二次蒸汽
机械蒸汽再压缩式蒸发器（MVR）
机械蒸汽再压缩式蒸发器（MVR），是将二次蒸汽经压缩机压缩后，使加热热量得到循环利用。
该系统能耗低，结构简单，运行稳定，无需冷凝器、冷却塔等设备，也无需生蒸汽、冷却水等公用工程。
该技术也适用于企业原有的多效蒸发系统的改造。
以每年蒸发量为10吨/小时的蒸发器为例，MVR运行费用比三效蒸发器的节省367.2万元。
技术特点：1）低能耗、低运行费用；2）占地面积小；3）公用工程配套少，工程总投资少，4）运行平稳，自动化程度高；5）无需原生蒸汽；6）可以在40℃以下蒸发而无需冷冻设备，特别适合于热敏性物料。
技术参数：1）蒸发一吨水需要耗电为23-70度电；2）可以实现蒸发温度17-40℃的低温蒸发（无需冷冻水系统）；3）无需生蒸汽；4）无需冷凝器以及冷却水。
应用推广情况：■ 蒸发浓缩■ 蒸发结晶■ 低温蒸发从蒸发器出来的二次蒸汽，经压缩机压缩，压力、温度升高，热焓增加，然后送到蒸发器的加热室当作加热蒸汽使用，使料液维持沸腾状态，而加热蒸汽本身则冷凝成水。
这样，原来要废弃的蒸汽就得到了充分的利用，回收了潜热，又提高了热效率，生蒸汽的经济性相当于多效蒸发的30效。
为使蒸发装置的制造尽可能简单和操作方便，经常使用单效离心再压缩器，也可以是高压风机或透平压缩器。
这些机器在1：1.2到1：2压缩比范围内其体积流量较高。
对于低的蒸发速率，也可用活塞式压缩机、滑片压缩机或是螺杆压缩机。
蒸发设备紧凑，占地面积小、所需空间也小。
又可省去冷却系统。
对于需要扩建蒸发设备而供汽，供水能力不足，场地不够的现有工厂，特别是低温蒸发需要冷冻水冷凝的场合，可以收到既节省投资又取得较好的节能效果。
工艺流程的优化设计是投资节省的关键所在，例如，优化设计液柱静压，使冷凝水不回流，不倒灌，这样通常的多台冷凝水罐，只需设计一台就可以。
就蒸发器形式而言，要优先选择降膜蒸发器，因为降膜没有液柱静压力，纯热温差显著高于其它形式。
如果出于物料特性的原因选择其它形式的蒸发器，那么也应强化管内循环流速的设定，实验证明，提高流速可以使所需蒸发面积明显减少。
蒸汽疏水阀和冷凝水的排放及回收
吊桶上的排气孔用 来排除积聚在疏水 阀 顶 部 的 空 气。 排 气 孔 的 排 气 速 度 缓 慢， 因而有时需要单独 的 排 气 阀。
倒吊桶疏水阀的特点
优 点： • 阀 体 结 实， 结 构 简 单， 可 耐 水 锤， 具 有 很 长 的 使 用 寿 命 •如在入口安装止回阀可使用于过热蒸汽系统 缺 点： • 倒 吊 桶 顶 部 的 小 孔 能 缓 慢 排 放 空 气。 该 孔 不 能 过 大 否 则 在 正 常工作情况下泄漏蒸汽 • 在 系 统 压 力 突 然 变 化 时， 容 易 失 去 水 封 而 泄 漏 蒸 汽， 必 须 在 进口安装止回阀 • 暴 露 在 过 冷 的 环 境 中 会 冻 结 损 坏， 必 须 加 以 保 温 • 在 小 负 载 情 况 下， 泄 漏 蒸 汽
(包括减压阀,温控阀,气动等高精度阀前的疏水)
小型设备冷凝水的排除 见下图
热动力疏水器在蒸汽主管线的应用
浮球式蒸汽疏水阀
浮球式蒸汽疏水阀
球墨铸铁阀体 热静力排空 装置 不锈钢浮球
球墨铸铁
浮球疏水阀的工作原理
1 2 3
破蒸汽汽锁装 置和热静力排 空 阀 (C)
起 机 阶 段， 热 静 力 排空装置允许空气 通 过， 其 它 时 间 高 温冷凝水使排空装 置 关 闭， 空 气 无 法 通 过。
冷凝水 的回收
为 什 么 回 收 冷 凝 水?
• • • • • •
冷 凝 水 是 极 有 价 值 的 资 源. 其 所 含 有 的 高 热 量 是 回 收 的 最 佳 理 由. 冷 凝 水 是 经 过 水 处 理, 回 收 冷 凝 水 可 以 降 低 水 处 理 费 用. 减 少 锅 炉 排 污. 可 以 避 免 冷 凝 水 排 放 的 巨 大 费 用. 减 少 补 充 给 锅 炉 的 水, 降 低 水 费 用. 总 的 效 果: 可 以 节 约 20% 以 上 的 燃 料.
二次蒸汽流速计算公式
二次蒸汽流速计算公式目前，企业中使用的二次蒸汽主要有蒸汽发生器、水冷壁式汽水分离器和两种。
蒸汽发生器，是由蒸汽通过管道，以一定流量输送到加热炉，通过锅炉内加热汽体或水而产生温度梯度流动，这种流动在高压蒸汽条件下进行。
在工业生产中，用于循环蒸汽或热交换热水而产生蒸汽，经处理后作为加热炉用蒸汽，或者直接作为冷却介质。
这种汽水分离器中又可分为多个类型：有一定流量或压力值、有一定蒸汽粘度的流动类型、有一定汽温的流动类型，有一定温度差的流动类型都是二次蒸汽流动类型。
二次蒸汽中，有不同形式蒸汽流动方向的不同作用，如水蒸汽中无相变运动和流动过程、水蒸汽中有无相变、高温蒸汽中无空化、干燥蒸汽中无有流动等。
二次蒸汽流速即二次蒸汽流量(m/s)即二次蒸汽单位时间内获得的汽量/体积比例，一般采用体积比例公式计算；流体介质二次温差大，其流速通常为10 m/s;介质二次温差小，其流速通常为1 m/s.因此，可利用公式计算二次蒸汽流速值。
二次蒸汽流速计算公式: t= Q/t (q)+Q0分别表示为:1 Q=1.0000 mH· s.q1表示为: f=0.0635 L/min. k=1.0002 mm/s. h (k2); f (h)表示为: f× g* q (1~ b))* q (μ s)=1.2444 mm/s。
(1)二次蒸汽流速计算应注意其变化趋势，若速度变化较小的时候，为保证二次蒸汽正常流出；若速度变化较大的时候，为保证流速均匀。
为保证二次压力正常使用，在计算时要特别注意压力、流量、温度及压力容器容积的变化情况，其数值不应发生较大变化，否则计算结果不能正确反映实际运行状况。
一次、二次蒸汽使用过程中，由于温度、压力及温度容器容积的变化会引起流量和压力差异极大。
为保证二次蒸汽有效地运行，二次汽源入口必须保持稳定（应注意防止泄漏）。
对于二次蒸汽发生器，为了减少对锅炉运行造成的影响，往往要采用各种措施来保证二次汽正常安全运行。
蒸发设备操作讲解
而工业上处理的溶液大多为水溶液，所以本章仅
一、蒸发流程
稀溶液〔料液〕经过预热参加蒸发器。蒸发器 的下部是由许多加热管组成的加热室，在管外 用加热蒸汽加热管内的溶液，并使之沸腾汽化， 经浓缩后的溶液〔完成液〕从蒸发器底部排出。 蒸发器的上部为蒸发室，其作用是使汽化所产 生的蒸汽与夹带的液体别离。为减少汽体夹带 的液体量蒸发器顶部还装有除沫器，经过汽液 别离的蒸汽被引至冷凝器冷凝成液体而除去。
(a)～(d)安装在蒸发器的顶部 (e)～(g)安装在蒸发器的外部
二、蒸发设备
2. 冷凝器 作用：冷凝二次蒸汽。 冷凝器有间壁式冷凝器和直接 接触式冷凝器〔混合式冷凝器〕 两类。间壁式冷凝器可采用列 管式换热器。除了二次蒸气是 有价值的产品需要回收，或会 严重污染冷却水的情况采用间 壁式冷凝器外，大多采用气液 直接接触的混合式冷凝器来冷 凝二次蒸汽。
一、蒸发流程
蒸发过程两个重要的组成局部：
不断除去汽化的蒸发溶剂—冷凝器 加热溶液使溶剂汽化—蒸发器
两个小概念： 生蒸汽—蒸发过程所用的加热介质通常为水蒸气， 被称为加热蒸汽或生蒸汽。 二次蒸汽—溶剂由于吸热沸腾汽化而生成的蒸汽 被称为二次蒸汽。
二、蒸发设备
蒸发设备
蒸发器
加热室 蒸发室
除沫器
辅助设备
蒸发装置操作与控制
蒸发过程工艺参数确实定
工艺参数
单位时间内水分蒸发量W(kg/h)和完成液浓度—物料衡算方程 加热蒸汽用量D(kg/h)—热量衡算方程 蒸发器的传热面积S(m2)—传热速率方程
一、水分蒸发量的计算
以蒸发器为系统进展溶质的质量衡算〔以kg/h为基准) ：
Fx0=(F-W)x1 水分蒸发量：
二次闪蒸蒸气节能专案
一.二次闪蒸蒸汽进蒸箱截门必须保持长开状态。 二.进蒸箱的一次新鲜蒸汽经减压阀尽量减压到最低限度大 约减压后压力在0.06--0.04Mpa左右，以确保二次闪蒸蒸 汽可以顺利进入蒸箱，并可最大限度的增加二次闪蒸蒸 汽的耗用量。
三.蒸箱入内压力必须控制在制程要求范围内， 根据公式： Q=71.64*A* P/V （该公式为小孔蒸汽喷出的经验计算公式） 以上公式中：Q：为蒸汽用量，71.64：为经验数值， A：为蒸汽喷出小孔的截面积，P：为蒸汽压力， V：为蒸汽的比容积。 以上公式中说明：蒸汽耗用量与入内压力的1/2次方成正比， 与小孔的总截面积成正比例关系。即蒸箱入内压力越高耗用 蒸汽量越大，同时小孔的总截面越大耗用蒸汽量就越多。 四.二次闪蒸蒸汽进入蒸箱被充分利用，但并不代表节约了相同 进入蒸箱一次新鲜蒸汽的用量，只有在相同的蒸箱入内压力 的情况下，在将二次闪蒸蒸汽引入蒸箱的同时节约了等量的 一次新鲜蒸汽。
天津顶益二次闪蒸蒸汽 节能专案报告
王 军
关于二次闪蒸蒸汽的合理使用及效益分析 1.什么是闪蒸蒸汽? 当一定压力下的凝结水或锅炉水被降压，部分水分会二次 蒸发，所得到的蒸汽即为闪蒸蒸汽。 2.为什么闪蒸蒸汽很重要？ 因为它包含可以使工厂经济运行的热量，不利用它能源就 会被白白浪费。 3.闪蒸蒸汽是怎样形成地？ 当水在大气压力下被加热，100℃是该压力下液体水所能允 许的最高温度。再加热也不能提高水的温度，而只能将水转 化成蒸汽。 当水在升温至沸点前的过程中吸收的热叫“显热”，或叫饱和水显热 在同样压力下将饱和水转化成蒸汽所需要的热叫“潜热”。在一般场 合下，热的单位用千焦表示，它是指将1KG水在1个大气压力下升高 0.24℃所需要的热量。
然而，如果在一定压力下加热水，那么水的沸点 就要比100℃高，所以就要求有更多的显热。压力越高， 水的沸点越高，热含量亦越高。压力降低，部分显热释 放出来，这部分超量热就会以显热的形式被吸收，引起部分水被 “闪蒸”成蒸汽。 0.689MPa的蒸汽压力温度下的凝结水的热含量是718.22KJ/KG, 如果这时将该凝结水排放到大气压力下（0MPa)，它的热则马上降 到418.81KJ/KG.剩下的299.41KJ/KG热量则将部分凝结水二次蒸发 或闪蒸。计算公式为： %闪蒸蒸汽=（SH-SL）/H*100 SH=排放前高压下凝结水中的显热。 SL=排放时低压下凝结水中的显热。 H=低压下蒸汽中的潜热。 %闪蒸蒸汽=（718.22-418.81）/2256.8*100%=13.3%
MVR蒸发技术
MVR蒸发技术简介河北惠智润科环保科技有限公司一、MVR介绍MVR是Mechanical Vapor Recompression 的英文简称，是利用机械压缩二次蒸汽实现重复使用的蒸发方法。
MVR的基本原理是通过用压缩机把蒸发时生成的二次蒸汽压缩，提高其压力和温度，并最终返回蒸发器替代源蒸汽加热，这样形成一个加热→二次汽→加热的闭环。
理论上二次蒸汽的热量和质量要低于源蒸汽，但在实际压缩过程需要补充少量水去过热，这样压缩后蒸汽量与加热蒸汽基本相同，可完全取代源蒸汽并最终实现了“0”蒸汽蒸发，蒸发连续运转仅仅消耗压缩机所用电能。
二、MVR的优缺点（一）优点：1、非常节能当蒸发系统运行平稳后，MVR可以百分百利用二次汽热能，这一点和多效蒸发不同。
多效蒸发最后一效的二次汽通常利用率很低甚至无法利用，既然得不到100%利用，那么不被利用的二次汽通常需要冷却和真空除不凝气，这样又会有一部分能耗。
MVR不存在这类缺点，蒸发产生的二次汽百分百会被自身冷凝成水，如果预热流程设计得好，通常冷凝水的温度会比进料温度稍高一些，即二次汽冷凝水的余热都会被利用，因此MVR的能耗比多效蒸发低很多。
2、无蒸汽硬性需求MVR运行过程不需要蒸汽，可以解决一个蒸汽供应有困难企业的蒸发问题，而在环保要求越来越严格的今天，这类企业越来越多，因此非常适合国情。
3、蒸发温度可控对于热敏性物质蒸发而言，MVR与之是天作之合，例如奶类、果汁类、糖类、氧化胺、制药等等一系列物质，MVR可在蒸发过程很好地保护这些物质不变质变色，这些是多效蒸发所不能给予的。
（二）缺点1、电能需求MVR适用于有电能优势的企业，虽然MVR耗能要比多效低很多，但是由于所消耗的能量是电，多效蒸发消耗的是汽，电价和汽价以及投资等等综合起来，会有一部分企业生产成本不一定合算。
2、投资成本MVR是一个需要设备优良、控制系统完善的蒸发系统，都对于小型装置而言，MVR投资会比多效蒸发高很多，对于蒸发量达到每小时上百吨的大型装置，MVR会和多效蒸发相近。
名词解释
一、名词解释气缚：如果离心泵动时泵壳和吸入管道内没有充满液体，泵内存在空气，由于空气的密度小于液体的密度，所产生的离心力很小，不足以形成吸上液体的需要的真空度。
此时离心泵无法正常工作。
这种现象称“汽缚”。
汽蚀：当离心泵的吸入口压强P1等于输液温度下该液体的饱和蒸汽压Pv，泵入口处液体就要沸腾汽化，形成大量汽泡沫。
汽泡随液体进入叶轮的高压区被压缩后迅速凝聚成液体，体积急剧减小，周围液体就以极高的速度冲向凝聚中心，产生几十甚至几百兆帕的局部压力。
此时液体质点的急剧冲击连续打击叶轮的金属表面，使叶片受到严重损伤。
这种现象称“汽蚀。
热传导：当物体内部或两接触的物体间有温度差时，温度较高处的分子因振动而与相邻分子碰撞，并将能量的一部分传给后者，这种能量传递方式，称为热传导。
4. 稳态传热：在传热系统中温度分布不随时间而改变的传热过程称为稳态传热。
非稳态传热：在传热系统中温度分布随时间改变的传热过程称为非稳态传热。
汽蚀余量：汽蚀余量△h是指离心泵入口处液体的静压头P1/ρg与动压头u12/2g之和超过其饱和蒸汽压头Pv/ρg的某一最小指定值，即：△h=（P1/ρg+u12/2g）-Pv/ρg6．允许吸上真空度：允许吸上真空度Hs指泵入口处压力P1可允许达到的紧高真空度。
以压头形式表示为Hs=（Pa-P1）/ρg7.热交换：两个温度不同的物体由于传热，进行热量的交换。
8、热辐射：仅因物体自身温度而发出的辐射能称为热辐射。
8．单效蒸发：原料液在一个蒸发器内被加热汽化，产生的二次蒸汽引出后冷凝或排空，不再利用。
多效蒸发：原料液在多个蒸发器内被加热汽化，只在首效采用新鲜生蒸汽，产生的二次蒸汽引出后作为下一效蒸发器的加热蒸汽，末效的二次蒸汽直接冷凝或排出。
10. 当物料中的水分活度aw湿空气的相对湿度φ之间处于不同的关系时，两者之间水的传递方向将会不同。
解湿：当aw>φ时，则物料表面附近水蒸气分压p大于湿空气中的水蒸气分压pv，水分将从湿物料向湿空气中传递，这种过程称为物料的解湿。
食品工程原理 第五章 习题解答
第五章习题解答1. 什么样的溶液适合进行蒸发？答：在蒸发操作中被蒸发的溶液可以是水溶液，也可以是其他溶剂的溶液。
只要是在蒸发过程中溶质不发生汽化的溶液都可以。
2. 什么叫蒸发？为什么蒸发通常在沸点下进行？答：使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发。
在蒸发操作过程中物料通常处于相变状态，故蒸发通常在沸点下进行。
3. 什么叫真空蒸发？有何特点？答：真空蒸发又称减压蒸发，是在低于大气压力下进行蒸发操作的蒸发处理方法。
将二次蒸汽经过冷凝器后排出，这时蒸发器内的二次蒸汽即可形成负压。
操作时为密闭设备，生产效率高，操作条件好。
真空蒸发的特点在于：①操作压力降低使溶液的沸点下降，有利于处理热敏性物料，且可利用低压强的蒸汽或废蒸汽作为热源；②对相同压强的加热蒸汽而言，溶液的沸点随所处的压强减小而降低，可以提高传热总温度差；但与此同时，溶液的浓度加大，使总传热系数下降；③真空蒸发系统要求有造成减压的装置，使系统的投资费和操作费提高。
4. 与传热过程相比，蒸发过程有哪些特点？答：①传热性质为壁面两侧流体均有相变的恒温传热过程。
②有些溶液在蒸发过程中有晶体析出、易结垢或产生泡沫、高温下易分解或聚合；溶液的浓度在蒸发过程中逐渐增大、腐蚀性逐渐增强。
二次蒸汽易挟带泡沫。
③在相同的操作压强下，溶液的沸点要比纯溶剂的沸点高，且一般随浓度的增大而升高，从而造成有效传热温差减小。
④减少加热蒸汽的使用量及再利用二次蒸汽的冷凝热、冷凝水的显热是蒸发操作过程中应考虑的节能问题。
5. 单效蒸发中，蒸发水量、生蒸气用量如何计算？答：蒸发器单位时间内从溶液中蒸发出的水分质量，可用热负荷来表示。
也可作物料衡算求得。
在蒸发操作中，加热蒸汽冷凝所放出的热量消耗于将溶液加热至沸点、将水分蒸发成蒸汽及向周围散失的热量。
蒸汽的消耗量可通过热量衡算来确定。
6. 何谓温度差损失？温度差损失有几种？答：溶液的沸点温度t往往高于二次蒸汽的温度T’，将溶液的沸点温度t与二次蒸汽的温度T'之间的差值，称为温度差损失。
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当液体在有限的密闭空间中蒸发时，液体分子通过液面进入上面空间，成为蒸汽分子。
由于蒸汽分子处于紊乱的热运动之中，它们相互碰撞，并和容器壁以及液面发生碰撞，在和液面碰撞时，有的分子则被液体分子所吸引，而重新返回液体中成为液体分子。
开始蒸发时，进入空间的分子数目多于返回液体中分子的数目，随着蒸发的继续进行，空间蒸汽分子的密度不断增大，因而返回液体中的分子数目也增多。
当单位时间内进入空间的分子数目与返回液体中的分子数目相等时，则蒸发与凝结处于动平衡状态，这时虽然蒸发和凝结仍在进行，但空间中蒸汽分子的密度不再增大，此时的状态称为饱和状态。
在饱和状态下的液体称为饱和液体，其对应的蒸汽是饱和蒸汽，但最初只是湿饱和蒸汽，待蒸汽中的水分完全蒸发后才是干饱和蒸汽。
蒸汽从不饱和到湿饱和再到干饱和的过程温度是不增加的，干饱和之后继续加热则温度会上升，成为过热蒸汽。
饱和蒸汽实际上是水分子由液态转变为气态的临界值，饱和蒸汽由于温度或压力的改变，部分气态水分子转变为液态，即蒸汽中携带了部分的水时就称其为“湿蒸汽”。
完全气态水分子称为“干蒸汽”。
在水达到饱和温度后，如定压加热，则饱和水开始汽化，在水没有完全汽化之前，含有饱和水的蒸汽叫湿饱和蒸汽。
湿饱和蒸汽继续在定压条件下加热，水完全汽化成蒸汽时的状态叫干饱和蒸汽。
干饱和蒸汽继续定压加热，蒸汽温度上升而超过饱和温度时，就变成过热蒸汽。
xc。