分析硫酸銨多效蒸發(fā)結晶工藝的使用與設計特征

馮敬之

摘 要：硫酸銨作為一種重要的工業(yè)產品，在社會各行各業(yè)中得到了廣泛的應用，同時人們對硫酸銨的產品質量也提出了更高的要求，而其質量的高低在很大程度上依賴于生產中的蒸發(fā)結晶過程。所以，本文對硫酸銨多效蒸發(fā)結晶工藝的使用與設計特征作出分析，以便對于提高硫酸銨的產品質量具有現實指導性。

關鍵詞：硫酸銨；多效蒸發(fā)；結晶工藝；使用；設計特征

硫酸銨作為一種重要的化工產品，與人們的生活和社會的發(fā)展息息相關，人們對硫酸生產工藝的研究也是從未止步，從早期簡單、低效、粗放型的零星生產到如今高效、合理的規(guī)模化生產，硫酸銨產品不僅僅在產量上獲得了前所未有的提高，質量上更是取得了質的飛躍。隨著硫酸銨需求量的不斷增加、生產設備性能的不斷提高、員工素質的大幅提升，硫酸銨的加工制造工藝也日趨成熟。

一，硫酸銨多效蒸發(fā)結晶工藝

多效蒸發(fā)器由于蒸汽耗量低、蒸發(fā)溫度低、濃縮比大、合理、節(jié)能、高效，所以被廣泛應用在發(fā)酵行業(yè)、淀粉/淀粉糖行業(yè)、果汁行業(yè)、飲料行業(yè)、制藥行業(yè)以及環(huán)保等行業(yè)中。并且在高濃度有機物和化工等廢水綜合治理中也經常被用作主要的蒸發(fā)濃縮設備。

首先，多效蒸發(fā)器的組成。通常一組蒸發(fā)器是由一個加熱器和一個分離器組成，所以多效蒸發(fā)器通常由兩個或兩個以上的蒸發(fā)器及分離器、各種物料泵、真空裝置、檢測儀表、各類閥門、管道等組成。分離器作為蒸發(fā)器的重要組成部分則主要由殼體、捕沫器及附件組成。

其次，多效蒸發(fā)器的特點。適合于熱敏性、濃度較高、粘度較大、易揮發(fā)、易結垢、易結晶、濃縮比大及具有腐蝕性物料的蒸發(fā)。蒸汽耗量低、蒸發(fā)溫度低、濃縮比大。由于多效蒸發(fā)器的內部采用的蒸汽噴射熱泵借助絕熱壓縮作用使部分第一效二次蒸汽的飽和溫度提高，并回到第一效加熱器內作為加熱蒸汽，從而提高了生蒸汽的經濟程度。合理有效的分配盤的使用使物料進入加熱管后在管內壁形成均勻的模狀流動，從而使傳熱系數大為提高。多效蒸發(fā)器中可以利用廢汽及其它低熱值熱源（如凝結水蒸汽）作為蒸發(fā)器熱源而成為廢熱蒸發(fā)器，由此可以極大地減少生蒸汽用量，達到最大的節(jié)能效果。

最后，多效蒸發(fā)結晶過程進料流程。在多效蒸發(fā)結晶工藝中根據原料液加入的方法不同，多效蒸發(fā)一般可以分為以下幾種：前向進料，原料液只進入第一級的進料過程；逆向進料，原料液首先進入最后一級的進料流程；平行進料，該進料方式指的是多效蒸發(fā)器的每一級都能接受新鮮的進料。另外把不同類型流程組合起來使用的方案，我們通常稱之為錯流流程。上述第一種方案最為常見，也是本設計所采用的進料流程。結合本項目的實際情況，采用了基于四效蒸發(fā)器的蒸發(fā)結晶濃縮工藝，采用并流加料方式。

該工藝的基本操作流程為：

①硫酸銨溶液的蒸發(fā)。首先硫酸銨母液依次進入三效預熱器、二效預熱器、一效預熱器進行預熱，經過預熱后的物料進入一效蒸發(fā)器，料液從一效蒸發(fā)器頂部經分配裝置均勻分配于各加熱管內。在重力和真空誘導及氣流的作用下在加熱管內壁呈膜狀自上而下流動。在流動的過程中管道內的溶液受管道外蒸汽的加熱作用，使料液蒸發(fā)。經一效蒸發(fā)作用后，得到的初步完成液，一部分進入一效分離器），另一部分與從一效分離器經分離得到的濃縮液混合?；旌弦褐械囊徊糠纸涍^一效循環(huán)泵再次打入一效蒸發(fā)器內，另一部分則經過二效蒸發(fā)器的進料口，作為二效的進料液進入二效蒸發(fā)過程。從一效分離器得到的二次蒸汽作為二效蒸發(fā)器蒸發(fā)過程中的加熱蒸汽，完成對溶液的二次蒸發(fā)。以此原理從二效蒸發(fā)器得到的溶液再次分別經過三效蒸發(fā)器和四效蒸發(fā)器。

②硫酸銨結晶、分離與干燥。物料進入四效蒸發(fā)器后，由于濃度已經是過飽和，四效溫度較低，硫酸銨很快結晶出來，達到一定的結晶顆粒后，進入育晶罐，在育晶罐內部攪拌裝置的作用下，加快晶體的成長。晶體成熟后，晶體連同母液一同從設備的錐底排料孔排除，進入離心機。在離心機的作用下，將結晶后的硫酸銨進行分離，分離后的液體回到母液池進行再次濃縮，分離出的硫酸銨通過氣流干燥機進行干燥，并把干燥后的硫酸銨包裝入庫。為了能夠及時獲取生產現場主要變量的實時數據信息，對系統(tǒng)當前的運行狀態(tài)做出正確的判斷，并為后續(xù)控制系統(tǒng)的設計提供可靠的數據信息作為依據，需要對以下變量進行測控。

蒸發(fā)系統(tǒng)采用該工藝對硫酸銨溶液進行蒸發(fā)結晶的過程中，為了使產品質量能夠達到設計要求，并保證系統(tǒng)長期運行過程中的穩(wěn)定性。要求在生產過程中，各主要性能變量應盡量滿足以下工藝參數要求表：

二，硫酸銨多效蒸發(fā)結晶工藝的設計特征

第一，生產工藝成熟先進，節(jié)省能源。原料用冷凝水預熱、乏汽預熱器預熱后再進入到蒸發(fā)系統(tǒng)，沖堵水或煮效水采用高溫冷凝水，確保不降低進料溫度，充分利用了蒸汽的顯熱、潛熱，節(jié)能效果顯著，比單效蒸發(fā)器節(jié)約蒸發(fā)量70%左右。

第二，設備選型可靠。設備都是國產的常規(guī)化工設備，投資節(jié)約，占地面積小。

第三，材質的選擇。由于硫酸銨母液具有較強的腐蝕性，與物料、二次蒸汽及冷凝水接觸部分均采用316L不銹鋼材質制造。一效加熱器通蒸汽的殼程材質為碳鋼，并做了必要的增強。設計時盡量降低物料的蒸發(fā)溫度，以最大限度的減少高溫下腐蝕速度。強制循環(huán)泵、送料泵、出料泵、冷凝水泵等料泵的過流材質采用316L不銹鋼。

第四，防結垢堵塞措施。該工藝存在硫酸銨等無機鹽在設備內壁及管道內壁結晶沉積結垢問題，為了避免結垢工藝設計上采取如下措施：采用逆循環(huán)蒸發(fā)結構，短路溫差損失小，晶體生長區(qū)和晶體沉降區(qū)分開，不易形成結疤；每效均采取強制循環(huán)的形式，溶液在管內流速加快，使得垢層不易形成，并對垢層有強烈的沖刷作用；管路設計盡量采用直管段，減少彎頭，彎頭采用大曲率半徑彎頭；在管路設計上設置排水口，防止管路的堵塞。

結語

硫酸銨多效蒸發(fā)結晶工藝目前已經得到了大范圍使用。它為生產規(guī)模擴大創(chuàng)造了有利條件，滿足了固體硫酸銨擴能的生產要求，對企業(yè)的發(fā)展產生了很好的經濟效益與社會效益。

參考文獻

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（中國海油山東海化股份有限公司氯化鈣廠）