管式升膜蒸发器在三聚氰胺生产中的应用

张林茂

(河南煤业化工集团中原大化公司，河南濮阳 457004)

中原大化三聚氰胺生产采用美国联合信号公司的高压法工艺，将尿素与氨混合，在高温高压下反应生成三聚氰胺，然后经过急冷、溶解、汽提、净化、结晶、离心分离和干燥等一系列过程，得到三聚氰胺产品。生产三聚氰胺所需尿素是浓度(质量分数)为99.8%以上、水含量0.2%以下的熔融尿素。因此，必须将从尿素装置过来的浓度约80%的尿素溶液进一步浓缩。而升膜蒸发器具有效率高、蒸发时间短等优点，尤其适应于热敏性较高、黏度较小的溶液，所以在浓缩工段中我们采用了升膜式蒸发器。

1 管式升膜蒸发器的构造及工作原理

1.1 管式升膜蒸发器构造

图1 管式升膜蒸发器构造简图

1.2 管式升膜蒸发器工作原理

原料液经预热后由蒸发器的底部进入，加热蒸汽在管外冷凝。当溶液受热沸腾后迅速汽化，液体汽化后，体积增大千倍以上，密度剧降，在管中心形成一高速上升气流，带动未蒸发料液沿管壁成高速流动膜向上爬升，上升的液膜因受热而继续蒸发。溶液自蒸发器底部上升至顶部的过程中逐渐被蒸浓，浓溶液进入分离室与二次蒸汽分离后由分离室底部排出。

2 工艺设计参数

根据生产规模，每小时需要处理80%的尿素溶液6 800 kg。工艺参数如下:一段蒸发进液浓度，80% ～85%;一段蒸发操作压力，0.03MPa(A);一段蒸发出液浓度，95% ～96%;二段蒸发操作压力，0.004 MPa(A);二段蒸发出液浓度，99.8%以上;蒸发温度，145～150℃;蒸发水量，1 550 kg/h;加热介质，低压饱和蒸汽，压力0.6 MPa，温度165℃ ;冷却水进口温度，32℃;加热面积，143 m2(计算值)。

3 工艺设计原理

尿素在高温下容易生成缩二脲，为了减少副反应的发生，应在尽可能低的温度和尽可能短的时间内完成，故采用减压蒸发的方法。降低了溶液的沸点，可以利用低压蒸汽作为加热介质，不但避免了尿素在高温下变性和分解，也减少了加热介质的成本。由于尿素水溶液具有双沸点的特性，如果将尿素溶液直接从初始状态浓缩至最终状态，操作线将会穿过结晶区，造成尿素结晶堵塞设备和管线。为了避免这些现象发生，我们采用两段蒸发的方式，第一段尿素浓度控制在95% ～96%(质量分数)，压力控制在大于26.66 kPa(A);第二段尿液浓度控制在大于98%(质量分数)，压力控制在26.66 kPa(A)以下。采用了减压蒸发的方式，及时将二次蒸汽抽出，降低了水蒸气分压，提高了蒸发效果。

4 工艺流程

如图2所示，来自尿素工段的温度100℃、浓度80%的尿素溶液，通过一段蒸发器，加热至140～150℃，进入一段分离器将浓溶液与二次蒸汽分离，二次蒸汽通过真空系统抽出，95%左右的浓溶液通过底部排出，经二段蒸发器加热至145～150℃，进入二段分离器，通过真空系统将二次蒸汽分离。两段蒸发之后，尿素溶液浓缩成99.8%的熔融尿素。二次蒸汽通过表面冷凝器冷凝后送出界区。

图2 尿素浓缩系统流程图

5 蒸发能力的提高措施

5.1 增设料液预热器

由于从急冷塔顶部分离出来的尾气温度达到156℃，利用急冷塔气相对尿素溶液进行预热，把尿素加热到更高的温度，这样不仅可以充分利用热源、节约了蒸汽消耗，而且可以减少蒸发器负荷、缩短蒸发时间，有利于蒸发器生产能力的提高。

5.2 适当提高蒸发温度

若蒸发温度过低，液体进入管内的预热段将增长，这就相应地缩短了薄膜蒸发距离，将导致传热量不够而使生产能力下降或出料浓度达不到要求。因此，在一定范围内，适当提高蒸发温度，会使蒸汽与物料之间的温度差增加，即传热量增大，增加蒸发速度。但蒸发温度不能过高，否则会使加热管出现“干壁区”反而降低传热系数值，温度过高也容易生成缩二脲，易造成出料管堵塞，影响正常生产。

5.3 提高和稳定真空度

升膜蒸发器的真空度越高，料液的沸点越低，冷热流体的温度差的平均值越大，传热效果就越好。同时在真空下，在下部进口处产生气泡的过热温度超过从膜内传热的温差，故蒸发完全能在膜表面进行。如果真空度不稳定，会显著影响物料沸点和水量蒸发，导致物料浓度不达标。

6 操作注意事项

①进料前蒸汽系统需要先抽真空，当系统真空稳定后才能进料，这样做是为了防止雾泡的产生。开始进料量要小，一般按实际进料量的30% ～50%。然后打开蒸汽阀门使物料迅速升温，迅速升温的目的是迫使物料迅速蒸发，防止物料在未蒸发前产生大量雾泡。②在建立真空之前要确认蒸发系统水排净，避免建立真空过程中水分蒸发造成设备温度过低，使玻璃视镜破裂。③在建立真空之前要投用管线及设备的伴热蒸汽，预热合格，避免物料结晶。④为了防止操作过程中产生“干管”现象，蒸发器预热结束并建立真空系统后，要先进料、后开加热蒸汽提温。

7 结束语

经过升膜式蒸发器两段蒸发，避免了尿素结晶现象，减少了副反应的发生;采用增加预热器，减少了蒸汽消耗，改善了蒸发效果，增强了蒸发能力，且系统操作稳定，可以较好地将尿素溶液浓缩成熔融尿素。