MVR蒸发器方案.docx

1、MVR蒸发器方案MVR蒸发结晶系统设计方案设计单位：广州市捷晶能源科技有限公司委托单位：浙江卓锦工程技术有限公司编 号：CE2012-0425编制日期：二0一二年十二月二日一、 公司简介二、 技术背景三、 浓缩介质 四、 设计思想五、 蒸发工艺比较与选择六、 工艺说明七、 设备材质选择八、 整套系统流程方框图九、 设备设计主要工作技术参数一十、 配套设备主要技术特点一十一、 安装与调试一十二、 主要设备设计参数一十三、 设备制造周期一十四、 随机文件一十五、 甲方提供必备的条件一十六、 设备使用期限一十七、 设备总造价一十八、 设备主要配置一十九、 制造商承诺二十、 设计分工及资料交付二十一、

2、 保密义务一、 公司简介：广州市捷晶能源科技有限公司（以下简称广州捷晶能源），是一家由留学生发起创建的专业系统节能以及提供全流程零排放的公司(以蒸发器为核心产品)，公司位于广州创新基地科学城创新大厦。公司成立以来，整合国内外多方资源，公司聚集了国外留学人才、国内专业蒸发器、控制系统、安装调试等各方面人才，形成老、中、青结合阶梯型人才队伍，为公司的现在、和将来的发展奠定了坚实的基础。公司技术实力雄厚，拥有先进实验室，中试设备，为客户提供切实可行的全程解决方案。公司以MVR/MVC蒸发器、离子交换、膜技术为公司实施工艺蒸发浓缩以及高浓度废水零排放方案的支点，以切实可行的完整工艺解决方案为基础，为企

3、业提供全方位的节能和废水零排放服务，公司其主要业务分为两大类，其一是在工艺上需要使用MVR/MVC蒸发器：化工、中药、味精、柠檬酸、淀粉糖、酵母、食品加工、果汁等需要使用蒸发器的企业，提供专业MVR/MVC蒸发器解决方案，为客户提高产品品质和降低产品的能源成本，提高企业的竞争力。其二是在工业废水处理上需要使用MVR/MVC蒸发器：氨氮废水、垃圾渗透液、乳化液废水、电镀废水、以及相关高浓度有机、无机废水，我公司提供全程零排放方案，通过合理应用MVR/MVC蒸发技术、离子交换以及膜技术各自的优势，不但可大幅降低废水处理成本，回收废水中有用物质，且能确保出水达到国家一级排放标准。公司提供小试、中试、

4、交钥匙工程等服务。公司以诚信、创新、公平为经营理念，以知必行，行必果为服务理念，共同创造双赢的合作模式。二、 技术背景：蒸发器是广泛地被应用于食品加工、果汁浓缩、饮料生产、乳品生产、化工行业、制药行业、废水处理、环保工程等领域的一种蒸发浓缩设备。目前国内生产的蒸发设备主要为传统蒸发器，该种蒸发器具有能耗高、占地面积大、自动化程度低、操作难度高等缺点。而由我公司研发的机械式蒸汽压缩（MVR）蒸发器，其原理是利用高能效蒸汽压缩机压缩蒸发产生的二次蒸汽，提高二次蒸汽的压力和温度，被提高热能的二次蒸汽打入加热器对原液再进行加热，受热的原液继续蒸发产生二次蒸汽，从而实现持续的蒸发状态。由于本系统循环利用

5、二次蒸汽已有的热能，从而可以不需要外部鲜蒸汽，大大节省了蒸发系统的能耗。通过PLC、工业计算机（FA）、组态等形式来控制系统温度、压力、马达转速，保持系统蒸发平衡。从理论上来看，使用MVR蒸发器比传蒸发器节省60%-80%以上的能源，节省95%以上的冷却水，减少50%以上的占地面积。设备原理意图如下：红色标示物料流向粉色表示蒸汽流向绿色表示蒸馏水流向三、 原液性质介绍（由甲方介绍，验收以甲方提供的物料成份作为验收标准）1. 物料名称：糖蜜发酵废液母液；2. 进料总量：8500kg/h；3. 进料密度：1.02；4. 出料含固量：微量5. 进料温度：206. 溶液沸点升高：按3计算四、 设计思想

6、系统首要注重工艺与设备必须适应原液水量及负荷变化的冲击。1. 设备稳定性成熟、安全可靠、故障率低-系统稳定性高2. 检测维护简单容易-检测维护简易3. 运行管理方便, 避免对运行管理人员素质要求过高-人员要求低 4. 热能利用效率高-热效率高5. 耗能低, 运行和维护成本-能耗率低6. 噪音达到环保标准-噪音低7. 防止设备和系统管路结垢、需确保连续运转-防垢/除垢容易8. 运行应具有较大的灵活性、自动性- -灵活性好9. 排放蒸馏水质高, 能回收作锅炉补充用- -排放水质达标10. 布置紧凑占少地面积，节约土地资源-占地面积小11. 充分利用工艺系统中的每一份能源-合理利用能源五、 蒸发工艺

7、选择 我公司选用降膜蒸发工艺，通过这种蒸发工艺对糖蜜发酵废液母液进行蒸发浓缩，达到蒸发浓度后进入下端工艺处理，广州捷晶能源公司对这些工艺有深刻的了解及丰富的经验： MVR列管降膜蒸发系统。 MVR列管升膜蒸发系统升膜蒸发器和降膜蒸发器比较：升膜蒸发器：是一种将加热室与蒸发室（分离室）分离的蒸发器。加热室实际上就是一个加热管很长的立式固定管板换热器，料液由底部进入加热管，受热沸腾后迅速汽化；蒸汽在管内迅速上升，料液受到高速上升蒸汽的带动，沿管壁形成膜状上升，并继续蒸发。汽液在顶部分离，二次蒸汽从顶部溢出，完成液则由底部排出。降膜蒸发器：与升膜蒸发器结构基本相同，主要区别在于原料液是从加热室的顶部

8、加入，在重力的作用下沿管内壁形成膜状下降，并进行蒸发，浓缩液从加热室的底部进入到分离器内并从底部排出，二次蒸汽由顶部溢出。由于二次蒸汽的流向与料液的流向一致，所以能促进料液的向下运动并形成薄膜。这种蒸发器适用于蒸发量较大，有热敏性和易产生泡沫的溶液，不适于粘度很大，容易结晶或结垢的物料。升膜蒸发器因物料向上爬膜不易控制，在蒸发器上部易出现干壁现象，因此采用布膜更易控制的降膜蒸发器。降膜蒸发器适于处理浓度低、量较大的热敏性物料。在本方案中我们设计采用降膜MVR蒸发系统。1. MVR列管降膜蒸发系统1) 基本原理：MVR列管降膜蒸发工艺，需蒸发的糖蜜发酵废液母液走蒸发管内（管程）。通过循环泵将糖蜜

9、发酵废液母液溶液送到降膜蒸发器主体顶部，糖蜜发酵废液母液溶液通过布膜器以膜状分布到换热管内，糖蜜发酵废液母液溶液在凭借引力流下管腔时被管外的蒸汽加热，达到蒸发温度后产生蒸发，糖蜜发酵废液母液溶液连同二次蒸汽从管内流下以薄膜的形式蒸发。二次蒸汽被蒸汽压缩机压缩后，送入降膜加热室壳程. 降膜加热室壳程有板块，引导二次蒸汽，冷凝和排出不可以冷凝的气体。 而在过程中把本身热能经过管壁从外传到管内蒸发中的糖蜜发酵废液母液溶液，通过换热后二次蒸汽冷凝成水排出降膜蒸发器外。降膜加热室采用一效三段式设计，降膜加热室为一体，换热管通过挡板分为三段流程，以来减少蒸发面积，降低设备成本。（请参看图2）图 1 MVR

10、降膜蒸发器示意图2) 列管降膜蒸发系统的特点： 溶液在单程型蒸发器中呈膜状流动，因而对流传热系数大为提高，物料停留时间短，易于处理热敏性，不结晶物料。 二次蒸汽走列管外，浓液走列管内，管高数米(m)有高达6到30米之间，管束经调教垂直，浓液很容易在管内分布均匀成下降薄膜。 降膜加热室上方管头必需用布膜器均匀地分配浓水到每一根管，以保证每根管子的内壁都能为料液所湿润，并不断有液体缓慢流过。通过以上分析，虽然降膜蒸发器具有传热系数高，物料停留时间较短等优点，但对于糖蜜发酵废液母液溶液的蒸发浓缩来说，因在本项目中糖蜜发酵废液母液需要蒸发的浓度不高，且不结晶。因此在本项目中我公司建议采用MVR列管式降

11、膜蒸发工艺。六、 工艺说明：为响应蒸发系统工艺与设备必须适应糖蜜发酵废液母液在满足低能耗、易维护、长期稳定运行的基本要求原则上，我司有针对性的推荐MVR降膜蒸发系统作为糖蜜发酵废液母液溶液蒸发浓缩上使用。由于被浓缩物料沸点升高不超过3，蒸发量为8t/h，在本方案中我们选择离心压缩机，这种压缩机能提供10以上的温差，正常使用寿命为10年，和二次蒸汽接触部分不含油。本低能耗蒸发工艺是目前现有蒸发工艺中能耗效率最高的蒸发工艺，该蒸发工艺主要是运用蒸汽的特性，当蒸汽被压缩机压缩时，其压力和温度得到提升。当较高温度的蒸汽进入蒸发器里，蒸汽的热焓传给换热管内的糖蜜发酵废液母液溶液，这样连续进行蒸发。在整个

12、系统中能量的输入只有压缩机和泵所消耗的能耗。其工艺流程图如下：红色标示蒸汽流向 蓝色表示物料流向绿色表示蒸馏水流向工艺流程详细介绍：1. 物料流程：8.8t/h、温度为20的原液经进料泵送至预热器预热后，温度上升到70，再进入到循环泵，然后进入到加热器，与蒸汽进行热交换。2. 蒸发温度设定为70，其蒸汽温度870，经过分离器分离除沫后进入压缩机，经过压缩后温度上升到80，压缩机提供的温差为10，压缩后的蒸汽即为加热蒸汽。3. 压缩后的蒸汽与物料换热后，蒸汽发生相变冷凝成水，其热量传递给物料，使物料温度升高到其沸点，进入分离室的物料产生蒸发。蒸汽冷凝水进入到预热器进一步回收热量，然后进入冷凝水罐

13、。蒸发的冷凝水最终通过蒸馏水泵排出。此泵的开闭由控制系统来控制。4. 达到预定浓度的浓缩液通过控制系统控制出料泵排料。5. 整个系统从进料到出料、清洗全部由自控系统自动完成。MVR蒸发系统需要通过鲜蒸汽预热启动，约45分钟整个系统就完全进入蒸发状态。产生蒸发。蒸发产生的二次蒸汽夹带部分飞沫，进入分离器后在离心作用下使液体飞沫附着在器壁上，部分泡沫经过高效除沫器去除。洁净蒸汽从分离室出汽口进入到压缩机入口。本方案MVR蒸发器采用单台离心压缩机对二次蒸汽进行压缩，使二次蒸汽温度提高10，用作系统蒸发热源。MVR使二次蒸汽热源循环利用。蒸发能源只消耗提供蒸汽温升所消耗的电能。与一般蒸汽热源蒸发器比较

14、能源消耗大幅度降低。工艺流程中压力、温度、转速等参数均设有现场显示或参数变送器，由控制系统集中控制，通过人机界面和上位工控机的组态软件进行监视、报警和自动控制。如系统发生紧急停车，蒸发器内物料通过排尽装置全部排出，以防止堵塞设备和对物料造成破坏。清洗流程：1. 蒸发器的加热表面在长时间使用总是会产生污垢，结垢的组成可分为水溶性垢和不溶性垢。设备清洗时，先通过蒸发器底部的排污管将设备中滞留的料液排净，整个清洗过程可以运用原液蒸发原理进行。2. 钙、镁、硅等低溶解度的盐类，以及大分子有机聚合物等，是最容易产生不溶性结垢的物质，要定期停车用酸、碱清洗，或用机械方式将结垢去除。不论是水溶性垢还是非水溶

15、性垢，都要根据具体情况定期进行清洗，而且清洗周期要定在结垢的初期前。3. 形成清洗周期短于常规清洗周期的原因有：a.操作压力或蒸发室液面的急剧变化；b.循环速度过低；c.在清洗、冲洗或轴封水中引入了硬水或其它污染物；d.传热温差过大；e.不正确的清洗程序。本方案工艺特点以及优势?: 占地面积小，换热效率高，维护方便：蒸发器系统设计为MVR降膜蒸发系统，占地面积小，换热效率高，维护方便。 对能耗和设备成本做到较好平衡：为了达到设计的8000kg/h的蒸发量，糖蜜发酵废液母液浓缩到结晶，我们采用了单级离心压缩机提供10的温差，在保证达到以上两项参数的同时，设计时同时考虑到运行成本，保证压缩机蒸发每

16、吨水的能耗低于35kwh，极大的降低了处理每吨水的能耗。 两级除雾实施确保除雾效果：在本项目中，为了防止大液滴从二次蒸汽出口飞溅出去，在分离器内及二次蒸汽出口设置了折流式、旋流式并连的曲折通道除雾装置，可将上升蒸汽中的较大液滴分离下来，同时在分离器的上端采用玻璃纤维浸蘸氟硅油烛式除雾器，除雾器能够分离二次蒸汽中夹带的微小液滴（2um的液滴），二次蒸汽通过分离器里两级除雾分离，蒸汽中的液滴夹带可降低到0.1%，这将极大的提高蒸馏水的品质，延长了设备的使用寿命，确保压缩机长期稳定运行。 设备使用寿命长：核心零配件全部采用进口品牌（包括压缩机、电机、变频器、传感器、PLC CPU等），其中压缩机转子

17、材质为316L不锈钢，抗腐蚀性强；其控制柜零配件均采用一线品牌；和原液接触部分使用316L不锈钢，保证其足够的强度和换热效果，主体设备保用10年以上。 系统智能化程度高：系统具HABS(热量自动平衡系统)；ADS(自动排料系统，不需要传感器，通过数据库分析自动出料)；AES(专家系统，通过对数据库的分析，综合得出系统的参数报表)；SPS(系统自保护功能，能够根据系统传感器信号，感知问题，提出解决问题方案)；FD(安全模式,当系统出现较小问题，且可在短时间内得到解决，系统可在不停机的情况下进入安全模式，待系统解决问题后，系统即可进入征程蒸发状态)。 系统具有良好的稳定性：经过大量的MVR蒸发器运

18、行得到的数据分析可知，导致系统不稳定的最大原因就是系统热量不平衡，即压缩机提供的热量不足以提供所蒸发水量的能耗，导致系统蒸发水量达不到设计蒸发量，蒸发每吨水能耗高于设计值，因此本方案中加入了HABS(热量自动平衡系统)，通过温度、流量、压力、液位等传感器回传信号，PLC控制系统自动保持系统热量平衡，确保系统能够连续稳定运行。 自动清洗系统：在进入蒸发器前，由于本系统实行低温、低温差蒸发，降低了设备结垢的可能性。但设备经过长期（根据物料是否含有、或者含有结垢物质的多少来定）的运行，不可避免的会有结垢现象出现，当出现结垢现象而导致设备蒸发能力下降时，可以使用本系统自动清洗系统，系统会根据系统设定的

19、定期清洗时间从清洗罐泵入清洗液（可根据实际要求，可为弱酸弱碱、或者直接为清水），其清洗过程同蒸发过程一样，清洗后的清洗液泵入原液混合一起蒸发处理。压缩机采用变频控制电机驱动。变频控制可以让风机在最佳转速下运行，消除入口导叶损失；通过软启动，降低对整个系统的冲击，延长压缩机和电机的使用寿命。当需要在低于系统设计能力的情况下运行时，通过调节变频器可以保证系统的经济运行。夹带部分飞沫的蒸汽进入分离器后在离心作用下使液体飞沫附着在器壁上，部分泡沫经过高效除沫器去除。蒸汽从分离室出汽口进入到压缩机入口。如系统发生紧急停车，蒸发器内原液通过排尽装置全部排出，以防止堵塞设备和对原液造成破坏。本方案设计中充分

20、考虑的不凝气体的排除问题，在气体出口端有集气空间，不凝气由自控系统根据压力来排出。原液衡算：原液进料量为8800kg/h，蒸发量为8000kg/h，浓缩液为800kg/h。原液流程：料液和返回的母液经进料泵送至预热器预热后再进入蒸发器，和加热蒸汽进行换热，达到蒸发温度后，进入到分离器进行蒸发，其蒸发量为：8000kg/h，其蒸发温度为：80度。七、 设备材质选择：1. 加热室：加热器采用降膜换热器，在本方案中配合循环泵，可实现循环蒸发，达到最高蒸发浓度，它还具有原液流速高、不易结垢、传热系数大的优点。设备材质：采用316L不锈钢材质。2. 分离室：分离室采用了我公司自主设计的高效除沫器。它是汽

21、液两相旋转式成膜与二级喷淋式分离器。能使汽、液相快速、充分的得到分离，有效的防止原液成雾泡沫随二次蒸汽夹带，确保产品不流失，以免给用户带来额外经济损失或造成二次污染，同时彻底解决了易起泡沫原液导致降低分离效率等现象，进一步优化了整个分离工艺技术。分离器外带70mm保温层及外包2mm钢板，外表涂防锈漆。设有人孔、视孔、灯孔、温度计、压力表、除沫器装置，材质为316L不锈钢。3. 循环泵：本泵密封良好，耐温，保证在负压状态下，能使高浓度原液连续循环工作。材质为：316L不锈钢。该系列泵特性曲线平坦，汽蚀值低，效率高，在不满负荷时，也能保持这些特性。根据介质腐蚀性，叶轮、泵体、泵盖等过流部件材料为3

22、16L，耐腐蚀性好，延长了使用寿命。机械密封选用双端面机械密封，介质不易泄漏，创造了良好的工作环境。4. 进料泵：进料泵为双机械密封离心泵，外购设备，密封良好，耐温，能使高浓度原液连续进料工作，材质为：316L不锈钢。5. 出料泵本泵密封良好，耐温，保证在负压状态下，能使高浓度原液连续出料工作。材质为：316L不锈钢。该系列泵特性曲线平坦，汽蚀值低，效率高，在不满负荷时，也能保持这些特性。根据介质腐蚀性，叶轮、泵体、泵盖等过流部件材料为316L，耐腐蚀性好，延长了使用寿命。机械密封选用双端面机械密封，介质不易泄漏，创造了良好的工作环境。6. 工艺配件：原液工艺管道整体材质采用：316L，二次蒸

23、汽管道采用316L不锈钢，阀门采用316L材质。7. 仪表仪器：真空表、压力表、温度计、安全阀、流量计、电器控制柜等（本系统内装置）。8. 自动控制系统： 蒸发控制主要对进料、出料、蒸汽、进行自动监控和保护，并可以做到一键启动。 进料由液位自动控制，使液位稳定在一定范围内，保证原液平衡，提高换热效果和整个系统的稳定性。 出料流量控制出料调节阀，保证出料量衡定。 原液温度、蒸馏水温度、不凝气温度、换热器进出口温度、进料流量、蒸馏水流量引入计算机，便于监控和报警。 每个泵的启、停可完全自动控制，并有紧急停车控制。9. 高效除沫装置由于在蒸发过程中，会有少量的泡沫及液滴产生。蒸发所产生的二次蒸汽中，

24、往往携带着大小不等的液滴或泡沫。如不采用高效除沫装置，一方面引起产品的损失，另方面还将使下一流程的设备在腐蚀、结垢、传热系数降低等不良条件下工作。为了防止大液滴从二次蒸汽出口飞溅出去。本装置采用独有的高效除沬装置，在分离器内及二次蒸汽出口设置了折流式、旋流式并连的曲折通道除雾装置。所产生的泡沫群随分离器内气速上升，上升的泡沫群与折流式除沫器多层三角型丝网产生表面撞击，使较大的泡沫液滴在重力作用下返回液面，作初步分离。然后借用气液传质的塔设备的外向多叶片数旋流式并连的曲折通道板，使带液汽流作螺旋上升运动，液滴被离心力甩到分离室的室壁产生碰撞，集积后在重力作用下下流，除沫效率高。本装置保证有效的防

25、止了泡沫夹带料液的现象，同时也大大降低了蒸发出蒸馏水中含低沸点有机物(COD)的量，以延长了设备的使用寿命，确保设备正常运行。10. PLC选型CPU模块：选用西门子品牌，其型号为S7-200，本机集成14 输入/10 输出共24 个数字量I/O 点。可连接7 个扩展模块，最大扩展至168 路数字量I/O 点或35 路模拟量I/O 点。16K 字节程序和数据存储空间。6 个独立的30kHz 高速计数器，2 路独立的20kHz 高速脉冲输出，具有PID 控制器。1 个RS485 通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。I/O 端子排可很容易地整体拆卸。八、 整套系

26、统流程图：见设备流程图。九、 设备设计主要工作技术参数：序号项 目参数1进料流量（kg/h）8800温度（）20质量分数%1.022蒸馏水流量（kg/h）8000温度（）803出料流量（kg/h）800温度（）73质量分数%11.224蒸发温度()705压缩机进口/出口温度()70/806压缩机提供压差(mbar)1627压缩机类型离心压缩机8热损失(%)3.0%9料液沸点温升（）310总温差损失（）111有效传热温差（）612蒸发器类型列管式降膜蒸发器13蒸发器设计加热面积（m2）75014预热器加热面积（m2）3015设计分离器（直径*高度）mm3200*700016装置功率kw压缩机：2

27、20泵：2017MVR蒸发器电耗比30kwh/吨水18物料流动方向原料液预热器列管式降膜蒸发器分离器19装机总功率(kw)24020循环冷却水量（t/h）1（冷却泵用）21循环冷却水温度()2622循环冷却水压力（MPa）0.323设备主要材质除特殊说明外皆采用316L不锈钢，外带50mm保温层及外包铝皮。按照不同功能区外表涂不同颜色油漆。压缩机过流材质不锈钢。一十、 主要设备配置： 序号设备大项设 备 名 称型号规格品牌/产地/材质/厚度制造商名称/国籍数量1蒸发器分离器3200*7000广州捷晶/广州/316L/6mm广州捷晶1套2蒸发器加热器750广州捷晶/广州/316L广州捷晶3预热器

28、30广州捷晶/广州/316L广州捷晶1台4蒸汽管道广州捷晶/广州/316L/4mm广州捷晶1台5操作平台根据现场条件确定捷晶/广州/Q235-B广州捷晶1套6压缩机系统压缩机8000kg/h离心式广州捷晶1台7压缩机监控系统广州捷晶1套8电机220KW西门子德国1台9补偿器G500-N广州捷晶/广州中国2只10联轴器梅花型广州捷晶/广州中国1只11变频器280KW英威腾中国1台12连接管道、法兰、快装接头、螺栓等连接管道、法兰、快装接头、变径同工艺管道、配件捷晶/广州/316L广州捷晶1台13泵组循环泵400HW-12南方/安徽/混流泵南方泵业3台14进料泵IH80-65-125南方/安徽/化

29、工离心泵南方泵业1台15真空泵ZSK-3四方/无锡/水环真空泵 无锡四方1台1617冷凝水泵CHL-60南方/杭州/316L南方泵业1台18出料泵YBD65南方/安徽/盐浆泵南方泵业1台19自控系统PLC软件广州捷晶广州捷晶/广州广州捷晶1套20PLC硬件S-200系列西门子/德国西门子/德国1台21电缆以及电气安装辅料广州捷晶广州捷晶/广州广州捷晶1批22PLC控制柜广州捷晶广州捷晶/广州广州捷晶1个23电柜广州捷晶广州捷晶/广州广州捷晶1个24触摸屏10英寸威伦/台湾威伦/台湾1个25阀门、传感器开关型气动球阀D641F系列上海耐腐/上海/316L上海/中国一批26开关型气动蝶阀D641F系列上海耐腐/上海/316L上海/中国一批27调节型气动蝶阀D941F系列上海耐腐/上海/316L上海/中国一批28调节气动蝶阀D941F系列上海耐腐/上海/316L上海/中国一批29安全阀A21H系列上海耐腐/上海/316L上海/中国一批30手动球阀Q41F系列上海耐腐/上海/316L