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

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1刖百蒸發(fā)和結(jié)晶是重要的化工單元操作過程， 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)更主要的是以提高結(jié)晶產(chǎn)

2、品的質(zhì)量和粒度為目 的。所以說傳熱及蒸發(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)過程中，嚴(yán)格控制料液的過飽和度以及晶核的 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)主要是通過對(duì)鹵水進(jìn)行加熱，使其蒸發(fā)濃縮結(jié)晶 析出固體NaCl的過程。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 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，至近代制鹽工業(yè)用的

3、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 i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。hCdffll藻發(fā)結(jié)晶零甯第a.外熱式強(qiáng)制正循環(huán)切向進(jìn)料蒸發(fā)結(jié)晶器；b.外熱式強(qiáng)制正循環(huán)軸向進(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；d.外熱式強(qiáng)制逆循環(huán)軸向出料蒸發(fā)結(jié)晶器3 NaCl結(jié)晶機(jī)理簡(jiǎn)介3.

4、1 NaCl結(jié)晶的環(huán)境和條件，NaCl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)到飽和和過飽和（如圖 2所示）。不惜和區(qū)（我定區(qū)巡皮t圖史洛潸溟度與溶解度曲線圖3.1.1 當(dāng)鹵水未達(dá)到飽和時(shí)NaCl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)NaCl達(dá)到飽和，如圖2中的AB線即平衡溶解度曲線進(jìn)人介穩(wěn)區(qū)，此時(shí) NaCl結(jié)晶和溶解處于動(dòng)態(tài)平衡，溶質(zhì) NaCl不會(huì)自發(fā)成核析出結(jié)晶。若有 NaCl晶核進(jìn)人就能生長(zhǎng)成晶體， 即圖2中AB線和CD線之間的介穩(wěn)區(qū)；3.1.3 當(dāng)鹵水繼續(xù)

5、蒸發(fā)溶質(zhì)NaCl含量超過過飽和線CD線進(jìn)人過 飽和區(qū)（不穩(wěn)區(qū)），則會(huì)自發(fā)地產(chǎn)生較多NaCl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晶種、 晶種大小、多少，有無攪拌、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 NaCl與其它鹽類比較，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。 而溶液的過飽和度AC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=C2C1（g/L） （1）式中： C溶液的過飽和度（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)際過飽和濃度（g/L

6、）。要使結(jié)晶成長(zhǎng)，必須使溶液達(dá)到過飽和，并控制在介穩(wěn)區(qū)內(nèi)，溶 液的過飽和度完全用于晶種成長(zhǎng)而消失。 在實(shí)際的運(yùn)行過程中溶液的 實(shí)際過飽和度遠(yuǎn)比其最大的過飽和濃度低。 有資料講：最大允許過飽 和度又取決于系統(tǒng)的性質(zhì)通常為 0.55g/L, 一般情況下溶液的實(shí)際過 飽和濃度AC值宜控制在1.50g/L左右，為最大過飽和濃度ACmax 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%26.326.3626.4726.6326.79 127.1727.7528.47氯化鈉的沸點(diǎn)升高%濃度1

7、01102103104105107沸點(diǎn)6.1911.03114.67117.69120.32125.09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%4.588.2616.2528.9832.8131.1830.4129.84硫酸鎂的飽和溶解度溫度0102030406080100飽和溶解度g/100g 水30.935

8、.540.845.555.164.274%23.626.228.98 :31.2735.5339.142.533.2 NaCl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)。3.2.1 晶體成長(zhǎng)的推動(dòng)力是溶液的過飽和濃度差和傳質(zhì)速度。過 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。溶液的過飽和度 亦可用下式求得：過飽和度二產(chǎn)鹽量（g/h） /循環(huán)量（L/h） （g/L）3.2.2 000000脩環(huán)量，循環(huán)量=666667L/h,（即當(dāng)

9、產(chǎn)鹽量為1t/h, 時(shí)需666.7m3/h的循環(huán)量）曲賽相界胡聲弄苗體的軀國(guó)圖3晶體成衽擴(kuò)散過程示意圖3.2.3 溶液的溫度：在相同的時(shí)間和相同的溶液過飽和濃度差條 件下，溶液的溫度越高，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。過能和質(zhì)(g/L)圖4各加溫度條件下被晶成長(zhǎng)速度與過飽和濃度的關(guān)系£富、士)附倒率囑留3.2.4 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。3.2.5 晶體在蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)停留時(shí)間

10、：根據(jù)溶液中NaCl的成核速 率與產(chǎn)品排出速率基本一致，NaCl晶體的成長(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(按球形坦：Ra= (6%/B) p V (kg/m2 s) (3)式中：Ra晶體生長(zhǎng)速率(kg/m2 s);0t 晶體容積系數(shù)，按球形計(jì)0c =1/6;R表面積換算系數(shù)，按球形計(jì)：后兀；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

11、小， 速度大又引起晶體之間、 晶體與器壁之間的碰撞加劇，致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)有利于料液過飽和度的消除和晶體成長(zhǎng)。 但鹽漿濃度過高，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

12、機(jī)的分離，需增加增稠槽。）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

13、的蒸發(fā)結(jié)晶器型型如圖 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)滿足下述三點(diǎn)：一是能有效地減少和 消除料液過飽和度，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

14、發(fā)室內(nèi)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)度法一一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) 算。D=a/W/V .兀. H（m） （ 4）式中：D一一蒸發(fā)室直徑（m）;W一一二次蒸?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一一汽液分離空間高度1.82.5m （另有建議2.53.0m）; 兀 圓周率。4.1.2 質(zhì)量速度法一一單位時(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/ % - V（m） （5

15、）式中：D一一蒸發(fā)室直徑（m）;W一一蒸發(fā)室蒸發(fā)水分量（kg/h）;V 允許質(zhì)量速度 2500800kg/m2h。末效取下限； 兀圓周率。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。(6)D=，U 負(fù)荷/0.541Rd =，U 負(fù)有0.54X0.44 =6.47VzU 負(fù)荷(m) 式中：D 蒸發(fā)室直徑（m）;U 負(fù)荷二W 秒 Mr 汽/r ?ft-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-料?重度（kg/m）;Rd一一實(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

16、次次蒸汽斷面流速法一一通過蒸發(fā)室的二次蒸汽流速（即 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=v/4GV/% W （m）式中：D一一蒸發(fā)室直徑（m）;G二次蒸汽量（kg/h）;V一一二次蒸汽比容（m3/kg）;W一一二次蒸汽流速（m/s）;兀 圓周率。4.1.5 次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

17、有效分離空間高度（在沒有捕沫設(shè)施的情況下）大多在3m以上。尚有進(jìn)一步增高的趨勢(shì)。4.1.6 次次蒸汽管徑一一二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 At （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

18、熱面積， 這就基本確定了進(jìn)出加熱室料液溫度升高Atc和料液的過飽和濃度Ac。根據(jù)Atc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 - At=k - n 兀 d L - At(kcal/h) (9)Q= % /4 -d2 -n -w -rc - Atc -3600(kcal/h) (10)將( 9)代入(10)化簡(jiǎn)得： tc=K At 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）；Atc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

19、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加熱管根數(shù)；兀圓周率。上式說明當(dāng)熱負(fù)荷和加熱面積確定后，Atc與L成正比，與d和W成反比。Atc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Atc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)，Atc大多在3c左右，最高達(dá)5 c 以上，管徑d外大多在。32。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

20、.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)加熱面積確定之后按下式計(jì)算n=F/兀 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） ；兀圓周率。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) 2所左右。當(dāng) 1< % 2時(shí)計(jì)算直徑取外徑。儀 1=

21、% 2時(shí)計(jì)算直徑取中徑。 1> % 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 1遠(yuǎn) 遠(yuǎn)高于管內(nèi)料液側(cè)的 2,起碼 1是 2的23倍。所以筆者認(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=1.15PtA/N(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)。管間距一一加熱管與加熱管的中心距離，采用脹管法Pt=1.31.5d外。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

22、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外來選取為好。圖5蒸汽進(jìn)口防沖裝置簡(jiǎn)圖4.2.5 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)在蒸汽進(jìn)口處設(shè)防沖擋板或?qū)Я髌髟O(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

23、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h n 0.3d,如圖 5b 所示。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)裝備開始， 我國(guó)自己設(shè)計(jì)的加熱室內(nèi)開始裝設(shè)折流板， 以強(qiáng)化傳熱過程。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

24、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)8 1的大小幾乎沒有影響， 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，

25、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

26、液沸點(diǎn)開后對(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

27、泵的轉(zhuǎn)速常按汽蝕比轉(zhuǎn)速 公式計(jì)算。C=5.62n，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）;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=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 , n D=435。模型泵可在 此值下運(yùn)行可以無汽蝕。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，來選擇泵。不論泵的

28、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，

29、 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)， 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

30、.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、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銅銀合金復(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C 1 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

31、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縫碳鋼管低合金（E2）鋼管、紫銅管、B3 0銅銀合金管、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哂斜砻婀鉂嵈植诙鹊?/p>

32、與水無親合力，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)意見認(rèn)為圖1 中的罐型c、d優(yōu)于a、b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， 穿過鹽漿層到達(dá)液面蒸發(fā)。有利于料液過飽和度的消除和晶體成長(zhǎng)，并對(duì)鹽晶進(jìn)行浮洗，