机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统性能研究

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机械蒸汽再压缩(Mechanical Vapor Recompression,简称MVR)蒸发技术是重新利用蒸发器内产生的二次蒸汽能量,从而减少对外界能源需求的一种节能技术。其原理是:蒸发器内产生的二次蒸汽经压缩机压缩,使其压力、温度升高,热焓值增加,作为本蒸发器系统的加热热源使用,压缩蒸汽释放潜热冷凝成冷凝水,物料吸收热量继续产生二次蒸汽,二次蒸汽重复上述过程,这样物料不断进行循环蒸发,系统仅需要压缩机提供能量。以MVR技术为基础,提出了一种机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统,采用升膜蒸发器与强制循环蒸发器联合并用。其过程是物料经预热后,达到泡点温度进入升膜蒸发器蒸发,溶液浓缩到接近饱和状态在分离器分离,分离出来二次蒸汽经压缩机压缩后给两个蒸发器供热,而分离的浓缩液再强制循环浓缩结晶。其主要特点在于实现了二次蒸汽压缩循环利用,浓缩液强制循环蒸发和冷凝水循环利用三大循环,这种循环结构新颖,并结合了升膜蒸发器与强制循环蒸发器的优点,节能效果更佳。升膜蒸发器使物料浓缩接近至饱和,蒸发了大量的水,因此大大减少了强制循环蒸发器所需要的动力,而强制循环结晶又弥补了升膜蒸发器不能用于结晶的难题。设计了处理量为100kg·h-1碳酸钠溶液蒸发结晶系统,碳酸钠溶液的初始浓度为10%,溶液蒸发温度为75℃,压缩机压缩比为1.8作为参考系数。对整个系统的各个设备及管道做计算,物料由常温(20-C)经预热器预热达到75℃,预热后的物料通过升膜蒸发器加热蒸发,溶液浓缩至30%,浓缩溶液再强制循环结晶,结晶体中大约含有55%的水。最后得出预热器换热面积为0.34m2,升膜蒸发器的换热面积为5.06m"’,强制循环蒸发器换热面积为0.53m2,压缩机理论功率2203W,同时也计算了分离器和各连接管道的大小。从能量、质量守恒的角度对此蒸发结晶系统进行了模拟分析,建立了预热器、蒸发器、压缩机的数学模型,分析了蒸发温度、压缩比等对换热面积、压缩机功率和制热能效比COP的影响。结果表明:随蒸发温度升高,预热器换热面积、压缩机功率增大,升膜蒸发器换热面积、强制循环蒸发器换热面积、制热能效比COP减小。随压缩比的增大,压缩机功率增大,升膜蒸发器换热面积、强制循环蒸发器换热面积、制热能效比COP减小。根据结论选择低温、低压缩比的MVR蒸发系统,节能效果更好。压缩比在1.3-1.4之间年总费用最低。
摘要第4-6页
ABSTRACT第6-7页
符号说明第10-11页
第一章 前言第11-25页
    1.1 课题背景第11-12页
    1.2 机械蒸汽再压缩机技术的研究现状第12-19页
        1.2.1 机械蒸汽再压缩机技术的发展第12-13页
        1.2.2 机械蒸汽再压缩热泵国外应用第13-14页
        1.2.3 机械蒸汽再压缩热泵在国内的发展第14-19页
    1.3 传统多效蒸发与MVR蒸发第19-21页
        1.3.1 多效蒸发第19-20页
        1.3.2 MVR蒸发第20页
        1.3.3 MVR蒸发器与多效蒸发器的比较第20-21页
    1.4 MVR蒸发器的研究研究的主要方向第21-23页
        1.4.1 蒸发器的研究的两个出发点第21页
        1.4.2 节能型蒸发器第21-22页
        1.4.3 各类蒸发器的联合应用第22页
        1.4.4 低温多效MVR蒸发器第22-23页
    1.5 机械蒸汽再压缩节能技术的在国内应用前景第23-25页
        1.5.1 国内现状第23页
        1.5.2 MVR蒸发器应用问题第23页
        1.5.3 MVR蒸发应用前景第23-25页
第二章 MVR蒸发器系统第25-36页
    2.1 MVR蒸发器介绍第25-26页
    2.2 预热器第26页
    2.3 蒸发器第26-32页
        2.3.1 自然循环型蒸发器第26-30页
        2.3.2 单程型蒸发器第30-32页
        2.3.3 直接接触传热的蒸发器第32页
    2.4 压缩机第32-36页
        2.4.1 离心压缩机第32-33页
        2.4.2 罗茨压缩机第33-34页
        2.4.3 压缩机的驱动力第34-36页
第三章 机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统设计第36-50页
    3.1 机械蒸汽再压缩连续蒸发结晶系统第36-41页
        3.1.1 管式蒸发器第37-38页
        3.1.2 板式蒸发器第38-39页
        3.1.3 分离器第39页
        3.1.4 罗茨压缩机第39-41页
    3.2 设备的设计计算第41-47页
        3.2.1 预热器设计计算第42-44页
        3.2.2 升膜蒸发器设计计算第44-45页
        3.2.3 强制循环蒸发器设计计算第45-46页
        3.2.4 压缩机功率计算第46页
        3.2.5 分离室直径和高度的确定第46-47页
    3.3 接管尺寸的确定第47-50页
        3.3.1 二次蒸汽流通管道第47-48页
        3.3.2 高温蒸汽管道第48页
        3.3.3 循环泵间的管道第48页
        3.3.4 冷凝水出口第48-50页
第四章 机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统模拟分析第50-60页
    4.1 数学模型第50-51页
        4.1.1 预热器第50页
        4.1.2 压缩机第50-51页
        4.1.3 蒸发器第51页
    4.2 优化模型第51-52页
    4.3 分析结果与讨论第52-58页
        4.3.1 换热面积的计算与分析第53-56页
        4.3.2 压缩机功率和制热能效比的计算与分析第56-58页
        4.3.3 年总费用的计算与分析第58页
    4.4 小结第58-60页
第五章 总结与展望第60-61页
参考文献第61-65页
致谢第65页
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