MVR蒸發含鹽有機廢水過程中沸點升高研究

仲 濤，張東洋，沈光波，肖華明，倪偉泓，夏江兵

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MVR蒸發含鹽有機廢水過程中沸點升高研究

仲 濤，張東洋，沈光波，肖華明，倪偉泓，夏江兵

（常州光輝生物科技有限公司，江蘇 常州 213164）

在MVR系統設計中料液的沸點升高作為一項關鍵數據來進行操作。沸點升高直接關系著各效的料液質量濃度的分配及蒸發器換熱面積的計算。對含鹽有機廢水蒸發過程中沸點升高及在不同的蒸發溫度下濃縮相同倍數時沸點升高的變化情況進行了研究。結果表明隨著蒸發倍數的增加料液的沸點升高逐漸增加，而且隨著系統蒸發溫度的升高溶液的沸點升高也在逐漸增加。

含鹽有機廢水；MVR設計；沸點升高；蒸發溫度

MVR是機械式蒸汽再壓縮技術（mechanical vapor recompression ）的簡稱，是用蒸發系統自身產生的二次蒸汽及其能量，經蒸汽壓縮機壓縮做功，提升二次蒸汽的熱焓值，經過加熱的蒸汽再次用來蒸發系統的物料，產生冷凝水循環預熱物料。如此循環向蒸發系統提供熱能[1]。MVR相較于傳統的多效蒸發,是一種高效、節能的技術，相比傳統工藝大大降低了碳排放，使經濟發展更環保更綠色[2]。由于可以在很低的溫度下進行蒸發操作，從而可以對熱敏性的物料進行低溫蒸發，有利于保護產品本身的穩定性。

本文討論了在不同蒸發壓力條件下濃縮到相同倍數的物料沸點升高的變化，并與理論計算進行比較，驗證實驗的準確性。溶液的沸點升高主要與溶液的類別、組成及操作壓力有關，一般由實驗測定。有時蒸發操作在加壓或減壓條件下進行，因此必須求出各種組分的容易在不同壓力下的沸點升高，當缺乏實驗數據時，可以用下式先估算出沸點升高值，

即 ?′=?′

式中:?′—常壓下由于蒸發壓力下降而引起的沸點升高（即溫度差損失）;

?′—操作壓力下由于溶液蒸汽壓下降而引起的沸點升高,℃;

—校正系數量綱為1，其經驗計算式為:

=0.0162（′+273）2/′

′—操作壓力下二次蒸汽的溫度,℃;

′—操作壓力下二次蒸汽的汽化熱,kJ/kg。

1 試驗部分

1.1 試驗物料

試驗所需物料為本廠的一種含鹽有機廢水，其主要參數如表1所示。

表1 含鹽有機廢水主要組分

1.2 試驗裝置

本試驗蒸發系統裝置為公司自主研發，裝置設計為蒸發溫度55 ℃時的蒸發量為200 L/h。壓縮機裝有變頻器根據需要調整壓縮機的壓縮比，其中羅茨壓縮機為外購，其他主要部件均為根據設計要求自制。蒸發系統主要包括羅茨壓縮機、預熱器、蒸發器、氣液分離室、壓濾機、冷凝水罐、強制循環泵、進料泵、真空泵等主要設備[3]，試驗工藝流程如圖1所示，對應的技術參數見表2。

表2 試驗裝置主要設備數據一覽表

圖1 MVR蒸發工藝流程圖

2 試驗部分

由于設計的蒸發溫度為55 ℃，根據系統實際壓縮機的蒸發情況在保證蒸發壓縮機不喘振的情況下，采用了與設計的蒸發溫度55 ℃上下范圍相差4℃，每隔2 ℃選取一個數據作為實驗對象。先根據設定的工藝條件開啟真空泵，將系統的真空度抽到設定的所需蒸發溫度對應的飽和水蒸氣的絕壓條件，然后開啟進料泵經過預熱的物料進料蒸發。

各組試驗均以蒸發20倍停止蒸發，在氣液分離室內做好標記，保證每組蒸發的倍數一樣。通過數顯的溫度計顯示蒸發過程中各溫度檢測點溫度的變化情況

3 結果與討論

如圖2中可以看出在蒸發過程中在鹽未達到飽和狀態析出來之前物料的沸點升高增加速率比較快，當鹽達到飽和狀態并析出來之后，沸點升高隨著濃縮倍數的增加沸點升高逐漸增大，但是增加的速率較緩慢，這是由于飽和氯化鈉在水中的溶解度是一定的，蒸發過程中不斷的由氯化鈉被壓濾機去除，所以由此判斷鹽析出來之后沸點升高的變化主要是由于物料中的少量有機物及甲酸鈉、乙酸鈉的影響導致料液的整體沸點升高變大。

圖2 蒸發溫度為55 ℃時沸點升高隨時間的變化情況

在料液濃縮相同倍數的情況下，隨著蒸發溫度的增加料液的沸點升高也逐漸變大，沸點升高的增大就意味著在MVR設計中要增加換熱器的換熱面積。同時如果要想得到同樣的蒸發量但是由于物料的熱敏性，不適合在高溫條件下蒸發，蒸發溫度的降低就需要增加壓縮機的壓縮比，隨著壓縮比的增加，壓縮比電耗增加，則在MVR設計中系統總傳熱面積就相應減小（圖3）。

圖3 蒸發溫度與沸點升高的關系

4 結 語

本課題對MVR系統中蒸發溫度的變化對沸點升高等數據的影響進行了研究。隨著MVR系統設計蒸發溫度的升高料液的沸點升高在變大。MVR蒸發在國內近年來剛剛工業化普及，MVR對中國工業醫藥等行業涉及到液體蒸發的部分將帶來一次全方位的革新，低碳經濟環保的經濟才是企業可持續發展的最堅實的后盾[4]。關于MVR系統設計的細節內容國內還需要有很大的進步空間，對于各個參數的精確把握以及了解它們之間的相互關系為系統的設計提供重要的依據。

［1］ 高麗麗，張琳，杜明照．MVR蒸發與多效蒸發技術的能效對比分析研究[J]．現代化工，2012(10)：84-86．

［2］ 朱天松，攀春升. 機械蒸汽再壓縮（MVR）技術在淡鹽水濃縮中的應用[J]. 蘇鹽科技，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，趙利民，等. 機械蒸汽再壓縮技術在石化廢水處理系統中的應用研究[J]. 當代化工，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

仲濤（1985-）,男,江蘇省連云港市人,助理工程師,2008年畢業于常州大學制藥工程專業,研究方向：從事環保技術工作。郵箱：qinaiyumeishi@163.com。