在制藥、食品、生物發(fā)酵、化工、環(huán)保、新能源鋰電等諸多行業(yè)，蒸發(fā)濃縮是非常重要的一個(gè)工藝。

蒸發(fā)是液體變成氣體的過(guò)程，簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是溶液里面使溶劑（多為水）汽化揮發(fā)，同時(shí)伴隨著溶質(zhì)的濃度增大的過(guò)程,也就是蒸發(fā)濃縮，而這種由“液相”變成“汽相”的相變過(guò)程中能量消耗特別大！我們都知道，水的比熱為1 kcal/kg·℃，也就是說(shuō)，1 kg的水，溫度每上升1 ℃需要1 kcal的熱量，把1 kg的水從0 ℃加熱到100 ℃沸騰，理論上也就僅需要大約100 kcal的熱量（就是“顯熱”，此過(guò)程無(wú)相變）；但如果將其在此100 ℃時(shí)繼續(xù)加熱使它汽化，成為同溫度的蒸汽，則需要約539 kcal的熱量（就是我們平時(shí)說(shuō)“潛熱”或“汽化熱”，此過(guò)程發(fā)生相變），能耗相當(dāng)于使同樣重量的水溫度每升高1 ℃所需熱量的539倍！反過(guò)來(lái)，1 kg 100 ℃的蒸汽冷凝成同溫度的水產(chǎn)生“相變”時(shí)也會(huì)放出同樣多的熱量，稱之為“冷凝熱”，所以汽化熱和冷凝熱對(duì)同一種物質(zhì)在相同溫度下的數(shù)值是相等的。

據(jù)了解，中藥廠在藥材提取后的濃縮工段所消耗的蒸汽量大約占到全廠總用汽量的2/3，甚至多達(dá)80%左右，因此，我們今天就來(lái)探討不同類(lèi)型的蒸發(fā)濃縮設(shè)備怎樣配置蒸汽閥門(mén)，怎樣確保液位系統(tǒng)的平衡，及系統(tǒng)節(jié)能等技術(shù)。

Tips：隨著科技的發(fā)展，濃縮不一定非得用蒸發(fā)的方式，也可以用“膜過(guò)濾”或“膜濃縮”或“膜分離”的方法，由于這種膜技術(shù)不是通過(guò)蒸汽加熱傳熱使之蒸發(fā)的，這里就不展開(kāi)闡述了。  

一、蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的基本構(gòu)成

1、蒸發(fā)既是一個(gè)傳熱過(guò)程，同時(shí)又是一個(gè)溶劑汽化、產(chǎn)生大量二次蒸汽的傳質(zhì)過(guò)程，所以蒸發(fā)必須具備兩個(gè)條件：

A、不斷給溶液加熱維持溶劑的汽化

B、及時(shí)排走二次蒸汽，否則溶液上面空間的壓力逐步增大，影響蒸發(fā)速率，而且，當(dāng)二次蒸汽與溶液趨于平衡時(shí)，便不再蒸發(fā)。

2、在沒(méi)有特指的情況下，一般的單效蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)，主要包括：加熱器（列管換熱器）、分離室（又稱蒸發(fā)室）、冷凝器、循環(huán)泵、真空泵等幾塊，當(dāng)然，根據(jù)控制以及產(chǎn)品的特性需要，會(huì)適當(dāng)增減一些設(shè)施。下圖以供參考：

二、蒸發(fā)術(shù)語(yǔ)

1、一般常見(jiàn)的蒸發(fā)器采用列管式換熱器，管程通液體物料，殼程通加熱蒸汽，液體物料從蒸發(fā)器的頂部進(jìn)入，經(jīng)過(guò)分布器進(jìn)入加熱管，液體物料沿加熱管往下流，并被加熱蒸發(fā)，直至加熱器底部，濃縮的液體和蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)入分離器進(jìn)行分離，其底部裝有控制布水的液位開(kāi)關(guān)。

2、單效和多效蒸發(fā)的區(qū)別

單效蒸發(fā)器的蒸汽直接去冷凝，而多效蒸發(fā)器前面效體的二次蒸汽繼續(xù)利用以節(jié)約能耗。

一般來(lái)說(shuō)，采用單效濃縮器蒸發(fā)1000 kg水，需要約1100 kg從鍋爐產(chǎn)生的生蒸汽；而采用雙效濃縮器蒸發(fā)同樣多的水，則僅需約570 kg的生蒸汽，節(jié)約生蒸汽為530 kg，節(jié)約了48%，近一半的能耗，節(jié)能效果相當(dāng)可觀，那是不是效數(shù)越多越好呢？

并不是！！誠(chéng)然，效數(shù)越多，熱能利用的循環(huán)次數(shù)也就越多，從理論上來(lái)講也就越節(jié)能。比如多效蒸餾水機(jī)往往效數(shù)較多，但是在制藥行業(yè)特別是在中藥濃縮的蒸發(fā)工藝中，效數(shù)過(guò)多并不一定就越好，因?yàn)椋?

(1)、多效蒸發(fā)往往是采用減壓蒸發(fā)，各效中存在一個(gè)真空梯度，逐級(jí)遞增。

第一效用的是生蒸汽，蒸發(fā)量最大，是整套設(shè)備的主力軍，因其真空度比其他幾效的要低，溫度就變得更高了，使得溶液中的熱敏性的成分遭受破壞的程度加重。

(2)、效數(shù)越多，設(shè)備就越復(fù)雜，不僅投資增大，而且增加了操作維修保養(yǎng)的工作量和難度；

(3)、中藥提取液或其他品類(lèi)料液濃縮到最后，一般來(lái)說(shuō)比較粘稠同時(shí)價(jià)值也變高了，如果設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效數(shù)太多，容易粘在管壁結(jié)垢堵塞，不僅清洗麻煩，而且浪費(fèi)了高價(jià)值的濃縮液，損失比較大。

綜上所述，采用雙效濃縮器比較妥當(dāng)，其既能節(jié)能降耗又可避免物料的損失，設(shè)備投資費(fèi)用也較為適中。

對(duì)濃縮工藝的過(guò)程，其實(shí)質(zhì)從能量傳遞的視角對(duì)多效蒸發(fā)的節(jié)能形式作出了評(píng)價(jià)。但是，無(wú)論怎樣，通過(guò)蒸發(fā)的方式來(lái)達(dá)到濃縮的效果就必須消耗大量的“汽化熱”才能做到，盡管這種“汽化熱”在各“效”中可以以“接力”的形式進(jìn)行“傳遞”從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的，但是初始加熱的蒸汽的能量和最終的第n 效的冷卻水的消耗是節(jié)約不了的，這是不得不經(jīng)過(guò)的“一個(gè)坎”——加熱又冷卻的能耗過(guò)程，恰恰就是高耗能的關(guān)鍵過(guò)程。

3、降膜、升膜蒸發(fā)的區(qū)分

經(jīng)常有聽(tīng)到升膜、降膜蒸發(fā)濃縮器，它們的主要區(qū)別在于，物料進(jìn)入加熱管并在管壁上形成薄膜，這個(gè)過(guò)程上升還是下降的問(wèn)題。有些系統(tǒng)里面，其一個(gè)加熱器里就兼有升降膜。

4、板式、管式蒸發(fā)濃縮的區(qū)分

兩者的區(qū)別，主要集中在加熱器的形式上，上圖等的形式，一般為管式蒸發(fā)器，而下圖的這種為板式。 

三、蒸發(fā)器選用建議

蒸發(fā)器選型大概就基于幾點(diǎn)考慮：

A、蒸發(fā)能耗；B、制造成本；C、產(chǎn)品質(zhì)量；D、運(yùn)行穩(wěn)定。

蒸發(fā)器選擇原則：

1、可以用真空蒸發(fā)的，就盡可能不要用常壓蒸發(fā)。因?yàn)檎婵照舭l(fā)，沸點(diǎn)溫度更低。比如常壓下水的沸點(diǎn)是100℃，在絕壓0.3公斤（真空度0.07MPa）下，水的沸點(diǎn)只有69.1℃，根據(jù)Q=kAΔt，Δt增大，換熱面積減少，制造成本也下降了。不僅如此，蒸發(fā)一噸水，常壓蒸發(fā)可能耗費(fèi)1.4t蒸汽，而減壓蒸發(fā)可能只需要耗費(fèi)1.1t蒸汽，運(yùn)行成本下降也是非常明顯的。

2、如果條件允許盡可能選擇板式換熱蒸發(fā)器：板式比列管式的傳熱系數(shù)高得多，設(shè)備小，換熱快，清洗便捷，但是成本高。

3、盡可能先預(yù)熱物料。  

四、蒸發(fā)器類(lèi)型

1、升膜；2、降膜；3、升降膜；---專(zhuān)指管式蒸發(fā)器，參見(jiàn)上述說(shuō)明

4、板式；5、強(qiáng)制循環(huán)；6、自然循環(huán)；

7、使用蒸汽噴射熱泵的蒸發(fā)器：TVR（熱力蒸汽再壓縮）

利用高壓的新鮮蒸汽在噴射器中形成一定的負(fù)壓，引入一效出來(lái)的低壓二次蒸汽，并將兩者混合成中壓蒸汽，用于加熱另一效。控制好新鮮動(dòng)力蒸汽的壓力，才能控制好抽汽比。1kg新鮮蒸汽可以利用達(dá)0.3kg的二次蒸汽，僅用一個(gè)噴射熱泵，就可以節(jié)約了一個(gè)蒸發(fā)效體的投資。

8、MVR蒸發(fā)器（機(jī)械式蒸汽再壓縮）：

將蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽用壓縮機(jī)再壓縮，因?yàn)闅怏w的PV/T是個(gè)常數(shù)，壓力的升高，伴隨著二次蒸汽溫度的增加，這樣就保證了蒸發(fā)器所要求的溫差了，因此MVR是目前最為節(jié)能的蒸發(fā)器，僅開(kāi)機(jī)時(shí)需少量生蒸汽，正常運(yùn)行中幾乎不再需要生蒸汽，每蒸發(fā)1T水，大概耗能8~60kwh。

9、刮板蒸發(fā)器：一般有2-3個(gè)蒸汽加熱口，能耗大,可以將廢水直接蒸發(fā)到結(jié)晶狀態(tài)，尤其對(duì)制藥、化工、垃圾滲漏液等干難度廢水最為適合。

10、盤(pán)管式真空濃縮器

五、蒸發(fā)器中傳熱溫度差的確定

蒸發(fā)是一個(gè)典型的恒溫傳熱過(guò)程，正常的傳熱平均溫差Δtm=加熱蒸汽溫度T-溶液沸點(diǎn)t1，而實(shí)際生產(chǎn)中，因?yàn)檎婵斩炔皇呛愣ǖ模芤旱恼鎸?shí)沸點(diǎn)不便于測(cè)量，所以常常以二次蒸汽冷凝器進(jìn)口附近的壓力下所對(duì)應(yīng)的飽和溫度T'來(lái)代替，而T’肯定大于溶液的實(shí)際沸點(diǎn)t1。理想狀態(tài)就是得到恒定的Δt，也就是平衡狀態(tài)，但實(shí)際生產(chǎn)中，容易引起溫度差損失，主要原因如下：

1、溶液沸點(diǎn)升高造成的，這與溶質(zhì)的性質(zhì)、濃度和沸騰強(qiáng)度有關(guān)；

2、液柱靜壓力造成的，蒸發(fā)器內(nèi)的溶液需要維持一定的液位高度，因而溶液內(nèi)部的壓力大于液面上的壓力，致使內(nèi)部溶液的沸點(diǎn)高一些。

3、管道阻力引起的，這與管道尺寸、前效到后效的阻力及除泡沫情況有關(guān)。

總之，從閥門(mén)配置的角度考慮，蒸發(fā)系統(tǒng)務(wù)必要配套高品質(zhì)氣動(dòng)控制閥，控制好溫度，同時(shí)，疏水閥必須嚴(yán)格根據(jù)壓差和排量來(lái)選型，以保證液位平衡的同時(shí)，還要考慮蒸汽節(jié)能。 

六、為了避免蒸發(fā)蒸汽流速增加而引起損失量增加，應(yīng)掌握控制以下幾方面：

1、真空度不應(yīng)控制過(guò)高；

2、降低真空度時(shí)不應(yīng)該直接用降低真空度的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，而應(yīng)該用減少惰性氣體排出的方法來(lái)進(jìn)行控制。如果向管內(nèi)補(bǔ)充空氣，而管內(nèi)的流速并未降低，蒸發(fā)的損失量不可能減少，只有減少真空泵的抽氣或減少冷凝器的惰性氣體排出量，用降低蒸發(fā)蒸汽的的流速來(lái)降低真空度，才能控制蒸發(fā)過(guò)程的損失量。  

七、蒸汽系統(tǒng)中減壓閥為什么如此重要？

蒸發(fā)濃縮過(guò)程中，加熱蒸汽壓力應(yīng)保持穩(wěn)定，當(dāng)壓力波動(dòng)時(shí)，加熱蒸汽流量就不穩(wěn)定，蒸發(fā)蒸汽量及流速就會(huì)隨之波動(dòng)，導(dǎo)致生產(chǎn)不穩(wěn)定，溶液損失量增加。當(dāng)蒸汽超壓時(shí)，蒸汽溫度升高，蒸汽溫度與溶液沸點(diǎn)溫差增大，導(dǎo)致蒸發(fā)后溶液的濃度略有提高；反之，當(dāng)蒸汽壓力偏低，則濃度下降。

鑒于以上原因，建議選用廣州維遠(yuǎn)way’s先導(dǎo)式蒸汽減壓閥，確保壓力穩(wěn)定無(wú)波動(dòng)。  

八、蒸發(fā)系統(tǒng)的控制閥怎么選？

1、蒸發(fā)器工藝流程 

2、流程分析：從上圖可知，要同時(shí)控制蒸發(fā)器內(nèi)溫度、壓力和溶液濃度，需要安裝4個(gè)氣動(dòng)控制閥，分別為：

A、稀液的氣動(dòng)控制閥（FV1201）---蒸發(fā)器液位和稀液流量串級(jí)控制；

B、加熱蒸汽的氣動(dòng)控制閥（FV1105）---蒸發(fā)器溫度和蒸汽流量串級(jí)控制；

C、濃縮液的氣動(dòng)控制閥（FV1202）---濃縮液流量單回路控制；

D、二次蒸汽的氣動(dòng)控制閥（FV1203）---二次蒸汽流量單回路控制；  

3、閥門(mén)選用：

為了確保以上幾個(gè)參數(shù)能滿足工藝要求，確保系統(tǒng)控制精度：溫度±1℃，壓力±0.01MPa，液位高度±10mm，建議選用廣州維遠(yuǎn)way’s波紋管密封氣動(dòng)控制閥，等百分比調(diào)節(jié)，零外漏、控制精度高、壽命長(zhǎng)。 

九、蒸發(fā)系統(tǒng)的疏水閥怎么選？

蒸發(fā)系統(tǒng)疏水閥最常見(jiàn)的問(wèn)題有二：

1、堵水，升溫慢，經(jīng)常需要開(kāi)旁通才能排水：

此時(shí)疏水閥選型，除了正常考慮蒸汽的壓差和排量問(wèn)題，更需要可考慮空氣綁和蒸汽綁問(wèn)題，建議選用廣州維遠(yuǎn)way’s破蒸汽綁自由浮球疏水閥，型號(hào)：WY42FB、RFT18F、BFT45F。

2、閥體穿孔、內(nèi)部件容易損壞，壽命短：

這個(gè)主要原因，一是由于設(shè)備內(nèi)有腐蝕料液管道破損造成的，二是設(shè)備內(nèi)密封不好，出現(xiàn)了汽蝕沖蝕導(dǎo)致的。因此，疏水閥內(nèi)部件應(yīng)為不銹鋼材質(zhì)，閥嘴閥座等關(guān)鍵部位應(yīng)做特殊處理，如果條件允許，可選用全不銹鋼材質(zhì)疏水閥。