負(fù)壓蒸發(fā)系統(tǒng)汽提塔二次蒸汽利用的分析

鄒志杰，況 楠，劉 慶，龐雪風(fēng)，裴云生

(九三集團(tuán) 天津大豆科技有限公司，天津 300461)

在大豆油加工廠(chǎng)浸出車(chē)間的混合油負(fù)壓蒸發(fā)系統(tǒng)中，25%左右的混合油由泵從浸出器抽出送入旋液分離器、自清過(guò)濾器除雜后進(jìn)入一蒸。經(jīng)過(guò)一蒸的混合油由泵打入二蒸，經(jīng)二蒸的混合油泵入汽提塔內(nèi)，在-75 kPa左右真空和通入的直接蒸汽作用下，使毛油殘溶達(dá)到100 mg/kg以下[1]。一蒸、二蒸和汽提塔產(chǎn)生的二次蒸汽分別進(jìn)入蒸餾冷凝器和汽提冷凝器，被涼水塔來(lái)的循環(huán)水冷凝，冷凝的溶劑進(jìn)行回收再利用。負(fù)壓蒸發(fā)技術(shù)不僅可以節(jié)省大量的蒸汽和冷卻水，而且可以提高毛油的質(zhì)量，對(duì)降低企業(yè)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益有重要的作用。

實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，汽提塔產(chǎn)生的二次蒸汽直接進(jìn)入汽提冷凝器進(jìn)行冷凝回收溶劑，熱能沒(méi)有得到充分的利用，不僅造成了一定的蒸汽浪費(fèi)，同時(shí)也增加了循環(huán)水熱負(fù)荷，特別是夏季，循環(huán)水溫度高、用量大，而且冷凝效果差，蒸發(fā)系統(tǒng)出現(xiàn)真空不穩(wěn)定等問(wèn)題。因此，回收汽提塔二次蒸汽熱能、降低蒸汽消耗、減少循環(huán)水熱負(fù)荷對(duì)油脂加工廠(chǎng)有重要意義。

通過(guò)安裝新的換熱器，將汽提塔產(chǎn)生的二次蒸汽與一蒸后的混合油進(jìn)行換熱，可將一蒸后的混合油溫度提升，使二蒸耗汽量減少，從而達(dá)到節(jié)約蒸汽、降低循環(huán)水熱負(fù)荷的目的。茲以2 500 t/d大豆加工廠(chǎng)為例，對(duì)汽提塔二次蒸汽利用的熱量衡算及改造效果進(jìn)行闡述，以期為業(yè)界提供參考。

1 改造前基本參數(shù)及汽提塔直接蒸汽用量

1.1 基本參數(shù)及物料衡算

大豆加工規(guī)模2 500 t/d，原料大豆含水9.7%，含油率20%，粕殘油1%，粕水分13%，濕粕含溶30%，浸出器、一蒸、二蒸出料混合油濃度分別為25%(50℃)、65%(55℃)、95%(110℃)，汽提塔出料毛油濃度為99.99%(110℃)。浸出器、一蒸、二蒸以及汽提塔的物料衡算見(jiàn)表1。

表1 浸出器、一蒸、二蒸以及汽提塔的物料衡算 kg/h

1.2 汽提塔直接蒸汽用量

根據(jù)道爾頓定律，按下式計(jì)算汽提塔直接蒸汽用量[2]。

(1)

式中：nS為水蒸氣摩爾量，kmol/h；P為塔頂總壓力，kPa；nv1為汽提前混合油中正己烷摩爾量，kmol/h；nv2為汽提后混合油中正己烷摩爾量，kmol/h；E為汽提效率;nO為油脂的摩爾量，kmol/h；PV為正己烷在汽提溫度下的飽和蒸汽壓，kPa。

汽提塔工作壓力-75 kPa(內(nèi)部壓力為26.33 kPa)、汽提溫度110℃、汽提塔效率60%、汽提蒸汽效率80%。查詢(xún)手冊(cè)知，油脂相對(duì)分子質(zhì)量為855，110℃正己烷的飽和蒸汽壓為295.55 kPa，正己烷的相對(duì)分子質(zhì)量為86。則有：

汽提塔氣相蒸汽質(zhì)量(M)為:M=33.95×18/80%=763.88(kg/h)。

汽提塔產(chǎn)生的二次蒸汽流量：763.88+1 049.68=1 813.56(kg/h)。

汽提塔產(chǎn)生的二次蒸汽流量為1 813.56 kg/h，溫度為100℃，其中水蒸氣流量為763.88 kg/h、溶劑蒸氣流量為1 049.68 kg/h。

2 改造方案及熱能計(jì)算

2.1 改造方案(見(jiàn)圖1)

圖1 改造后工藝流程圖

設(shè)計(jì)將汽提塔產(chǎn)出的二次蒸汽與進(jìn)入二蒸之前的混合油用一臺(tái)兩流程列管換熱器進(jìn)行換熱。具體方案為：將汽提塔到汽提冷凝器管道斷開(kāi)，安裝一臺(tái)200 m2換熱器，通過(guò)管徑為DN300 mm管將汽提塔的二次蒸汽引進(jìn)新增換熱器的殼程，與一蒸出來(lái)的混合油通過(guò)E115泵和新安裝的管道輸送到新增換熱器管層進(jìn)行換熱，換熱后的混合油通過(guò)新安裝的管道返回到原汽提油與一蒸出來(lái)的混合油換熱器，與汽提塔出來(lái)的110℃的毛油再次換熱后進(jìn)入二蒸；在新裝的換熱器中汽提塔二次蒸汽將混合油溫度由55℃提高到62℃，換熱后的汽提塔二次蒸汽用管道連接回E126冷凝器，經(jīng)循環(huán)水冷卻后冷凝液由泵送到分水箱，不凝氣體由水環(huán)真空泵排入尾氣冷凝器，然后進(jìn)入尾氣吸收系統(tǒng)。

2.2 熱能計(jì)算[3-4]

改造后一蒸出來(lái)的混合油溫度從55℃上升至62℃，混合油濃度為65%，流量為30 741.28 kg/h(油流量為19 981.83 kg/h，溶劑流量為10 759.45 kg/h)。

2.2.1 混合油溫度升高所需熱量

55℃溶劑的熱焓為119.34 kJ/kg，62℃溶劑的熱焓為135.33 kJ/kg，溶劑從55℃升高到62℃，所需熱量為：Q1=10 759.45×(135.33-119.34)=172 043.61(kJ/h)。

55℃毛油的比熱容為2.11 kJ/(kg·℃)，62℃毛油的比熱容為2.13 kJ/(kg·℃)，毛油從55℃升高到62℃，所需熱量為：Q2=19 981.83×(2.13×62-2.11×55)=319 909.10(kJ/h)。

混合油從55℃升高到62℃，所需的總熱量為：Q吸=172 043.61+319 909.10=491 952.71(kJ/h)。

2.2.2 汽提塔產(chǎn)生的二次蒸汽可以供給的熱量

由1.2可知，二次蒸汽流量為1 813.56 kg/h，溫度為100℃，其中水蒸氣為763.88 kg/h、溶劑蒸氣為1 049.68 kg/h。設(shè)定換熱后二次蒸汽溫度從100℃降低至80℃。100℃水蒸氣變成100℃水的潛熱為2 257.00 kJ/kg，水的比熱容為4.18 kJ/(kg·℃)。

100℃水蒸氣變成80℃水，釋放的熱量為：Q水=763.88×2 257.00+763.88×4.18×(100-80)=1 787 937.53(kJ/h)。

100℃溶劑蒸氣熱焓為557.62 kJ/kg，80℃溶劑蒸氣熱焓為524.38 kJ/kg，溶劑蒸氣釋放的熱量為：Q溶=1 049.68×(557.62-524.38)=34 891.36(kJ/h)。

二次蒸汽所供給的全部熱量為：Q放=Q水+Q溶=1 787 937.53+34 891.36=1 822 828.89(kJ/h)。

查手冊(cè)可知：304不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)為58.49 kJ/(m·h·℃)；200 m2換熱器壁厚8 mm、直徑1 m、殼體長(zhǎng)4.8 m；氣相304不銹鋼管Φ300 mm、壁厚4 mm、長(zhǎng)度20 m;二次蒸汽溫度由100℃降至80℃。新增列管換熱器表面熱損按下式計(jì)算。

Q損=F·K·Δt

(2)

K=λ/δ

(3)

式中:F為散熱面積,m2;K為導(dǎo)熱系數(shù),kJ/(m2·h·℃)；Δt為平均溫差，℃；λ為不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù),kJ/(m·h·℃);δ為厚度，m。

=1 101 951.6(kJ/h)

二次蒸汽實(shí)際可提供的熱量為：Q實(shí)=Q放-Q損=1 822 828.89-1 101 951.6=720 877.29(kJ/h)。

根據(jù)計(jì)算，汽提塔二次蒸汽所能提供的熱量為720 877.29 kJ/h，而混合油升溫所需的熱量為491 952.71 kJ/h，因此可以實(shí)現(xiàn)換熱目的。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

此方案實(shí)施后可減少二蒸蒸汽的用量(二蒸用10 kg/cm2蒸汽，熱焓為2 388.81 kJ/kg)， 2 500 t/d大豆加工廠(chǎng)可節(jié)省蒸汽：491 952.71/2 388.81=205.94 (kg/h)。換算成噸料節(jié)汽為：205.94/(104 166.67/1 000)=1.98(kg/t)(以大豆質(zhì)量計(jì))。方案實(shí)施后可減少循環(huán)水熱負(fù)荷491 952.71 kJ/h。按2 500 t/d工廠(chǎng)年加工大豆75萬(wàn)t計(jì)算，蒸汽按208元/t計(jì)算，年可節(jié)約費(fèi)用：1.98×75×208/1 000=30.89(萬(wàn)元)。購(gòu)買(mǎi)和安裝換熱器費(fèi)用為32萬(wàn)元，12.5個(gè)月收回成本后，每年可為企業(yè)帶來(lái)30.89萬(wàn)元效益。

4 結(jié) 語(yǔ)

浸出車(chē)間原汽提塔產(chǎn)生的二次蒸汽直接進(jìn)冷凝器，二次蒸汽的熱量未得到有效利用，通過(guò)加裝列管換熱器，將汽提塔產(chǎn)生的二次蒸汽與一蒸后的混合油進(jìn)行換熱，可將混合油的溫度提升，節(jié)省蒸汽用量，同時(shí)可以減少冷凝二次蒸汽所用循環(huán)水的用量。以2 500 t/d 大豆加工廠(chǎng)為例，可節(jié)省蒸汽1.98 kg/t，可減少冷凝循環(huán)水熱負(fù)荷491 952.71 kJ/h。同時(shí)此方案可以有效地提高混合氣體的冷凝效果，保證蒸發(fā)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

汽提二次蒸汽利用是一種具有顯著節(jié)能效果、簡(jiǎn)單可行的工藝改造方案，對(duì)浸出法制油的發(fā)展，節(jié)能降耗，提高毛油的質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益，降低尾氣含溶，減少環(huán)保排放指標(biāo)均具有實(shí)際推廣價(jià)值，對(duì)油脂加工廠(chǎng)的發(fā)展有著重要的意義。