CN102674399B - 用于氯化钠溶液蒸发的两效防垢蒸发结晶装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于氯化钠溶液蒸发结晶的两效多相流蒸发结晶装置，由两效多相流蒸发器、真空系统和连接管路组成，其中第一效为自然循环蒸发器、第二效是自然循环蒸发结晶器，两效之间设有过料装置、第二效设有颗粒循环装置。两效蒸发结晶装置中都加入了特制的三氧化二铝和聚四氟乙烯复合材料颗粒，颗粒密度1200～3000kg/m3，粒径为0.32～3.8mm，比热0.5～1.5kJ/kg·K，可以在蒸发过程中防止氯化钠结晶附着在加热管壁面，同时强化传热。本发明具有结构简单、易于操作、能连续运行、防止结垢的特点，可用于含氯化钠溶液及化工、医药、海水化工等领域含氯化钠废液的蒸发结晶。

Description

用于氯化钠溶液蒸发的两效防垢蒸发结晶装置
技术领域
本发明涉及一种蒸发结晶技术，特别涉及一种用于氯化钠溶液蒸发的两效防垢蒸发结晶装置及其操作方法，属于蒸发结晶领域。
背景技术
在氯化钠溶液蒸发结晶过程中，氯化钠溶液被浓缩后产生的结晶容易附着于加热管内壁面形成结垢，严重影响传热和蒸发效果。为防止氯化钠在换热管内的结垢，目前广泛采用多效强制循环蒸发器、反循环蒸发器等，但结垢仍然不可避免，需要经常清洗，清洗周期甚至达到每周一次或数次。
专利“在线高效防挂壁三相流蒸发浓缩装置与操作方法”(ZL02131135.8)提供了一种具有一个分离室的自然循环三相流蒸发器，但仅作为单效使用，没有涉及两效及更多效数的操作。专利“具有强化传热、防结垢性能的沸腾蒸发装置与操作方法”(ZL96120008.1)提供了一种具有两个分离室的强制循环沸腾蒸发装置，用于两效及三效的操作时结构复杂，操作不易控制。上述两个专利都提到在防垢过程中可采用加入惰性固体颗粒的方法来进行操作，但所采用的固体颗粒物性不明确，颗粒可能被料液腐蚀，应用范围不宽，不适合含氯化钠的溶液蒸发结晶过程，对在两效操作时可能产生的颗粒或较大垢片堵塞过料装置问题没有深入的研究。
本发明的目的就是要克服现有技术的不足，提供一种两效三相流蒸发结晶器，以达到氯化钠溶液蒸发结晶过程中强化传热和防止结垢的目的，并实现两效之间的料液有效输送。
发明内容
本发明提供一种能够适用于含氯化钠溶液蒸发结晶的防垢、节能、结构简单、操作方便的蒸发结晶装置及其操作方法。
在氯化钠溶液两效自然循环蒸发结晶系统中，加入特殊制作的固体颗粒，形成汽液固三相流动，依靠固体颗粒对流动边界层和传热边界层的不断扰动，防止氯化钠晶体附着加热管换热壁面，防止结垢现象发生，同时强化蒸发过程和结晶过程。
本发明是这样实现的：
它是包括两效自然循环的蒸发结晶系统，第一效为自然循环三相流蒸发器，包括管式加热器1、柱锥形蒸发室2、过料装置3和连接它们的管路组成；第二效是自然循环三相流蒸发结晶器，由管式加热室4、柱锥形蒸发结晶室5、固体颗粒循环装置6、出料管7和连接管路组成。(附图1)
为防止第一效的固体颗粒进入第二效蒸发结晶系统，在第一效向第二效过料时设置了过料装置，该过料装置3由斜管3-1、锥形扩大管3-2、盖板3-3、带齿缝或孔的出料管3-4组成(附图2)，在过料管路上有阀门控制过料流量，可以防止加入的固体颗粒进入第二效蒸发结晶器，同时满足氯化钠细晶体随氯化钠料液流动的要求，也可防止旧蒸发器内原有垢层被清除后大块垢渣堵塞过料装置。过料装置的设计方法采用流体力学的计算方法。
在上述的两效蒸发结晶器中均加入了特制的由三氧化二铝和聚四氟乙烯按一定比例混合制成的复合材料固体颗粒，三氧化二铝与聚四氟乙烯混合比例为质量比(0.8～1.5)∶(1.5～3.2)，颗粒密度1200～3000kg/m3，粒径为0.32～3.8mm，比热0.5～1.5kJ/kg·K，颗粒形状为圆球形。
在上述两效蒸发结晶器中固体颗粒的加入量是，第一效颗粒加入量与第一效加热器和蒸发室内液体总体积的体积比为1∶280～1∶15，第二效颗粒加入量与第二效加热室和颗粒循环装置内液体总体积的体积比为1∶250～1∶10。
上述第二效蒸发结晶器中的固体颗粒循环装置是由颗粒分离器和与循环管路连接的一个倾斜管路组成，依靠由蒸汽加热引起的氯化钠溶液密度差所形成的循环带动颗粒流动。
上述两效蒸发结晶器在操作时的工艺特征是第一效自然循环蒸发器所用生蒸汽压力为0.2～0.35MPa，温度130～140℃。第二效自然循环蒸发结晶器的真空度为0.065～0.09MPa，温度70～45℃。
在第一效蒸发室蒸发出的二次蒸汽进入到二效加热室进行冷凝，第二效蒸发结晶室蒸发出的二次蒸汽进入真空系统冷凝。
第一效蒸发室生成的氯化钠细晶随料液进入第二效进行蒸发，进一步浓缩，为第二效氯化钠晶体的生成提供晶核，第二效的氯化钠晶体在第二效蒸发结晶室内长大，待氯化钠晶体生长到一定粒度后从设置在第二效蒸发结晶器的锥形部分的出料管排出。
本发明可以防止氯化钠溶液蒸发结晶过程中的结垢现象发生，所生产的氯化钠晶体粒度大小适中，适合离心分离；从第一效蒸发器向第二效蒸发结晶器过料过程没有堵塞、过料顺畅；易于实现连续化和自动化。
附图说明
附图1两效防垢蒸发结晶装置
附图2过料装置
1-管式加热器、2-柱锥形蒸发室、3-过料装置、4-管式加热室、5-柱锥形蒸发结晶室、6-固体颗粒循环装置、7-出料管
3-1-斜管、3-2-锥形扩大管、3-3-盖板、3-4-带齿缝或孔的出料管
具体实施方式
下面结合附图对本发明两效蒸发结晶装置和操作方法进行较详细介绍。
将需要加入的固体颗粒按照计算好的加入量分别注入第一效蒸发器和第二效蒸发结晶器，待蒸发的氯化钠溶液进入第一效蒸发器，打开效间过料阀门，关闭出料阀7，开启真空系统，使第二效蒸发结晶器的真空度维持在0.065～0.09MPa。引入生蒸汽到第一效加热室1，维持压力在0.2～0.35MPa。
在蒸汽加热情况下，首先第一效加热室1内氯化钠溶液依靠加热后产生的密度差形成自然循环，同时带动所加入的固体颗粒一起在换热管内向上运动，形成汽液固三相流动，依靠固体颗粒对换热管内流体的不断扰动，破坏壁面附近的流动层流边界层，起到强化传热和防垢的作用。第一效加入的固体颗粒随被加热的氯化钠溶液一起进入第一效蒸发室2，通过连接管路返回加热室1循环流动，在第一效蒸发室2内实现汽液分离。随着加热的进一步进行，第一效蒸发室2蒸发出的二次蒸汽进入第二效蒸发结晶器的加热室4进行冷凝，同时加热第二效中的氯化钠溶液，第二效中的氯化钠溶液也是依靠溶液密度差引起的自然循环推动力达到循环运动，带动第二效中的固体颗粒形成汽液固三相流动。
为防止第二效加入的固体颗粒进入第二效蒸发结晶室5，在第二效中设有颗粒循环装置6。第二效蒸发结晶器中的固体颗粒由颗粒循环装置分离后经连接管路进入第二效加热室4，氯化钠溶液进入第二效蒸发结晶室5实现汽液分离，产生的细小氯化钠晶体在第二效蒸发结晶室5的锥体部分长大，清液与分离下来的固体颗粒一起进入第二效加热室4循环加热。为保证第二效蒸发结晶器内的氯化钠溶液的液位，在两效之间设置了过料装置3，该过料装置3可防止第一效加入的固体颗粒进入第二效，同时顺畅过料，调节真空系统的进水量，维持所需要的真空度。待第二效蒸发结晶室5内氯化钠晶体达到要求粒度和浓度时，打开出料阀由出料口7放料。
本发明装置与现有的氯化钠溶液蒸发结晶装置相比，蒸发器总传热系数提高0.55～0.65倍，节约生蒸汽消耗15～47％，装置不结垢，可实现长期连续稳定运行，易于实现自动化。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.用于氯化钠溶液蒸发的两效防垢蒸发结晶装置，其特征是第一效为自然循环蒸发器，由管式加热器、柱锥形蒸发室、过料装置和连接它们的管路组成；第二效为自然循环蒸发结晶器，由管式加热室、柱锥形蒸发结晶器、出料管、固体颗粒循环装置和连接管路组成；第一效蒸发出的二次蒸汽进入第二效加热室冷凝，第二效蒸发室蒸出的二次蒸汽由真空系统冷凝，在第二效蒸发结晶室的锥形部分设有氯化钠结晶生长空间和出料管，所述两效都是自然循环三相流蒸发器，每效都加入固体颗粒，第一效颗粒加入量与第一效加热器和蒸发室内液体总体积的体积比为1∶280～1∶15，第二效颗粒加入量与第二效加热室和颗粒循环装置内液体总体积的体积比为1∶250～1∶10，所述固体颗粒为三氧化二铝与聚四氟乙烯按质量比(0.8～1.5)∶(1.5～3.2)比例混合制成的复合材料颗粒，颗粒密度1200～3000kg/m3，粒径为0.32～3.8mm，比热0.5～1.5kJ/kg·K，颗粒形状为圆球形。
2.如权利要求1所述的用于氯化钠溶液蒸发的两效防垢蒸发结晶装置，其特征是过料装置由斜管、锥形扩大管、盖板、出料管组成，在过料管路上有阀门控制过料流量，可以防止第一效加入的固体颗粒进入第二效蒸发器，同时满足细晶体随料液流动的要求，并可防止旧蒸发器内原有垢层被清除后的大块垢片堵塞过料装置。
3.如权利要求1所述的用于氯化钠溶液蒸发的两效防垢蒸发结晶装置，其特征是工艺操作参数为第一效自然循环蒸发器所用生蒸汽压力为0.2～0.35MPa，温度130～140℃。
4.如权利要求1所述的用于氯化钠溶液蒸发的两效防垢蒸发结晶装置，其特征是工艺操作参数为第二效自然循环蒸发结晶器的真空度为0.065～0.09MPa，温度70～45℃。
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