真空制鹽蒸發(fā)結(jié)晶器的設(shè)計(jì)與實(shí)踐(DOC)

1、真空制鹽蒸發(fā)結(jié)晶器的設(shè)計(jì)與實(shí)踐摘 要:真空蒸發(fā)制鹽外熱式強(qiáng)制逆循環(huán)軸向出料蒸發(fā)結(jié)晶器， 經(jīng)多個(gè)廠家生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)踐證明是成功的， 具有生命力的。這種新型結(jié) 構(gòu)，作為一項(xiàng)新技術(shù)新設(shè)備應(yīng)加強(qiáng)研究，總結(jié)提高，推廣應(yīng)用，不斷 完善。文章從流體力學(xué)、結(jié)晶機(jī)理角度要求，到具體工程設(shè)計(jì)參數(shù)和 材質(zhì)選用。論述了該罐的特點(diǎn)。關(guān)健詞：真空制盆；蒸發(fā)結(jié)晶器；結(jié)晶機(jī)理；罐型結(jié)構(gòu)；設(shè) 計(jì)參數(shù)；材質(zhì)選用丄、八、亠1冃I言蒸發(fā)和結(jié)晶是重要的化工單元操作過(guò)程， 在真空制鹽行業(yè)中 處于關(guān)鍵地位并起主導(dǎo)作用。目前我們所采用的蒸發(fā)結(jié)晶器是在原始 蒸發(fā)裝置的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它不再是僅僅為了強(qiáng)化傳熱及蒸發(fā)能 力而獲得產(chǎn)品，同時(shí)更主要的是

2、以提高結(jié)晶產(chǎn)品的質(zhì)量和粒度為目 的。所以說(shuō)傳熱及蒸發(fā)是為結(jié)晶產(chǎn)出合格的產(chǎn)品創(chuàng)造傳熱、傳質(zhì)的條件和環(huán)境。在傳熱蒸發(fā)過(guò)程中，嚴(yán)格控制料液的過(guò)飽和度以及晶核的 形成和成長(zhǎng)環(huán)境，產(chǎn)出合格的結(jié)晶產(chǎn)品，這是蒸發(fā)與結(jié)晶相結(jié)合的原 理方面向前邁進(jìn)了一大步。2蒸發(fā)結(jié)晶器的沿革鹽的生產(chǎn)主要是通過(guò)對(duì)鹵水進(jìn)行加熱，使其蒸發(fā)濃縮結(jié)晶 析出固體NaCI的過(guò)程。隨著社會(huì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，鹽作為人們 食用所占比例越來(lái)越小，而是大量作為基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)和其它工業(yè)部門(mén) 的原料。鹽的品種由古老的雪花鹽、筒鹽、鍋巴鹽，發(fā)展到今天的各 種特殊要求用途的特種鹽。制鹽設(shè)備也由古老的作坊式手工操作的園 鍋、鑲鍋、小方鍋、小平鍋、大平鍋，至近代

3、制鹽工業(yè)用的內(nèi)熱式強(qiáng) 制循環(huán)（標(biāo)準(zhǔn)式）蒸發(fā)結(jié)晶器和現(xiàn)代外熱式強(qiáng)制正循環(huán)（又分為切向 進(jìn)料和軸向進(jìn)料兩種）蒸發(fā)結(jié)晶器及外熱式強(qiáng)制逆循環(huán)（分為徑向出 ii料和軸向出料兩種）蒸發(fā)結(jié)晶器。這也是目前國(guó)內(nèi)制鹽企業(yè)應(yīng)用最多 的蒸發(fā)結(jié)晶器（如圖1所示）。若為了獲得粒徑更大的結(jié)晶鹽可在上 述蒸發(fā)結(jié)晶器上增設(shè)奧斯陸（OsLo）育晶器。D T B型育晶器或倒園錐型育晶器，這樣可獲得粒徑在Imm至數(shù)毫米的結(jié)晶鹽產(chǎn)品。a卜圈1a.外熱式強(qiáng)制正循環(huán)切向進(jìn)料蒸發(fā)結(jié)晶器；c.外熱式強(qiáng)制逆循環(huán)徑向出料蒸發(fā)結(jié)晶器；cdb.外熱式強(qiáng)制正循環(huán)軸向進(jìn)料蒸發(fā)結(jié)晶器; d.外熱式強(qiáng)制逆循環(huán)軸向出料蒸發(fā)結(jié)晶器3 NaCI結(jié)晶機(jī)理簡(jiǎn)介3.1

4、 NaCI結(jié)晶的環(huán)境和條件，NaCI結(jié)晶要從鹽鹵料液中結(jié)晶 析出，料液必須從外部不斷地獲得熱能，使料液中的水分不斷蒸發(fā)濃 縮，使其達(dá)到飽和和過(guò)飽和（如圖 2所示）。 琛度t 宙空溝盞僵度與溶解度曲垛圖3.1.1當(dāng)鹵水未達(dá)到飽和時(shí)NaCI不會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶，當(dāng)放入NaCI晶 體時(shí)則會(huì)溶解。如圖2 AB線(xiàn)下方的不飽和區(qū)域（穩(wěn)定區(qū)）。3.1.2當(dāng)鹵水繼續(xù)蒸發(fā)NaCI達(dá)到飽和，如圖2中的AB線(xiàn)即平衡 溶解度曲線(xiàn)進(jìn)人介穩(wěn)區(qū)，此時(shí) NaCI結(jié)晶和溶解處于動(dòng)態(tài)平衡，溶質(zhì) NaCI不會(huì)自發(fā)成核析出結(jié)晶。若有 NaCI晶核進(jìn)人就能生長(zhǎng)成晶體， 即圖2中AB線(xiàn)和CD線(xiàn)之間的介穩(wěn)區(qū)；3.1.3當(dāng)鹵水繼續(xù)蒸發(fā)溶質(zhì)NaCI含

5、量超過(guò)過(guò)飽和線(xiàn)CD線(xiàn)進(jìn)人過(guò) 飽和區(qū)（不穩(wěn)區(qū)），則會(huì)自發(fā)地產(chǎn)生較多NaCI晶核。三個(gè)區(qū)域以介穩(wěn)區(qū)為最重要（當(dāng)料液中有晶體存在的條件下即使 在介穩(wěn)區(qū)中也會(huì)有晶核發(fā)生，而介穩(wěn)區(qū)極易受外界影響即有無(wú)晶種、 晶種大小、多少，有無(wú)攪拌、振動(dòng)及雜質(zhì)等等因索），晶體的成長(zhǎng)應(yīng) 控制在此區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。而 NaCI與其它鹽類(lèi)比較，其介穩(wěn)區(qū)范圍非常 窄。所以要獲得較大粒徑的晶體較難。 而溶液的過(guò)飽和度 C是結(jié)晶 成長(zhǎng)的推動(dòng)力，是關(guān)鍵因素，其關(guān)系式如下： C=C2 C1（g/L） ,（1）式中： C溶液的過(guò)飽和度（g/L）;C1 溶液在同一溫度下的平衡飽和濃度（g/L）; C2 溶液的實(shí)際過(guò)飽和濃度（g/L ）。要使結(jié)晶

6、成長(zhǎng)，必須使溶液達(dá)到過(guò)飽和，并控制在介穩(wěn)區(qū)內(nèi)，溶 液的過(guò)飽和度完全用于晶種成長(zhǎng)而消失。 在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中溶液的 實(shí)際過(guò)飽和度遠(yuǎn)比其最大的過(guò)飽和濃度低。有資料講：最大允許過(guò)飽和度又取決于系統(tǒng)的性質(zhì)通常為 0.55g/L, 般情況下溶液的實(shí)際過(guò) 飽和濃度 C值宜控制在1.50g/L左右，為最大過(guò)飽和濃度 Cmax 的 1030%氯化鈉的飽和溶解度溫度0102030406080100飽和溶解度g/100g 水35.735.836.036.336.637.338.439.8%26.326.3626.4726.63r 26.7927.1727.7528.47氯化鈉的沸點(diǎn)升高%濃度10110210310

7、4105107沸點(diǎn)6.1911.03P 14.6717.6920.32 :25.09氯化鈉飽和水溶液的密度溫度0102030405060708090密度 kg/L 溶 液1.2091.2041.2001.1961.1911.1871.1831.1781.1751.170硫酸鈉的飽和溶解度溫度0102030406080100飽和溶解度g/100g 水4.89.019.440.848.845.343.742.5%4.588.2616.2528.9832.831.1830.4129.84硫酸鎂的飽和溶解度溫度0102030406080100飽和溶解度g/100g 水30.935.540.845.55

8、5.164.274%23.626.228.9831.2735.5339.142.533.2 NaCI晶核一一晶體的成長(zhǎng)根據(jù)化工單元操作普遍擴(kuò)散理論分析，晶體成長(zhǎng)與以下幾個(gè) 因素密切相關(guān)。321晶體成長(zhǎng)的推動(dòng)力是溶液的過(guò)飽和濃度差和傳質(zhì)速度。過(guò) 飽和溶液中溶質(zhì)擴(kuò)散到晶核附近的相對(duì)靜止液層并穿過(guò)相對(duì)靜止溶 液層到達(dá)晶體表面結(jié)晶生長(zhǎng)在其表面上，使其晶體長(zhǎng)大，并放出結(jié)晶熱，熱量再依靠擴(kuò)散傳遞到溶液中去。如圖3所示。溶液的過(guò)飽和度亦可用下式求得：過(guò)飽和度二產(chǎn)鹽量（g/h） /循環(huán)量（L/h）,（ g/L）（2）1.5=1000000/循環(huán)量，循環(huán)量=666667L/h,（即當(dāng)產(chǎn)鹽量為1t/h， 時(shí)需66

9、6.7m3/h的循環(huán)量）謝股犧界礎(chǔ)書(shū)務(wù)矗住曲廉離圈3品體成詆擴(kuò)散過(guò)程示堂圖3.2.2溶液的溫度：在相同的時(shí)間和相同的溶液過(guò)飽和濃度差條 件下，溶液的溫度越咼，溶液的粘度越小，溶質(zhì)的擴(kuò)散速度越快，晶 體的成長(zhǎng)速度也快。因此，溶液溫度高時(shí)容易得到粒徑較大的產(chǎn)品， 如圖4。址犍和戾(g/L)圏4窖種溫度氨件下it晶成拆撞度與U炮和餓度的按系323溶液中的雜質(zhì)濃度及懸浮物的變化：在相同的溫度條件下， 溶液中雜質(zhì)含量及懸浮物增加，則溶液濃度增高。溶液粘度上升，溶 液的擴(kuò)散速度下降，晶體的成長(zhǎng)速度也減小。3.2.4晶體在蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)停留時(shí)間：根據(jù)溶液中NaCI的成核速 率與產(chǎn)品排出速率基本一致,NaCI晶

10、體的成長(zhǎng)速率和產(chǎn)品粒徑的要 求，從而確定晶體在蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)的停留時(shí)間。據(jù)資料介紹，產(chǎn)品平 均粒徑0.4mm時(shí)其停留時(shí)間應(yīng)在1小時(shí)以上。晶體生長(zhǎng)速率公式如 下(按球形計(jì)):Ra= (6 a / p) p V(kg/m2 s) ,(3)式中：Ra晶體生長(zhǎng)速率(kg/m2 s);a晶體容積系數(shù)，按球形計(jì)a =1/6 ；R表面積換算系數(shù)，按球形計(jì)：薩n ;p晶體密度(kg/m3);V 晶體平均成長(zhǎng)系數(shù)(m/s)。3.2.5循環(huán)溶液流量：當(dāng)加熱蒸汽量一定時(shí)循環(huán)溶液流量和溶液 的過(guò)飽和度成反比的函數(shù)關(guān)系，而循環(huán)流量又確定了蒸發(fā)結(jié)晶器各部 位的流速大小，速度大又引起晶體之間、 晶體與器壁之間的碰撞加劇， 致

11、使晶體破碎成二次晶核的可能性增大， 對(duì)產(chǎn)品粒徑影響也很大， 因 此要有適當(dāng)?shù)牧髁俊?.2.6 鹽漿濃度：指參加循環(huán)料液中的晶體濃度，又叫固液比， 在其它條件一定的前提下， 鹽漿濃度高則蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)晶體的保有量 多。晶體停留時(shí)間增長(zhǎng)有利于料液過(guò)飽和度的消除和晶體成長(zhǎng)。 但鹽 漿濃度過(guò)高，晶體之間、晶體與器壁之間碰撞機(jī)率增多，晶體被破碎 成二次晶核的機(jī)率也多， 對(duì)晶體成長(zhǎng)也不利， 所以應(yīng)控制適當(dāng)?shù)木w 濃度才行，一般的固液比控制在 20%左右為宜。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，氯化鈉蒸發(fā)結(jié)晶的終點(diǎn)應(yīng)設(shè)計(jì)為 60 度、 43%（此時(shí)溶液含 氯化鈉固體量 21.74%，不適合離心機(jī)的分離，需增加增稠槽。 ）根據(jù)以上數(shù)

12、據(jù)，氯化鈉蒸發(fā)結(jié)晶的終點(diǎn)應(yīng)設(shè)計(jì)為 90 度、 40%（此時(shí)溶液含 氯化鈉固體量 23.134%，不適合離心機(jī)的分離，需增加增稠槽。 ）4 現(xiàn)代蒸發(fā)結(jié)晶器的設(shè)計(jì)與實(shí)踐 設(shè)計(jì)是科研實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐的橋梁和紐帶。 工程設(shè)計(jì)不能是 簡(jiǎn)單地照抄照搬前人原有的圖紙、資料和成果，盲目、機(jī)械的加以縮 小或放大。設(shè)計(jì)要結(jié)合國(guó)情，是一項(xiàng)切合實(shí)際的創(chuàng)新性勞動(dòng)。創(chuàng)新是 設(shè)計(jì)的靈魂與推動(dòng)力。要?jiǎng)?chuàng)新必須迎接風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)，必須實(shí)事求是， 善于總結(jié)前人的經(jīng)驗(yàn)、有所發(fā)現(xiàn)、有所改進(jìn)、有所提高，設(shè)計(jì)才能做 到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、達(dá)到資源合理利用、清潔生產(chǎn)、 節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟(jì)效益之目的。我國(guó)制鹽行業(yè)目前普遍采用的蒸發(fā)結(jié)晶器型

13、型如圖 1 所示 的四種為主。它們主要由蒸發(fā)室、加熱室、上下循環(huán)管、循環(huán)泵及鹽 腳組成一個(gè)功能完善的罐型整體。 要求結(jié)構(gòu)合理、符合流體力學(xué)原理， 做到系統(tǒng)阻力小，動(dòng)力消耗省，傳熱效率高，蒸發(fā)強(qiáng)度大，汽液分離 效果好，能滿(mǎn)足鹽晶成長(zhǎng)所需的條件和環(huán)境，產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。根據(jù) 系統(tǒng)物料平衡和熱量平衡計(jì)算結(jié)果及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定蒸發(fā)結(jié)晶 器各組成部分的相關(guān)尺寸和參數(shù)?，F(xiàn)分述于下。4.1蒸發(fā)室直徑及分離室空間高度蒸發(fā)室相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足下述二點(diǎn)：一是能有效地減少和 消除料液過(guò)飽和度，使晶體有一個(gè)良好的成長(zhǎng)條件和環(huán)境。 二是減少 料液的短路溫度損失，有利于閃發(fā)和汽液分離，盡量減少液沫帶出。三是盡量使蒸發(fā)室內(nèi)

14、表面平整光潔， 防止結(jié)鹽垢成塊成疤，確保生產(chǎn) 正常連續(xù)運(yùn)行。4.1.1蒸發(fā)體積強(qiáng)度法即每一秒鐘從每一立方米蒸發(fā)空間排 出的二次蒸汽體積，當(dāng)分離空間高度確定時(shí)，其蒸發(fā)室直徑按下式計(jì)D= VW/V n H（m） ,（4）式中：D蒸發(fā)室直徑（m）;W二次蒸汽體積流量（m3/s）;V 一一允許蒸發(fā)體積強(qiáng)度 1.11.5m3/m3s （有學(xué)者建 議取 0.81.3 m3/m3 - s）;H汽液分離空間高度1.82.5m （另有建議2.53.0m）;n圓周率。4.1.2質(zhì)量速度法單位時(shí)間內(nèi)單位蒸發(fā)表面積允許蒸發(fā)水量 計(jì)算出蒸發(fā)室直徑DD= V4W/ n V（m） ,（5）式中：D蒸發(fā)室直徑（m）;W蒸發(fā)室

15、蒸發(fā)水分量（kg/h）；V允許質(zhì)量速度2500800kg/m2h。末效取下限； n圓周率。4.1.3近似比例法一一將蒸發(fā)室分離空間看作汽液分離器，分離 器直徑D按下式計(jì)算。D= VU 負(fù)荷 /0.541Rd = VU 負(fù)荷 /0.54X 0.44 =6.47VU 負(fù)荷(m), 式中：D蒸發(fā)室直徑（m）;U 負(fù)荷=W 秒 Vr 汽/r 液-r 汽（m3/s）;W秒一一二次蒸汽體積（m3/s）;R汽一一二次蒸汽重度（kg/m3）;r液料液重度（kg/m）；Rd實(shí)際汽體速度與基礎(chǔ)速度之比值（一般取 0.44, 若設(shè)有捕沫器可取1.15）。4.1.4二次蒸汽斷面流速法一一通過(guò)蒸發(fā)室的二次蒸汽流速（即

16、空塔速度）設(shè)計(jì)規(guī)范確定為47m/s,筆者認(rèn)為在多效蒸發(fā)時(shí)末效二次蒸汽速度宜控制在4m/s左右，其直徑D按下式計(jì)算：D= V4GV/ n W（m） ,（7）式中：D蒸發(fā)室直徑（m）;G二次蒸汽量（kg/h）；V 二次蒸汽比容（m3/kg）;W二次蒸汽流速（m/s）;n圓周率。4.1.5二次蒸汽分離空間高度一一指蒸發(fā)室液面上汽液分離段的 有效高度。料液經(jīng)加熱進(jìn)入蒸發(fā)室沸騰，汽泡不斷產(chǎn)生，穿過(guò)料液層 到達(dá)液面汽泡破裂，逸出二次蒸汽時(shí)所帶出的液滴和液沫，絕大部分能沉降回落的有效高度。文獻(xiàn)資料上大多采用2.03.0。我國(guó)現(xiàn)生產(chǎn)的蒸發(fā)結(jié)晶器蒸發(fā)室有效分離空間高度（在沒(méi)有捕沫設(shè)施的情況下）大多在3m以上。尚

17、有進(jìn)一步增高的趨勢(shì)。4.1.6二次蒸汽管徑二次蒸汽比容隨壓力而變化，為了減小 二次蒸汽管道壓力和溫度損失，目前設(shè)計(jì)中二次蒸汽管內(nèi)流速大多控 制在1040m/s進(jìn)行計(jì)算。4.2加熱室面積、加熱管直徑、長(zhǎng)度的確定4.2.1加熱面積的確定：根據(jù)物料平衡和熱量平衡計(jì)算結(jié)果及選用的參數(shù)，按下式計(jì)算：F=Q/K t （m2） （8）式中：F加熱面積（m2）;Q單位時(shí)間內(nèi)傳熱量（kcal/h）；K總括傳熱系數(shù)（kcal/m2 h C ）; t傳熱有效溫度差C）。4.2.2 加熱管直徑與長(zhǎng)度的確定在一定的熱負(fù)荷條件下， 確定了加熱面積， 這就基本確定了進(jìn)出 加熱室料液溫度升高 tc和料液的過(guò)飽和濃度 C。根據(jù)

18、 tc與直控 d、長(zhǎng)度L和管內(nèi)料液流速 W之間的關(guān)系，我們可用下式計(jì)算。Q=K F t=k n n d L t(kcal/h) (9)Q= n /4 d2 n w rc tc 3600(kcal/h) (10)將( 9)代入( 10)化簡(jiǎn)得： tc=K t L/900 r w d (C) ,(11)式中：Q傳熱量（kca/h）;K總括傳熱系數(shù)（kcal/m2 h C ）; t傳熱有效溫度差（C）; tc 一一進(jìn)出加熱室料液溫度升高（C）;d加熱管計(jì)算管徑（m）;L 加熱管有效換熱長(zhǎng)度（ m）;W加熱管內(nèi)料液流速（m/s）;R循環(huán)料液重度（kg/m3）;C料液比熱（kcal /kg C）;,n加

19、熱管根數(shù)；n圓周率。上式說(shuō)明當(dāng)熱負(fù)荷和加熱面積確定后， tc 與 L 成正比，與 d 和 W 成反比。 tc 是設(shè)計(jì)時(shí)必須予以重視的一個(gè)重要參數(shù)。因?yàn)?tc與料液的過(guò)飽和度，晶體的成長(zhǎng)速度及鹽產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量密切 相關(guān)。一般應(yīng)先確定 tc值的情況下再?zèng)Q定加熱管直徑d、長(zhǎng)度L及 料液在加熱管內(nèi)流速 W。根據(jù)文獻(xiàn)資料和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)， tc大多在3C左右,最高達(dá)5C 以上，管徑d外大多在0 320 45mm,管長(zhǎng)L大多在50007000mm, 最長(zhǎng)達(dá)12000m以上，加熱管內(nèi)料液流速一般在1.22.5m/s范圍內(nèi)選 取，大多控制在1.8m/s左右。結(jié)晶效的數(shù)據(jù)。4.2.3 加熱管根數(shù)的確定當(dāng)加熱面積確定

20、之后按下式計(jì)算n=F/n d L(12)式中：n換熱管根數(shù)；F 加熱面積(m2);d加熱管計(jì)箕直徑(m);L 一一加熱管有效換熱長(zhǎng)度( m)；n圓周率。上式關(guān)鍵在于加熱管計(jì)算直徑的選取。 我國(guó)對(duì)于列管式換熱 器計(jì)算的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定， 加熱管計(jì)算直徑取外徑。 我國(guó)制鹽行業(yè) 傳統(tǒng)習(xí)慣采用加熱管內(nèi)徑與外徑的平均值中徑作為計(jì)算直徑。 根 據(jù)筆者的設(shè)計(jì)實(shí)踐與資料介紹，因?yàn)榭偫▊鳠嵯禂?shù) K 值直接受管外 蒸汽冷的給熱系數(shù)al和管內(nèi)料液對(duì)流給熱系數(shù)a 2所左右。當(dāng)a 1 a 2 時(shí)，計(jì)算直徑取內(nèi)徑。在我們的制鹽加熱室中，管外蒸汽側(cè)的 a 1 遠(yuǎn) 遠(yuǎn)高于管內(nèi)料液側(cè)的a 2,起碼a 1是a 2的23倍。所以筆

21、者認(rèn)為在 計(jì)算用于制鹽的加熱室加熱管根數(shù)時(shí)應(yīng)取加熱管內(nèi)徑作為計(jì)算直徑 為宜。4.2.4 加熱室筒體直徑的確定在加熱管直徑和根數(shù)確定之后, 制鹽用加熱室內(nèi)加熱管多用等邊11三角形方式排列，其筒體直徑可用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：D=1.15PtVN(m) ,(13)式中：D 加熱室筒體直徑 m;Pt管間距mm。N加熱管根數(shù)。管間距加熱管與加熱管的中心距離，采用脹管法Pt=1.31.5d夕卜。我國(guó)制鹽行業(yè)在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，一套多效裝的加熱室 均采用相同的管間距，這樣各效加熱室直徑也均相等。筆者認(rèn)為這是 欠妥的，從首效到末效進(jìn)人加熱室的蒸汽比容相差很大，為降低壓力 及溫度損失有利于傳熱，應(yīng)依據(jù)蒸汽比容的不同，也

22、應(yīng)采用不同的管 間距。在較高真空度的狀態(tài)下末效的管間距應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大。所以Pt=1.31.8d外來(lái)選取為好。425加熱室蒸汽進(jìn)口的設(shè)置為了防止高速蒸汽流對(duì)加熱管的沖刷而引起侵蝕和振動(dòng)，應(yīng)川， wn在蒸汽進(jìn)口處設(shè)防沖擋板或?qū)Я髌?。設(shè)防沖擋板時(shí)，防沖擋板與筒體內(nèi)側(cè)的距離h應(yīng)大于加熱蒸 汽進(jìn)口管內(nèi)徑的0.25d,擋板直徑D大于進(jìn)口管直徑d，其蒸汽通道 切面積，必須大于蒸汽管進(jìn)口橫切面積。如圖 5a所示。設(shè)導(dǎo)流器， 是一種較為理想的蒸汽進(jìn)口防沖結(jié)構(gòu)， 也是制鹽 行業(yè)用得較多的一種。 它將流速較高的蒸汽送入夾套的環(huán)型槽內(nèi)進(jìn)行 再分配，其環(huán)型通道寬度h與蒸汽進(jìn)口管直徑d的關(guān)系是h0.3d, 如圖 5b 所示

23、。4.2.6 加熱室內(nèi)加折流板 我國(guó)制鹽行業(yè)早期在加熱室內(nèi)大多沒(méi)有加折流板,到 80 年 代因材質(zhì)的改進(jìn), 耐蝕性能提高, 更換加熱管的周期延長(zhǎng)和引進(jìn)國(guó)外 制鹽技術(shù)裝備開(kāi)始, 我國(guó)自己設(shè)計(jì)的加熱室內(nèi)開(kāi)始裝設(shè)折流板, 以強(qiáng) 化傳熱過(guò)程。大多采用圓塊型折流板,其圓缺率基本按統(tǒng)一的 0.25D 進(jìn)行設(shè)計(jì)。 折流板間距采用上寬下窄方式, 最大處亦應(yīng)小于加熱室直 徑。筆者認(rèn)為,蒸汽冷凝型若設(shè)折流板,其圓缺率應(yīng)擴(kuò)大至 0.45D 左 右,不應(yīng)當(dāng)是統(tǒng)一的,應(yīng)該是上大下小。因?yàn)榧訜嵴羝M(jìn)人加熱室逐 步冷凝放熱, 蒸汽體積流量逐步減少之故。 而折流板的間距也是同樣 原因,應(yīng)該是上高下矮。另外,筆者很贊同在好些文

24、獻(xiàn)資料上講的： 在換熱器殼層空間為蒸汽冷凝時(shí)折流板對(duì)其給熱系數(shù)a 1的大小幾乎沒(méi)有影響, 所以不需裝設(shè)折流板。 但為了增加管束的剛度和防止管子 振動(dòng)和冷凝液的排除而裝設(shè)折流板者是例外。4.3 循環(huán)管直徑的確定上下循環(huán)管直徑通常都是按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為計(jì)算依據(jù)。 外熱式強(qiáng)制 循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶器下循環(huán)管切面積與加熱管總切面積之比, 一般文獻(xiàn)資 料為 0.81.1。上循環(huán)管切面積與下循環(huán)管相同,或者上循環(huán)管直徑 為蒸發(fā)室直徑的 0.20.3 倍。經(jīng)長(zhǎng)期實(shí)踐,為了降低料液在循環(huán)管中 流動(dòng)阻力, 降低循環(huán)泵揚(yáng)程宜將循環(huán)管直徑加大。 從目前設(shè)計(jì)情況看 循環(huán)管切面積與加熱管總切面積之比控制在 1.01.5之間。近期有

25、進(jìn) 一步擴(kuò)大的趨勢(shì), 而上下循環(huán)管直徑趨于一致。 而加熱室上錐體與上 循環(huán)管連接的彎頭, 傳統(tǒng)是采用等徑彎頭。 筆者將其改為漸縮式彎頭, 實(shí)踐證明效果良好。4.4加熱室上花板至燕發(fā)室液面的距離為了防止料液經(jīng)加熱在加熱管內(nèi)沸騰造成管壁結(jié)垢而降低總括傳熱系數(shù)，甚至發(fā)生堵實(shí)心管而影響生產(chǎn)正常運(yùn)行，所以在上花板以上必須保持足夠的液柱高度。這個(gè)液柱高度大致可用下式計(jì)算。H=（P1 P2）/r（m） ,（14）式中：H液柱高度（m）;P1料液出加熱管口的溫度減去料液沸點(diǎn)升后對(duì) 應(yīng)溫度下飽和蒸汽壓力（at）;P2蒸發(fā)室二次蒸汽壓力（at）;r為汽液固三相流的平均重度（kg/m3）.4.5循環(huán)泵循環(huán)泵是外熱式

26、強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶器的重要組成部分。其性能的優(yōu)劣直接影響裝置的能耗、產(chǎn)品粒度、生產(chǎn)強(qiáng)度、運(yùn)行周期及運(yùn) 行費(fèi)用。從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)不僅要求泵的流量、揚(yáng)程，能滿(mǎn)足裝置所需， 更要求泵的效率高，操作、維修方便、安全、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)晶體的 破碎率少。制鹽用循環(huán)泵屬于大流量、低揚(yáng)程、高比轉(zhuǎn)速的軸流泵。泵的流 量、揚(yáng)程、功率分別和轉(zhuǎn)速的一次方、二次方、三次方與泵葉直徑的 三次方、二次方、五次方成正比關(guān)系。而比轉(zhuǎn)速又是確定泵葉形狀及 性能參數(shù)特性和汽蝕性能的主要參數(shù)。當(dāng)前泵的轉(zhuǎn)速常按汽蝕比轉(zhuǎn)速 公式計(jì)算。C=5.62 n Q/NPSH3/4（15）式中：Q 泵的最佳工況流量（m3/s）;N泵的規(guī)定轉(zhuǎn)速（r/min）

27、;NPSH設(shè)計(jì)或最佳工況時(shí)必須汽蝕余量（m）; C汽蝕比轉(zhuǎn)速。當(dāng)泵的幾何相似，運(yùn)動(dòng)相似時(shí)則Q=K2 n D3 ,NPSH二kin2 D2，將Q與NPSH代人（15）式，整理得n D=常數(shù)。對(duì)于幾何相似，運(yùn)動(dòng)相似的泵，n D值相等，則汽蝕相似。目 前國(guó)內(nèi)軸流泵模型 D=0.3m, n=1450r/min , nD=435。模型泵可在 此值下運(yùn)行可以無(wú)汽蝕。因而把 n D=435 （國(guó)外較先進(jìn)的大型軸流 泵的n D值為200）作為一項(xiàng)準(zhǔn)則，來(lái)選擇泵。不論泵的直徑多大 其n D值應(yīng)當(dāng)小于435。此值越小，泵越不容易發(fā)生汽蝕。所以當(dāng) 流量一定時(shí)，宜選用泵葉直徑較大、轉(zhuǎn)速較低的泵。幾何相似告訴我 們，泵

28、的流量和轉(zhuǎn)速的一次方、泵葉直徑的三次方成正比，因流速降 低從而減小了水力損失，可以提高泵的效率，效果是非常明顯的。4.6 裝料容積指蒸發(fā)結(jié)晶器循環(huán)系統(tǒng)間的所有料液容積。 這是完成料液蒸 發(fā)，使溶質(zhì) NaCl 達(dá)到過(guò)飽和析出晶核，并使晶體成長(zhǎng)為所需產(chǎn)品粒 度的地方。 為確保其所需的環(huán)境和條件， 其容積應(yīng)滿(mǎn)足料液每一次循 環(huán)流經(jīng)循環(huán)系統(tǒng)的時(shí)間，應(yīng)大于 30 秒為宜。4.7 鹽腳直徑與長(zhǎng)度鹽腳是成品 NaCl 晶體沉降增稠儲(chǔ)存中轉(zhuǎn)的容器。外排鹽漿 量控制著循環(huán)料液中的固液比， 確保蒸發(fā)結(jié)晶器正常運(yùn)行。 為了提高 產(chǎn)品質(zhì)量， 降低汽耗， 可加淘洗鹵水對(duì)外排鹽漿進(jìn)行淘洗降溫回溶晶 體表面的可溶性雜質(zhì)，

29、浮選淘洗除去細(xì)小的鹽晶和其它細(xì)小的固體微 粒，起到降低排出鹽漿溫度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低汽耗的作用。鹽腳直徑： 根據(jù)科學(xué)試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證， 按鹽腳單位橫切 面積單位時(shí)間內(nèi)沉降鹽漿晶體量來(lái)確定，一般控制在1420t/m2h。 若加淘洗鹵水其上升流速視鹽晶粒度與鹽漿固液比而定。 據(jù)文獻(xiàn)資料 介紹一般在1 10mm/s之間選用。鹽腳長(zhǎng)度，根據(jù)國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)裝置的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)大多控制在5 m左右。也有控制在 3m 左右的。這些應(yīng)視規(guī)模、工藝流程等條件而因 地置宜選用才能取得良好效果。4.8 材質(zhì)選擇4.8.1 選用蒸發(fā)室及上下循環(huán)管和加熱室上下錐體的材質(zhì)，應(yīng)從 具體條件出發(fā)，選擇表面光潔、加工、維修較易，耐蝕

30、、耐磨、耐沖 刷性能好的材料。上世紀(jì) 8090年代應(yīng)用于生產(chǎn)的有B3 0銅鎳合 金復(fù)合板、超低碳不銹鋼（316L）復(fù)合板、雙相不銹鋼（18- 5）復(fù) 合板、鈦及鈦合金復(fù)合板。經(jīng)實(shí)踐證明均是可行的。但超低碳不銹鋼（316L）在濃C1存在的條件下易受 pH值及硫化物等的影響而發(fā) 生均勻點(diǎn)蝕、孔蝕、穿晶，甚至穿晶斷裂，影響使用壽命。所以要充 分注意使用環(huán)境條件，調(diào)整罐內(nèi)料液 pH 值、除去硫化物（包括有機(jī) 硫化物）等措施，從目前環(huán)境、條件，就耐蝕、耐磨、耐用、加工制 造及經(jīng)濟(jì)合理綜合考慮，以選用耐蝕性能優(yōu)于（316L）的鈦及鈦合金 或雙相不銹鋼（ 2205）復(fù)合板為宜。不管選用何種材質(zhì) .對(duì)其所有與

31、 料液接觸的器壁表面及焊縫必須進(jìn)行打磨拋光、酸洗、鈍化處理。使 其表面形成光滑、 致密的鈍化膜以防止腐蝕和誘發(fā)晶核的附著， 進(jìn)而 形成結(jié)晶堆積成鹽塊之目的。4.8.2 加熱室加熱管、管板及筒體加熱室是蒸發(fā)結(jié)晶器的心臟， 選取更應(yīng)仔細(xì)認(rèn)真地加以比較 確定。上世紀(jì)80、90年代常用的有普通無(wú)縫碳鋼管低合金（E2）鋼 管、紫銅管、B 3 0銅鎳合金管、鈦合金及純鈦管。并匹配相應(yīng)的管 板或復(fù)合管板。 筒體采用碳鋼板或不銹鋼復(fù)合板加工制作。 目前從經(jīng) 濟(jì)合理考慮， 加熱管宜選用鈦合金及純鈦管。 因?yàn)樗哂斜砻婀鉂嵈?糙度低與水無(wú)親合力，傳熱性能好，耐蝕、蝕磨、耐沖刷能力強(qiáng)，比 重輕、管壁薄，使用壽命長(zhǎng)等

32、特點(diǎn)。管板配用相應(yīng)的復(fù)合板。加熱室 筒體宜選用不銹鋼或雙相不銹鋼復(fù)合板加工制作。5 結(jié)束語(yǔ)蒸發(fā)結(jié)晶器是真空制鹽生產(chǎn)裝置的關(guān)鍵設(shè)備， 歷來(lái)是設(shè)計(jì)和 生產(chǎn)單位十分關(guān)注的焦點(diǎn)。特別是最近幾年在中國(guó)井礦鹽期刊上 發(fā)表了不少文章，對(duì)我國(guó)普遍采用和推薦采用的罐型 （如圖 1所示）， 從蒸發(fā)結(jié)晶機(jī)理和流體力學(xué)原理角度進(jìn)行探討； 從各生產(chǎn)廠家提供的 生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)品質(zhì)量的分析對(duì)比。 多數(shù)意見(jiàn)認(rèn)為圖 1 中 的罐型c、d優(yōu)于ab認(rèn)為c、d罐型基本克服了a、b罐型的缺 點(diǎn)，保留其優(yōu)點(diǎn)并充分地運(yùn)用了結(jié)晶機(jī)理，料液加熱升溫后，在蒸發(fā) 室下錐體，切向進(jìn)入蒸發(fā)室，逐步形成汽、液、固三相流呈螺旋狀上 升， 穿過(guò)鹽漿層到達(dá)液面蒸發(fā)。有利于料液過(guò)飽和度的消除和晶體 成長(zhǎng)，并對(duì)鹽晶進(jìn)行浮洗，到達(dá)液面料液的過(guò)飽和度低，器壁不易結(jié) 鹽塊的優(yōu)