1.MVR蒸发系统的工业应用背景

目前能源价格居高不下, 有目共睹。制盐业属高耗能行业, 传统制盐业的万元工业增加值能耗指标高达15 t标煤左右。在能源价格飞速上涨的今天, ，节能降耗、提高效益、降低成本的任务迫在眉睫。^[1]

蒸发操作广泛的存在于化工、轻工、食品、制药、海水淡化、污水处理等工业生产中。由于这种操作是一个耗能较大的过程, 因此, 提高蒸发过程中的能量利用率对节约能源具有重要的意义。热泵在蒸发中应用,可以节能,尤其是机械再压缩式热泵蒸发,其节能效果尤其大, 由于长江,黄河等水利资源的开发、核电站的建设及风力发电站的兴建,绿色能源的比重日益加大,构成电价的因素也在变化,但总的趋势,电价不会飙升,所以在煤油,价格上升时用电仍较经济。其差价会更大。机械再压缩式热泵蒸发更有广阔的发展空间,值得推广。由于我国机械工业发展很快,可以提供各种参数的蒸汽压缩机,因此机械再压缩式热泵的发展不但有必要,也是有技术保证,因而它的应用是可能的。近年来，制碱行业为降低生产成本、实现节能减排，同时提高生产工艺的稳定性和易操作性，全卤离子膜法制碱工艺技术已经得到大力的推广。然而，全卤离子膜法的关键技术在于将淡盐水浓缩至接近饱和的处理技术。在现代工业废水处理中，一部分的废水需要进行浓缩以便于下一步的处理，比如脱硫废水、硫酸铵废水、制浆废液、氯化铵废水等，传统的浓缩方法主要有反渗透法、多级闪蒸、多效蒸发等，但这些方法的处理成本相对较高。因此，具有高效率、低运行成本的MVR技术成为了废水浓缩技术的焦点。发酵行业是轻工业中应用非常广泛的一个行业，而蒸发浓缩处理则是发酵行业中必不可少的一个环节。自90 年代开始，我国的发酵行业有了很好的发展，例如玉米深加工领域，蒸发器都起着不可替代的位置。所以MVR 技术在发酵行业上有着惊人的发展潜力。MVR蒸发系统是目前世界上最节能的蒸发浓缩单元由目前国际的能源价格的走势来看仅依靠少许电能的蒸发设备将会在市场中占有重要的位置。 ^{[3,4,5,6,7,8,9]}

2.MVR蒸发系统的国内外研究进展

MVR 热泵蒸发系统基于当前循环过程回收利用上个循环过程中物料蒸发所产生的二次蒸汽（也是此工作周期结束后即将冷凝成水的蒸汽）的潜热而进行。蒸发器蒸发产生的二次蒸汽先进入压缩机压缩以实现其热力品质的提升,压力和温度提高后,再重新进入蒸发器作为加热蒸汽利用；释放出冷凝潜热的蒸汽成为冷凝水，料液中吸收了其潜热而产生的新蒸汽则继续下一个循环过程。由于在蒸发器中二次蒸汽所需的潜热来自外排蒸汽本身冷凝所放出的潜热，因此蒸发所耗的能量仅仅是压缩机所耗的能量。实际表明,压缩机所耗能量比锅炉产生蒸汽耗能量少，因而二次蒸汽的经济性有所提高。MVR蒸发系统主要由预热器，蒸发器，气液分离器，蒸汽压缩机以及真空泵清洗系统等相关附属设备组成。水蒸气压缩机在国外的研究己有很长的历史，第一台有记录的水蒸气离心式压缩机由Leblanc建于1912年，至1934年Belmont将水蒸气离心式压缩机应用于空调系统。国内自贡张家坝化工厂于1989 年引进一套MVR制盐装置, 运行了四年, 规模为13t/h，电耗为148kWh/t盐。蒸发水量为3160 kg/t盐。补充蒸汽129kg/t。因为各种因素而被淘汰。经过多年发展, 热泵制盐技术在国外得到了长足发展，其工艺及热泵压缩机可靠性及效率方面有了质的飞跃, 国内大型发电装置的发电效率及环保性也得到了大幅提高，国内蒸汽成本，电力成本发生较大变化。中盐金坛公司于2010年11月建成投产了采用新的MVR技术的制盐装置运行至今。该技术主要被国外的美国GE、德国的GEA和Messo等公司垄断。国内目前没有完全独立开发的系统，小型系统依靠进口压缩机组装来实现，大型系统或全部进口或依靠国外设计并进口关键部件。我国很多公司看好该技术的前景，但技术开发的实力有限，急需技术积累 ^{[2,5,9,10,11,12]} 。

3.MVR蒸发系统的研究内容与意义

MVR蒸发系统其研究主要集中在系统工艺流程设计、蒸汽压缩机、蒸发换热器和气液分离器等四个方面。研究内容：1）MVR蒸发系统的工艺条件的研究，由于MVR蒸发系统是由蒸发器，气液分离器，蒸汽压缩机，真空系统等多个单元组成，其中每个设备单元都对二次蒸汽的利用效率至关重要。每个单元结构的工艺参数都对系统运行的稳定性和节能性影响重大。因此系统中各个单元的工艺条件是研究的重点。2）MVR蒸发系统中单元结构的优化，蒸发器是MVR蒸发系统的主体，为了能选出最适合MVR体系的蒸发器，分别对蒸发器的主体，气液分离器，蒸汽压缩机扥做不同类型的比较和选型。3）设计MVR蒸发系统的流程图，对系统中必要的附属结构作优化选型。

本设计将对MVR蒸发系统的体系设计、单元结构、二次蒸汽的回收以及低压蒸发等方面进行设计，开发出一种高效节能减排并能广泛应用于食品工业、中草药浓缩、废水处理等行业的蒸发浓缩设备体系。