Evaporators & Crystallizers
Heating options for thermal separation plants
Traditionally, an evaporator or crystallizer is heated by live steam, but waste heat (e.g. recompressed vapor, drier vapor, hot water or thermal oil) can be used as energy source as well, as long as the amount of energy required for the thermal separation process is given.
用于热分离装置的加热选项
传统上，采用新鲜蒸汽来加热蒸发器或结晶器，但废热（例如再压缩蒸汽、干燥器蒸汽、热水或导热油）也可以用作能源，只要能够提供热分离过程所需的能量即可。
蒸汽加热（单效/多效）
A 产品 / B 浓缩液 / C 冷凝液 / D 加热蒸汽 / E 二次蒸汽
对于单效蒸发器中的水蒸发，由于加热侧和产品侧的比汽化热值大致相同，因此约1 t/h 的新鲜蒸汽将可产生约 1 t/h 的二次蒸汽。
如果使用一个蒸发效体的产品蒸汽来加热另一个在较低压力下操作的蒸发效体，整个系统的新蒸汽消耗将相应减少。
如果将一次能源产生的蒸汽量用作第二效的加热蒸汽，整个系统的能耗可降低约 50 %。这个原理可以在更多效体上继续使用，以节省更多的能量。
| 新鲜蒸汽 [t/h] | 二次蒸汽 [t/h] | 汽耗率 | |
| 单效装置 | 1 | 1 | 100% |
| 双效装置 | 1 | 2 | 50% |
| 三效装置 | 1 | 3 | 33% |
| 四效装置 | 1 | 4 | 25% |
结合第一效的最高加热温度和末效的最低沸腾温度，来界定可以在每一效之间划分的总温差。
这意味着，在效数增加的情况下，每效的温差会相应减小。
因此，各效的加热面积相应地需要更大，从而在较低的平均温差 (ΔTm) 下实现所需的蒸发速率。第一个近似表明，所有效的总加热面积随效数成比例增加。结果，投资成本显著增加，而节省的能源量则成比例降低。
热力蒸汽再压缩 (TVR)
A 产品 / B 浓缩液 / C 冷凝液 / D 加热蒸汽 / E 二次蒸汽
在蒸汽再压缩过程中，来自分离器的二次蒸汽会被再压缩到管束加热侧的较高压力。
蒸发过程产生的大约一半蒸汽可以重新用于加热，另一半则流向并驱动下一效。热力蒸汽再压缩机的操作需要一定的蒸汽量，即所谓的“动力蒸汽”。
对于热力蒸汽再压缩 (TVR)，使用蒸汽喷射压缩机。它们的操作原理等同于蒸汽喷射泵。它们没有移动部件，因此没有易损件，这确保了最大的运行可靠性。热力蒸汽再压缩机在公司内部设计。
GEA 在提供蒸汽喷射泵和压缩机方面拥有一百多年的经验。
机械蒸汽再压缩 (MVR)
A 产品 / B 浓缩液 / C 冷凝液 / D 加热蒸汽 / E 二次蒸汽 / El 电能
蒸汽喷射压缩机仅压缩离开蒸发器的部分蒸汽，而机械蒸汽再压缩机 (MVR) 能够回收利用所有蒸汽。
与在二次蒸汽中回收的焓相比，只需使用少量电能即可将蒸汽再压缩到与蒸发器的加热蒸汽温度相对应的压力。蒸汽冷凝的能量通常用于预热产品进料。
根据装置的运行条件，可能需要额外补充少量的蒸汽或冷凝少量的过量蒸汽来维持整个蒸发器的热平衡并确保稳定的运行条件，尤其是在启动期间。
由于其简单性和易于维护的设计，单级离心风机（作为高压风机提供）用于蒸发装置。它们在高流速下运行，因此适用于蒸汽压缩比为 1:1.2 至 1:2 的大流量。转速通常在 3,000 到 12,000 rpm 范围内。若要高压升，可以使用多台风机。
蒸汽与电力
根据当地条件和项目特定的公用设工程成本，可以根据典型消耗数据评估最具生态和成本效益的加热方案。
能够使用来自可再生能源的电而不是来自化石燃料的蒸汽，是电力加热所提供的最大优势之一。
每吨蒸发量的特定公用工程消耗
| 蒸汽 [t] | 电力 [kWh] | 冷却水 [m³ (∆T = 10K)] | |
| 新鲜蒸汽 | 1 | 次要 | 60 |
| 二效 | 0.5 | 次要 | 30 |
| 三效 | 0.33 | 次要 | 20 |
| 四效 | 0.25 | 次要 | 15 |
| TVR | ~0.5 | 次要 | 30 |
| MVR | 次要 | ~30-50 | 次要 |
对干旱地区同样重要且特别相关的是，使用电力加热可以大大减少对冷却水的需求。总的来说，随着循环经济和降低能源消耗的新趋势越来越占主导地位，MVR作为一种选择正在崛起。
由于相系统或温度敏感产品的限制，一些结晶过程必须在低温下进行。因此，需要有效的冷却，这可以通过真空冷却或表面冷却来实现。
干燥器蒸汽加热（蒸发装置）
使用干燥器蒸汽加热蒸发装置的主要标准是水蒸汽-空气混合物的露点，该露点取决于其中存在的惰性气体和/或空气。露点越高，水蒸汽含量越高，因此可用能量含量也越高。
如果干燥器蒸汽中含有灰尘和油脂蒸汽，它们可能会落在加热器列管中，从而破坏甚至阻止从加热室到到沸腾室的热传递。此现象可以通过在 GEA 蒸汽洗涤器中清洗干燥器蒸汽来避免。通常，喷射洗涤器、自吸式液体喷射风机非常适合这种应用。
蒸汽洗涤器可以利用来自蒸发装置的二次蒸汽冷凝液运行。因此，不需要额外的工艺用水 - 如此即可再利用能量来加热蒸发器，同时清洁干燥器的废气。
真空冷却（结晶装置）
真空冷却是首选方法，因为仅通过溶剂的绝热膨胀产生冷却，并且不需要切实的冷却表面。由于有限的传热系数，需要相对较大这种切实的冷却表面，并且由于溶解度在较低温度下会降低而存在结垢风险。
真空冷却的主要参数和限制是工艺过程中产生的二次蒸汽压力。根据所需的压力，从以下可用选项中选择最具成本效益的组合：
- 表面冷凝或直接冷凝
- 冷却水或冷冻水
- 带蒸汽喷射器或不带蒸汽喷射器
表面冷却（结晶装置）
表面冷却在真空冷却无法达到所需温度时采用。
此方法使用切实的冷却表面（管束换热器），由任何适用于所需工艺温度的可用冷却介质冷却。
由于冷表面处的高局部过饱和度，这些系统可能会有在换热器的换热管处出现结垢的风险。
为了最大限度地延长此类装置的运行周期，其设计需要在冷却曲线、设计传热系数、固体密度和管内速度以及管道质量方面非常精细。此外，还必须可以使用有效的清洗程序，将停机时间降至可接受的水平。
蒸汽喷射器与制冷机（结晶装置）
应使用蒸汽喷射器或制冷机进行冷却。
蒸汽喷射器将蒸汽压缩到一定温度水平，使其能够被冷却水冷凝；冷却器使用电能产生冷介质，使低压蒸汽冷凝。
根据当地的现场条件以及公用工程的可用性和定价，我们会个别做出决定，为每位客户提供最具成本效益和节能的解决方案。
在循环经济和降低能源消耗的新趋势发挥着越来越重要作用的情况下制冷机正在成为一种选择。已有现有装置进行了改造，将其蒸汽喷射器更换为制冷机。
