摘要: 介绍了机械蒸汽再压缩蒸发浓缩节能新工艺的工作原理，以 15 t/h 氨基酸的蒸发浓缩为工程实例，对采用 MVR 蒸发技术和传统的多效蒸发技术进行了能效对比分析研究。

蒸发浓缩是工业中非常典型的化工单元操作，广泛使用在化工、轻工、食品、制药、海水淡化、污水处理等工业生产中。蒸发浓缩操作的热源主要采用源源不断的锅炉生蒸汽，随着市场蒸汽价格的上涨，蒸汽运行成本越来越高，企业的负担急剧增大。如何减少装置蒸汽的运行成本、节约能源是目前蒸发浓缩工艺亟待解决的问题。

利用蒸汽机械再压缩机技术( mechanical vapor recompression，MVR) ，将蒸发器蒸发产生的原本需要冷却水冷凝的二次蒸汽，经压缩机压缩后，提高其压力和饱和温度，增加热焓，再送入蒸发器加热器作为热源，替代生蒸汽循环利用，二次蒸汽的潜热又得到了充分的利用，从而达到了节能的目的。

1、主要原理

机械蒸汽再压缩蒸发技术的工艺流程如下图所示。将从蒸发器分离出来的二次蒸汽经压缩机压缩后，其温度、压力升高，热焓增大，然后进入蒸发器加热室冷凝并释放出潜热，受热侧的料液得到热量后沸腾汽化产生二次蒸汽经分离后进入压缩机，周而复始重复上述过程，蒸发器蒸发的二次蒸汽源源不断地经过压缩机压缩，提高热焓，返回到蒸发器作为蒸发的热源，这样就可以充分回收利用二次蒸汽的热能，省掉生蒸汽，达到节能的目的; 同时，还省去了二次蒸汽冷却水系统，节约了大量的冷却水。

1—原料泵； 2—加热室； 3—压缩机； 4—蒸发室

2、与多效蒸发技术的技术对比

多效蒸发是把前效产生的二次蒸汽作为后效的加热蒸汽，虽然在一定程度上节省了生蒸汽，但第一效仍然需要源源不断地提供大量生蒸汽，并且末效产生的二次蒸汽还需要冷凝水冷凝，整个蒸发系统也比较复杂。而且多效蒸发一般最多只做到四效，四效后蒸发效果就很差了。此外，效数增加，设备费用会相应增大，每一效的传热温差损失也会增加，使得有效传热温差减小，设备的生产强度下降。

蒸汽机械再压缩机技术可以将二次蒸汽，经压缩机压缩后，提高其压力和饱和温度，再送入蒸发器加热器作为热源，替代生蒸汽循环利用，二次蒸汽的潜热又得到了充分的利用，从而达到了节能的目的。

3、与多效蒸发技术的能效对比

下面以 15 t/h 氨基酸的蒸发浓缩工程实例为研究对象，对采用 MVR 蒸发技术和传统的多效蒸发技术的工艺流程进行能效对比分析。

工艺条件: 氨基酸蒸发总量W=15t/h，原料质量分数为x0=1%，进料温度T0=50℃，完成液浓度为 x1=3%，蒸发温度为T1=70℃，加热蒸汽温度为T2 =78℃。

(1)加热蒸汽的消耗量

多效蒸发工艺在运行时，主要是第一效消耗加热蒸汽多效蒸发第一效的加热蒸汽消耗量为4.437kg/s。以三效蒸发为例，考虑到各种温度差损失和蒸发器的热损失等，其能效比为0.42，则三效蒸发的单位蒸汽消耗量为1.864kg/s。机械式蒸汽再压缩技术，从理论上讲，在启动后正常运转时，不再需要外来蒸汽的供应，仅压缩机消耗一定的电能。

(2)冷却水处理量

冷却水的流量，由冷凝器的热量衡算得:GB=［W3(HK－CBTK)］/［CB(TK－tH)］以三效蒸发为例，若第三效二次蒸汽的温度T3=70℃，冷却水初温为tH =20℃，蒸发量在各效间的比例分配为1.0∶1.1∶1.2。根据以上条件，经计算得，三效蒸发的冷却水流量为69.74t/h。机械式蒸汽再压缩系统由于二次蒸汽加压后重新回到加热室作为加热蒸汽，而加热蒸汽的冷凝水又作为预热原料的热源，整个系统充分回收利用了蒸汽的潜热，因而省却了冷却水系统，基本实现工业废水的零排放。

(3)输入热量

达到相同的氨基酸生产条件，分别分析传统多效蒸发和MVR蒸发技术所需的输入热量。多效蒸发的输入热量为:Q=q1E+q2E+q3E+q'－q式中,q1E为蒸汽冷凝水带出显热;q2E为浓缩液带走热量;q3E为终效蒸汽冷凝放出潜热;q'为损失热;q为料液代入热。经计算得最终三效蒸发的输入热量为Q=9795.45×1000kJ/h。

对于 MVR 蒸发，加热室以压缩后的高温位二次蒸汽作为加热热源，加热蒸汽在加热室中与被处理料液进行热交换而凝结成液体后排出系统外。因此，MVR蒸发排出的是显热。根据这种蒸发方式列热平衡可得:Q =q1V+q2V+q3V+q'－q式中，q1V为蒸汽冷凝水带出显热量;q2V为浓缩液带走热量; q3V为预热硫酸钠溶液所需的热量;q'及q同三效蒸发。最终可得MVR的输入热量为 Q'=2213.66×1000kJ/h。

达到相同的生产条件，采用MVR蒸发装置，其所需要的热量约为三效蒸发的24% 。

4、结论

本文以15t/h 氨基酸的蒸发浓缩为工程实例，对采用MVR蒸发技术和传统的多效蒸发技术的能效进行对比分析，结果表明，采用MVR 蒸发技术比传统的多效蒸发技术每年可节省85.7%的标准煤。另外，在相同的蒸发条件下，MVR蒸发装置所需热量为三效蒸发的24% 。说明采用MVR蒸发技术可以提高效率、节约能源、降低企业运行成本，有巨大的推广空间，为MVR蒸发技术在氨基酸蒸发浓缩方面的推广应用提供了基础。