Введение
Метод испарения Компрессионное испарение пара - это метод испарения, при котором используется вентилятор, компрессор или струйное выброситель для сжатия и, таким образом, увеличения давления полученного пара. Поскольку увеличение давления пара также приводит к увеличению температуры конденсации, тот же самый пар может служить средством нагрева для его "материнской" жидкости или раствора, концентрирующегося, из которого исходил исходный пар. Если не обеспечивать сжатие, пара будет иметь ту же температуру, что и кипящая жидкость/раствор, и не может иметь место передача тепла. Иногда его также называют парокомпрессионной дистилляцией (VCD). Если сжатие выполняется механически управляемым компрессором или вентилятором, этот процесс испарения обычно называется MVR (механическая компрессия паров). В случае сжатия, выполняемого высокодавливыми двигательными паровыбросами, процесс обычно называется термокомпрессией, паровым сжатием или эжектокомпрессией.
Vapor compression evaporation is the evaporation method by which a blower, compressor or jet ejector is used to compress, and thus, increase the pressure of the vapor produced. Since the pressure increase of the vapor also generates an increase in the condensation temperature, the same vapor can serve as the heating medium for its "mother" liquid or solution being concentrated, from which the vapor was generated to begin with. If no compression was provided, the vapor would be at the same temperature as the boiling liquid/solution, and no heat transfer could take place. It is also sometimes called vapor compression distillation (VCD). If compression is performed by a mechanically driven compressor or blower, this evaporation process is usually referred to as MVR (mechanical vapor recompression). In case of compression performed by high pressure motive steam ejectors, the process is usually called thermocompression, steam compression or ejectocompression.
Оборудование для испарителей MVR
Компрессор - это, по сути, ядро устройства. Компрессоры, используемые для этого применения, обычно являются центрифугирующими или с положительным перемещением, такими как вентиляторы Roots, аналогичные (намного меньше) сверхнагнетателям Roots. Очень большие агрегаты (мощность испарения 100 метрических тонн в час или более) иногда используют компрессоры с осевым потоком. Работа сжатия будет производить перегретый пар, если сравнивать его с теоретическим равновесием давления и температуры. По этой причине подавляющее большинство агрегатов MVR оснащены десупернагревателем между компрессором и основным теплообменником.
Термокомпрессионное оборудование
Сердце любого термокомпрессионного испарителя - это, безусловно, паровыброс, исчерпывающе описанный на соответствующей странице. Размер других элементов оборудования, таких как главный теплообменник, паровая головка и т.д. (подробнее см. в примечании "испаряющий прибор"), регулируется процессом испарения.
Сравнение
Эти два испарителя сжатия имеют разные области применения, хотя иногда они перекрываются. Для больших блоков предпочтительнее использовать модуль MVR, благодаря снижению потребления энергии. Самый большой однокомплектный испаритель MVR, построенный в 1968 году компанией Whiting Co., позже Swenson Evaporator Co., Harvey, Ill. в Чиро-Марина, Италия, был кристаллизатором соли, испаряющим приблизительно 400 метрических тонн воды в час, оснащенным компрессором осевого потока (Brown Boveri, позже ABB). Этот агрегат был преобразован около 1990 года, чтобы стать первым эффектом многоэффективного испарителя. Часто используются испарители MVR с испарительной мощностью 10 тонн и более. Коэффициент сжатия в блоке MVR обычно не превышает 1,8. При соотношении сжатия 1,8, если испарение производится при атмосферном давлении (0,101 МПа), давление конденсации после сжатия будет 0,101 х 1,8 = 0,1818 [МПа]. При таком давлении температура конденсации водяного пара в теплообменнике будет 390 К. Принимая во внимание повышение температуры кипения соленой воды, которую мы хотим испарить (8 К для насыщенного солевого раствора), это оставляет разницу температур менее 8 К в теплообменнике. Небольшой ∆T приводит к медленной передаче тепла, а это означает, что нам понадобится очень большая нагревающая поверхность для передачи требуемого тепла. Осевой поток и компрессор Roots могут достигать немного более высоких коэффициентов сжатия. Термокомпрессионные испарители могут достигать более высоких коэффициентов сжатия с затратами. Возможно соотношение сжатия 2 (и иногда больше), но если двигательная пара не имеет достаточно высокого давления (например, 16 бар, 250 г/с или более), потребление двигательной пары будет в пределах 2 кг на кг вытяжных паров. Более высокое соотношение сжатия означает меньший теплообменник и снижение инвестиционных затрат. Кроме того, компрессор - дорогая машина, в то время как выбросчик намного проще и дешевле. В заключение можно сказать, что машины MVR используются в больших энергоэффективных агрегатах, в то время как термокомпрессионные агрегаты, как правило, ограничивают их использование небольшими агрегатами, где потребление энергии не является большой проблемой.
Эффективность
Эффективность и осуществимость этого процесса зависят от эффективности компрессионного устройства (например, вентилятора, компрессора или парового выброса) и коэффициента передачи тепла, достигаемого в теплообменнике, контактирующем с конденсирующим паром и кипящим "материнским" раствором/жидкостью. Теоретически, если полученный конденсат подохлаждается, этот процесс может позволить полностью восстановить скрытое тепло испарения, которое в противном случае было бы потеряно, если бы конечным продуктом был пар, а не конденсат; поэтому этот метод испарения очень энергоэффективен. Процесс испарения может быть вызван исключительно механической работой, обеспечиваемой компрессионным устройством.
Производство чистой воды (вода для инъекций)
Испарятель сжатия пара, как и большинство испарителей, может сделать достаточно чистую воду из любого источника воды. Например, в кристаллизаторе соли, типичный анализ полученного конденсата показывает типичное содержание остаточной соли не более 50 ppm или, с точки зрения электрической проводимости, не более 10 μS/см. Это приводит к питьевой воде, если выполнены другие санитарные требования. Хотя это не может конкурировать на рынке с обратным осмосом или деминерализацией, сжатие пара отличается от них главным образом благодаря своей способности делать чистую воду из насыщенных или даже кристаллизующих солей с общим количеством растворенных твердых веществ (TDS) до 650 г / л. Две другие технологии позволяют очистить воду из источников, содержащих не более 35 г/л ТДС. По экономическим причинам испарители редко работают на источниках воды с низким уровнем TDS. Эти заявки заполняются путем обратного осмоса. Уже солоновая вода, которая попадает в типичный испаритель, концентрируется дальше. Увеличение количества растворенных твердых веществ повышает температуру кипения гораздо выше, чем у чистой воды. Морская вода с TDS приблизительно 30 г/л имеет повышение температуры кипения менее 1 К, но насыщенный раствор хлорида натрия при 360 г/л имеет повышение температуры кипения около 7 К. Это повышение температуры кипения представляет собой проблему для испарения сжатия пара, поскольку увеличивает отношение давления, которое должен достичь паровый компрессор для испарения. Поскольку высота точки кипения определяет отношение давления в компрессоре, это является основным общим фактором в эксплуатационных расходах.
Гравитационный дренаж с помощью пара
Технология, используемая сегодня для извлечения битума из нефтяных песков Атабаски, - это интенсивный водяной пар с помощью гравитационного дренажа (SAGD). В конце 1990-х годов бывший ядерный инженер Билл Хайнс из RCC Thermal Products компании General Electric Company разработал технологию испарителя, называемую падением пленки или механическим испарением сжатия пара. В 1999 и 2002 годах на заводе Petro Canada в реке МакКей были первыми установлены системы GE SAGD с нулевым выбросом жидкости (ZLD) 1999 и 2002 годов, использующие комбинацию новой технологии испарения и системы кристаллизации, в которой вся вода была переработана, и только твердые вещества были выброшены за пределы участка. Эта новая технология испарения начала заменять старые методы очистки воды, используемые в SAGD-установках, которые включали использование теплого смягчения извести для удаления кремния и магния и слабый кислотный ионный обмен, используемый для удаления кальция. Процесс испарения с помощью сжатия пара заменил генераторы, традиционно используемые для производства пара. ОТСГ, как правило, работали на природном газе, который в 2008 году стал все более ценным. Качество воды в испарителях в четыре раза лучше, чем в барабанных котлах. Испарятели, в сочетании со стандартными барабанными котлами, производят пар, который является более "надежным, менее затратным в эксплуатации и менее водноемким". К 2008 году около 85% объектов SAGD в нефтяных песках Альберты приняли технологию испарения. "SAGD, в отличие от других термических процессов, таких как циклическая стимуляция пара (CSS), требует 100% качественного пара".