Grundprinzip des MVR-Verdampfers

MVR-Verdampfer ist eine englische Abkürzung für mechanische Dampfkompression. MVR ist eine Technologie, die die durch den eigenen Sekundärdampf erzeugte Energie wiederverwendet, um den Bedarf an externer Energie zu reduzieren.
Der Sekundärdampf nimmt nach der Verdichtung durch den Kompressor an Druck und Temperatur zu und die Enthalpie nimmt entsprechend zu. Es wird als Heizdampf in die Heizkammer des Verdampfers geleitet, wo dieser als Dampf erzeugt wird, um den Verdampfungszustand der Materialflüssigkeit aufrechtzuerhalten. Der Heizdampf selbst überträgt Wärme auf das Material selbst und kondensiert es zu Wasser. Auf diese Weise wird der ursprünglich zu verwerfende Dampf vollständig ausgenutzt, latente Wärme zurückgewonnen und der thermische Wirkungsgrad verbessert.
Bereits in den 1960er Jahren hatten Deutschland und Frankreich diese Technologie erfolgreich in Branchen wie der Chemie-, Pharma-, Papierherstellungs-, Abwasseraufbereitungs- und Meerwasserentsalzungsbranche eingesetzt.
Der Arbeitsprozess besteht darin, den Niedertemperaturdampf durch einen Kompressor zu komprimieren, die Temperatur und den Druck zu erhöhen, die Enthalpie zu erhöhen und dann zur Kondensation in den Wärmetauscher zu gelangen, um die latente Wärme des Dampfes vollständig zu nutzen. Außer beim Anfahren ist während des gesamten Verdampfungsprozesses keine Dampferzeugung erforderlich.
Bei der Multieffektverdampfung kann der Sekundärdampf einer bestimmten Wirkung im Verdampfer nicht direkt als primäre Wärmequelle, sondern nur als sekundäre oder sekundäre Wärmequelle genutzt werden. Als primäre Wärmequelle muss zusätzliche Energie bereitgestellt werden, um deren Temperatur (Druck) zu erhöhen. Die Dampfstrahlpumpe kann nur einen Teil des Sekundärdampfes verdichten, während der MVR-Verdampfer den gesamten Sekundärdampf im Verdampfer verdichten kann.
Die Lösung wird in einem Fallfilmverdampfer durch eine Materialumwälzpumpe im Heizrohr zirkuliert. Der anfängliche Dampf wird durch Frischdampf außerhalb des Rohrs erhitzt, der die Lösung erhitzt und zum Sieden bringt, um Sekundärdampf zu erzeugen. Der entstehende Sekundärdampf wird von einem Turbogebläse angesaugt und nach der Druckbeaufschlagung steigt die Temperatur des Sekundärdampfes. Es dient als Heizquelle und gelangt zur zyklischen Verdampfung in die Heizkammer. Nach dem normalen Anlauf saugt der Turbokompressor den Sekundärdampf an, der unter Druck gesetzt und in Heizdampf umgewandelt wird, der kontinuierlich zirkuliert und verdampft. Das verdunstete Wasser verwandelt sich schließlich in Kondensat und wird abgeleitet.
Aus Kostengründen werden in mechanischen Dampfrekompressionsanlagen häufig einstufige Radialkompressoren und Hochdruckventilatoren eingesetzt. Daher gilt die folgende Erläuterung für diese Art von Design. Ein Radialkompressor ist eine Volumenregelmaschine, die unabhängig vom Ansaugdruck einen nahezu konstanten Volumenstrom aufrechterhält. Die Änderung des Massenstroms ist proportional zum absoluten Saugdruck.
Der Kompressionszyklus eines einstufigen Radialkompressors wird in einem Enthalpie-Entropie-Diagramm dargestellt. Leistungsbedarf für einen einstufigen Radialkompressor:
Beispielsweise wird gesättigter Wasserdampf aus dem Verdampfer vom Saugzustand p1=1,9 bar, t1=119 Grad auf p2=2,7 bar, t2=161 Grad komprimiert ( Kompressionsverhältnis Π= 1.4). Der Kompressionszyklus folgt einer polytropen Kurve 1-2 und erhöht die spezifische Dampfenthalpie Δ HP. Für die spezifische Enthalpie h2 des Dampfes gelangt er bei dieser Temperatur durch die Gleichung des inneren Wirkungsgrades (isentropischer Wirkungsgrad) des Kompressors in die Heizung des Verdampfers. Basierend auf der eingeatmeten Dampfmenge, kg/h. Variable (effektive) Kompressionsarbeit der HP-Einheit, kJ/kg. Hs-Einheit isentropische Kompressionsarbeit, kJ/kg.
Der isentrope Wirkungsgrad (innerer Wirkungsgrad) eines Kompressors hängt unter anderem vom Polytropenindex der variablen Kompressionsarbeit hp κ und der Molmasse M des inhalierten Gases sowie der Inhalationstemperatur und dem erforderlichen Druckanstieg ab. Für die tatsächliche Kopplungsleistung der Antriebsmaschine (Elektromotor, Gasmotor, Turbine usw.) wird eine größere mechanische Verlustmarge berücksichtigt. Ein einstufiger Radialkompressor mit einem Laufrad aus Standardmaterialien kann einen Wasserdampfdruckanstieg mit einem Kompressionsfaktor von 1,8 erreichen. Werden hochwertigere Materialien wie Titan verwendet, kann der Kompressionsfaktor bis zu 2,5 betragen. Auf diese Weise beträgt der Enddruck p2 das 1,8-fache des Saugdrucks p1, maximal also das 2,5-fache, was einem Anstieg der Sattdampftemperatur von etwa 12-18K entspricht, mit einem maximalen Temperaturanstieg von bis zu 30K , abhängig vom Saugdruck. Bei der Verdampfungstechnologie ist es üblich, den Druck anhand der entsprechenden Siedetemperatur des Wassers darzustellen. Dadurch wird die effektive Temperaturdifferenz direkt dargestellt.
Das Prinzip der mechanischen Dampfrekompression
Die Verdampfungsausrüstung ist kompakt, nimmt eine kleine Fläche ein und benötigt wenig Platz. Es kann auch das Kühlsystem entfallen. Für bestehende Fabriken, die eine Erweiterung der Verdampfungsausrüstung für die Dampfversorgung, unzureichende Wasserversorgungskapazität und unzureichenden Platz erfordern, insbesondere in Situationen, in denen die Verdampfung bei niedriger Temperatur eine Kondensation von gekühltem Wasser erfordert, können sowohl Investitionseinsparungen als auch gute Energiespareffekte erzielt werden.