CN212941539U - 一种防结垢蒸发结晶装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种防结垢蒸发结晶装置，包括：蒸汽出口1、蒸发结晶罐2、汽液分离器3、回流筒4、料液循环管5、颗粒收集器6、液固分离器7、导流筒8、颗粒循环管9、列管换热器10、颗粒回流管11、强制循环泵12、第一颗粒调节阀13、第二颗粒调节阀14、盐腿16、混合管17、混流管18和物料溶液进口19。本实用新型实现从根本上解决蒸发结晶装置结垢难题，达到蒸发结晶装置运行过程中不结垢、不污堵、保持蒸发结晶设备高效节能运行。

Description

一种防结垢蒸发结晶装置

技术领域

本实用新型涉及化工设备领域，具体涉及一种防结垢蒸发结晶装置。

背景技术

在我国化工领域等，蒸发结晶设备作为一种常见的设备，应用非常广泛，蒸发结晶装置

通过热能(蒸汽、电能等)加热含水物料溶液，使水以汽态形式蒸发掉，实现水和物料的分离，最终物料以结晶体形式出现的物理过程。

蒸发结晶设备在含有无机盐、有机盐的水溶液领域应用普遍，其最终实现的目的是实现水和物料的分离、以及实现生产各类不同晶体粒径和晶体形状的物料结晶体，我国蒸发结晶设备在实际运行中，最大的问题在于结垢，由于含水溶液中含有钙离子、镁离子、硅离子等，在蒸发结晶设备运行中，极易在换热器表面、管路等部位形成硫酸钙、碳酸钙、不溶性硅化合物等，这些形成的污垢，进而降低蒸发结晶设备换热效率、堵塞换热器、管路等，造成设备运行效率低下、堵塞、设备停机检修频率高等系列问题，对工业生产等损失极大。

根据我国有关科研单位的不完全统计，蒸发结晶设备换热器在运行中，换热器表面的污垢是逐步增加、增厚的过程，结垢形式主要硫酸钙、碳酸钙、硅化合物以及部分参杂的有机污垢等，污垢物质在蒸发结晶设备换热设备壁面沉积，大大降低换热效率，理论上蒸发结晶换热器表面污垢每增加1毫米厚度，换热器换热系数大概下降8％左右，同时能耗将增加9％以上，我国因为蒸发结晶装置结垢问题导致的能耗经济损失很大，根据粗略估算，经济损失约占工业GDP的0.03％左右。

为了防止蒸发结晶系统的结垢，现有技术主要以采用化学法去除水中钙、镁、硅，常见的药剂是氢氧化钠、碳酸钠、镁盐等，这些药剂消耗量大、价格昂贵，软化后的溶液产生大量固体废弃物，加大了工业生产运行成本和环保成本。

综上所述，蒸发结晶器的防结垢问题，是我国化工等领域面临的难题，迫切需要找到一种能够解决以上难题的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种防结垢蒸发结晶装置，实现从根本上解决蒸发结晶装置结垢难题，达到蒸发结晶装置运行过程中不结垢、不污堵、保持蒸发结晶设备高效节能运行。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种防结垢蒸发结晶装置，包括：蒸汽出口1、蒸发结晶罐2、汽液分离器3、回流筒4、料液循环管5、颗粒收集器6、液固分离器7、导流筒8、颗粒循环管9、列管换热器10、颗粒回流管11、强制循环泵12、第一颗粒调节阀13、第二颗粒调节阀14、盐腿16、混合管17、混流管18和物料溶液进口19；

所述蒸汽出口1设置在蒸发结晶罐2的顶部，所述蒸发结晶罐2的上部靠近蒸汽出口连接汽液分离器3，蒸发结晶罐2的底部与盐腿16连接，所述颗粒收集器6的顶部通过管路与蒸发结晶罐2下部的侧壁连接，所述颗粒收集器6的底部通过颗粒回流管11与混流管18连通，所述料液循环管5的一端与蒸发结晶罐2的侧壁连接并伸入所述蒸发结晶罐2的内部，所述回流筒4连接在所述料液循环管5伸入蒸发结晶罐2的内部的管口处，并且所述回流筒4的开口向上，所述料液循环管5的另一端与所述强制循环泵12的入口连接，所述强制循环泵12的出口通过管路与混流管18连通，所述物料溶液进口19设置在强制循环泵12的出口处的管路上，所述混合管17的下端管口与所述混流管18连通，所述混合管17的上端管口与列管换热器10的下端管板连接，所述混合管17的侧壁与颗粒循环管9的下端管口连接，所述列管换热器10内的加热管的上端管口连接导流筒8，所述导流筒8在所述液固分离器7的内底部，所述颗粒循环管9的上端管口与液固分离器7的底部连接，所述液固分离器7的顶部通过管路连接在颗粒收集器6的上部侧壁，所述颗粒循环管9中设置第一颗粒调节阀13，所述颗粒回流管11中设置第二颗粒调节阀14。

本实用新型的有益效果是：

解决现有蒸发结晶装置不能防结垢的行业难题。

通过在蒸发结晶装置内添加能耐酸碱腐蚀的特定惰性固体颗粒，形成惰性固体颗粒与物料溶液在蒸发结晶器换热器内的混合流动，形成固相、汽相、液相的多相流化状态，含惰性固体颗粒的物料溶液在蒸发结晶装置内形成沸腾、冲击、扰动、摩擦接触壁面的综合效应，破坏换热管壁面结垢的临界状态，防止结垢物的附着，保持换热管壁的清洁，达到防止结垢和强化传热的目的。

其采用液固分离器、颗粒收集器两级颗粒循环回收技术，从而达到颗粒近乎100％的回收利用。同时颗粒起到强化传热和防止设备结垢的作用，解决了行业难题。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种防结垢蒸发结晶装置的结构及工艺原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

图1为本实用新型实施例提供的一种防结垢蒸发结晶装置的结构及工艺原理示意图，如图1所示，该装置包括：蒸汽出口1、蒸发结晶罐2、汽液分离器3、回流筒4、料液循环管5、颗粒收集器6、液固分离器7、导流筒8、颗粒循环管9、列管换热器10、颗粒回流管11、强制循环泵12、第一颗粒调节阀13、第二颗粒调节阀14、盐腿16、混合管17、混流管18和物料溶液进口19；

所述蒸汽出口1设置在蒸发结晶罐2的顶部，所述蒸发结晶罐2的上部靠近蒸汽出口处连接汽液分离器3，蒸发结晶罐2的底部与盐腿16连接，所述颗粒收集器6的顶部通过管路与蒸发结晶罐2下部的侧壁连接，所述颗粒收集器6的底部通过颗粒回流管11与混流管18连通，所述料液循环管5的一端与蒸发结晶罐2的侧壁连接并伸入所述蒸发结晶罐2的内部，所述回流筒4连接在所述料液循环管5伸入蒸发结晶罐2的内部的管口处，并且所述回流筒4的开口向上，所述料液循环管5的另一端与所述强制循环泵12的入口连接，所述强制循环泵12的出口通过管路与混流管18连通，所述物料溶液进口19设置在强制循环泵12的出口处的管路上，所述混合管17的下端管口与所述混流管18连通，所述混合管17的上端管口与列管换热器10的下端管板连接，所述混合管17的侧壁与颗粒循环管9的下端管口连接，所述列管换热器10内的加热管的上端管口连接导流筒8，所述导流筒8在所述液固分离器7的内底部，所述颗粒循环管9的上端管口与液固分离器7的底部连接，所述液固分离器7的顶部通过管路连接在颗粒收集器6的上部侧壁，所述颗粒循环管9中设置第一颗粒调节阀13，所述颗粒回流管11中设置第二颗粒调节阀14。

该装置的各个部件的具体说明如下：

1.蒸发结晶罐2：

蒸发罐材质可选择碳钢、304型号不锈钢、316L不锈钢或钛材，罐体为圆筒形结构，底部成圆锥体结构与盐腿16连接，被加热后的物料溶液在蒸发罐内2实现物料和水蒸发分离，蒸发结晶罐2上端与蒸汽出口1之间是汽液分离器3，蒸汽经过汽液分离器3实现汽液分离，分离后的蒸汽通过蒸汽出口1排出。

蒸发结晶罐2适应不同温度的蒸发，可以在负压、常压或正压蒸发状态下运行，蒸发结晶罐2按照压力容器的标准设计，蒸发温度不低于45℃。

2.汽液分离器3：

采用具有一定汽液分离空间的筒体结构，直径较大的液滴依靠重力沉降进行分离，直径较小的液滴通过安装在汽液分离器顶部除沫器分离除去。除沫器可以是简易式、气流冲击时、离心式或丝网除沫器。以丝网除沫器为例，可实现去除蒸汽中直径径≥3ˉ5um的液滴雾沫，液体捕集效率达到98％-99.8％，而蒸汽通过除沫器的压力降损失在250-500Pa之间。

3.液固分离器7：

液固分离器7为罐体结构，内部设置固定在列管换热器10上管板上的圆筒状导流筒8，上端通过物料溶液管路与颗粒收集器6连接，下端与列管换热器10的上端、颗粒循环管9的上端连接。液固分离器7靠近底部部分为颗粒贮存区20，上部部分为液固分离区15，含有颗粒的料液从列管换热器10的换热管上端口流出进入导流筒8，流经导流筒8后进入液固分离区15依靠重力进行固体颗粒与液体的分离，分离出的固体颗粒下行进入到颗粒贮存区20，颗粒在自重力与流体力作用下，通过颗粒循环管9及颗粒调节阀14下流到列管换热器10底部与料液循环管连接的混合管17，进行充分均匀混合，通过料液的上升作用，将颗粒重新带回列管换热器10换热管内，形成颗粒、水、汽、物料共存多相流体流动状态，实现颗粒物的自循环运行。而分离出的液体流向液固分离器7的顶部流入颗粒收集器6进一步分离收集残余的颗粒。

4.列管换热器10：

列管换热器技术成熟，工业应用广泛，主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢、钛材制作。在进行换热时，物料由封头的连结管处进入，在管内流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另一种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程。

运行期间颗粒从管程进入，形成在管程内的多相流运行状态，实现列管换热器换热效率提高10％以上，实现换热管壁清洁、不结垢、不污堵、其管内物料溶液流速达到1.5米/s以上。

5.颗粒循环管9：

颗粒循环管9可以是单根或多根竖直圆管或异形管，顶端管口与液固分离器7底部连接，下端管口与列管式换热器10的底部封头连接的混合管17在颗粒循环管9的底端设置颗粒调节阀14、用于控制和调节固体颗粒循环流量。颗粒循环管9的管径是列管换热器10单根管径的2-5倍，作为颗粒下降回流的通道、材质选用耐腐蚀材料。

6.料液循环管5：

料液循环管5与蒸发结晶罐2下部、循环泵12、混流管18、混合管17、列管换热器10、液固分离器7、颗粒收集器6连接，形成封闭管路，母液在管路内循环，料液循环管5可采用碳钢、不锈钢、钛材等金属材料，料液循环管5内过饱和物料的流体整体流速低于2米/s。

7.蒸发结晶罐2：

蒸发结晶罐2上部为圆筒体下部为圆锥体结构，上部圆筒体部分为溶液蒸发分离区、下部圆锥体部分为晶体成长区，能实现连续结晶，晶浆进入盐腿16。进入蒸发结晶罐2的晶浆溶液，在蒸发结晶罐2下部分进行旋流流动，实现晶体孵化和生长以及颗粒的筛选，溶液中过饱和的物料不断沉积在悬浮晶体颗粒表面，使晶体逐步长大、生长成大颗粒晶体，大粒径晶体颗粒在重力沉降作用下，进入盐腿16，较小粒径的晶体则在蒸发结晶罐2内物料溶液的循环流动作用下而保持液固流化床形态，通过回流筒4重新进入料液循环管5，参与下一个循环，直至晶体长大进入盐腿16.其物料结晶的颗粒粒径可调，粒径可满足超过0.25mm以上的要求。

8.盐腿16：

盐腿16是过饱和晶浆外排的出口，上下竖直，自压出料。

9.强制循环泵12：

采用轴流泵或混流泵，强制循环泵12是一种普遍应用的设备。其过流件根据物料可选择不锈钢304、不锈钢316L、钛材等。强制循环泵12起到驱动料液加速在料液循环管5、强制循环泵12、混流管18、混合管17、列管换热器10、蒸发结晶罐2、颗粒收集器6、导流筒4形成的闭路料液循环管路中流动速度，通过强制循环泵12输出动力，起到提高结晶器换热效率、促使惰性颗粒与物料混合均匀无死角的作用，颗粒在加速流体的驱动下，强化换热与提高防垢、除垢效果的作用，其料液设计流速超过1.5米/秒以上。

11、颗粒调剂阀13和14：

其过流件根据物料可选择不锈钢304、不锈钢316L、钛材等、起到调节下降颗粒流量的作用。

12、导流筒8：

圆柱形管柱，与列管换热器10上端物料溶液出口连接，导流筒8与固液分离器7形成颗粒贮存区20，导流筒8同时起到向上引流的作用。

13、回流筒4：

回流筒4顶部为圆锥形、漏斗状，底部与料液循环管5连接，实现料液折流进入料液循环管5。

该装置的工艺原理如下：

如图1所示，待结晶的物料溶液首先从外界通过管路连接，由物料溶液进口19进入料液循环管5，与强制循环泵12的溶液出口混合，随着管路进入列管式换热器10的底部连接混合管17内，列管式换热器10的底部与混合管17连接、混合管17与颗粒循环管路9底部出口连接，颗粒与溶液在混合管17内，在流体的带动下，混合颗粒的溶液一同进入列管换热器10内部的管束，列管换热器10壳程通入加热蒸汽，管程内形成颗粒、流体、汽态、物料等的多相流体混合状态，物料溶液在列管换热器10内形成多相流体流化状体，在管程内形成沸腾、冲击、扰动的效应，破坏换热管壁面的热边界层和结垢的临界生成状态，防止结垢物的附着，保持换热管壁的清洁，从而达到强化传热和防止结垢的目的。

含颗粒的物料流体在列管换热器10换热管内向上流动，经换热管上端出口并在导流筒8作用下进入与列管换热器10、颗粒循环管9连接的液固分离器7内，颗粒与流体通过重力沉降的作用实现固液分离，然后颗粒经过颗粒循环管9在重力作用下向下流动，重新返回到列管换热器10底部混合管17内，与物料混合，如此往复，实现颗粒在列管换热器10内的颗粒自循环流动模式。

被加热后的液体通过液固分离器7分离后，溶液通过管路进入颗粒收集器6、料液在颗粒收集器6的侧壁切向进入，形成在颗粒收集器6的涡旋状流动，颗粒在自重力以及涡旋流动的作用下，实现溶液和颗粒的分离，颗粒进入颗粒循环管11。

料液在蒸发结晶罐2内实现蒸汽和溶液的分离，蒸汽通过蒸汽出口1排出，蒸发结晶罐2内顶部是汽液分离器3，实现分离蒸汽中液滴的作用。

被加热浓缩的过饱和含有大量结晶物的溶液通过蒸发结晶罐2底部连接的盐腿16外排。

饱和物料溶液通过蒸发结晶罐2、回流筒4、料液循环管5、强制循环泵12、混流管18、混合管17、列管换热器10、液固分离器7、颗粒收集器6组成闭环循环管路。

惰性颗粒通过混流管18、混合管17、列管换热器10、液固分离器7、颗粒收集器6、颗粒回流管11形成局部颗粒循环；

绝大部分惰性颗粒通过混合管17、列管换热器10、液固分离器7、颗粒循环管9形成在换热器7内的循环。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种防结垢蒸发结晶装置，其特征在于，包括：蒸汽出口(1)、蒸发结晶罐(2)、汽液分离器(3)、回流筒(4)、料液循环管(5)、颗粒收集器(6)、液固分离器(7)、导流筒(8)、颗粒循环管(9)、列管换热器(10)、颗粒回流管(11)、强制循环泵(12)、第一颗粒调节阀(13)、第二颗粒调节阀(14)、盐腿(16)、混合管(17)、混流管(18)和物料溶液进口(19)；

所述蒸汽出口(1)设置在蒸发结晶罐(2)的顶部，所述蒸发结晶罐(2)的上部靠近蒸汽出口处连接汽液分离器(3)，蒸发结晶罐(2)的底部与盐腿(16)连接，所述颗粒收集器(6)的顶部通过管路与蒸发结晶罐(2)下部的侧壁连接，所述颗粒收集器(6)的底部通过颗粒回流管(11)与混流管(18)连通，所述料液循环管(5)的一端与蒸发结晶罐(2)的侧壁连接并伸入所述蒸发结晶罐(2)的内部，所述回流筒(4)连接在所述料液循环管(5)伸入蒸发结晶罐(2)的内部的管口处，并且所述回流筒(4)的开口向上，所述料液循环管(5)的另一端与所述强制循环泵(12)的入口连接，所述强制循环泵(12)的出口通过管路与混流管(18)连通，所述物料溶液进口(19)设置在强制循环泵(12)的出口处的管路上，所述混合管(17)的下端管口与所述混流管(18)连通，所述混合管(17)的上端管口与列管换热器(10)的下端管板连接，所述混合管(17)的侧壁与颗粒循环管(9)的下端管口连接，所述列管换热器(10)内的加热管的上端管口连接导流筒(8)，所述导流筒(8)在所述液固分离器(7)的内底部，所述颗粒循环管(9)的上端管口与液固分离器(7)的底部连接，所述液固分离器(7)的顶部通过管路连接在颗粒收集器(6)的上部侧壁，所述颗粒循环管(9)中设置第一颗粒调节阀(13)，所述颗粒回流管(11)中设置第二颗粒调节阀(14)。

2.根据权利要求1所述的一种防结垢蒸发结晶装置，其特征在于，所述颗粒循环管(9)采用单根或多根竖直圆管或单根或多根异形管。

3.根据权利要求1所述的一种防结垢蒸发结晶装置，其特征在于，所述强制循环泵(12)采用轴流泵或混流泵。

4.根据权利要求1所述的一种防结垢蒸发结晶装置，其特征在于，所述回流筒(4)的顶部为圆锥形的漏斗状。

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