作者：万 华，朱利民，李 冰，黄小红 ( 中国轻工业长沙工程有限公司，湖南 长沙 410114)

摘 要: 在工业废水零排放的蒸发浓缩工艺设备中，常用的主要有降膜蒸发器和强制 循环蒸发器。文章分析了两种蒸发器的基本原理和技术特征，对两者进行了技术经济、优缺 点比较，并提供了两者的适用工况，为相关设计单位和企业提供选型参考。

关键词: 废水; 零排放; 降膜蒸发; 强制循环; 蒸发; 单元

前言

随着工业的迅猛发展，工业废水的种类和数量 迅猛增加，对水体的污染也日趋广泛和严重，威胁人 类的健康和安全［1］。如何将工业废水达标或减少 排放，并尽最大可能地实现水资源循环利用，成为困 扰工业企业的一大难题。因此，在我国大力提倡水 资源节约利用和环境保护的大环境下，工业废水零 排放应运而生。 随着国家和企业对工业废水零排放的日益重 视，以及国内外对废水零排放的研究不断深入，实现 工业废水零排放的工艺也越来越多，但所有的热浓 缩技术中，蒸发单元缺一不可。在蒸发单元操作设 备选择上，主要有降膜蒸发器、升膜蒸发器、强制循 环蒸发器、刮板式蒸发器、甩盘式薄膜蒸发器、列文 蒸发器等［2］。工业废水行业中最常用的两种类型 蒸发器一是降膜蒸发器，二是强制循环蒸发器。该 两种蒸发器在化工、轻工、冶金、制药、环保废水、食 品饮料等行业得到了广泛的应用［3］。降膜蒸发器 自发明以来因其诸多优势受到各个行业的青睐［4］。 强制循环蒸发器是 20 世纪以来因其适应能力强被 广为推崇，特别是国内强制循环泵的加工和制作实 力的大力提升，进一步被设计单位和各大企业所采 纳。文章针对这两种蒸发器，从各自的基本原理和 技术特征、优缺点分析、技术经济比较等做了简述。

2 降膜蒸发器和强制循环蒸发器的基本原理和技 术特点［2，5］

2． 1 降膜蒸发器

2． 1． 1 基本原理 降膜蒸发器的基本原理: 降膜蒸发器是需蒸发 的物料通过进料泵从降膜蒸发器顶部加热室上管箱 进入，经液体布膜器在各换热管中得以均匀分布，以 膜状形式沿着管壁往下流动。物料因在管壁形成的 薄膜特性很容易被管壁另外一侧的加热介质( 蒸 汽) 加热而汽化。汽化后的二次蒸汽和未汽化的液 相一起进入蒸发器的分离空间实现分离效果。该系 统实现蒸发过程的热源为蒸汽，送入降膜加热室壳 程通过热传导的作业把本身潜热传递给管壁另外一 侧的物料，实现热量传递的目的。

2． 1． 2 技术特点 降膜蒸发器的主要技术特点有: ( 1) 针对热敏性介质有很好的适用性。因料液 在换热管内壁直接蒸发的特点，物料在蒸发器内处 理时间迅速，降低了物料变质的可能性。 ( 2) 传热系数较高。料液通过布膜器均匀分布 后，在换热管内的膜层厚度较薄( 1 mm ～ 3 mm) ，传 热表面积大，增强了传热效果。 ( 3) 可以适用于浓度较高( 未饱和) 和粘度较大 的物料。在该工况下，处理不饱和的料液，降膜式蒸 发器依靠料液沿管壁逐渐下降过程中的蒸发浓缩作 用，阻力较小，不易结垢。 ( 4) 具有适用于易起泡的物料的特点。降膜蒸 发器的物料从顶部往下流动，换热过程中的二次蒸 汽和料液一起朝下进入蒸发器分离室。液体进入分 离室底部，二次蒸汽通过折流后从分离室液汽分离 出来。整个过程没有大的扰动和冲击，减少和降低 了物料起泡的可能性。 ( 5) 可以适用于低温蒸发工况。鉴于降膜蒸发 器的工作原理是通过重力作用实现，且要求内外传 热温差较低，针对低温蒸发介质较为适用。

2． 2 强制循环蒸发器

2． 2． 1 基本原理 强制循环蒸发器的基本原理: 强制循环蒸发器， 顾名思义就是有一个强制循环的动力———循环泵 ( 一般为轴流泵) 。通过循环泵将料液在整个蒸发 室、循环管、加热室内进行循环流动。料液的加热和 蒸发过程分开，在加热过程中，加热室上部足够的液 柱高度，抑制了在加热管内蒸发，从而抑制了管内结 晶。然后，加热后的物料吸收热量温度升高，并在蒸 发器循环泵的作用下，被强制循环至蒸发器内分离 室内闪发蒸发、浓缩提高浓度，在蒸发室液面由于压 力降低导致二次蒸汽从液面闪发出来，浓缩达到饱 和后结晶也是在分离室中产生，通过一定的停留时 间无机盐结晶长大至一定的粒径后落入盐腿排出。 大部分料液再通过下循环管进入下一个循环，如此 往复，达到蒸发的目的。该装置的热源是蒸汽( 该 蒸汽可以是外部的生蒸汽、上一效的高温二次蒸汽 或通过蒸汽压缩机热压缩的循环二次蒸汽) ，即把 一定压力的饱和蒸汽输入至蒸发器的加热室与加热 管内自下而上的物料进行热交换，蒸汽释放潜热冷 凝成水。

2． 2． 2 技术特点 强制循环蒸发器的技术特点有: ( 1) 具有过热度较低特点。通过选用循环流量 大，循环流速高的循环泵确保了料液在换热管内较 低的过热度。 ( 2) 具有满管运行的特点。物料通过轴流泵的 推动力，物料在加热室内由下往上流动保证料液满 管运行。 ( 3) 具有减轻热短路损失的特点。通过罐型 结构设计，特别是上循环管的喇叭口位置和下循 环管的吸入口位置的高度计算以及实际运行操作 过程中的液面控制，可以有效地减轻物料在热短 路损失。 ( 4) 具有传热系数大、抗盐析、抗结垢、适应性 强、易于清洗的特点。 ( 5) 具有运行周期长，操作简单稳定的特点。 强制循环蒸发器的内部构件少，针对饱和溶液的蒸 发和产生结晶的物料特别适用。

3 降膜蒸发器和强制循环蒸发器的应用比选

3． 1 两种蒸发器的技术经济比选 针对同时适用于降膜蒸发器和强制循环蒸发器 的废水工况，如何选择的问题。现就浙江某个硫酸 铵工业废水项目的蒸发浓缩段蒸发器的选用进行案 例分析。 ( 1) 原始数据。介质为硫酸铵废水; 初始原料 浓度 10% ; 浓 缩 后 母 液 浓 度 30． 5% ; 进 料 流 量 125 t /h。 ( 2) 初步计算。浓缩母液量为:125 t /h × 10% /30． 5% = 41 t /h; 蒸 发 水 量 为: 125 t /h － 41 t /h = 84 t /h; 采用两效串联的 MVＲ 工 艺，单个蒸发罐的蒸发水量为: 84t /h /2 = 42t /h。 ( 3) 计算参数比较。经过计算，得出两种蒸发 器的参数见表 1。 ( 4) 技术经济比较。经过计算，得出两种蒸发 器的技术经济比较见表 2。 从表 2 数据，可以看出: ( 1) 一次性投资方面，降膜蒸发器在一次投资 方面具有一定优势，比强制循环蒸发器能节省投资 170 万元。 ( 2) 直接运行成本方面，年消耗费用、设备运行 和维护方面综合考虑，强制循环蒸发器具有优势，强 制循环蒸发器一年相比节省 88． 3 万元。 综上所述，项目考虑到: 强制循环直接运行成本 两年节省的费用就可以抵消一次性投资增加的费 用，而且直接运行成本是长期的成本消耗; 前工段主 产品的附加值高，如果因为废水处理工段的经常停 车引起前端主产品生产线的停车，将损失更大。所 以该项目最终选择了运行周期长、操作简单、维护方 便的强制循环蒸发器。

3． 2 两种蒸发器的优缺点和应用工况比较 根据两种蒸发器的特点，分析各自的优缺点如表3。

考虑到各蒸发器的特点，秉承装置稳定可靠的 原则，并结合装置开车( 启停装置) 、运行和维护费 用等因素，在工业废水蒸发浓缩工况下，推荐两种蒸 发器的应用工况如表 4。 4 结论 随着国家对工业废水零排放要求的普及，降膜 蒸发器和强制循环蒸发器的应用也日益广泛。各设 计单位和生产企业需要兼顾一次性投资和运行成本 的控制要求，根据两种蒸发器的优缺点和应用工况 的不同，在方案阶段进行综合比选后确定蒸发器的 最佳类型。