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分类号密级UDC编号硕士学位论文机械再压缩蒸发系统的研究开发研究生姓名：顾承真导师姓名：洪教授申请学位级别：硕士一级学科名称：化学工程与技术二级学科名称：生物化工2015年4月机械再压缩蒸发系统的研究开发南京工业大学ResearchanddevelopmentofMechanicalVaporRecompressionsystemAThesisSubmittedtoNanjingTechUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYChengzhenGuSupervisedbyProf.HoushengHongApril2015学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本文所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：学位论文的使用声明□1、南京工业大学、国家图书馆、中国科学技术信息研究所、万方数据电子出版社、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文并通过网络向社会提供信息服务。论文的公布（包括刊登）授权南京工业大学研究生部办理。（打钩生效）□2、本论文已经通过保密申请，请保留三年后按照第一项公开（打钩生效）□3、本论文已经通过校军工保密申请，不予公开（打钩生效）研究生签名：导师签名：日期：日期：硕士学位论文I摘要能源和环境危机是当今世界的难题，能源总量的供不应求严重制约着我国经济的快速发展，国家也一直倡导节能减排的生产方式。其中蒸发浓缩过程是十分耗能的一道生产工序，并广泛应用在印染、造纸、化工、医药和食品等行业。研究设计出一种能耗少、运行费用低和自动化程度高的新蒸发设备具有重要的现实意义。机械蒸汽再压缩（MechanicalVaporRecompression，简称MVR）蒸发技术因热量的重复利用和提高能源效率的特点，被认为是当今世界最节能的蒸发方式。其原理是：溶液在蒸发器内受热产生的二次蒸汽经蒸汽压缩机的作用，使蒸汽的温度、压力和热焓增加，重新作为系统的热源使用。物料吸收蒸汽的冷凝潜热并继续产生二次蒸汽，二次蒸汽再次被压缩利用，这样物料持续蒸发，系统只需要消耗压缩机的功耗便可完成蒸发工段。本文建立了一套充分利用热源的MVR蒸发工艺流程，并通过理论分析对每个操作节点进行了质量和能量衡算，同时利用AspenPlus模拟软件建立了系统的流程模拟图。通过对操作单元的变量控制，研究了二次蒸汽循环量、补充水的量与进料温度、冷凝液温度、蒸汽压缩比以及蒸发压强等之间的变化关系。理论上得出的结论有：1.原料进入蒸发器前应先预热至饱和液体或微过热状态。2.二次蒸汽在压缩阶段，压缩比在1.8—2.2时节能效果最佳3.MVR热泵系统蒸发压强应结合具体产品的热敏性，尽可能控制在较低的蒸发压强。4.蒸汽冷凝液在饱和液体下排出较好。设计了蒸发量为150kg/h的水蒸发体系的MVR实验平台，其中降膜蒸发器的蒸发面积为10m2，选用了功率为18kw的罗茨压缩机作为蒸汽压缩机，同时也设计气液分离器、储罐和管道的大小。实验中以总蒸发水量和单位能耗蒸发水量作为MVR蒸发系统的性能指标，分别研究了进料温度、蒸发压强、压缩机频率对其影响。结果表明：最佳进料温度是蒸发压强下的饱和液体温度;最适蒸发压强与具体系统的蒸发能力和压缩机效率密切有关，在压缩机效率保持较高水平的前提下，适当降低蒸发压强有利于系统的节能；压缩机的频率直接影响系统的蒸发量和压缩机的功耗，在压缩机允许的范围内增大压缩机频率，单位能耗蒸发量摘要II是增加的；实测的MVR在蒸发压强为86kPa时，系统的能耗只有理论三效蒸发器的最低能耗的46%。根据实际工业生产的需要，初步设计了蒸发量为1000kg/h工业级MVR系统，详述了具体工况的能量转变和单体设备规模。通过与三效蒸发器在能耗上的理论对比，MVR系统每年可节约运行成本40万元，能源效益上可节能74%。关键词：机械蒸汽再压缩能耗蒸发量单位能耗蒸发量Aspenplus硕士学位论文iABSTRACTTheworldtodayisfacingbothsevereenergycrisisandenvironmentalcrisis.Thetotalenergyisshortage,whichseriouslyconstrainstherapiddevelopmentofChina`snationaleconomyandthecountryhasbeenadvocatingenergysavingproductionmethods.Concentratedbyevaporationprocesswhichisaveryenergy-intensiveproductionprocesses,andiswidelyusedindyeingandfinishing,papermaking,chemicalengineering,pharmaceuticalandfoodindustries.Therefore,itisnecessarytodevelopanewevaporationplantwhichislowenergyconsumption,lowoperatingcostsandahighdegreeofautomation.MechanicalVaporRecompression(MVR),whichhasbeenconsideredoneofthemostenergy-efficientevaporation,helptoreuseheatandimproveenergyefficient.Thetheoryisthatthesecondarysteamcreatedbyevaporatorisrecompressedbycompressor,thepressure,temperatureandenthalpyofthevaporishigher,andcanbeusedastheheatsourcetoheatsystemitself.Materialsabsorbsheatbecauseofcondensationofsteam,andwaterinthematerialsbecomesvaporbecauseofendotherm.Thesecondarysteamiscompressedandusedagain,sothematerialscontinuedtoevaporate.Hence,thesystemonlydemandsofenergyfromthecompressor.ThispaperestablishedaMVRevaporationprocessflowthatcanfullyuseenergy.Qualityandenergyofeachoperationnodewerecalculated，andasystemofsimulationprocesswasestablishusingtheAspenPlussoftware.Thisresearchinvestigatedthemassflowofcyclicsteamandthemassflowofaddedwaterunderdifferentfeedtemperatures,condensationtemperatures，theratioofvaporcompressionandevaporationpressure，byanalyzingcontrollingunitoperations.Theresultsintheoryshowedthat:(1)rawmaterialsreachedtheoptimalconditionsinsaturatedliquidsorslightlyoverheated.(2)thevaporcompressionratioofcompressorinthe1.8—2.2wasmorereasonable.(3)ThevaporpressureofMVRsystemshouldABSTRACTiibecombinedwithspecificheat-sensitiveproductsasmuchaspossibleatarelativelylowevaporationpressure.(4)Thecondensateispreferablydischargedinthesaturatedliquid.MVRexperimentalplatformwhichcanhandle150kg/hwaterevaporationisdesigned,wherefallingfilmevaporatorhavinganevaporationareaof10m2.Rootcompressorisselectedasavaporcompressorwhichownpowerof18kw,alsodesigngas-liquidseparator,tanksandpipingsize.Thispaperinvestigatedthatfeedtemperature,evaporationpressureandcompressorfrequencyhowtoaffectevaporationofthetotalamountofwaterevaporationandspecificmoistureextractionrater(SMER),whichisasperformanceindicatorsofMVR.Theresultsshowthat:theoptimumtemperatureofthefeedisasaturatedliquidtemperatureattheevaporatorpressure.theoptimumevaporationpressurebasedonevaporationcapacityandcompressorefficiencywhichCloselyrelatedtothespecificsystem.Whilemaintainingahighlevelofefficiencyofthecompressor,theevaporatorpressureissuitablyinfavorofenergysaving.Frequencyofthecompressordirectlyaffectevaporationofthetotalamountofwaterandcompressorpower,SMERisincreasingwhenimprovethefrequencyofthecompressorwithintheallowablerange.Theenergyconsumptionofthesystem,measuredat86kPaofevaporatorpressure,onlyoccupytheoreticalminimumenergyconsumptionof46%comparedtothethree-effectevaporation.Asrequiredbytheindustrialproduction,waterevaporationcapacityof1000kg/hisdesignedpreliminaryandcalculatedofspecificconditionsindetail.Bycontrastwiththethree-effectevaporator,MVRsystemcansave400,000yuan,equivalenttosaving74%coalannuallyinth