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。

另外，蒸发器的效数要严格控制，试验表明，单效到双效蒸汽节省50%，而从四效到五效蒸汽节省仅增加10%。

下表格为多效蒸发蒸汽与冷却水消耗量举例：
我们建议无机盐溶液不应超过三效，对糖、造纸黑液等沸点上升不大的溶液可至五
效。

精确设定蒸发器面积，对于节省投资也很有意义，其实过大的蒸发面积不仅会增加投资
更会导致计划外结垢，结晶，导致传热系数降低，从而降低设备整体的运行经济性。

如何使蒸发器更节能
二次蒸汽的再压缩设计：蒸汽喷射式热泵（TVR），机械压缩式热泵（MVR）
在合理的范围内，尽量增加效数
回收冷凝水及排出蒸发器物料的显热
正确选择进料泵、循环泵
使溶液沸点进料
选择合理的冷凝器形式和正确的排气口位置
减少热损失
结晶是一个重要的化工过程，是物质提纯的主要手段之一。

众多化工、医药产品及中间产品都是以晶体形态出现的，结晶往往是大规模生产它们的最好又最经济的方法。

结晶过程是一个复杂的传热、传质过程。

在溶液和晶体并存的悬浮液中，溶液中的溶质分子向晶体转移（结晶），同时晶体的分子也在向溶液扩散（溶解）。

在未饱和溶液中溶解速度大于结晶速度，从宏观上看这个过程就是溶解；在过饱和溶液中结晶速度大于溶解速度，从宏观上看这个过程就是结晶。

所以，结晶的前提是溶液必须有一定的过饱和度。

连续结晶器和间歇结晶器相比具有以下优点：
连续结晶具有收率高、能耗低、母液少、产品质量好、自动化程度高、设备占地面积小及操作人员少等优点。

由于连续结晶器具有较高的生产效率，一套连续结晶器往往可以取代数套乃至数十套间歇结晶器，相应配套设备的数量也大大减少。

对于医药产品的结晶，由于连续结晶器都是全密闭的，结晶器可以布置在GMP车间的外面，而仅将离心机、烘干和包装布置在GMP车间的里面，这将极大地减少GMP车间的面积，从而降低整个工程的投资。

连续结晶器可以方便地和机械压缩泵组合，在低温下进行蒸发结晶，不但不需要蒸汽，而且无需冷冻水。

节能的同时也避免了庞大的冷冻机投资。

过饱和度是结晶的一个重要参数。

根据大量试验的结果证实，溶液的过饱和与结晶的关系可用上图1表示；图中的AB 线为普通的溶解度曲线，CD 线代表溶液过饱和而能自发地产生晶核的浓度曲线（超溶解度曲线），它与溶解度曲线大致平行。

这两根曲线将浓度——温度图分割为三个区城。

在AB 曲线以下是稳定区，在此区中溶液尚未达到饱和，因此没有结晶的可能。

AB 线以上为过饱和溶液区，此区又分为两部分：在AB 与CD 线之间称为介稳区，在这个区域中，不会自发地产生晶核，但如果溶液中已加了晶种，这些晶种就会长大。

CD 线以上是不稳区，在此区域中，溶液能自发地产生晶核。

若原始浓度为 E 的洁净溶液在没有溶剂损失的情况下冷却到 F 点，溶液刚好达到饱和，但不能结晶，因为它还缺乏作推动力的过饱和度。

从F 点继续冷却到G 点的一段期间，溶液经过介稳区，虽已处于过饱和状态，但仍不能自发地产生晶核。

只有冷却到G点后，溶液中才能自发地产生晶核，越深入不稳区（例如达到H 点），自发产生的晶核也越多。

由此可见，超溶解度曲线及介稳区、不稳区这些概念对于结晶过程有重要意义。

把溶液中的溶剂蒸发一部分，也能使溶液达到过饱和状态，图中EF ’ G’线代表此恒温蒸发过程。

在工业结晶中往合并使用冷却和蒸发，此过程可由EG’’线代表。

晶体成长的速率与过饱和度的关系如上图2所示。

当然，结晶器出来的最终的晶体的尺寸不仅仅与晶体成长的速率相关，还与成核速率、耗散速率等有关。

成核速率也与过饱和度相关，且受过饱和度影响要较成长速率受其影响来的大，从下图3我们可以看出来。

结晶成核模型有两种，一个是初级均相成核，即溶液在不含外来物体时自发产生晶核；一个是二次成核，即溶液中已有溶质晶体存在的条件下形成晶核的现象。

晶体与晶体，晶体与叶轮接触是二次成核的重要成因。

然而，结晶器能量的输入对二次结晶也有影响。

输入功率越大，晶粒越小。

结合结晶的一些特性，我们可以说低的成核速率可以产生大的单一的晶体。

如上图4所示:
在两个结晶器内，过饱和度相同。

成核速率为5 的产生了5 个2g 的晶块，而成核速率为40 的则产生了40 个250mg的晶块。

大部分结晶器需要产生大的单一的晶体，这是因为这样可以提高晶体的纯度、操作特性和可售性。

为此我们应：
1、控制结晶器内的过饱和度处于介稳区内。

2、选择合适的过饱和度使晶核生长的速率最大。

3、优化结晶器的混合能量的输入。

混合对过饱和度和晶核的形成有重要的影响，它是结晶器设计的基础。

上图4为一真空强制循环结晶器。

原料液从状态1进入结晶器与结晶器内的状态3 的溶液相混合变成状态2，经过泵的输送到达状态4，进入了介稳定区。

这个过程产生的过饱和度被晶体的生长所消耗而到达状态3，这样就完成了一个循环。

如果在一个周期里过饱和度没有完全消耗则下一周期将会进一步饱和，一段时间后，整个周期将远离甚至高于介稳区，这将对晶体增长和成核产生不利影响，因此，为过饱和的液体提供足够多的混合机会以及足够的结晶表面是非常重要的。

否则，晶粒形状将遭受破坏。

上述过程可由以下两个公式表示。

在一个循环周期里，晶体成长的速率(dm/dt) 取决于过饱和液体的消耗速率，晶体的表面积（A）及过饱和液体的过饱和度(△C)。

二次成核量（B0）取决于混合能量、悬浮密度以及液体的过饱和
机械蒸汽再压缩(MVR)
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, 原先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。

热力蒸汽再压缩(TVR)
从分离器出来的二次蒸汽一部分在高压工作蒸汽
的带动下，进入喷射器混合升温升压后，进入加热室当作加热蒸汽使用，来加热料液。

另一部分进入冷凝器，冷凝后排出。

加热蒸汽在加热室中凝结成水排出。

管内溶液在加热蒸汽的加热下蒸发浓缩，达到要求后排出，
蒸汽喷射式热泵具有结构简单、操作稳定、价格低廉等特点。

使用蒸汽喷射式热泵，效能上相当于增加一效蒸发器。

降膜式蒸发器
在降膜蒸发器中，液体和蒸汽向下并流流动。

料液经预热器预热至沸腾温度，经顶部的液体分布装置形成均匀的液膜进入加热管，并在管内部分蒸发。

二次蒸汽与浓缩液在管内并流而下．料液在蒸发器中的停留时间短，能适应热敏性溶液的蒸发．另外，降膜蒸发还适用于高粘度溶液，粘度范围在0.05-0.4Pas。

降膜蒸发器极易使管内的泡沫破裂，故亦适用于易发泡物料的蒸发。

由于降膜蒸发器是液膜传热，所以其传热系数高于其他形式的蒸发器；此外，降膜蒸发没有液柱静压力，传热温差显著高于其他形式的蒸发器。

故可取的良好的传热效果，一次性投入最小，是业主优先选择的蒸发器形式。

强制循环蒸发器
这种蒸发器利用外加动力（循环泵）将循环管下降的溶液和部分原料液送到加热室。

大大加快了循环速度。

循环速度的大小可通过调节泵的流量来控制。

一般循环速度在2.5m/s以上。

当循环液体流过热交换器时被加热，然后在分离器中压力降低时部分蒸发，从而将液体冷却至对应该压力下的沸点温度，特别适用于易结晶物料。

自然循环蒸发器
在自然循环蒸发器中，料液在加热器中受热蒸发，产生的二次蒸汽经顶部进入分离室，将液体分离后排出。

分离出的液体通过循环管流回蒸发器，并在热虹吸的作用下进入加热器受热蒸发。

这样就形成了一个闭路循环。

加热器和分离器之间的温差愈大，产生的蒸汽气泡愈多。

这样可以强化热虹吸的作用和增加流动速度，从而获得较好的传热效果。

自然循环蒸发器不需要循环泵，运行费用较低。

刮板式蒸发器
加热管是一根垂直的空心管，圆管外有
夹套，内通加热蒸气，圆管内装可以旋转的搅拌叶片。

原料液沿切线方向进入管内，由于受离心力、重力及叶片的刮带作用，在管壁上形成旋转下降的薄膜，并不断的被蒸发，完成液由底部排出。

对物料的适应性很强，适用于高粘度、高浓度或热敏性溶液的蒸发。

搅拌式蒸发器
目前，搅拌式蒸发器已很少使用。

这种蒸发器以间歇方式操作。

加入一定量的稀产品在搅拌的作用下加热蒸发至最终需要的浓度。

为保持定量的液体，通过蒸发过程中定时加入料液的方式可以达到半连续操作。

设备充满相同组成的产品，所需的最终条件可以通过调整操作参数来达到。

搅拌式蒸发器用于高粘性、膏体状或浆状的物料。

通常搅拌式蒸发器作为高浓缩器，安排在连续操作的蒸发器下游。

搅拌式蒸发器的蒸发速率较低。

当蒸发器的尺寸放大时会更不利。

在允许的场合，加热面可以通过安装加热盘管来增加。

为了得到满意的蒸发速率，蒸发室和沸腾室的温差必须相当高。

适于果酱、蜜饯、糖浆、乳品、豆浆晶、食用胶等高粘度料液的浓缩。

结晶器类型
DTB结晶器
DTB( 是Drabt Tube Babbled的缩写)型结晶器是60年代出现的一种效能较高的结晶器，首先用于氯化钾的生产，后为化工、食品、制药等工业都门所广泛采用。

经过多年运行考察，证明这种型式的结晶器性能良好，能生产较大的晶粒（粒度可达600～1200μm），生产强度较高，器内不易结晶疤。

它已成为连续结晶器的主要形式之一，可用于真空冷却法、蒸发法、直接接触冷冻法及反应法的结晶操作。

DTB型结晶器的结构简图如图所示。

它的中部有一导流筒，在四周有一圆筒形挡板。

在导流筒内接近下端处有内循环轴流泵，以较低的转速旋转。

悬浮液在螺旋桨的推动下，在筒内上升至液体表层，然后转向下方，沿导流筒与档板之间的环形通道流至器底，又被吸入导流筒的下端，如此循环不已，形成接近良好混合的条件。

DTB型结晶器具有清母液溢流和消除结晶功能。

DTB型结晶器适用于晶体在母液中沉降速度大于3mm/s 的结晶过程。

设备的直径可以小至500mm大至7.9m 。

FC结晶器
简称FC( Forced Circulation ）型结晶器，如图所示，由结晶室、循环管、循环泵、换热器等组成。

结晶室有锥形底，晶浆从锥底排出后，经循环管用轴流式循环泵送过换热器，被加热或冷却后，重又进入结晶室，如此循环不已，故这种结晶器属于晶浆循环型。

晶浆排出口位于接近结晶室锥底处，而进料口则在排料口之下的较低位置上。

FC型结晶器可通用于蒸发法、间壁冷却法或真空冷却法结晶。

产品粒度约在
0.1~0.84mm 的范围。

oslo结晶器
这种类型的结晶器是2 0 世纪2 0 年代由挪威人Jeremiassen提出的，也常称之为Krystal 结晶器或粒度分级型结晶器，在工业上曾得到较广泛的应用。

如图所示它的主要特点为过饱和度产生的区域与晶体生长区分别设置在结晶器的两处，晶体在循环母液流中流化悬浮，为晶体生长提供一个良好的条件。