MVR蒸發(fā)器的升膜技術(shù)和降膜技術(shù)詳解各自的應(yīng)用場(chǎng)景和區(qū)別
在MVR（機(jī)械蒸汽再壓縮）蒸發(fā)器的技術(shù)討論中，首先需要厘清一個(gè)常見的概念混淆。傳統(tǒng)上，“升膜”蒸發(fā)器指的是一種依靠沸騰產(chǎn)生蒸汽快速上升，從而帶動(dòng)液體形成薄膜并向上運(yùn)動(dòng)的蒸發(fā)形式。然而，這類蒸發(fā)器通常不與MVR系統(tǒng)搭配使用，因其操作壓力條件及能耗特性與MVR所追求的高效節(jié)能理念不太相符。
實(shí)際上，在MVR系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛且效率最高的蒸發(fā)技術(shù)為“降膜”（Falling Film）蒸發(fā)。而常與之作為對(duì)比的，是另一種適用于高黏度或易結(jié)垢物料的“強(qiáng)制循環(huán)”（Forced Circulation）蒸發(fā)技術(shù)。因此，更準(zhǔn)確的技術(shù)對(duì)比應(yīng)聚焦于 MVR降膜蒸發(fā)技術(shù) 與 MVR強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)技術(shù) 之間。
接下來，本文將以此框架為基礎(chǔ)展開詳細(xì)說明，并在最后簡(jiǎn)要介紹傳統(tǒng)“升膜”蒸發(fā)器的基本概念。
MVR降膜蒸發(fā)技術(shù)
MVR Falling Film Evaporation
1. 技術(shù)原理
物料液體從蒸發(fā)器加熱室的頂部進(jìn)入，通過布液器均勻分布到垂直的加熱管內(nèi)壁。在重力作用下，液體形成一層薄膜沿著管內(nèi)壁向下流動(dòng)。同時(shí)，管外（殼程）通入由MVR風(fēng)機(jī)壓縮后的蒸汽，對(duì)液膜進(jìn)行加熱。由于沸點(diǎn)降低等原因，液膜在向下流動(dòng)的過程中迅速沸騰并蒸發(fā)。蒸發(fā)的二次蒸汽與未蒸發(fā)的液體一起向下流向分離室，在分離室中進(jìn)行汽液分離。分離后的二次蒸汽被吸入壓縮機(jī)壓縮后循環(huán)利用。
核心特點(diǎn)：重力成膜，順流（蒸汽和液體同向向下），傳熱溫差小，停留時(shí)間短。
2. 應(yīng)用場(chǎng)景
熱敏性物料：對(duì)溫度非常敏感，受熱易分解、變質(zhì)或變色的物料。如牛奶、果汁、維生素、植物提取物、某些藥品等。因?yàn)榻的ふ舭l(fā)溫差小，停留時(shí)間短（僅幾秒到幾十秒），能最大程度保持物料的原有品質(zhì)。
低粘度或中等粘度物料：物料必須具有良好的流動(dòng)性，才能被均勻分布并形成完整的液膜。如果粘度太高，液膜分布不均，會(huì)導(dǎo)致局部干壁、結(jié)焦。
清潔物料：不易結(jié)垢或結(jié)垢輕微的物料。因?yàn)榧訜峁軆?nèi)部的結(jié)垢會(huì)嚴(yán)重破壞液膜的形成，影響傳熱效率。
高蒸發(fā)比：適用于需要高濃度濃縮的場(chǎng)合，但最終濃度受粘度限制。
MVR強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)技術(shù)
MVR Forced Circulation Evaporation
1. 技術(shù)原理
物料液體在蒸發(fā)器外部通過一個(gè)大流量的循環(huán)泵進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)，高速流過加熱室（流速通常為1.5-3.5 m/s）。液體在加熱管內(nèi)被加熱，但通常控制在管內(nèi)不沸騰（通過保持系統(tǒng)壓力實(shí)現(xiàn)），以避免在加熱管內(nèi)產(chǎn)生氣泡和結(jié)垢。當(dāng)被加熱的液體進(jìn)入蒸發(fā)分離室后，壓力瞬間降低，液體發(fā)生“閃蒸”而迅速汽化。分離后的二次蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)，濃縮液部分排出，部分繼續(xù)參與循環(huán)。
核心特點(diǎn)：泵強(qiáng)制循環(huán)，高速流動(dòng)，管內(nèi)不沸騰（防結(jié)垢），逆流（液體流向與蒸汽流向往往相反），傳熱系數(shù)高，能耗相對(duì)較高。
2. 應(yīng)用場(chǎng)景
高粘度物料：流動(dòng)性差、難以形成均勻液膜的物料。
易結(jié)垢物料：含有晶體、易析出雜質(zhì)或容易在加熱表面結(jié)垢的物料。高速流動(dòng)的液體對(duì)管壁有強(qiáng)烈的沖刷作用，能有效抑制垢層的形成。如化工、鹽業(yè)、廢水處理中的高鹽廢水等。
高沸點(diǎn)升（BPE）物料：有些物料由于溶質(zhì)的存在，其沸點(diǎn)比純水高很多（即沸點(diǎn)升高大），強(qiáng)制循環(huán)能提供更大的傳熱溫差來克服這個(gè)問題。
有結(jié)晶析出的工況：需要一邊蒸發(fā)一邊結(jié)晶的工藝，強(qiáng)制循環(huán)泵能使晶體懸浮并順利排出，防止堵塞設(shè)備。
兩種主要技術(shù)的區(qū)別對(duì)比
Comparison of the differences between the two main technologies
教師 | MVR降膜蒸發(fā)技術(shù) | MVR強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)技術(shù) |
流動(dòng)方式 | 依靠重力成膜 自然向下流動(dòng) | 依靠大流量循環(huán)泵 強(qiáng)制高速循環(huán) |
沸騰位置 | 在加熱管內(nèi) 發(fā)生沸騰蒸發(fā) | 主要在分離室內(nèi)閃蒸 加熱管內(nèi)一般不沸騰 |
能耗 | 低 僅需進(jìn)料泵和壓縮機(jī) 無大功率循環(huán)泵 | 高 循環(huán)泵功率消耗非常大 系統(tǒng)中電耗最高的設(shè)備 |
傳熱系數(shù) | 高 液膜薄，傳熱阻力小 | 非常高 流速快 湍流程度高 邊界層薄 |
物料停留時(shí)間 | 短 幾秒至幾十秒 適合熱敏性物料 | 長(zhǎng) 物料在系統(tǒng)內(nèi)不斷循環(huán) 不適合熱敏性物料 |
抗結(jié)垢 能力 | 較差 依賴良好的布液 和清潔物料 | 極強(qiáng) 高速流體沖刷管壁 不易結(jié)垢 |
物料 適應(yīng)性 | 低粘度、 清潔、熱敏性物料 | 高粘度、易結(jié)垢、 有結(jié)晶、高沸點(diǎn)升物料 |
投資成本 | 相對(duì)較低 系統(tǒng)簡(jiǎn)單，泵少 | 相對(duì)較高 需要大功率 耐腐蝕的循環(huán)泵 |
關(guān)于“升膜蒸發(fā)”的補(bǔ)充說明
Rising Film Evaporation
這里解釋一下傳統(tǒng)的升膜蒸發(fā) (Rising Film Evaporation)：
原理：物料從加熱管底部進(jìn)入。開始時(shí)，管內(nèi)充滿液體。管外蒸汽加熱使管內(nèi)液體沸騰，產(chǎn)生大量蒸汽氣泡。蒸汽氣泡匯合、增大并快速上升。上升的蒸汽產(chǎn)生巨大的牽引力，拉著液體在管壁形成一層薄膜向上快速運(yùn)動(dòng)，并繼續(xù)蒸發(fā)。汽液混合物在頂部進(jìn)入分離器分離。
特點(diǎn)：需要較大的傳熱溫差（通常>20°C）才能產(chǎn)生足夠的蒸汽牽引力來形成液膜。流速快，停留時(shí)間短，但能耗高（不符合MVR節(jié)能理念），且操作彈性小，對(duì)負(fù)荷變化敏感。
與MVR的關(guān)系：MVR系統(tǒng)極少采用單純的升膜技術(shù)。因?yàn)镸VR通過壓縮只能提供有限的溫升（通常5-25°C），這個(gè)溫差對(duì)于維持穩(wěn)定的升膜蒸發(fā)往往不夠，容易導(dǎo)致傳熱效率急劇下降甚至操作失敗。
總結(jié)
summary
在現(xiàn)代化的MVR蒸發(fā)系統(tǒng)中，降膜蒸發(fā)器是主流和首選，因?yàn)樗芡昝榔鹾螹VR節(jié)能、溫和蒸發(fā)的特點(diǎn)，尤其適用于食品、制藥等行業(yè)。
文章內(nèi)容轉(zhuǎn)載改編自：蒸發(fā)結(jié)晶
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