硫酸镍溶解度 MVR蒸发系统设计要点
介绍
MVR是机械蒸汽再压缩技术（蒸汽）的简称。蒸发器系统产生的二次蒸汽通过蒸汽压缩机（离心式压缩机或罗茨式压缩机）进行压缩，将低品位的二次蒸汽提升为高焓蒸汽热源，再返回到蒸发系统使用。是一种高效的节能技术，减少了对外部能源的需求。
01MVR系统工艺流程确定
MVR蒸发系统在锂电池、湿法冶金、中药浓缩、热泵蒸馏、环保废水处理等行业有着广泛的应用。在设计之初，应根据原料性质、工艺要求、占地面积等各方面因素综合考虑设计方案的合理性，最终保证MVR蒸发系统的使用寿命和稳定性达到最佳。对于采用MVR蒸发结晶的物料，要遵循的原则是加热管内物料不能沸腾。根据经验，进行如下工艺分析：
1、降膜浓缩+强制循环蒸发工艺：该工艺路线的特点是处理物料进料的初始浓度较低，料液粘度范围为5-450cp（厘泊，约等于0.45Pa.s）。物料在蒸发浓缩过程中的饱和浓度范围较大，但当最终物料需要析出晶体时必须选择此工艺路线。其具有以下优点：
1）可以充分节省系统运行的能耗；
2）可节省系统占地面积；
3）可提取不同浓度的物料，排料范围广；
4）由于降膜蒸发器的传热系数较强制循环高，因此可以根据不同的浓度、蒸发参数条件选用不同的设备、不同的材质，节省设备投资。
5）通过降膜蒸发+强制系统相结合，可形成MVR多效工艺，从而减少压缩机的处理量，最大程度的达到节能，减少压缩机设备的投资。
2、强制循环蒸发工艺：一般强制循环蒸发器用于处理接近物料饱和浓度的高进料浓度。而强制循环蒸发器的蒸发可用于易结晶、结垢、粘度大、易起泡的溶液的蒸发。或当进入系统的溶液处理量比较少时，有需要结晶的溶液。此工艺还具有以下优点：
1）根据处理量、物料浓度、蒸发系统可设计强制循环蒸发或双效强制循环蒸发系统；
2）可处理高盐废水体系，抗盐沉淀，操作条件范围广；
3、升膜蒸发浓缩+强制循环浓缩：升膜蒸发器内液体的温度必须大于或等于蒸发温度，否则必须利用蒸发器底部加热面的一部分加热液体达到沸点后才能汽化蒸发。不仅如此，低温物料进入蒸发器后不能立即形成液膜，在泵和真空的作用下会以液柱形式上升，从而降低蒸发效率。因此，沸点以下的液体在进入蒸发器前必须预热到沸点或沸点以上，这样蒸发参数才会很快达到要求并稳定下来。本工艺适用范围：
1）蒸发量较大的体系中浓溶液的蒸发；
2）处理液体中热敏性且易起泡的溶质；
3）特别适合一些中药浓缩工艺，根据工艺情况可将升膜蒸发器设计为板式蒸发器。
02MVR蒸发系统设计计算流程
MVR蒸发系统的设计应满足以下三点：一是能有效降低和消除液体的过饱和状态，使晶体有良好的生长条件和环境；二是能减少液体的短路温度损失，有利于闪蒸和汽液分离，尽量减少液体泡沫；三是蒸发室内表面应尽量光滑、清洁，防止盐垢结块、结疤，保证生产操作正常连续。在设计过程中，主要要解决的问题有压缩机的选择、蒸发面积的计算、液体接触材料的选择、辅助设备的选择、自动控制系统的设计等。
1、蒸发系统与物料接触的主要设备材料的选择：目前，热交换器常用的金属材料有Ti、碳钢、316L、2205、304等。目前，316、2205和钛材（Ti2、Ti4）因传热系数好而被广泛应用。
A、当含有氯离子的废水需浓缩结晶时，与物料接触部分最好选用Ti2材料。
B、含氯离子、铵离子废水需浓缩结晶时，选用Ti2材质或更优材质，温度在89℃以上时，材质为254Mo双相不锈钢
C.建议不要在有氟离子的情况下使用钛，钛对氟离子的抗腐蚀性较差，可以考虑用2205在80度左右蒸发，避免氟离子和氯离子的双重腐蚀。
D、当废水中含有硫酸根离子，且阳离子为钠、钾、铵离子等时，采用316L材质。
E、常用物料材质选择：硫酸钠、硫酸钾、硫酸铵采用316L，硫酸镍、氯化盐采用Ti2材料。
F、一般对氯离子、碱度较少的含盐废水可采用304不锈钢，或对关键的热交换管采用316L不锈钢。
G、一般含氯离子的废水呈碱性，可选用316L不锈钢，或关键热交换管采用2205不锈钢。
2、压缩机选型：根据物料的蒸发特性（中药低温蒸发、钛液特定温度蒸发、常温蒸发等）选择合适的二次蒸汽压缩机入口温度，再根据温升计算出压缩机的出口温度。
压缩机温升=物料沸点上升+热交换温差（7-10℃等）+损耗（1℃-2℃）
1、根据蒸发物料的沸点升、流量、温升选择压缩机型号：罗茨压缩机、高速离心压缩机、鼓风机。
2、入口温度的选择：饱和蒸汽的密度随温度的升高而增大（82℃时蒸汽的比重为0.31Kg/m3，约为空气的1/4），所以MVR的入口温度对MVR的成本影响很大，而蒸发温度的提高有利于降低蒸发浓缩的成本，降低MVR的耗电量。所以对于非热敏性物料的蒸发浓缩，在选用MVR时，可以采用较高的入口温度（85℃、90℃），甚至可以采用常压100℃或正压进行蒸发浓缩。但蔗糖或淀粉糖属于热敏性物料，所以建议采用较低的蒸发浓缩温度，一般在55~70℃之间。（压缩机入口温度即进入蒸发器的物料的蒸发温度）为设定值。
3、压缩机轴功率及电机额定功率的初步选择，压缩机常用电源电压为380V/10KV、50Hz。
3、蒸发量计算：总蒸发量W=总进料流量-结晶产量（含水）
FD＝W
W＝F（1-X0/Xi）
式中：F——表示进料流量，t/h或（Kg/h）；
D——表示排水流量，t/h或（Kg/h）；
W——表示蒸发气体流量，t/h或（Kg/h）；
X0——表示进料浓度；
Xi——表示第i效排出物料的浓度，若含有水分，则Xi的浓度为（1-水分含量值）；
4、蒸发面积估算：蒸发面积的计算及蒸发器尺寸的设计：
S = 1000*(D*r)/(K*△t*3.6)
S——表示热交换器的面积；m2
D——表示进入换热器的加热蒸汽流量；t/h
r——表示该温度下加热蒸汽的汽化潜热（也是压缩机出口饱和蒸汽温度下的汽化潜热）；KJ/Kg
K——表示传热系数（降膜法传热系数一般为900-1100，经验值1100，强制循环法传热系数为600-800，经验值760，但COD或钙镁离子浓度较高时会降低）；W/(㎡*℃)
△t——表示蒸发有效温差（加热蒸汽的饱和温度-管内溶液的沸点温度，也等于压缩机温升减去溶液的沸点升再减去损失温度（一般取1℃），一般在9-10℃左右）；℃
降膜传热系数一般为1000-2000，强制循环传热系数为550-1500，传热系数应尽量保守，传热面积要大一些，压缩机温升要充分，又能保证最后的蒸发，这样可以使系统更加可靠。
03MVR蒸发结晶系统设计经验
1.蒸发器沸点进料条件
1）在MVR及多效蒸发结晶过程中，进料温度一般预热到沸点左右，由于盐溶液沸点升高，故溶液沸点等于出料温度，即蒸发温度+沸腾温升。
2）沸点进料即可，减少换热温差，防止结垢。换热温差过大也会促使换热管内结垢（换热管内的过热度会影响循环管内流体的沸腾程度，沸腾程度越高，换热管壁结垢越严重）。
2、提高降膜蒸发传热效率的解决方案
1、蒸发器的结构设计要合理，选用合适的换热管的长径比和尺寸。
2、结构布局合理，例如：降膜液体分布器的合理设计等。
3、及时清理降膜管上的水垢层及管外的水垢层。
4、换热管的管壁越光滑，越不容易结垢，因此我们会对换热管进行抛光处理，使其光滑如镜。
5、及时排除壳程内的不凝性气体。
6、壳体内不得有水，保证冷凝水管道畅通。
7、净化二次蒸汽，保证进入压缩机、蒸发器壳体的二次蒸汽不携带COD等杂质，造成换热管外壁结垢等风险，从而影响换热效果。
3、结晶分离过程：结晶方法按溶液中产生过饱和的方式分为三类：
1）冷却结晶：不除去溶剂，而是将溶液冷却或控制其他条件，使溶液过饱和，析出晶体。所用设备为冷却结晶器。此法主要适用于溶解度随温度降低而明显下降的物质的结晶，如硝酸钠、钾明矾、谷氨酸等。
2）热蒸发结晶：在常压或减压条件下，将溶液蒸发浓缩，形成过饱和溶液的方法。此法适用于溶解度随温度降低变化不大的物质，如氯化钠、蔗糖、味精等。
3）真空闪蒸结晶法：又称真空降温法，当将热的饱和（或接近饱和）溶液引入用隔热材料隔热的密闭容器中时，立即发生闪蒸效应，蒸汽瞬间被抽走，然后温度继续下降，完成结晶过程。因此，该类结晶器兼有蒸发和降温作用。此法适用于中等溶解度物质的结晶。如葡萄糖、葡萄糖酸、苹果酸、柠檬酸等。
4、MVR蒸发结晶设计注意事项：蒸发器设计合理，可以增加蒸发器的使用寿命，保证蒸发器稳定运行。
1）换热管内的蒸发状态：无论物料选择哪种循环方式，对于蒸发结晶的物料要遵循的原则是加热管内的物料不应沸腾。
2）消除过热蒸汽：在蒸发器的设计计算中，通常取二次蒸汽的温度为蒸发室压力下的饱和水蒸汽温度。但在一定条件下，溶液沸腾时，气泡内蒸汽的温度接近溶液的温度，由于溶液沸点的升高，使气泡内的蒸汽过热。特别是对于沸点升高幅度很大的物质浓度（如NaOH、MgCL2、KOH、CaCL2等溶液），如果物质浓度也很大，则二次蒸汽的过热度很大。二次蒸汽过热度越大，传热系数下降越严重。因此，在设计蒸发器时，要考虑采取简单的措施消除二次蒸汽的过热度，这样可以减少腐蚀、强化传热、回收热能。
3）过饱和度控制：如何控制盐颗粒的大小及其粒度分布也是一个不容忽视的重要问题。最重要的原则是：必须严格控制溶液的过饱和度，使结晶过程在介稳区进行，过饱和度尽可能低。设计时，选择合适的溶液循环量、闪蒸器循环量、防止进料闪蒸的数据。
4）不凝性气体的排放位置及方式。物料浓缩时会放出气体，而各蒸发效的加热蒸汽中往往含有少量不凝性气体。如果不凝性气体不能顺利及时地排出，将导致冷凝传热系数急剧下降，降低蒸发器的生产能力。因此，在设计蒸发器时也应注意不凝性气体的排放位置和方式。