熱泵蒸發

熱泵蒸發器工作原理是二次蒸汽與生蒸汽的焓差並不大，只是二次蒸汽的壓力和溫度比較低，採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覆應用，而此過程需要的外加能量遠小於由此可收回的可利用能量，從而達到節能的目的。在乳品廠，採用帶一個熱泵的雙效蒸發系統，蒸發1kg水，僅需生蒸汽0.44kg，與三效蒸發的效果接近。

食品廠中經常使用的一種蒸汽壓縮方式，採用熱能壓縮器，利用較高壓力的工作蒸汽，將蒸發出來二次蒸汽壓縮，提高其壓力。進而作為蒸發器加熱蒸汽。工作蒸汽通過噴嘴絕熱膨脹，以極高的速度進入吸氣室，由於流動速度增加．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換、吸入、混合及能量交換等系列操作。

要實現熱泵蒸發系統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。熱泵蒸發就是把蒸發器內沸騰溶液所產生的二次蒸汽，經壓縮機的壓縮提高壓力、溫度，再送回蒸發器加熱室管束的殼程間，同時放出蒸汽的汽化潛熱，並傳遞給加熱室管束管程內的溶液，使其繼續沸騰蒸發。由於二次蒸汽的潛熱得到反覆的利用，熱泵蒸發僅需從外界(壓縮機)供給較少的能量，就可提供使熱量傳遞給蒸發溶液所需要的推動力，保持蒸發器內溶液連續不斷的沸騰蒸發。實質上熱泵蒸發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。在熱泵蒸發過程中利用壓縮功的熱當量使溶液不斷地蒸發，不需要從別處供給加熱蒸汽，無論採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。在熱泵蒸發操作中要以最小的輸入功達到最大的蒸發效率，而最小輸入功則以最高的傳熱速率來達到。當傳熱係數和溫差經過試算初定后，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係數最大，溫差最小以便使壓縮功率最小。然而，在化工生產中，有許多其他因素也是和設備的熱衡算有關的，這些因素在設計時都要考慮進去。

蒸發器的設計：蒸發器和壓縮機一樣也是熱泵蒸發系統中的重要設備，一定要根據所濃縮的物料的性質來認真考慮。

(1)熱泵蒸發器的類型：工業用熱泵蒸發器一般多採用外加熱自然循環型，中央循環管式及升膜或降膜式蒸發器。其他型式較少。

(2)蒸發器材質的選擇：要根據蒸煮溶液是酸性條件，還是鹼性條件來確定。

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

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

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

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

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

(3)啟動壓縮機：啟動熱源使料液產生的二次蒸汽被壓縮機吸入，經壓縮提高壓力溫度後送往加熱室。若壓縮機是帶變頻可調式的，則由慢到快直到設計最大轉速。再次打開供料閥門給蒸發器供料。通過流量計進行調節，使蒸發器的蒸發液位保持恆定。回收二次蒸汽的熱量再加上壓縮機運轉消耗的電能所轉變的熱量，總起來的熱量便可滿足系統加熱的需要熱量，但由於系統熱輻射的散熱損失，可能造成系統的熱量不平衡。

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

(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散熱損失的作用，還起到收集二次蒸汽冷凝水進行周轉的作用。二次蒸汽由壓縮機送入蒸發器的加熱室並將熱量傳給列管內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熱器，去預熱進入系統的冷料液並保持電熱水箱中的水位始終恆定。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：系統中的不凝性氣體，隨二次蒸汽經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，設置了第二預熱器，這樣便可將不凝性氣體和蒸汽混合體通入第二預熱器，使料液得到進一步的預熱，蒸汽便冷凝下來而不凝性氣體則得到排放。

(7)停車：停車時，首先關閉補充熱源的電熱元件，關閉供料泵停止供料。蒸發器內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。最後關閉熱水泵，但必須保留足夠水量在電熱水箱中以備再啟動時用。熱泵蒸發系統的操作。可採用自動或手動。也可用作處理機進行程序控制。