蒸發(fā)設(shè)備防垢及多相流防垢技術(shù)在蒸發(fā)中的應(yīng)用

蒸發(fā)設(shè)備防垢

及多相流防垢技術(shù)在蒸發(fā)中的應(yīng)用河北工業(yè)大學(xué)張少峰教授

2015.03.16第二屆蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)培訓(xùn)班（天津）一、污垢的影響K隨污垢熱阻的增加而減少，清潔條件下的K愈高，則污垢熱阻的影響也愈大。因此設(shè)計(jì)換熱器時(shí)必須額外增加傳熱面積，以補(bǔ)償污垢熱阻的影響；污垢熱阻值具有某些不確定性，設(shè)計(jì)者往往采用較保守的值以增加安全系數(shù)，這使傳熱面積更加不必要地增大；污垢是熱的不良導(dǎo)體，污垢沉積在設(shè)備表面提高了壁溫，影響了傳熱效果，降低了生產(chǎn)效率。清潔條件下管壁溫度的變化污垢條件下管壁溫度的變化污垢聚積在表面，局部腐蝕加劇，產(chǎn)生點(diǎn)腐蝕造成穿孔。污垢在管內(nèi)沉積使管內(nèi)的流道截面積變小，增大流動(dòng)阻力，泵或風(fēng)機(jī)的消耗功率增加，再加上清洗設(shè)備的動(dòng)力消耗，使設(shè)備的總能量消耗增加。由于污垢而引起的停車清洗，降低了設(shè)備連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的周期，造成產(chǎn)品產(chǎn)量下降。同時(shí)在設(shè)備起、停期間內(nèi)，運(yùn)行條件達(dá)不到規(guī)定要求，引起產(chǎn)品質(zhì)量下降或質(zhì)量不穩(wěn)定而造成損失。據(jù)美、英、新西蘭的調(diào)查，污垢給工業(yè)發(fā)達(dá)國家所造成的損失平均占國民生產(chǎn)總值的0.3%；1985年美國在污垢方面蒙受的經(jīng)濟(jì)損失每年達(dá)80~100億美元；在運(yùn)行效率方面，原機(jī)械部蘭州石油機(jī)械研究所換熱器研究室發(fā)表的專題調(diào)研報(bào)告《我國換熱器研究及其工業(yè)化進(jìn)程》指出，污垢使我國換熱器的運(yùn)行效率平均下降50%，這美國Exxon公司的測(cè)算結(jié)果（由于傳熱面上的污垢須使傳熱面積增加一倍以上）大體一致。

在運(yùn)行效率方面，原機(jī)械部蘭州石油機(jī)械研究所換熱器研究室發(fā)表的專題調(diào)研報(bào)告《我國換熱器研究及其工業(yè)化進(jìn)程》指出，污垢使我國換熱器的運(yùn)行效率平均下降50%，這美國Exxon公司的測(cè)算結(jié)果（由于傳熱面上的污垢須使傳熱面積增加一倍以上）大體一致。有效地防止蒸發(fā)設(shè)備結(jié)垢，提高傳熱效率？析晶污垢：指在流動(dòng)條件下呈過飽和的流動(dòng)溶液中的溶解無機(jī)鹽淀析在換熱面上的結(jié)晶體，例如，過飽和溶液中溶解的無機(jī)鹽（如CaCO3、CaSO4、Ca(PO4)、CaSiO3、NaCl等）在換熱面上結(jié)晶、附著而形成的污垢，就稱為析晶污垢?；瘜W(xué)反應(yīng)污垢：液體中各組分之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成的沉積在換熱面上的物質(zhì)。微粒型污垢：懸浮在流體中的固體微粒在換熱壁面上積聚形成的污垢。腐蝕型污垢：具有腐蝕性的流體或者流體中含有腐蝕性的雜質(zhì)對(duì)換熱表面材料腐蝕產(chǎn)生的腐蝕物積聚所形成的污垢。生物型污垢：由微生物體和宏觀有機(jī)物體附著于換熱面上而形成的污垢。（污泥、溫度）凝固型污垢：指清潔液體或多組分溶液的高溶解度組分在過冷換熱面上凝固而形成的污垢。二、污垢分類按控制結(jié)垢形成的最主要沉積機(jī)理：1、流體性質(zhì)

流體性質(zhì)對(duì)污垢的影響，實(shí)際上包括流體本身的性質(zhì)和不溶于流體或被流體夾帶的各種物質(zhì)的特性對(duì)污垢的影響。例如流體中含有鹽或其他物質(zhì)，可能會(huì)因溫度或濃度的變化而結(jié)晶。（無機(jī)物顆粒、微生物和養(yǎng)分含量、固體物質(zhì)的濃度和粒徑等）

2、流體流速流體的流速可通過對(duì)傳熱傳質(zhì)的影響和機(jī)械作用力使結(jié)垢受到影響，該影響過程非常復(fù)雜。一般情況下，流速大可阻礙固體顆粒在壁面的沉積，并使晶粒不易附著，從而可減輕結(jié)垢；但是，如果壁面上已經(jīng)結(jié)了垢，則流速的增大會(huì)促進(jìn)傳質(zhì)，因此在擴(kuò)散決定的結(jié)晶過程時(shí)，則有利于垢的增長(zhǎng)。三、換熱設(shè)備污垢影響因素流速對(duì)不同類型結(jié)垢產(chǎn)生的影響是不同的，對(duì)不同類型換熱設(shè)備結(jié)垢的影響程度也不相同。對(duì)于擴(kuò)散機(jī)理控制的結(jié)垢過程，增大流速可減小結(jié)垢速率；在以結(jié)晶類型為主導(dǎo)的結(jié)垢過程中，流速的影響相對(duì)較小；在微生物結(jié)垢類型中，流體流速有正、反兩方面作用，一是加大了剪切力，二是增加了養(yǎng)分和氧的供給。3、換熱設(shè)備參數(shù)換熱器的一些參數(shù)對(duì)污垢的形成有著明顯的影響，這些參數(shù)主要有：換熱面材料、換熱面狀態(tài)、換熱面的型式以及幾何尺寸。

4、溫度和溫差流體和污物之間的界面溫度是影響結(jié)垢程度的關(guān)鍵參數(shù)，流體溫度（平均溫度）及其傳熱系數(shù)決定該界面溫度。5、其他影響因素：流體中溶解物質(zhì)的濃度：對(duì)于結(jié)晶過程，濃度差（過飽和）是關(guān)鍵的，因?yàn)殡S濃度差的增大，物質(zhì)傳遞和污垢生成的速率也提高。飽和濃度隨溫度變化的關(guān)系：直接影響操作條件的選擇和結(jié)垢的形成。可能出現(xiàn)各種情況，例如飽和濃度隨溫度而上升、下降或保持不變。垢層的厚度和剪切強(qiáng)度：隨著垢層厚度的增加使流道截面減小，流速增加，因而相應(yīng)地提高了剪切力，這樣有助于使垢層脫落，倘若垢層的剪切強(qiáng)度不太大，則兩者處于平衡狀態(tài)。界面應(yīng)力和產(chǎn)生晶核的接觸角：隨著界面應(yīng)力的減小，晶核生成的可能性就增大。由于界面上存在的雜質(zhì)組分也可使界面應(yīng)力降低，從而有利于結(jié)垢過程。四、結(jié)垢機(jī)理及形成過程由于溫度梯度的存在，在加熱面上的料液產(chǎn)生沸騰汽化，形成料液過飽和度大而產(chǎn)生晶核，附著于加熱壁面并成為污垢；垢物本身因溶解度隨溫度增加而減少，如溶液中的鈣、鎂離子。當(dāng)達(dá)到飽和溫度時(shí)，鈣、鎂離子形成晶核附于加熱壁面并成為污垢；對(duì)于一些熱敏性物質(zhì)容易在管壁局部過熱而產(chǎn)生分解，分解產(chǎn)物附于加熱壁面并成為污垢。蒸發(fā)有汽泡產(chǎn)生，然后上升脫離溶液本體而破裂。如果汽泡上升、破裂不順利，或者需要較長(zhǎng)時(shí)間，則汽泡使加熱面上溶液濃度分布不均勻，汽泡熱阻較大，形成管壁局部過熱，形成垢層，從而降低傳熱效率，形成更多的局部過熱，產(chǎn)生更多的垢層，惡性循環(huán)，無法維持生產(chǎn)。加熱壁面上汽泡的行為在很大程度上影響著結(jié)垢過程。

污垢的沉積與與剝落沸騰表面上污污垢形成垢層的結(jié)構(gòu)A：松散堆積，，如沙丘狀、、熱導(dǎo)率低；；B：晶化前沿；；C：結(jié)晶層、熱熱導(dǎo)率高。五、蒸發(fā)設(shè)備備防除垢1、加熱管壁上上形成的污垢垢主要是下面面三種：結(jié)晶垢經(jīng)常遇到。如如蒸發(fā)時(shí)鹽濃濃度不斷提高高，直至溶液液過飽和，晶晶粒析出并沉沉積。主要取取決于物質(zhì)的的溶解度。如如果溶液中主主要是單鹽，，則垢層較厚厚，結(jié)垢致密密，與壁面的的結(jié)合較牢固固；若是復(fù)鹽鹽，則垢層較較薄，并由結(jié)結(jié)晶團(tuán)塊組成成，常包含清清洗薄弱環(huán)節(jié)節(jié)而易于脫落落。垢層的形形成受到溫度度和流速的影影響?；瘜W(xué)反應(yīng)污垢垢當(dāng)料液與加熱熱表面接觸時(shí)時(shí)，由于自氧氧化和聚合反反應(yīng)而生成反反應(yīng)污垢。例例如單體烴類類在接觸足夠夠高溫度的壁壁面時(shí)，可以以進(jìn)行聚合反反應(yīng)而生成聚聚合物，并牢牢固地附著于于器壁。有些些壁面的金屬屬雜質(zhì)（或者者腐蝕產(chǎn)物））有助于氧化化，特別是裝裝置中某些不不密封部位，，更易促使料料液的自氧化化。若壁溫很很高，會(huì)導(dǎo)致致結(jié)焦。這種種垢層硬而韌韌，不易除去去。腐蝕垢由表面的化學(xué)學(xué)或電化學(xué)腐腐蝕引起。如如通過均勻腐腐蝕或孔蝕使使金屬受損，，產(chǎn)生金屬腐腐蝕產(chǎn)物。該該產(chǎn)物一方面面造成換熱表表面熱阻增大大，又可起到到催化劑作用用，有利于其其他結(jié)垢過程程；另一方面面腐蝕后增加加了金屬表面面的粗糙度，，有利于沉積積結(jié)垢并增強(qiáng)強(qiáng)了壁面的晶晶核附著能力力。金屬腐蝕蝕產(chǎn)物本身既既可使壁面造造成垢層，同同時(shí)其脫落的的銹屑可隨料料液攜帶到別別處沉積，即即增加了料液液中的污物。。2、常見防垢蒸蒸發(fā)設(shè)備的結(jié)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)（1）列文蒸發(fā)器器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是加加熱室上端設(shè)設(shè)置一段高度度為2.7m~5m的圓筒作為沸沸騰室，因此此加熱管內(nèi)溶溶液較一般蒸蒸發(fā)器內(nèi)多承承受一段液柱柱靜壓力，溶溶液只有上升升到壓強(qiáng)較低低的蒸發(fā)室內(nèi)內(nèi)才能沸騰汽汽化，這樣可可以避免溶液液在加熱管中中結(jié)垢或析出出晶體。循環(huán)速度可高高達(dá)2~3m/s，傳熱效果好好，加熱管內(nèi)內(nèi)不會(huì)有晶體體堵塞，故適適用于處理有有晶體析出或或易結(jié)垢的溶溶液。因循環(huán)環(huán)管必須保持持一定的高度度（一般約為為7~8m），故這種蒸蒸發(fā)器要求廠廠房高，同時(shí)時(shí)消耗材料較較多。此外，，這種蒸發(fā)器器的液柱靜壓壓強(qiáng)大，故要要求較高壓強(qiáng)強(qiáng)的加熱蒸汽汽才能維持一一定的溫度差差。（2）強(qiáng)制循環(huán)蒸蒸發(fā)器在強(qiáng)制循環(huán)蒸蒸發(fā)器中，液液體在加熱管管內(nèi)的循環(huán)流流速通常在1.2m/s~3.0m/s范圍之內(nèi)（當(dāng)當(dāng)懸浮液中晶晶粒多，所用用管材硬度低低，液體粘度度較大時(shí)，選選用低值），，過高的流速速將耗費(fèi)過多多的能量，且且增加系統(tǒng)磨磨損。加熱室可以是是立式單程加加熱或立式雙雙程加熱，也也可以是臥式式雙程加熱。。后者的設(shè)備備總高較小，，但管子不易易清洗，且容容易被晶粒磨磨損。為抑制制加熱區(qū)內(nèi)汽汽化，可采用用立式長(zhǎng)管蒸蒸發(fā)器的方法法，在加熱區(qū)區(qū)之上保持一一定液面高度度，或采用出出口節(jié)流的辦辦法。強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)：：傳熱系數(shù)大大、抗鹽析、、抗結(jié)垢、適適用性能好、、易于清洗。。缺點(diǎn)：造價(jià)價(jià)高，溶液停停留時(shí)間長(zhǎng)，，為抑制加熱熱區(qū)內(nèi)汽化，，傳入的全部部熱量以顯熱熱形式從加熱熱區(qū)攜出，循循環(huán)液的平均均溫度較高，，從而降低了了總的有效傳傳熱溫差。（3）反循環(huán)蒸發(fā)發(fā)器這種蒸發(fā)器的的加熱管較長(zhǎng)長(zhǎng)，其長(zhǎng)徑之之比為50~100。在開車時(shí)可可以通入助推推蒸汽，以實(shí)實(shí)現(xiàn)初始循環(huán)環(huán)，待正常運(yùn)運(yùn)行時(shí)可以關(guān)關(guān)掉助推蒸汽汽。循環(huán)速度度可達(dá)1.5m/s。由于它是設(shè)設(shè)法在加熱室室造成一個(gè)過過剩壓力，使使溶液有可能能獲得一個(gè)過過熱溫度而不不在加熱室沸沸騰汽化，從從而減輕加熱熱面的積垢。。（4）旋轉(zhuǎn)紐帶自自動(dòng)清洗式蒸蒸發(fā)器它是直接利用用料液的循環(huán)環(huán)流動(dòng)帶動(dòng)蒸蒸發(fā)器加熱管管內(nèi)的自動(dòng)清清洗結(jié)構(gòu)元件件——螺旋紐帶旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)(溫升3℃、循環(huán)速度度1m/s），對(duì)加熱面面上的污垢進(jìn)進(jìn)行自動(dòng)清洗洗，同時(shí)，紐紐帶在旋轉(zhuǎn)過過程中擾動(dòng)邊邊界層，使對(duì)對(duì)流傳熱中熱熱阻最大的邊邊界滯流層的的傳熱過程得得到有效強(qiáng)化化，以此達(dá)到到降低能耗、、提高產(chǎn)量的的目的。犧牲傳熱效率率、增大能耗耗、提高設(shè)備備造價(jià)為代價(jià)價(jià)，防垢效果果并不顯著。。（5）L型蒸發(fā)器：加熱區(qū)具有足足夠的液柱靜靜壓力來抑制制加熱面上溶溶液的沸騰，，能確保加熱熱管內(nèi)的溶液液不沸騰，減減少結(jié)垢和腐腐蝕現(xiàn)象。加熱室水平放放置，與列文文蒸發(fā)器相比比，設(shè)備總高高度降低3~9米。河北省眺山化化工廠碳酸鉀鉀蒸發(fā)3、汽液固三相相循環(huán)流化床床蒸發(fā)防垢技技術(shù)汽液固三相循循環(huán)流化床蒸蒸發(fā)流程示意意在蒸發(fā)系統(tǒng)中中加入一定量量、一定尺寸寸的惰性顆粒粒，被循環(huán)液液體帶入加熱熱室，經(jīng)均勻勻分布后，在在加熱管內(nèi)形形成汽液固三三相流。汽液固三相進(jìn)進(jìn)入顆粒分離離裝置，固體體顆粒被分離離下來進(jìn)入下下降管參與循循環(huán)，再次進(jìn)進(jìn)入加熱室；；汽液混合物物進(jìn)入汽液分分離室進(jìn)行汽汽液分離，液液體參與下一一循環(huán)。固體顆粒不斷斷穿過流動(dòng)邊邊界層，增強(qiáng)強(qiáng)了液體的湍湍動(dòng)程度；少少數(shù)顆粒與換換熱壁面的不不斷碰撞、混混合流體對(duì)壁壁面的沖刷等等作用增加流流動(dòng)的湍動(dòng)程程度，可有效效防止換熱壁壁面上污垢的的沉積。（1）原理（2）加熱管內(nèi)汽汽液固三相流流的流動(dòng)結(jié)構(gòu)構(gòu)和相關(guān)機(jī)理理豎直管內(nèi)的流流動(dòng)結(jié)構(gòu)和換換熱方式A區(qū)，液體溫度度低于飽和溫溫度且管壁溫溫度也低于汽汽化所需的溫溫度，不發(fā)生生相變，沒有有汽泡產(chǎn)生，，換熱方式為為液固兩相流流的強(qiáng)制對(duì)流換熱。B區(qū)，液體主流流溫度仍然低低于飽和溫度度，但管壁已已經(jīng)過熱足以以產(chǎn)生汽泡，，汽泡脫離管管壁后進(jìn)入過過冷液體時(shí)即即凝結(jié)而消失失。汽泡的產(chǎn)產(chǎn)生和消失對(duì)對(duì)液體起擾動(dòng)動(dòng)作用，開始始破壞流體邊邊界層，再加加上顆粒對(duì)邊邊界層的破壞壞，使得換熱熱系數(shù)有所增增加。換熱方方式為過冷沸騰。C區(qū)和D區(qū)，液體的平平均溫度等于于相應(yīng)壓力下下的飽和溫度度，而管壁又又有足夠的過過熱度，同時(shí)時(shí)固體顆粒對(duì)對(duì)壁面的撞擊擊，此時(shí)活化化點(diǎn)增多，生生成的汽泡也也增多，流動(dòng)動(dòng)結(jié)構(gòu)由細(xì)泡泡狀流動(dòng)發(fā)展展到汽泡彈狀狀流動(dòng)。在此此區(qū)換熱主要要靠汽泡從壁面吸收蒸蒸發(fā)潛熱和一一部分過熱液液體被汽泡帶帶入主流的對(duì)流方式進(jìn)行，換換熱系數(shù)同B區(qū)相比有所增增大。加入的固體顆顆粒對(duì)強(qiáng)化流流動(dòng)沸騰傳熱熱具有如下效效應(yīng)：泡核沸騰傳熱熱的強(qiáng)化由于固體顆粒粒的加入，增增加了汽化核核心并使汽泡泡的躍離頻率率增大，強(qiáng)化化了泡核沸騰騰傳熱；對(duì)流傳熱的強(qiáng)強(qiáng)化固體顆粒的運(yùn)運(yùn)動(dòng)破壞了流流動(dòng)和傳熱邊邊界層，增強(qiáng)強(qiáng)了流體湍動(dòng)動(dòng)程度，從而而強(qiáng)化對(duì)流傳傳熱。汽液固三相循循環(huán)流化床蒸蒸發(fā)器中汽液液固三相和壁壁面之間的傳傳熱由固體顆顆粒與壁面間間的對(duì)流傳熱熱、汽液兩相相流和壁面間間的對(duì)流傳熱熱以及有固體體顆粒作用的的流動(dòng)泡核沸沸騰傳熱三部部分組成。固體顆粒與換換熱壁面間的的對(duì)流傳熱顆粒與壁面碰碰撞引起的液液體容積對(duì)流流傳熱三相流化床中中,液相為連續(xù)相相，固相和汽汽相為分散相相。汽泡的形形成是非常復(fù)復(fù)雜的現(xiàn)象，，受許多因素素的影響，如如液體粘度、、顆粒的直徑徑、顆粒的體體積分率、熱熱流密度等。。在汽－液－－固三相流動(dòng)動(dòng)中，由于固固體顆粒對(duì)加加熱壁面的頻頻繁撞擊增加加了活化點(diǎn)，，產(chǎn)生了更多多的汽化核心心，而且在受受熱的液體繞繞過固體顆粒粒流動(dòng)時(shí)，在在某些材質(zhì)的的顆粒表面也也會(huì)產(chǎn)生汽泡泡。在體積分分率相同時(shí)，，固體顆粒的的直徑增大，，其數(shù)量會(huì)減減少，汽泡的的核心數(shù)目也也會(huì)減少。當(dāng)當(dāng)汽泡的形成成功一定時(shí)，，熱流密度增增大汽泡的形形成加快，也也就是說汽泡泡的形成頻率率增大。汽泡大部分產(chǎn)產(chǎn)生于球形凸凸凹面和錐形形凹穴中，對(duì)對(duì)于一個(gè)已形形成的汽泡來來說，要使這這個(gè)汽泡繼續(xù)續(xù)存在下去，，即應(yīng)使汽相相與液相達(dá)到到平衡，由熱熱力學(xué)與力學(xué)學(xué)分析得知，，必須滿足以以下三個(gè)平衡衡條件：溫度平衡：兩兩相及汽液液界面溫度相相等并均勻一一致。力學(xué)平衡：：在汽泡泡界面上各各作用力達(dá)達(dá)到平衡。。相平衡：汽汽液液兩相化學(xué)學(xué)勢(shì)相等。。在加熱壁面面上的長(zhǎng)大大：在汽泡泡形成后，，汽泡不斷斷從加熱壁壁面吸收熱熱量，汽泡泡開始長(zhǎng)大大。在這段段時(shí)間內(nèi)，，汽泡內(nèi)蒸蒸汽壓力基基本不變，，即汽泡在在保持其內(nèi)內(nèi)部壓力不不變的條件件下等壓長(zhǎng)長(zhǎng)大。汽泡泡的成長(zhǎng)過過程主要由由熱量傳遞遞方程控制制，汽泡成成長(zhǎng)速率主主要取決于于壁面的熱熱流密度。。汽泡的躍離離當(dāng)壁面上的的汽泡長(zhǎng)大大到一定尺尺寸時(shí)，將將躍離壁面面而上升到到沸騰液體體中，汽泡泡躍離壁面面時(shí)的直徑徑稱為躍離離直徑。當(dāng)汽泡長(zhǎng)大大到其浮力力、液體對(duì)對(duì)它的剪應(yīng)應(yīng)力之和大大于汽泡與與壁面的附附著力時(shí),汽泡就躍離離壁面。汽汽泡的躍離離直徑受到到固體顆粒粒的直徑、、體積分率率以及熱流流密度的影影響。顆粒粒與壁面上上的汽泡撞撞擊也有利利于汽泡躍躍離壁面，，如圖所示示。在三相相流動(dòng)沸騰騰傳熱系統(tǒng)統(tǒng)中固體顆顆粒與壁面面接觸時(shí)，，為汽泡成成核提供了了更多的區(qū)區(qū)域，使汽汽化核心數(shù)數(shù)目增加，，且汽泡躍躍離壁面的的直徑越小小，則汽泡泡在壁面上上的停留時(shí)時(shí)間越短，，汽泡生成成頻率就越越高，沸騰騰也越劇烈烈。在防垢方面面，汽液固三相相流剪應(yīng)力力對(duì)延長(zhǎng)污污垢的誘導(dǎo)導(dǎo)期起主要要作用；同同時(shí)固體顆顆粒碰撞邊邊界層將導(dǎo)導(dǎo)致壁面附附近溶液的的過飽和度度減小。加入固體顆顆粒后，顆顆粒增加流流體的湍動(dòng)動(dòng)程度，汽汽液固三相相流剪切應(yīng)應(yīng)力對(duì)污垢垢的影響和和壁面附近近溶液過飽飽和度的變變化；在除垢方面面，汽液固三相相流剪應(yīng)力力可清除換換熱面上污污垢的較松松軟層（A層）；污垢垢底層（C層+B層）要依靠靠加入的固固體顆粒在在運(yùn)動(dòng)過程程中對(duì)加熱熱管壁的碰碰撞在垢層層上產(chǎn)生初初始裂紋或或被磨損。。垢層與管管壁之間的的溫差應(yīng)力力將使垢層層上已形成成的初始裂裂紋擴(kuò)展或或產(chǎn)生新的的裂紋。固體顆粒對(duì)對(duì)垢層的碰碰撞應(yīng)力：：垢層溫差應(yīng)應(yīng)力脫除（（垢層內(nèi)壁處處首先出現(xiàn)現(xiàn)裂紋）：垢層內(nèi)壁面面處的溫差差應(yīng)力為一一個(gè)較大的的值溫差應(yīng)力的的大小主要要取決于垢垢層內(nèi)外壁壁的溫差Δt，其次也與與垢層的線線膨脹系數(shù)數(shù)、彈性模模量、泊松松比有關(guān)，，又決定于于垢層的厚厚度，K值愈大，溫溫差應(yīng)力越越大。在等壁溫加加熱的條件件下，隨著著結(jié)垢過程程的進(jìn)行，，垢層內(nèi)壁壁的溫度是是逐漸降低低的。溫差差增大！Δt=ti-t0固體顆粒對(duì)對(duì)結(jié)晶核心心的影響：：顆粒在管內(nèi)內(nèi)的分布呈呈現(xiàn)管壁較較濃，管中中心較稀的的分布。因此即使大大部分顆粒粒不能碰撞撞管壁，也也會(huì)在壁面面附近提供供大量的結(jié)結(jié)晶成核核核心，阻止止了一部分分結(jié)晶擴(kuò)散散至加熱壁壁面形成垢垢層。沉積到顆粒粒表面上的的結(jié)晶會(huì)由由于流體與與顆粒的相相對(duì)運(yùn)動(dòng)而而被沖刷掉掉。由于固體顆顆粒的表面面為汽泡的的形成提供供了更多的的汽化核心心（這與液液體對(duì)顆粒粒的潤濕性性能有關(guān)）），提高了了蒸發(fā)強(qiáng)度度。固體顆粒碰碰撞對(duì)壁面面附近過飽飽和度的影影響：固體顆粒強(qiáng)強(qiáng)化傳熱的的直接效果果之一，是是導(dǎo)致?lián)Q熱熱壁面溫度度下降，這這將改變壁壁面附近的的溫度場(chǎng)分分布。考慮一種極極端情況，，假設(shè)結(jié)垢垢僅是由于于溶質(zhì)的擴(kuò)擴(kuò)散效應(yīng)引引起的，那那么溶液結(jié)結(jié)垢的沉積積速率為hm為傳質(zhì)系數(shù)數(shù)；cb為流體主流流的濃度；；cw為壁壁面面上上溶溶液液的的濃濃度度；；對(duì)于于結(jié)結(jié)晶晶垢垢，，正正是是由由于于壁壁溫溫Tw與主主流流溫溫度度Tb不同同才才導(dǎo)導(dǎo)致致了了壁壁面面附附近近溶溶液液的的過過飽飽和和，，必必須須考考慮慮電電解解質(zhì)質(zhì)溶溶解解度度隨隨溫溫度度的的變變化化。。對(duì)對(duì)于于具具有有逆逆溶溶解解度度性性質(zhì)質(zhì)的的鹽鹽類類，，在在溫溫度度范范圍圍不不太太大大時(shí)時(shí)可可以以認(rèn)認(rèn)為為電電解解質(zhì)質(zhì)濃濃度度與與溫溫度度成成正正比比關(guān)關(guān)系系，，于于是是，，對(duì)對(duì)于于具具有有逆逆溶溶解解度度性性質(zhì)質(zhì)的的鹽鹽類類的的結(jié)結(jié)垢垢有有：：β為溶溶解解度度的的溫溫度度系系數(shù)數(shù)；；即有有：：∴φd與溫溫差差Tw-Tb成正正比比，，加入入固固體體顆顆粒粒后后，，壁壁溫溫Tw降低低，，引引起起溫溫差差Tw-Tb的減減小小，，有有效效地地降降低低了了污污垢垢在在換換熱熱壁壁面面上上的的沉沉積積速速率率，，從從而而起起到到了了良良好好的的防防垢垢效效果果。。（3）惰惰性性固固體體顆顆粒粒種種類類的的選選擇擇必須須針針對(duì)對(duì)不不同同的的物物料料特特性性及及傳傳熱熱體體系系，，根根據(jù)據(jù)價(jià)價(jià)格格性性能能比比，，選選擇擇適適當(dāng)當(dāng)種種類類的的惰惰性性固固體體顆顆粒粒材材料料。固體顆顆粒與被被蒸發(fā)介介質(zhì)在操操作條件件下不能能發(fā)生化化學(xué)反應(yīng)應(yīng)，對(duì)產(chǎn)產(chǎn)品沒有有污染。。不同固固體顆粒粒的物性性不同，，其對(duì)垢垢層的破破壞作用用和強(qiáng)化化傳熱的的效果也也不同。。因此，選選擇固體體顆粒時(shí)時(shí)，應(yīng)綜綜合考慮慮固體顆顆粒的種種類、形形狀、密密度、導(dǎo)導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)等因素素，既要要有較高高的機(jī)械械強(qiáng)度和和良好的的韌性，，在流動(dòng)動(dòng)中不被被撞壞，，磨損量量要足夠夠小，以以防流體體流動(dòng)不不穩(wěn)定和和能耗過過大，又又要有良良好的強(qiáng)強(qiáng)化傳熱熱和防、、除垢性性能。同同時(shí)要考考慮顆粒粒在特定定的工況況下，是是否能夠夠且容易易被流化化，流化化的程度度如何，，在管內(nèi)內(nèi)能否均均勻分布布；顆粒粒密度要要適當(dāng)，，對(duì)管壁壁的碰撞撞力要足足夠大但但對(duì)壁面面的磨損損量要小小。顆粒種類尺寸mm密度kg/m3導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·K)比熱kJ/(kg·K)剛玉球φ2，φ3，φ4，φ523500.680.77玻璃球φ2，φ3，φ4，φ525001.0930.6699陶瓷球φ2，φ3，φ4，φ523501.250.8370鋼球φ2，φ3785048.850.4605鈦粒3×3，3×4，4×44505310.5240聚四氟乙烯3×3，3×4，4×421900.2491.243固體顆粒粒的種類、尺寸、及物性參數(shù)（4）惰性固固體顆粒粒的加入入量必須選擇擇適當(dāng)?shù)牡墓腆w粒粒子加入入量，以以達(dá)到既既能防、、除垢又又不使流流動(dòng)阻力力劇增的的效果。。加入顆顆粒較多多時(shí)，顆顆粒與管管壁接觸觸機(jī)會(huì)增增多，碰碰撞頻繁繁，擾動(dòng)動(dòng)邊界層層能力提提高，有有利于防防、除垢垢。但顆顆粒加入入量過大大，可能能將引起起流動(dòng)阻阻力大為為增加。。顆粒體體積分率率為3%~8%時(shí)，防、、除垢效效果最好好。傳熱系數(shù)數(shù)與操作作時(shí)間的的關(guān)系壓降與操操作時(shí)間間的關(guān)系系（5）操作參參數(shù)對(duì)防防垢和壓壓降的影影響（6）固體顆顆粒分布布裝置變孔徑分分布板的的結(jié)構(gòu)下管箱液液固流化化床中，，液體流速沿徑向呈呈拋物線線或?qū)?shù)數(shù)分布，導(dǎo)致致了床床內(nèi)顆顆粒所所受合合力的的不均均勻分分布。。在不不同半半徑位位置處處的顆顆粒受受到流流體曳曳力不不同，，使得得顆粒粒來不不及在在管箱箱內(nèi)均均勻混合，就隨隨中心心區(qū)液液流進(jìn)進(jìn)入管管束，，引起起顆粒粒在管管箱內(nèi)內(nèi)循環(huán)環(huán)運(yùn)動(dòng)和和分布布不均勻勻。設(shè)計(jì)原原則是是使分分布板板阻力力從邊邊緣向向中心心也按按拋物物線或或規(guī)律律增大大，改改變床床內(nèi)液液速沿沿徑向向的分分布，，中心心區(qū)域域的液液速大大，受受到分分布板板的阻阻力也也大，，邊緣緣附近近液速速小，，受到到的分分布板板阻力力也小小，從從而改改善顆顆粒的的不均均勻分分布。。無分布布板時(shí)時(shí)固含含率分分布有分布布板時(shí)時(shí)固含含率分分布在同一一分布布板高高度下下，隨隨著流流量和和顆粒粒體積積分率率的增增加，，顆粒粒分布布不均均勻度度明顯顯減小?。ā堋?%），較較大流流速更更易于于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)顆粒粒的均均勻分分布。。（7）效間間過料料裝置置多效多多相流流蒸發(fā)發(fā)器的的效間間設(shè)置置過料料裝置置，防防止多多相流流蒸發(fā)發(fā)器中中加入入的固固體顆顆粒進(jìn)進(jìn)入下下一效效蒸發(fā)發(fā)器，，同時(shí)時(shí)滿足足細(xì)晶晶體隨隨料液液流動(dòng)動(dòng)的要要求；；如果果是舊舊蒸發(fā)發(fā)器系系統(tǒng)改改造，，還要要能夠夠防止止舊蒸蒸發(fā)器器內(nèi)原原有垢垢層被被清除除后的的大塊塊垢片片堵塞塞過料料裝置置，實(shí)實(shí)現(xiàn)兩兩效之之間料料液的的有效效輸送送。設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)，根根據(jù)過過料量量、允允許的的管內(nèi)內(nèi)流速速，采采用流流體力力學(xué)中中固體體顆粒粒流態(tài)態(tài)化的的計(jì)算算方法法來確確定各各段流流通面面積；；由于流流通面面積增增大，，料液液流動(dòng)動(dòng)速度度變慢慢，小小于固固體顆顆粒的的自由由沉降降速度度，不不足以以攜帶帶所加加入的的固體體顆粒粒向上上運(yùn)動(dòng)動(dòng)，顆顆粒向向下做做沉降降運(yùn)動(dòng)動(dòng)，而而料液液向上上流動(dòng)動(dòng)。該過料料裝置置已獲獲發(fā)明明專利利ZL201110217050.1。過料裝裝置結(jié)結(jié)構(gòu)（8）技術(shù)術(shù)特點(diǎn)點(diǎn)：在線防防垢，，無清清垢廢廢液產(chǎn)產(chǎn)生，，對(duì)環(huán)環(huán)境無無污染染。有效地地強(qiáng)化化傳熱熱，管側(cè)對(duì)對(duì)流傳傳熱系系數(shù)可可提高高到1.5-2.0倍，總總傳熱系系數(shù)比比傳統(tǒng)統(tǒng)的管管殼式式蒸發(fā)發(fā)器提提高約約30％。壁溫降降低，，有效效防止止腐蝕蝕現(xiàn)象象發(fā)生生?？墒乖O(shè)設(shè)備的的溫差差大，，傳熱熱面積積變小小?？梢允∈÷粤狭弦褐兄腥菀滓捉Y(jié)垢垢的成成份和和固體體成份份的預(yù)預(yù)處理理過程程。可在原有換換熱（蒸發(fā)發(fā)）系統(tǒng)上上改造，設(shè)設(shè)備投資少少、見效快快。（9）優(yōu)越性：：適于加熱或或冷卻表面面上可能生生成的各種種結(jié)垢，包包括結(jié)晶性性的硬垢，，生物和食食物上的軟軟垢，蛋白白質(zhì)和纖維維狀的結(jié)垢垢，其它的的有機(jī)物垢垢和無機(jī)物物垢。具有穩(wěn)定的的傳熱系數(shù)數(shù)K值和壓力降降△P值。保持原工藝藝流程和現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)備的的安裝狀態(tài)態(tài)不變。所有原有的的泵體還可可以繼續(xù)使使用。惰性固體顆顆粒不會(huì)污污染料液，，可以控制制惰性固體體顆粒在設(shè)設(shè)備內(nèi)的循循環(huán)周期，，既可以用用于強(qiáng)制循循環(huán)，也可可以用于自自然循環(huán)。。強(qiáng)化傳熱和和防、除垢垢機(jī)理與物物料的性質(zhì)質(zhì)無關(guān)。處理量的比比較（10）應(yīng)用實(shí)例例加熱室蒸汽汽壓力的比比較（防垢垢）實(shí)例1、在山東某廠廠的含鹽廢廢水（其中中氯化鈣15%、氯化鈉10%、SO42-等）蒸發(fā)操操作中，采采用多相流流蒸發(fā)技術(shù)術(shù)，將原蒸蒸發(fā)裝置中中料液的強(qiáng)強(qiáng)制循環(huán)方方式改為自自然循環(huán)，，省去了循循環(huán)泵，不不僅大大節(jié)節(jié)省了設(shè)備備的運(yùn)行能能耗，同時(shí)時(shí)提高了產(chǎn)產(chǎn)量。實(shí)例2、連云港某化化工廠含鹽鹽廢水清潔潔處理，廢廢水含鹽量量10%左右（NaCl），溶液PH值7~8，廢水中還還含有3-氯丙稀、氯氯仿等。采采用三效順順流自然循循環(huán)真空蒸蒸發(fā)流程、、多相流蒸蒸發(fā)結(jié)晶技技術(shù)。各效蒸發(fā)室室液相溫度度：一效105～115℃，二效95～105℃，三效62～75℃。蒸汽消耗耗≤0.35t（汽）/1t(水)。廢水從10%濃度蒸發(fā)到到約27%濃度，過飽飽和結(jié)晶回回收氯化鈉鈉。實(shí)例3、某制藥企業(yè)業(yè)，物料：：SUPERRO濃水；含含有Cl-、SO42-；進(jìn)料量600m3/d；進(jìn)料料濃度：約約16%；；總蒸發(fā)量量540m3/d；pH6-9，將每日產(chǎn)產(chǎn)生廢水中中的鹽全部部固化析出出。四效順流多多相流蒸發(fā)發(fā)結(jié)晶工藝藝（分鹽工藝藝）：由于一效加加熱室溫度度較高且物物料濃度低低，物料在在一效不出出結(jié)晶，采采用蒸發(fā)時(shí)時(shí)間短的管管式降膜蒸蒸發(fā)器；二二效采用強(qiáng)強(qiáng)制循環(huán)多多相流蒸發(fā)發(fā)結(jié)晶器結(jié)結(jié)晶排硫酸酸鈉、三效效采用強(qiáng)制制循環(huán)多相相流蒸發(fā)器器，四效采采用強(qiáng)制循循環(huán)多相流流蒸發(fā)結(jié)晶晶器進(jìn)行結(jié)結(jié)晶排氯化化鈉，結(jié)晶晶后晶體粒粒度大約在在0.15~0.3mm，氯化化鈉和硫酸酸鈉溶液固固液比到達(dá)達(dá)要求后，，進(jìn)入稠厚厚器，再去去離心機(jī)甩甩干排鹽，，母液返回回二效蒸發(fā)發(fā)器，繼續(xù)續(xù)蒸發(fā)。二效、三效效、四效采采用多相流流蒸發(fā)是為為了防止在在蒸發(fā)過程程中氯化鈉鈉和硫酸鈉鈉晶體在加加熱管內(nèi)出出現(xiàn)結(jié)垢。。在蒸發(fā)器器中加入固固體顆粒形形成多相流流蒸發(fā)，加加入的固體體顆粒一方方面起到防防垢作用，，另一方面面強(qiáng)化換熱熱、提高傳傳熱系數(shù)，，比傳統(tǒng)蒸蒸發(fā)器總傳傳熱系數(shù)提提高15%~30%；固體顆粒粒（采用剛剛玉顆粒））一次加入入，參與循循環(huán)，不用用補(bǔ)充。二二效、三效效、四效設(shè)設(shè)置惰性顆顆粒加入口口，二效、、三效及四四效之間設(shè)設(shè)置防止顆顆粒溢出的的過料裝置置。有關(guān)多多相流蒸發(fā)發(fā)結(jié)晶器和和過料裝置置采用發(fā)明明專利技術(shù)術(shù)，專利號(hào)號(hào)ZL201110217049.9、ZL201110217050.1。采用該工藝藝是因?yàn)樵谠贜aCl-NaSO4-H2O體系中，在在高于常溫溫的條件下下，該體系系呈NaCl的溶解度隨隨溫度的升升高而增加加、NaSO4的溶解度隨隨溫度升高高而降低的的趨勢(shì)，所所以，將廢廢水中氯化化鈉和硫酸酸鈉蒸發(fā)至至過飽和，，進(jìn)行結(jié)晶晶，在二效效出硫酸鈉鈉、四效出出氯化鈉，，分別得到到硫酸鈉和和氯化鈉，，以增加廢廢水處理后后鹽的經(jīng)濟(jì)濟(jì)附加值，，提高經(jīng)濟(jì)濟(jì)性。工藝參數(shù)：：由于廢水水中含有的的Cl-濃度較高，，具有很強(qiáng)強(qiáng)的腐蝕性性，蒸發(fā)過過程中液相相溫度不能能高。采用用生蒸汽溫溫度130℃，0.27MPa（絕）；一一效液相相溫度：108~112℃，二次蒸蒸汽溫度108℃；二效液液相溫度：：85~90℃，二次蒸蒸汽溫度85℃；三效液液相溫度：：72~76℃，二次蒸蒸汽溫度70℃；四效液液相溫度：：53~58℃，二次蒸蒸汽溫度53℃；汽耗、循環(huán)環(huán)冷卻水消消耗：蒸發(fā)發(fā)理論汽耗耗0.28kg（汽）/kg（水）；循循環(huán)冷卻水水耗量約480t/h；每效加熱熱室換熱面面積約350m2，四效共計(jì)計(jì)1400m2。本方案的特特點(diǎn)是：（（1）蒸發(fā)過程程中防垢，，換熱面上上不結(jié)垢；；（2）強(qiáng)化傳熱熱，節(jié)能效效果好；（（3）廢水中含含有的氯化化鈉、硫酸酸鈉分別結(jié)結(jié)晶排鹽，，提高經(jīng)濟(jì)濟(jì)性。實(shí)例4、吉林某企業(yè)業(yè)，高鹽廢廢水處理正正常值為320噸/天，最大值值為360噸/天；水質(zhì)指指標(biāo)：序號(hào)水質(zhì)指標(biāo)單位設(shè)計(jì)值1氨氮g/L102硫酸鈉g/L603pH12-134Nimg/L≤25Znmg/L≤46Comg/L≤37Camg/L≤0.28Femg/L≤29Mnmg/L≤0.110Cumg/L≤0.111Cdmg/L≤0.1實(shí)施方案：：硫酸鈉廢廢水蒸發(fā)結(jié)結(jié)晶采用三效順流多多相流真空空蒸發(fā)結(jié)晶晶工藝，真空空度≥0.085MPa。由于一效效加熱室溫溫度較高且且物料濃度度低，物料料在一效不不出結(jié)晶，，采用蒸發(fā)發(fā)時(shí)間短的的管式降膜膜蒸發(fā)器；；二效采用用自然循環(huán)環(huán)多相流蒸蒸發(fā)器，三三效采用自自然循環(huán)多多相流蒸發(fā)發(fā)結(jié)晶器進(jìn)進(jìn)行結(jié)晶，，結(jié)晶后硫硫酸鈉溶液液固液比達(dá)達(dá)到要求后后，去離心心機(jī)甩干，，濕物料去去干燥，母母液返回蒸蒸發(fā)器，繼繼續(xù)蒸發(fā)。。參數(shù)效數(shù)液相溫度（℃）氣相溫度（℃）I效115~125110~120II效90~10085~95III效52~6250~55工藝參數(shù)（生蒸蒸汽0.3MPa）循環(huán)冷卻水134t/h電108.4kW(裝機(jī)容量)蒸汽0.37t汽/t水（包括干燥）水電汽消耗耗指標(biāo)實(shí)例5、寧夏某煤化化工企業(yè)，，蒸發(fā)量10噸/h,S=800m2水質(zhì)原水水質(zhì)蒸發(fā)結(jié)晶進(jìn)水（正常）蒸發(fā)結(jié)晶進(jìn)水

（極端）mg/Lmmol/Lmg/Lmmol/Lmg/Lmmol/LK＋170.43503.712.9503.712.9Na＋1516.5718540.3809.618540.3809.6Ca2＋325.616.25593.829.61929.596.3Mg2＋141.2511.6394.823.7275.668.9NH4＋1.70.0950.42.850.42.8Fe0.03

Cl－870.4124.5525789.9727.525789.9727.5SO42+123025.6136444.4758.836444.4758.8CO32－33.291.110.00.00.00.0HCO3－609.269.982074.134.02074.134.0