技，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，赵利民，等. 机械蒸汽再压缩技术在石化废水处理系统中的应用研究[J]. 当代化工，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

仲涛（1985-）,男,江苏省连云港市人,助理工程师,2008年毕业于常州大学制药工程专业,研究方向：从事环保技术工作。邮箱：qinaiyumeishi@163.com。