熱泵蒸發(fā)

要實現(xiàn)熱泵蒸發(fā)系統(tǒng)的完好正常運行必須消耗外功，此外功即為熱能回收再利用的推動力。任何氣體被壓縮時其溫度就會隨壓力的升高而升高。熱泵蒸發(fā)就是把蒸發(fā)器內(nèi)沸騰溶液所產(chǎn)生的二次蒸汽，經(jīng)壓縮機的壓縮提高壓力、溫度，再送回蒸發(fā)器加熱室管束的殼程間，同時放出蒸汽的汽化潛熱，并傳遞給加熱室管束管程內(nèi)的溶液，使其繼續(xù)沸騰蒸發(fā)。由于二次蒸汽的潛熱得到反復(fù)的利用，熱泵蒸發(fā)僅需從外界(壓縮機)供給較少的能量，就可提供使熱量傳遞給蒸發(fā)溶液所需要的推動力，保持蒸發(fā)器內(nèi)溶液連續(xù)不斷的沸騰蒸發(fā)。實質(zhì)上熱泵蒸發(fā)過程是個熱傳遞過程，要進行傳熱就必須要有傳遞的推動力。在熱泵蒸發(fā)過程中利用壓縮功的熱當(dāng)量使溶液不斷地蒸發(fā)，不需要從別處供給加熱蒸汽，無論采用何種類型的壓縮機，在相同的吸人壓力和排出壓力的情況下其對蒸汽所做的壓縮功都是相同的。在熱泵蒸發(fā)操作中要以最小的輸入功達到最大的蒸發(fā)效率，而最小輸入功則以最高的傳熱速率來達到。當(dāng)傳熱系數(shù)和溫差經(jīng)過試算初定后，問題就變成了在最小輸入功的條件下，滿足總傳熱量所需要而湊合傳熱面積的問題了。例如，在海水蒸餾中必須使傳熱系數(shù)最大，溫差最小以便使壓縮功率最小。然而，在化工生產(chǎn)中，有許多其他因素也是和設(shè)備的熱衡算有關(guān)的，這些因素在設(shè)計時都要考慮進去。

熱泵蒸發(fā)與其他化工單元的操作一樣，系統(tǒng)的啟動、運行和停車，都必須嚴格按操作程序進行。否則，將會損壞設(shè)備或者會發(fā)生危及人身安全事故。熱泵蒸發(fā)系統(tǒng)的操作程序如下。

(1)啟動供料泵：使料液通過第一預(yù)熱器及第二預(yù)熱器送人蒸發(fā)器的加熱室，待液位達到分離室窺視玻璃鏡能看到的規(guī)定液位時停止供料。此時，打開供料泵的回流循環(huán)閥門同時關(guān)閉供料閥門，使料液在供料泵和原液槽之間進行循環(huán)，等待蒸發(fā)器液位降低需要補充料液時再緩慢打開供料閥門，同時關(guān)小回流閥門使供料量調(diào)整到合適的量以保持蒸發(fā)液位恒定。

(2)開啟啟動熱源：當(dāng)蒸發(fā)器內(nèi)液位已到達規(guī)定液位后，即可開啟啟動熱源使蒸發(fā)器內(nèi)的料液受熱沸騰蒸發(fā)產(chǎn)生二次蒸汽。如果啟動熱源為系統(tǒng)自身帶的電熱水箱(鍋爐)，應(yīng)事先將去離子水注入電熱水箱到規(guī)定的量，通電滿功率加熱(正常運行后90%功率便可停掉)，產(chǎn)生的二次蒸汽通人蒸發(fā)器的加熱室。若為系統(tǒng)外的蒸汽或其他廢熱用作啟動熱源則可直接連接管線，將蒸汽引入蒸發(fā)器的加熱室并用閥門進行調(diào)節(jié)。啟動熱源蒸汽通人加熱室去加熱列管內(nèi)的料液，使其沸騰蒸發(fā)產(chǎn)生二次蒸汽。

(3)啟動壓縮機：啟動熱源使料液產(chǎn)生的二次蒸汽被壓縮機吸入，經(jīng)壓縮提高壓力溫度后送往加熱室。若壓縮機是帶變頻可調(diào)式的，則由慢到快直到設(shè)計最大轉(zhuǎn)速。再次打開供料閥門給蒸發(fā)器供料。通過流量計進行調(diào)節(jié)，使蒸發(fā)器的蒸發(fā)液位保持恒定?；厥斩握羝臒崃吭偌由蠅嚎s機運轉(zhuǎn)消耗的電能所轉(zhuǎn)變的熱量，總起來的熱量便可滿足系統(tǒng)加熱的需要熱量，但由于系統(tǒng)熱輻射的散熱損失，可能造成系統(tǒng)的熱量不平衡。

(4)調(diào)節(jié)電熱水箱(鍋爐)中的電功率：由于系統(tǒng)的散熱損失，造成系統(tǒng)熱量的不平衡，所以系統(tǒng)正常運行后，電熱水箱中的電熱功率90%停掉，只保留10%～20%作為系統(tǒng)散熱的補充，以維持系統(tǒng)的熱平衡，使系統(tǒng)始終處在正常運行條件下。若為熱網(wǎng)蒸汽或其他廢熱氣，將控制閥門調(diào)小到進汽量以滿足補充系統(tǒng)的熱損失即可。

(5)啟動熱水泵和濃縮液泵：電熱水箱不只是起到啟動熱源和補充系統(tǒng)散熱損失的作用，還起到收集二次蒸汽冷凝水進行周轉(zhuǎn)的作用。二次蒸汽由壓縮機送入蒸發(fā)器的加熱室并將熱量傳給列管內(nèi)的料液而自身則冷凝為冷凝水，靠自重流入電熱水箱中，啟動熱水泵將熱水箱中的熱水送入第一預(yù)熱器，去預(yù)熱進入系統(tǒng)的冷料液并保持電熱水箱中的水位始終恒定。若濃縮液為直排式的，只啟動熱水泵即可。

(6)打開不凝性氣體排放閥門：系統(tǒng)中的不凝性氣體，隨二次蒸汽經(jīng)壓縮機進入到加熱室的管殼之間，積累過多會影響傳熱，使蒸發(fā)效率大大降低。所以，必須定時排放。但是，在排放不凝性氣體時，又不能把不凝性氣體同蒸汽截然分開。因此，設(shè)置了第二預(yù)熱器，這樣便可將不凝性氣體和蒸汽混合體通入第二預(yù)熱器，使料液得到進一步的預(yù)熱，蒸汽便冷凝下來而不凝性氣體則得到排放。

(7)停車：停車時，首先關(guān)閉補充熱源的電熱元件，關(guān)閉供料泵停止供料。蒸發(fā)器內(nèi)二次蒸汽的壓力逐漸下降同時使壓縮機慢慢減速直到停止運轉(zhuǎn)。最后關(guān)閉熱水泵，但必須保留足夠水量在電熱水箱中以備再啟動時用。熱泵蒸發(fā)系統(tǒng)的操作?？刹捎米詣踊蚴謩?。也可用作處理機進行程序控制。

熱泵蒸發(fā)器工作原理是二次蒸汽與生蒸汽的焓差并不大，只是二次蒸汽的壓力和溫度比較低，采用某種辦法提高二次蒸汽的壓力，則二次蒸汽中的熱能可得到反復(fù)應(yīng)用，而此過程需要的外加能量遠小于由此可收回的可利用能量，從而達到節(jié)能的目的。在乳品廠，采用帶一個熱泵的雙效蒸發(fā)系統(tǒng)，蒸發(fā)1kg水，僅需生蒸汽0.44kg，與三效蒸發(fā)的效果接近。

食品廠中經(jīng)常使用的一種蒸汽壓縮方式，采用熱能壓縮器，利用較高壓力的工作蒸汽，將蒸發(fā)出來二次蒸汽壓縮，提高其壓力。進而作為蒸發(fā)器加熱蒸汽。工作蒸汽通過噴嘴絕熱膨脹，以極高的速度進入吸氣室，由于流動速度增加．在吸人室造成低壓，二次蒸汽被吸人而與工作蒸汽混合，相互混合的蒸汽進行速度的等化及升壓。在擴壓器的喉部，混合蒸汽的速度降低而壓力升高。結(jié)果是消耗一部分工作蒸汽的能量，將二次蒸汽壓縮，壓力提高到較高水平。整個過程包括靜壓能與動能轉(zhuǎn)換、吸入、混合及能量交換等系列操作。

蒸發(fā)器的設(shè)計：蒸發(fā)器和壓縮機一樣也是熱泵蒸發(fā)系統(tǒng)中的重要設(shè)備，一定要根據(jù)所濃縮的物料的性質(zhì)來認真考慮。

(1)熱泵蒸發(fā)器的類型：工業(yè)用熱泵蒸發(fā)器一般多采用外加熱自然循環(huán)型，中央循環(huán)管式及升膜或降膜式蒸發(fā)器。其他型式較少。

(2)蒸發(fā)器材質(zhì)的選擇：要根據(jù)蒸煮溶液是酸性條件，還是堿性條件來確定。

(3)蒸發(fā)器內(nèi)操作壓力：食品和藥物的濃縮一般要求蒸發(fā)器內(nèi)沸騰溶液在負壓條件下操作，以防濃縮物質(zhì)在高溫下變質(zhì)，這就要求蒸發(fā)器的加工質(zhì)量要高，以防外部空氣向內(nèi)滲漏。但在廢水處理及無機鹽類等的濃縮生產(chǎn)時，蒸發(fā)器一般最好常壓操作。

(4)設(shè)備費和運行費的考慮：在同等的節(jié)能條件下，如果著眼點是減少運行費，那就要把蒸發(fā)器加熱面積設(shè)計大一些，使傳熱推動力Δt變小。因而，驅(qū)動壓縮機的電機耗電會減小，這樣運行費便降低。不銹鋼材質(zhì)已屬普通材料。應(yīng)使運行降低，則必須多用一些材料，但從總的經(jīng)濟效益來考慮還是合算的。

《機械蒸汽再壓縮式熱泵蒸發(fā)法》比較系統(tǒng)、全面地介紹了機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)技術(shù)的理論知識和工程應(yīng)用中的實際問題。內(nèi)容共分九章，包括這項技術(shù)的一般概念和基本理論知識，工程設(shè)計中應(yīng)考慮的要點和應(yīng)掌握的原則；給出了一些實驗研究數(shù)據(jù)并列舉了不同領(lǐng)域的工業(yè)應(yīng)用實例，對節(jié)能效果進行了比較分析以及討論了生產(chǎn)運行中的有關(guān)問題。為了實際應(yīng)用中熱工計算的方便，在《機械蒸汽再壓縮式熱泵蒸發(fā)法》后的附錄中，收集了有關(guān)數(shù)據(jù)表和水蒸氣的焓一熵圖。這項節(jié)能技術(shù)的推廣應(yīng)用必將為社會帶來節(jié)約能源和保護環(huán)境的顯著效果，為企業(yè)和生產(chǎn)單位帶來突出的經(jīng)濟效益。

《機械蒸汽再壓縮式熱泵蒸發(fā)法》可供化工、石油、造紙、制藥、食品、海水淡化、廢水處理、核廢水的凈化和濃縮等部門以及科研院所科技人員、管理人員和大專院校師生參考。

是最近化工行業(yè)發(fā)展迅速的新型蒸發(fā)技術(shù)，其基本原理是用壓縮機或者高壓蒸汽提高二次蒸汽的壓力和溫度，然后送回原蒸發(fā)器的加熱室，作為加熱蒸汽使用，或者以二次蒸汽為低溫?zé)嵩矗厥詹糠钟酂?。提高二次蒸汽的壓力和溫度常用的有兩種方法，一種是蒸汽機械再壓縮技術(shù)MVR(MechanicalVaporRecompression)，另一種則是蒸汽熱力再壓縮技術(shù)TVR(ThermalVapourRecompression)。

TVR蒸發(fā)器MVR蒸發(fā)器

二次蒸汽通過壓縮機的絕熱壓縮作用，提高了壓力和飽和溫度，再把壓縮后的蒸汽引入到蒸發(fā)器管外加熱物料，整個系統(tǒng)的輸入功只有壓縮機的電功，節(jié)能效果顯著，此系統(tǒng)在化工的蒸發(fā)濃縮中很常用。

TVR蒸發(fā)器TVR蒸發(fā)器

此蒸發(fā)器系統(tǒng)相對于直接排放二次蒸汽的系統(tǒng)來說有所改進，它利用噴射式熱泵來回收部分二次蒸汽，由于噴射式熱泵1kg高壓蒸汽只能引射0.3kg的二次蒸汽，因此雖然此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，但是能效比較低。

熱泵蒸發(fā)常用的形式大體上有上文所述的噴射式熱泵蒸發(fā)(TVR)和直接壓縮二次蒸汽機械壓縮式熱泵蒸發(fā)(MVR)，近年來，由于工程材質(zhì)、結(jié)構(gòu)及制造技術(shù)的顯著進步以及能源價格的上漲，機械壓縮式熱泵已越來越為人們所重視。熱泵廣泛用于各種稀溶液的蒸發(fā)濃縮，在實際的工業(yè)生產(chǎn)中，使用熱泵蒸發(fā)技術(shù)已經(jīng)被證明有很好的經(jīng)濟性。

熱泵裝置只需消耗少量的高質(zhì)能量就能得到比較多的熱能，減少了能源的浪費。在大多數(shù)應(yīng)用中，熱泵蒸發(fā)的能量消耗比單效或多效蒸發(fā)的低得多，并且熱泵技術(shù)的采用可以取代大量的鍋爐房，節(jié)省燃料、減少大氣的污染、余熱得到利用的同時也減少了熱污染，因而使城市的環(huán)境衛(wèi)生必然得到改善，也有利于生態(tài)平衡。熱泵蒸發(fā)是一種低能耗的十分可靠的蒸發(fā)方法，由于節(jié)能和穩(wěn)定已經(jīng)在化工過程中取得了廣泛的應(yīng)用 。2100433B

龐合鼎，1962年畢業(yè)于陜西工業(yè)大學(xué)化工系，同年到現(xiàn)中國原子能科學(xué)研究院從事放射化學(xué)、化工工作。研究員級高級工程師，主持的科研項目獲1985年國家科技進步三等獎；參與的科研項目獲1983年國防科技工作重要成果三等獎，論著一本，譯書一本，發(fā)表論文多篇。2100433B