元明粉蒸发器现状分析及提高蒸发强度的措施

2011年04月20日 作者：圣亚 次

摘要:通过对元明粉蒸发设备现状的分析,指出使用中的中央循环管式蒸发器的缺陷，提出了有效的整改方案。另外，从理论上阐述了影响蒸发强度提高的因素（管内溶液沸腾的对流传热系数，污垢热阻），以及在生产中的对策与实施。

 

在许多化工生产中,都离不开蒸发这一过程,完成蒸发所需要的关键设备就是蒸发器。蒸发器的结构型式各不相同,按溶液在蒸发器中停留的情况,可分为循环型和单程型两大类。在目前的元明粉生产中,一般采用四效蒸发,其蒸发器结构型式有中央循环管式蒸发器和外热室蒸发器两种(都属于强制循环蒸发器) 。中央循环管式蒸发器结构示意图见图1 。

 

1 、问题分析及整改方案

1.1 问题分析：由于中央循环管式蒸发器结构上的限制,如换A-不凝汽;D -冷凝液;T-蒸发完成液热管长度仅3m 左右、推进式叶轮的结构等因素,使得物料循环速度不大。这样管内易结垢,需经常洗罐,使蒸发器生产强度降低,最终影响产品的产量和质量。另外,设备的清洗和维修也不方便。所以这种蒸发器难以完全满足生产的要求。
1.2 整改方案：由于中央循环管式蒸发器存在以上缺陷,所以元明粉生产厂对其结构进行了部分改造。改造后的蒸发器结构示意图见图2 。这次改造主要是将中央循环管内的推进式叶轮改为外循环的卧式轴流泵, 增加了两部分循环管,去掉蒸发室上的传动部分。改后加大了电机功率,物料循环速度提高近1 倍。

1.3 效果：由于加快了物料循环速度,延缓了污垢生成,增大了传热效果,减少了清洗次数,延长了操作周期, 使蒸发器生产强度有所提高。另外,改造前基本上是班班洗罐,现在,物料循环速度加快后,两个月不用洗罐。这样,一方面减轻了工人劳动强度,另一方面提高了蒸发器生产强度,降低了消耗。因此,目前许多元明粉生产中都将中央循环管式蒸发器改为外循环蒸发器。

 2 　提高蒸发器生产强度的措施

在同样的设备、同样的消耗情况下,如果能提高蒸发器的生产强度,那么每t 产品消耗可相对降低, 企业效益可随之提高。

2.1 理论依据

蒸发器的生产强度U 是指单位传热面积上单位时间内所蒸发的水分量,即U = W/A 　kg/ (m2·h)
式中: W 为单位时间内所蒸发的水分量,kg/ h; A 为蒸发器的传热面积,㎡ 。

根据蒸发的物料衡算及焓衡算过程,有W=Q/ r ,而传热量Q= KAΔt ,故U= W/ A = Q/A ·r= KΔt/ r
式中: Q 为蒸发器的传热量,kJ/ h; r 为当温度为t时,二次蒸汽的蒸发热,kJ/ kg ; K 为蒸发器的总传热系数,kJ/ (m2 ·h·℃); Δt 为蒸发时的有效温度差, ℃。

由上式可以看出,对于一个选定的蒸发器,为提高其生产强度,应设法增大蒸发时的有效温度差Δt 和传热系数K 。

2.2 　因素分析

有效温度差Δt 除了和温度差损失有关外,主要还是取决于加热蒸汽的压力和冷凝器压力之差。但加热蒸汽压力的增加,常受工厂具体用汽条件的限制;冷凝器中真空度的提高,可使溶液的沸点降低,以加大温度差。但这样不仅增加了真空泵的功率消耗,且随着真空度的提高,溶液的沸点降低,粘度增大,也会对溶液的沸腾传热产生不利影响(导致沸腾对流传热系数下降) 。因此在元明粉蒸发中,有效温度差的增大是有限制的。

一般来说,增大总传热系数K 是提高蒸发器生产强度的主要途径。增大总传热系数K 的主要途径是减小各部分的热阻。
K = 1/ (1/ a1 + 1/ a2 + R W + R S)
式中: a1 为管间蒸汽冷凝的对流传热系数; a2 为管内溶液沸腾的对流传热系数; R W 为管壁热阻; R S 为污垢热阻。

一般情况下,管壁热阻R W很小,可忽略不计, 且蒸汽冷凝时的对流传热系数a1 比管内溶液沸腾时的对流传热系数a2 大很多,即a1>a2 , 有1/a1<1/a2 , 蒸汽冷凝热阻在总热阻中占比例很小,但要考虑加热室中不凝气的及时排除。比如,设计制造中尽量将适当数量的不凝气排放管靠近加热室筒体最上部,以随时排放不凝气。否则,冷凝传热系数急剧下降,其热阻将大大增加,使总传热系数下降。

2. 3 　实际措施

根据生产实际情况,想法提高管内溶液沸腾的对流传热系数a2 和减小污垢的形成,才是提高总传热系数K 的主要途径。
主要措施有以下几点:
(1) 加热室选取合适的换热管,使物料循环速度保持在215 m/s 以上,既可增大a2 , 又可延缓污垢的形成。
(2) 除去水硝中的Ca2 + 、Mg2+ ,从根本上除去污垢
的生成条件。
(3) 根据生产经验,采取中液位操作,
严禁低液位操作,防止污垢形成。
(4) 要保证真空度
达到工艺要求,并使真空压稳定,以维持各效蒸汽压力。各效温度及料液温度等稳定,以保证液位稳定。
(5) 若有污垢及时洗罐,使污垢热阻R S 为最小。

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