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(chǎng)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 前 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)更主要的是以提高結(jié)晶產(chǎn)品的質(zhì)量和

2、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NaCl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，至近代制鹽工業(yè)用的內(nèi)熱式強(qiáng)制循環(huán)（標(biāo)準(zhǔn)式

3、）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.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3.1 NaCl結(jié)晶的環(huán)境和條件，NaCl結(jié)晶

4、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）。 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(xiàn)下方的不飽和區(qū)域（穩(wěn)定區(qū)）。 當(dāng)鹵水繼續(xù)蒸發(fā)NaCl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)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(xiàn)和CD線(xiàn)之間的介穩(wěn)區(qū)； 當(dāng)鹵水繼續(xù)蒸發(fā)溶質(zhì)NaCl含量超過(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

5、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NaCl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=C2C1 （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

6、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，一般情況下溶液的實(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%26.326.3626.4726.6326.7927.1727.7528.47氯化鈉的沸點(diǎn)升高%濃度101102103104105107沸點(diǎn)6.1911.0314.6717.6920.3225.09氯化鈉飽和水溶液的密度溫度0102030405060708090密度kg/L溶液1.2

7、091.2041.2001.1961.1911.1871.1831.1781.1751.170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30.935.540.845.555.164.274%23.626.228.9831.2735.5339.142.533.2 NaCl晶核晶體的成長(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)

8、。3.2.1 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=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666.7m3/h的循環(huán)量） 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

9、的產(chǎn)品，如圖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。 晶體在蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)停留時(shí)間：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（按球形計(jì)）：Ra=（6/） V （kg/m2·s）（3）式中：Ra晶體生長(zhǎng)速率（kg/m2·s）； 晶體容積系數(shù)，按球形計(jì)=1/6； R表面積換算系數(shù)，按球形計(jì)：=；

10、晶體密度（kg/m3)； V晶體平均成長(zhǎng)系數(shù)（m/s）。 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?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

11、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)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)、

12、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)足下述三點(diǎn)：一是能有效地減少

13、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)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。 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)算。D=W/V··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/m3· s（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

14、）； 圓周率。 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D D=4W/·V （m）（5） 式中：D蒸發(fā)室直徑（m）； W蒸發(fā)室蒸發(fā)水分量(kg/h)； V允許質(zhì)量速度2500800kg/m2·h。末效取下限； 圓周率。 近似比例法將蒸發(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=U負(fù)荷/0.541Rd =U負(fù)荷/0.54×0.44 =6.47U負(fù)荷(m) (6) 式中：D蒸發(fā)室直徑（m）； U負(fù)荷=W秒 r汽/r液-r汽（m3/s）； W秒二次蒸汽體積（m3/s）； R汽二次蒸汽重度（kg/m3）； r液料液重度（kg/m）； Rd

15、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）。 二次蒸汽斷面流速法通過(guò)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=4GV/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）； 圓周率。4.1.5 二次蒸汽分離空間高度指蒸發(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

16、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。尚有進(jìn)一步增高的趨勢(shì)。 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) ···············

17、83;··（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·)； t傳熱有效溫度差（）。 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)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··d·L·t （kcal/h）·······（9）Q=

18、/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 （）（11）式中：Q傳熱量（kca/h）； K總括傳熱系數(shù)（kcal/m2·h·)； t傳熱有效溫度差（）； tc一一進(jìn)出加熱室料液溫度升高（）； 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(

19、kg/m3); C料液比熱（kcal /kg·）；, n加熱管根數(shù)； 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)閠c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3左右,最高達(dá)5以上，管徑d外大多在3245mm，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)。 加熱管根數(shù)的確定

20、 當(dāng)加熱面積確定之后按下式計(jì)算 n=F/·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）；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)a1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= 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

21、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。 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=1.15PtN (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)

22、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(lái)選取為好。 加熱室蒸汽進(jìn)口的設(shè)置支架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?。擋板擋板支?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

23、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(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獻(xiàn)資料上講的：在換熱器殼層空間為蒸汽冷

24、凝時(shí)折流板對(duì)其給熱系數(shù)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

25、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=(P1P2)/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)

26、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=5.62nQ/NPSH3/4 (15)式中：Q一一泵的最佳工況流量(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)

27、則Q=K2·n·D3，NPSH=k1n2·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(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，泵的流量和轉(zhuǎn)速的一次方

28、、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)，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

29、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110mm/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 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B銅鎳合金復(fù)合板、超低碳不銹鋼（3

30、16L）復(fù)合板、雙相不銹鋼（185）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

31、塊之目的。 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哂斜砻婀鉂嵈植诙鹊团c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(chǎng)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、優(yōu)于、認(rèn)為、罐型基本克服了、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