降膜蒸发器运行状况以及降低蒸汽消耗的措施

贾　鹏，谢海龙，万　磊（新疆中泰化学股份有限公司华泰氯碱厂，新疆 乌鲁木齐 830026）

降膜蒸发器运行状况以及降低蒸汽消耗的措施

贾鹏，谢海龙，万磊
（新疆中泰化学股份有限公司华泰氯碱厂，新疆 乌鲁木齐 830026）

阐述了降膜蒸发器的原理、优缺点以及降膜蒸发器的工艺流程，并对在平时的操作过程中如何降低蒸汽消耗做出了总结。

降膜蒸发器；蒸汽；消耗；节能

氯碱行业作为耗能大户，在蒸发过程中蒸汽的消耗尤为突出，氯碱企业为了提升综合竞争力就要通过改善生产工艺，以达到降低蒸汽消耗，降低成本的目的。在蒸发生产过程中运用最为普遍的就是降膜蒸发器和升膜蒸发器，就2种不同的蒸发器都有各自的优缺点存在，最大的区别就在于料液进入的方式不同，升膜蒸发器料液从底部进入，降膜蒸发器料液从顶部进入。下面就降膜蒸发器运行以及如何降低蒸汽消耗的措施展开讨论。

1　降膜蒸发器

1.1降膜蒸发器工作原理

降膜蒸发器设计为管束式降膜换热器，料液由降膜管顶部经液体分配器均匀进入，料液在自身重力作用下在加热管内成均匀膜状向下流动并与管壁另一侧热载体进行换热，料液中的水分被蒸发，从而达到设计浓缩的目的。与升膜蒸发器结构基本相同，主要区别在于原料液是从加热室的顶部加入，在重力的作用下沿管内壁形成膜状下降，并进行蒸发，浓缩液从加热室的底部进入到分离器内并从底部排出，二次蒸汽由顶部溢出。由于二次蒸汽的流向与料液的流向一致，所以能促进料液的向下运动并形成薄膜。在每根加热管的顶部必须装有降膜分布器，以保证每根管子的内壁都能为料液所湿润，并不断有液体缓慢流过，否则，一部分管壁形成干壁现象，不能达到最大的生产能力，甚至不能保证产品质量。

1.2降膜蒸发器运行

来自离子膜工序的32%左右碱液先进32%液碱贮槽，由32%碱泵送入Ⅰ效降膜蒸发器被浓缩到38.6%左右。在单独通过此蒸发器的过程中，物料侧在真空下运行，Ⅰ效降膜蒸发器由Ⅱ效降膜蒸发器产生的二次汽进行加热。

来自Ⅰ效降膜蒸发器浓度为38.6%的碱液，由39%碱泵送入换热器和预热后送入Ⅱ效降膜蒸发器继续浓缩至50%。碱液通过这2台换热器后，温度由71.5℃升高到约135.3℃。在单独通过Ⅱ效降膜蒸发器的过程中，物料侧在大气压下运行，这一段由中压蒸汽加热。

来自Ⅱ效降膜蒸发器浓度为50%的碱液由50%碱泵送入Ⅲ效降膜蒸发器进一步浓缩至62.2%。或根据销售需要部分经冷却器（HE-1104）冷却后产出浓度为50%的成品液碱。在单独通过Ⅲ效降膜蒸发器的过程中，物料侧在真空下运行，Ⅲ效降膜蒸发器由最终浓缩器产生的二次蒸汽加热。

Ⅲ效降膜蒸发器内62.2%的碱液由62%碱泵送入最终浓缩器熔盐加热使碱浓度从62.2%升高到99%。在单独通过最终浓缩器的过程中，降膜浓缩运行产生的二次蒸汽用来加热Ⅲ效降膜蒸发器。

98.3%的熔融碱通过节流孔的限制进入闪蒸器，熔融碱压力在闪蒸器骤减，产生闪蒸效应，以达到≥98.5%的设计浓度。闪蒸所产生的二次汽在闪蒸器内与熔融碱分离并排空。

闪蒸器出来的高浓度熔融碱在重力作用下，通过再分配器去（2台或1台）片碱机，在此处被加工成低温片碱。

生产出的片碱在重力作用下经过片碱出料溜槽进入2台半自动包装秤进行称重包装，装好的袋子通过皮带输送机传送到缝袋机进行封口，之后进行码垛。

Ⅰ效降膜蒸发器产生的二次汽由表面冷却器冷凝。冷却后的二次汽冷凝液，及自Ⅰ效降膜蒸发器壳程的冷凝水，汇入冷凝水槽，由冷凝水泵送出界区。表面冷却器内不能冷凝的不凝气由水环真空泵抽出排空。

Ⅲ效降膜蒸发器产生的二次汽由表面冷却器冷凝。冷却后的二次汽冷凝液和自Ⅲ效降膜蒸发器壳程的冷凝水一并汇入冷凝水槽，由冷凝水泵送出界区。表面冷却器内不能冷凝的不凝器由水环真空泵抽出排空，降膜蒸发工艺流程示意图见图1。

1.3降膜蒸发器的优点

（1）停留时问短，对热敏性物料不会引起降解；

（2）由于呈薄衣状，液体流速较大，因此蒸发给热系数相应较大；

（3）压降小，因此换热器工艺侧的压力和阻度几乎接近常数，可不用或少用显热；

（4）由于工艺流体仅在重力作用下流动，而不是命高阻差来推动，所以允许使用更经济的低阻差；

（5）设备内滞液且少；

（6）沸腾为对流沸腾，因此，管子表面状态对沸腾的影响较小。

1.4降膜蒸发器的缺点

（1）操作性能主要取决于液体分布器性能；

（2）对设备安装垂直度要求较高（如9 m长管子垂直度要求不大于6.4 mm）；

图1　降膜蒸发工艺流程图

（3）为保证管内完全湿润，需较高的液体流量和较长的管子；

（4）为了机械清垢要求换热管管壁较厚；

（5）降膜蒸发器费用较高；

（6）不适合处理易结垢或有固粒的物料。

2　降低蒸汽消耗措施

（1）适当提高进入蒸发器的生蒸汽压力。生蒸汽是电解液蒸发的热源，较高的生蒸汽压力可以使蒸发系统获得较大的温差，使装置具有较大的生产能力。同时还应保证蒸汽压力的平稳运行。

（2）提高真空度。提高效体真空度可降低蒸发器内物料的沸点，增加有效温差，不仅可以降低蒸汽消耗，而且大幅度提高蒸发器的生产能力。如果采用中压蒸汽，高真空就可以降低蒸汽消耗，同时一定要保证二次蒸汽的循环利用，在操作的时候一定要保证不凝气的定时排放。生产50%碱的蒸汽消耗一般在0.52～0.54 t/t 100%NaOH。在实际的操作过程中还可以根据自己的操作经验摸索出再次降低蒸汽消耗的操作方法。

（3）定时排放不凝性气体。蒸汽中含有1%的不凝气，传热系数下降60%，严重降低换热效率。冷凝水附着在受热表面就是增加热阻，阻碍了蒸汽凝结传热，膜状凝结之所以比珠状凝结传热效率低就因如此。而不凝性气体的传热不如蒸汽凝结相变传热系数大，所以在蒸汽中尽量减少不凝性气体，要按时进行不凝性气体的排放。

（4）充分利用冷凝水余热，提高进料液浓度。在降膜生产工艺中用产生的冷凝水对39%碱进行预热，提高碱液的温度。对进入浓效的39%碱液进行充分的换热，提高进效温差，减少换热温差。

（5）加强设备保温，减少热损。为了减少热损失，从电解液来料到出料管路系统的所有设备、管道、法兰、人孔、阀门、贮罐等，均应采取必要的保温措施，蒸发为单套生产，必须有一定量的电解液储量才能平衡生产，电解液贮罐成为电解液周转的主要设备，该贮罐未保温时，电解液加料的温度会由原来的85℃降为60℃，蒸汽消耗会有所提高。在保温良好的情况下，此项损失仅占供热量的2%～5%；如果保温方法不当，此项损失为10%～15%。

（6）加强工艺控制，稳定蒸发罐液面。自动控制在蒸发工序中具有重要作用。首先，各蒸发器液位要保持平稳，液位过高，气液分离空间过小，导致二次蒸汽带碱；液位过低，料液在加热室内过早沸腾，造成加热室内结盐快，缩短洗效周期，使设备生产能力降低，气耗升高。液位波动就会造成出料浓度忽高忽低，不但增加了调节的难度，也将影响蒸汽消耗，出料质量分数每增加1%，吨碱汽耗升高20～30 kg。

（7）及时移除碱溶液侧产生的二次蒸汽，提高二次汽的利用率。蒸发是一个消耗大量加热蒸汽而产生大量二次蒸汽的过程。从节能观点出发，多效降膜式蒸发器充分利用蒸发所产生的二次蒸汽作为其他效体的加热源，即要求蒸发装置能提供温度较高的二次汽，这样既可减少锅炉生蒸汽的消耗量，又可减少末效进入冷凝器的二次蒸汽量，提蒸汽的利用率。一般所用饱和蒸汽不超过180℃，若超过180℃，其相对压强就很高，这样会增加设备以及操作费用。稳定控制浓效蒸发室压力，正压过大表明二次汽利用率低。

（8）碱损失对汽耗的影响。蒸汽消耗直接与碱产量有关，如果产出的碱有损失，必然导致吨碱汽耗上升。因此在平时的开停车过程中要尽量做到减少碱液的浪费，减少头碱的排放。

（9）控制工艺指标。操作人员应对所有的数据极度敏感，细微的变化都应能够发现，并在最短的时间作出判断处理。一个数据的变化会连锁所有数据的变化，同时会造成效体液位的波动以及蒸汽压力的波动，并造成蒸汽汽耗提高。

3　结语

（1）不管是降膜蒸发器还是升膜蒸发器，都应根据溶液的特性决定；

（2）从节能的角度出发，应加大对二次蒸汽的利用率，如果首效采用较高压力的生蒸汽进行加热，则末效可以采用真空蒸发。此时，末效产生的二次蒸汽，具有较高的温度，其热能绝大部分被利用。

总之，影响蒸发生产以及蒸汽消耗的因素多种多样，不管在平时的操作还是在每次的开停车过程中，都应平稳操作，避免大幅度的波动。严格控制各项工艺指标，尽量减少各个指标的波动。随着使用的设备以及生产工艺不同而变化。但是主要分为技术因素、环境因素以及管理因素。其中技术因素可以通过不断的创新改革，采用新技术、新工艺在生产工艺上进行优化。在此基础上进行科学管理，充分的调动员工的积极性，保证新技术发挥最大效果。

Falling film evaporator operation and reducing steam consumption measures

JIA Peng，XIE Hai-long，WANG Lei
（Xinjiang Zhongtai Chemical Co.，Ltd.，Urumqi 830023，China）

The principle，advantages and disadvantages of falling film evaporator and its technological process were described，and how to reduce the steam consumption was summarized.

falling film evaporator；steam；consumption；energy saving

TQ114.26+8

B

1009-1785（2016）06-0015-03

2015-05-08