Principio di base dell'evaporatore MVR

L'evaporatore MVR è l'abbreviazione di compressione meccanica del vapore in inglese. MVR è una tecnologia che riutilizza l'energia generata dal proprio vapore secondario per ridurre la domanda di energia esterna.
Il vapore secondario, dopo essere stato compresso dal compressore, aumenta di pressione e temperatura e l'entalpia aumenta di conseguenza. Viene inviato alla camera di riscaldamento dell'evaporatore come vapore riscaldante, che viene utilizzato come generatore di vapore per mantenere lo stato di evaporazione del liquido materiale. Il vapore riscaldante stesso trasferisce il calore al materiale stesso e lo condensa in acqua. In questo modo si utilizza completamente il vapore che originariamente doveva essere smaltito, si recupera il calore latente e si migliora l'efficienza termica.
Già negli anni ’60, Germania e Francia avevano applicato con successo questa tecnologia a settori quali quello chimico, farmaceutico, della fabbricazione della carta, del trattamento delle acque reflue e della desalinizzazione dell’acqua di mare.
Il processo di lavoro prevede la compressione del vapore a bassa temperatura attraverso un compressore, l'aumento della temperatura e della pressione, l'aumento dell'entalpia e quindi l'immissione nello scambiatore di calore per la condensazione per utilizzare completamente il calore latente del vapore. Fatta eccezione per l'avvio, non è necessario generare vapore durante l'intero processo di evaporazione.
Nel processo di evaporazione multieffetto, il vapore secondario di un certo effetto nell'evaporatore non può essere utilizzato direttamente come fonte di calore primaria, ma può essere utilizzato solo come fonte di calore secondaria o secondaria. Come fonte di calore primaria, è necessario fornire energia aggiuntiva per aumentarne la temperatura (pressione). La pompa a getto di vapore può comprimere solo una parte del vapore secondario, mentre l'evaporatore MVR può comprimere tutto il vapore secondario nell'evaporatore.
La soluzione viene fatta circolare in un evaporatore a film cadente attraverso una pompa di circolazione del materiale all'interno del tubo di riscaldamento. Il vapore iniziale viene riscaldato dal vapore fresco esterno al tubo, che riscalda e fa bollire la soluzione per produrre vapore secondario. Il vapore secondario risultante viene aspirato da un ventilatore turbocompresso e, dopo la pressurizzazione, la temperatura del vapore secondario aumenta. Serve come fonte di riscaldamento ed entra nella camera di riscaldamento per l'evaporazione ciclica. Dopo il normale avvio, il turbocompressore aspira il vapore secondario, che viene pressurizzato e convertito in vapore riscaldante, circolando ed evaporando continuamente. L'acqua evaporata alla fine si trasforma in condensa e viene scaricata.
Per ragioni di costo, nei sistemi meccanici di ricompressione del vapore vengono comunemente utilizzati compressori centrifughi monostadio e ventilatori ad alta pressione. Pertanto, la seguente spiegazione riguarda questo tipo di progettazione. Un compressore centrifugo è una macchina a controllo di volume, che mantiene una portata volumetrica pressoché costante indipendentemente dalla pressione di aspirazione. La variazione della portata massica è proporzionale alla pressione di aspirazione assoluta.
Il ciclo di compressione di un compressore centrifugo monostadio è rappresentato in un diagramma entropico entalpico. Potenza richiesta per un compressore centrifugo monostadio:
Ad esempio, comprimendo il vapore acqueo saturo dall'evaporatore dallo stato di aspirazione p1=1,9 bar, t1=119 gradi a p2=2,7 bar, t2=161 gradi ( rapporto di compressione Π= 1.4). Il ciclo di compressione segue una curva politropica 1-2, aumentando l'entalpia specifica del vapore Δ HP. L'entalpia specifica h2 del vapore entra nel riscaldatore dell'evaporatore a questa temperatura attraverso l'equazione del rendimento interno (rendimento isentropico) del compressore. In base alla quantità di vapore inalato, kg/ora. Lavoro di compressione (effettivo) variabile dell'unità HP, kJ/kg. Lavoro di compressione isoentropica unitario Hs, kJ/kg.
L'efficienza isoentropica (efficienza interna) di un compressore dipende, tra gli altri fattori, dall'indice politropico del lavoro di compressione variabile dell'unità hp κ e dalla massa molare M del gas inalato, nonché dalla temperatura di inalazione e dall'aumento di pressione richiesto. Per la potenza di accoppiamento effettiva del motore primo (motore elettrico, motore a gas, turbina, ecc.), viene considerato un margine di perdita meccanica maggiore. Un compressore centrifugo monostadio con girante realizzata con materiali standard può raggiungere un aumento della pressione del vapore acqueo con un fattore di compressione di 1,8. Se vengono utilizzati materiali di qualità superiore come il titanio, il fattore di compressione può arrivare fino a 2,5. In questo modo la pressione finale p2 è 1,8 volte la pressione di aspirazione p1, ovvero un massimo di 2,5 volte, che corrisponde ad un aumento della temperatura del vapore saturo di circa 12-18K, con un aumento massimo della temperatura fino a 30K , a seconda della pressione di aspirazione. Per quanto riguarda la tecnologia di evaporazione, la pratica abituale è rappresentarne la pressione in base alla corrispondente temperatura di ebollizione dell'acqua. In questo modo viene rappresentata direttamente la differenza di temperatura effettiva.
Il principio della ricompressione meccanica del vapore
L'apparecchiatura di evaporazione è compatta, occupa una piccola area e richiede poco spazio. Può anche eliminare il sistema di raffreddamento. Per gli stabilimenti esistenti che richiedono espansione delle apparecchiature di evaporazione per la fornitura di vapore, capacità di approvvigionamento idrico insufficiente e spazio insufficiente, soprattutto in situazioni in cui l'evaporazione a bassa temperatura richiede la condensazione dell'acqua refrigerata, è possibile ottenere sia risparmi di investimento che buoni effetti di risparmio energetico.