有結(jié)晶析出的三效蒸發(fā)器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化工、制藥、食品等領(lǐng)域，它以其高效節(jié)能、精確結(jié)晶控制、環(huán)保減排的優(yōu)勢，能顯著提升企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)降低能耗和成本，為企業(yè)創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益；在生產(chǎn)企業(yè)中發(fā)揮著重要價(jià)值，是現(xiàn)代化工生產(chǎn)中不可或缺的重要設(shè)備之一。
有結(jié)晶析出的三效蒸發(fā)器由于工藝設(shè)計(jì)和計(jì)算十分復(fù)雜，對技術(shù)人員的要求也非常高，如果經(jīng)驗(yàn)不足，專業(yè)度不夠，很容易出現(xiàn)蒸發(fā)器系統(tǒng)結(jié)垢問題、沸點(diǎn)溫升問題、 物料物性不匹配等問題出現(xiàn)。
面對這種情況，湖北武漢開達(dá)結(jié)晶作為蒸發(fā)器系統(tǒng)核心技術(shù)工藝的設(shè)計(jì)者、指引者和傳播者，多年以來專注于蒸發(fā)器節(jié)能增效工藝技術(shù)和產(chǎn)品的研究、應(yīng)用及推廣。
為了讓更多同行技術(shù)人員能夠掌握精確的蒸發(fā)器工藝設(shè)計(jì)計(jì)算和科學(xué)的應(yīng)用方法，開達(dá)結(jié)晶聯(lián)合技術(shù)總工劉殿宇總工程師，推出公益系列知識講解，希望促進(jìn)行業(yè)共同進(jìn)步。
下面結(jié)合劉殿宇總工程師的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，帶大家詳細(xì)了解一下有結(jié)晶析出的三效蒸發(fā)器的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算原理吧。
物料介質(zhì)為含鹽廢水,蒸發(fā)器生產(chǎn)能力:4000kg/h,pH值:5,進(jìn)料黏度:10cP進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù):8%~10%,進(jìn)料溫度:20℃,出料質(zhì)量分?jǐn)?shù):50%(含鹽約18%),一效加熱溫度:107℃,最高蒸發(fā)溫度:87℃,使用蒸汽壓力:0.2MPa,蒸發(fā)器狀態(tài)參數(shù)如表8-6所示。
本例采用混合型三效蒸發(fā)器,即一效為降膜式蒸發(fā)器,二、三效為強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器。采用并流加料,末效出料。由于進(jìn)料溫度為20℃,進(jìn)料溫度較低,本例采用四組列管式換熱器作為預(yù)熱器對進(jìn)料逐級進(jìn)行預(yù)熱,將物料預(yù)熱至88℃,由于在蒸發(fā)過程中有氣化鉀結(jié)晶析出,未效采用帶有奧斯陸結(jié)晶器的強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器,如圖8-11所示。凡是與物料接觸部位均采用TA2材料制造。
采用全自動控制,即在PLC觸摸屏上進(jìn)行參數(shù)設(shè)定調(diào)整及控制。假設(shè)一效蒸發(fā)量2040kg/h;二效蒸發(fā)量988kg/h;三效蒸發(fā)量972kg/h。
本計(jì)算不計(jì)蒸發(fā)過程中料液比熱的微小變化,以下計(jì)算同。本蒸發(fā)系統(tǒng)的預(yù)熱采用四個(gè)預(yù)熱級,將進(jìn)料溫度由20℃預(yù)熱至為88℃
本計(jì)算不計(jì)由于假設(shè)蒸發(fā)量與熱平衡后蒸發(fā)量的出入引起沸點(diǎn)升高的微小變化,不計(jì)由于濃度的升高比熱的微小變化。因蒸汽壓下降而引起的沸點(diǎn)升高按下式計(jì)算:
蒸發(fā)量分配:-效1480kg/h;二效1330kg/h;三效1190kg/h(由熱平衡多次試算而得)。各效占總蒸發(fā)量質(zhì)量百分?jǐn)?shù):一效37%;二效33.25%;三效29.75%。沸點(diǎn)溫度:-效沸點(diǎn)87℃;二效沸點(diǎn)70℃;三效沸點(diǎn)57℃
因?yàn)閺U水的成分復(fù)雜,一效的溫差比較大,所以傳熱面積比較小;但是,一效加熱溫度最高,從周邊潤濕量看,實(shí)際換熱面積應(yīng)按計(jì)算面積的1.25倍進(jìn)行選取,這樣一效換熱面積為:1.25x38.4m2=48(m?),降膜管根數(shù)為41根,周邊潤濕量為868.8kg/(m·h),這個(gè)周邊潤濕量也是安全的,二、三效也要隨之按計(jì)算面積的1.25倍進(jìn)行選取,這樣二、三效面積分別為:63.575m2150㎡。一效管子增加后蒸發(fā)溫度要降低,但總體是安全的。增加管子之后總面積為261.575 ㎡,每蒸發(fā)1t水需要的換熱面積為68.8㎡,這是安全的。需要特別說明的是這種使用一次蒸汽作為加熱熱源的多效蒸發(fā)器,必須是等于或高于沸點(diǎn)進(jìn)料,否則很難連續(xù)進(jìn)料連續(xù)出料,即很難達(dá)到生產(chǎn)能力。只有廢水這樣的多組分溶液,傳熱溫差較大的情況下才這樣修正計(jì)算,其他單一物料只是在計(jì)算基礎(chǔ)上稍微做修正即能滿足生產(chǎn)工藝要求。從上述計(jì)算可看出,用于廢水蒸發(fā)的多效蒸發(fā)器各效傳熱溫差不宜選擇過大,否則計(jì)算出的換熱面積過小,風(fēng)險(xiǎn)加大。因此,各效傳熱溫差的分配應(yīng)盡量控制在15℃以內(nèi),設(shè)計(jì)時(shí)一效加熱溫度不宜過高,這樣生產(chǎn)過程中提高加熱溫度的可能性就大。④ 強(qiáng)制循環(huán)泵流量及揚(yáng)程二效強(qiáng)制循環(huán)泵的流量計(jì)算:
這里換熱管子面積按150 ㎡計(jì)算,管子根數(shù)為159根,料液在換熱管中流速按2m/s計(jì)算。因此可選擇流量為1100m3/h,揚(yáng)程為6m的軸流泵。冷凝器換熱面積計(jì)算(不計(jì)二次蒸汽在蒸汽管道的壓力損失)
本例選擇臥式連續(xù)離心分離機(jī),按三效蒸發(fā)器出料量1263.2kg/h選擇離心機(jī)的處理量。從近些年來蒸發(fā)器在污水處理行業(yè)的應(yīng)用來看,由于污水的成分復(fù)雜,且對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重,應(yīng)用過程中還存在一定問題。這些問題主要來自兩方面,一是工藝上的問題,二是蒸發(fā)器設(shè)計(jì)上也存在一定問題。對MVR蒸發(fā)器來說建議進(jìn)入蒸發(fā)器前的原料液必須經(jīng)過預(yù)熱,只有將料液溫度預(yù)熱至沸點(diǎn)或沸點(diǎn)以上的溫度才有可能滿足蒸發(fā)量,實(shí)際在生產(chǎn)過程中額外補(bǔ)充一部分生蒸汽,均屬正?，F(xiàn)象。對加熱介質(zhì)為一次蒸汽的蒸發(fā)器,其每小時(shí)每蒸發(fā)1t水所需要的蒸發(fā)換熱面積(不含預(yù)熱面積)一般在65㎡左右;MVR蒸發(fā)器每小時(shí)每蒸發(fā)1t水需要的蒸發(fā)換熱面積在95~125㎡之間。對于有結(jié)晶析出的控制問題,要從以下幾個(gè)方面考慮,一是奧斯陸結(jié)晶器必須結(jié)構(gòu)合理,有利于晶粒生長;二是控制出料濃度及蒸發(fā)溫度;三是要根據(jù)結(jié)晶器內(nèi)的溫度情況控制好出晶漿的速度。最容易出現(xiàn)問題的就是出漿泵,晶漿容易在泵內(nèi)結(jié)晶從而導(dǎo)致泵無法正常工作,因此,泵要選擇雙密封的化工流程泵(也可以考慮采用螺桿泵)。應(yīng)控制好出漿濃度及溫度,保持出漿的連續(xù)性及穩(wěn)定性,有很多晶漿在淘洗腿中結(jié)晶滯留都是由出漿連續(xù)性不好所致,結(jié)晶器保溫效果也很重要。解決泵腔晶漿結(jié)晶的問題一般是在進(jìn)入泵入口管道制作成一段夾套型式的管道,在夾套中通入蒸汽或熱水進(jìn)行加熱,以防進(jìn)入泵中晶漿結(jié)晶,注意,要控制好加熱溫度。真空泵是排除蒸發(fā)系統(tǒng)不凝性氣體,降低料液的沸點(diǎn),促使料液在低溫真空下蒸發(fā)。MVR蒸發(fā)器有別于其他型式的真空蒸發(fā)器,因?yàn)槭菈嚎s機(jī)抽吸二次蒸汽經(jīng)過壓縮后再去加熱,系統(tǒng)的真空度并沒有也不需要像采用飽和蒸汽作為加熱介質(zhì)的蒸發(fā)器真空度那么高,也沒有那么穩(wěn)定。如果蒸汽壓縮機(jī)排出口是正壓情況下,系統(tǒng)能夠滿足蒸發(fā)需要,真空泵可以省略不用。但是系統(tǒng)必須做壓力實(shí)驗(yàn),保持系統(tǒng)氣密性,不得漏氣。蒸發(fā)器尤其是多效蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算比較煩瑣,如熱平衡計(jì)算,需要不斷地試算最后才能達(dá)到熱平衡。為了節(jié)省計(jì)算時(shí)間,可將本書相關(guān)計(jì)算公式及數(shù)值輸入Excel表格,進(jìn)行計(jì)算(在手算熟練的情況下)。
好了，關(guān)于有結(jié)晶析出的三效蒸發(fā)器的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算課程我們講解到這里，各位同行可以試著應(yīng)用一下，如有疑問歡迎聯(lián)系我們交流探討。
下次課程，我們再見，敬請期待哦。
