降膜蒸發(fā)器運行狀況以及降低蒸汽消耗的措施

賈　鵬，謝海龍，萬　磊（新疆中泰化學股份有限公司華泰氯堿廠，新疆 烏魯木齊 830026）

降膜蒸發(fā)器運行狀況以及降低蒸汽消耗的措施

賈鵬，謝海龍，萬磊
（新疆中泰化學股份有限公司華泰氯堿廠，新疆 烏魯木齊 830026）

闡述了降膜蒸發(fā)器的原理、優(yōu)缺點以及降膜蒸發(fā)器的工藝流程，并對在平時的操作過程中如何降低蒸汽消耗做出了總結。

降膜蒸發(fā)器；蒸汽；消耗；節(jié)能

氯堿行業(yè)作為耗能大戶，在蒸發(fā)過程中蒸汽的消耗尤為突出，氯堿企業(yè)為了提升綜合競爭力就要通過改善生產工藝，以達到降低蒸汽消耗，降低成本的目的。在蒸發(fā)生產過程中運用最為普遍的就是降膜蒸發(fā)器和升膜蒸發(fā)器，就2種不同的蒸發(fā)器都有各自的優(yōu)缺點存在，最大的區(qū)別就在于料液進入的方式不同，升膜蒸發(fā)器料液從底部進入，降膜蒸發(fā)器料液從頂部進入。下面就降膜蒸發(fā)器運行以及如何降低蒸汽消耗的措施展開討論。

1　降膜蒸發(fā)器

1.1降膜蒸發(fā)器工作原理

降膜蒸發(fā)器設計為管束式降膜換熱器，料液由降膜管頂部經液體分配器均勻進入，料液在自身重力作用下在加熱管內成均勻膜狀向下流動并與管壁另一側熱載體進行換熱，料液中的水分被蒸發(fā)，從而達到設計濃縮的目的。與升膜蒸發(fā)器結構基本相同，主要區(qū)別在于原料液是從加熱室的頂部加入，在重力的作用下沿管內壁形成膜狀下降，并進行蒸發(fā)，濃縮液從加熱室的底部進入到分離器內并從底部排出，二次蒸汽由頂部溢出。由于二次蒸汽的流向與料液的流向一致，所以能促進料液的向下運動并形成薄膜。在每根加熱管的頂部必須裝有降膜分布器，以保證每根管子的內壁都能為料液所濕潤，并不斷有液體緩慢流過，否則，一部分管壁形成干壁現(xiàn)象，不能達到最大的生產能力，甚至不能保證產品質量。

1.2降膜蒸發(fā)器運行

來自離子膜工序的32%左右堿液先進32%液堿貯槽，由32%堿泵送入Ⅰ效降膜蒸發(fā)器被濃縮到38.6%左右。在單獨通過此蒸發(fā)器的過程中，物料側在真空下運行，Ⅰ效降膜蒸發(fā)器由Ⅱ效降膜蒸發(fā)器產生的二次汽進行加熱。

來自Ⅰ效降膜蒸發(fā)器濃度為38.6%的堿液，由39%堿泵送入換熱器和預熱后送入Ⅱ效降膜蒸發(fā)器繼續(xù)濃縮至50%。堿液通過這2臺換熱器后，溫度由71.5℃升高到約135.3℃。在單獨通過Ⅱ效降膜蒸發(fā)器的過程中，物料側在大氣壓下運行，這一段由中壓蒸汽加熱。

來自Ⅱ效降膜蒸發(fā)器濃度為50%的堿液由50%堿泵送入Ⅲ效降膜蒸發(fā)器進一步濃縮至62.2%。或根據(jù)銷售需要部分經冷卻器（HE-1104）冷卻后產出濃度為50%的成品液堿。在單獨通過Ⅲ效降膜蒸發(fā)器的過程中，物料側在真空下運行，Ⅲ效降膜蒸發(fā)器由最終濃縮器產生的二次蒸汽加熱。

Ⅲ效降膜蒸發(fā)器內62.2%的堿液由62%堿泵送入最終濃縮器熔鹽加熱使堿濃度從62.2%升高到99%。在單獨通過最終濃縮器的過程中，降膜濃縮運行產生的二次蒸汽用來加熱Ⅲ效降膜蒸發(fā)器。

98.3%的熔融堿通過節(jié)流孔的限制進入閃蒸器，熔融堿壓力在閃蒸器驟減，產生閃蒸效應，以達到≥98.5%的設計濃度。閃蒸所產生的二次汽在閃蒸器內與熔融堿分離并排空。

閃蒸器出來的高濃度熔融堿在重力作用下，通過再分配器去（2臺或1臺）片堿機，在此處被加工成低溫片堿。

生產出的片堿在重力作用下經過片堿出料溜槽進入2臺半自動包裝秤進行稱重包裝，裝好的袋子通過皮帶輸送機傳送到縫袋機進行封口，之后進行碼垛。

Ⅰ效降膜蒸發(fā)器產生的二次汽由表面冷卻器冷凝。冷卻后的二次汽冷凝液，及自Ⅰ效降膜蒸發(fā)器殼程的冷凝水，匯入冷凝水槽，由冷凝水泵送出界區(qū)。表面冷卻器內不能冷凝的不凝氣由水環(huán)真空泵抽出排空。

Ⅲ效降膜蒸發(fā)器產生的二次汽由表面冷卻器冷凝。冷卻后的二次汽冷凝液和自Ⅲ效降膜蒸發(fā)器殼程的冷凝水一并匯入冷凝水槽，由冷凝水泵送出界區(qū)。表面冷卻器內不能冷凝的不凝器由水環(huán)真空泵抽出排空，降膜蒸發(fā)工藝流程示意圖見圖1。

1.3降膜蒸發(fā)器的優(yōu)點

（1）停留時問短，對熱敏性物料不會引起降解；

（2）由于呈薄衣狀，液體流速較大，因此蒸發(fā)給熱系數(shù)相應較大；

（3）壓降小，因此換熱器工藝側的壓力和阻度幾乎接近常數(shù)，可不用或少用顯熱；

（4）由于工藝流體僅在重力作用下流動，而不是命高阻差來推動，所以允許使用更經濟的低阻差；

（5）設備內滯液且少；

（6）沸騰為對流沸騰，因此，管子表面狀態(tài)對沸騰的影響較小。

1.4降膜蒸發(fā)器的缺點

（1）操作性能主要取決于液體分布器性能；

（2）對設備安裝垂直度要求較高（如9 m長管子垂直度要求不大于6.4 mm）；

圖1　降膜蒸發(fā)工藝流程圖

（3）為保證管內完全濕潤，需較高的液體流量和較長的管子；

（4）為了機械清垢要求換熱管管壁較厚；

（5）降膜蒸發(fā)器費用較高；

（6）不適合處理易結垢或有固粒的物料。

2　降低蒸汽消耗措施

（1）適當提高進入蒸發(fā)器的生蒸汽壓力。生蒸汽是電解液蒸發(fā)的熱源，較高的生蒸汽壓力可以使蒸發(fā)系統(tǒng)獲得較大的溫差，使裝置具有較大的生產能力。同時還應保證蒸汽壓力的平穩(wěn)運行。

（2）提高真空度。提高效體真空度可降低蒸發(fā)器內物料的沸點，增加有效溫差，不僅可以降低蒸汽消耗，而且大幅度提高蒸發(fā)器的生產能力。如果采用中壓蒸汽，高真空就可以降低蒸汽消耗，同時一定要保證二次蒸汽的循環(huán)利用，在操作的時候一定要保證不凝氣的定時排放。生產50%堿的蒸汽消耗一般在0.52～0.54 t/t 100%NaOH。在實際的操作過程中還可以根據(jù)自己的操作經驗摸索出再次降低蒸汽消耗的操作方法。

（3）定時排放不凝性氣體。蒸汽中含有1%的不凝氣，傳熱系數(shù)下降60%，嚴重降低換熱效率。冷凝水附著在受熱表面就是增加熱阻，阻礙了蒸汽凝結傳熱，膜狀凝結之所以比珠狀凝結傳熱效率低就因如此。而不凝性氣體的傳熱不如蒸汽凝結相變傳熱系數(shù)大，所以在蒸汽中盡量減少不凝性氣體，要按時進行不凝性氣體的排放。

（4）充分利用冷凝水余熱，提高進料液濃度。在降膜生產工藝中用產生的冷凝水對39%堿進行預熱，提高堿液的溫度。對進入濃效的39%堿液進行充分的換熱，提高進效溫差，減少換熱溫差。

（5）加強設備保溫，減少熱損。為了減少熱損失，從電解液來料到出料管路系統(tǒng)的所有設備、管道、法蘭、人孔、閥門、貯罐等，均應采取必要的保溫措施，蒸發(fā)為單套生產，必須有一定量的電解液儲量才能平衡生產，電解液貯罐成為電解液周轉的主要設備，該貯罐未保溫時，電解液加料的溫度會由原來的85℃降為60℃，蒸汽消耗會有所提高。在保溫良好的情況下，此項損失僅占供熱量的2%～5%；如果保溫方法不當，此項損失為10%～15%。

（6）加強工藝控制，穩(wěn)定蒸發(fā)罐液面。自動控制在蒸發(fā)工序中具有重要作用。首先，各蒸發(fā)器液位要保持平穩(wěn)，液位過高，氣液分離空間過小，導致二次蒸汽帶堿；液位過低，料液在加熱室內過早沸騰，造成加熱室內結鹽快，縮短洗效周期，使設備生產能力降低，氣耗升高。液位波動就會造成出料濃度忽高忽低，不但增加了調節(jié)的難度，也將影響蒸汽消耗，出料質量分數(shù)每增加1%，噸堿汽耗升高20～30 kg。

（7）及時移除堿溶液側產生的二次蒸汽，提高二次汽的利用率。蒸發(fā)是一個消耗大量加熱蒸汽而產生大量二次蒸汽的過程。從節(jié)能觀點出發(fā)，多效降膜式蒸發(fā)器充分利用蒸發(fā)所產生的二次蒸汽作為其他效體的加熱源，即要求蒸發(fā)裝置能提供溫度較高的二次汽，這樣既可減少鍋爐生蒸汽的消耗量，又可減少末效進入冷凝器的二次蒸汽量，提蒸汽的利用率。一般所用飽和蒸汽不超過180℃，若超過180℃，其相對壓強就很高，這樣會增加設備以及操作費用。穩(wěn)定控制濃效蒸發(fā)室壓力，正壓過大表明二次汽利用率低。

（8）堿損失對汽耗的影響。蒸汽消耗直接與堿產量有關，如果產出的堿有損失，必然導致噸堿汽耗上升。因此在平時的開停車過程中要盡量做到減少堿液的浪費，減少頭堿的排放。

（9）控制工藝指標。操作人員應對所有的數(shù)據(jù)極度敏感，細微的變化都應能夠發(fā)現(xiàn)，并在最短的時間作出判斷處理。一個數(shù)據(jù)的變化會連鎖所有數(shù)據(jù)的變化，同時會造成效體液位的波動以及蒸汽壓力的波動，并造成蒸汽汽耗提高。

3　結語

（1）不管是降膜蒸發(fā)器還是升膜蒸發(fā)器，都應根據(jù)溶液的特性決定；

（2）從節(jié)能的角度出發(fā)，應加大對二次蒸汽的利用率，如果首效采用較高壓力的生蒸汽進行加熱，則末效可以采用真空蒸發(fā)。此時，末效產生的二次蒸汽，具有較高的溫度，其熱能絕大部分被利用。

總之，影響蒸發(fā)生產以及蒸汽消耗的因素多種多樣，不管在平時的操作還是在每次的開停車過程中，都應平穩(wěn)操作，避免大幅度的波動。嚴格控制各項工藝指標，盡量減少各個指標的波動。隨著使用的設備以及生產工藝不同而變化。但是主要分為技術因素、環(huán)境因素以及管理因素。其中技術因素可以通過不斷的創(chuàng)新改革，采用新技術、新工藝在生產工藝上進行優(yōu)化。在此基礎上進行科學管理，充分的調動員工的積極性，保證新技術發(fā)揮最大效果。

Falling film evaporator operation and reducing steam consumption measures

JIA Peng，XIE Hai-long，WANG Lei
（Xinjiang Zhongtai Chemical Co.，Ltd.，Urumqi 830023，China）

The principle，advantages and disadvantages of falling film evaporator and its technological process were described，and how to reduce the steam consumption was summarized.

falling film evaporator；steam；consumption；energy saving

TQ114.26+8

B

1009-1785（2016）06-0015-03

2015-05-08