三氯化铁酸性溶液蒸发系统概述

夏 斌，何 飞，张 龙，杨 阳

（南通星球石墨设备有限公司，江苏 南通 226011）

1 三氯化铁酸性溶液蒸发系统流程简述

自界外来的三氯化铁溶液，经一、二级预热器预热后，进入一效蒸发器，经饱和生蒸汽加热后进入一效分离罐，蒸发出来的水蒸气经分离后作为二效蒸发器的加热热源，从一效分离罐出来的一大部分液体通过一效轴流强制循环送入一效蒸发器，一部分液体靠自压送入二效蒸发器；经来自一效分离罐出来的二次蒸汽加热后，气液一起进入二效分离罐进行分离，分离出的二次蒸汽作为三效加热热源。进入二效分离罐的液体经分离后，一部分液体通过二效轴流泵强制循环送入二效蒸发器，一部分液体靠自压送入三效蒸发器，进入三效蒸发器的液体经来自二效分离罐来的二次蒸汽加热，进入三效分离罐离后，一部分液体汽化闪蒸出来的二次蒸汽从三效分离罐出来去蒸发冷凝器，水蒸气被壳程的循环水冷却后变成冷凝水，进入真空缓冲罐。三效分离罐出来的液体，大部分通过三效轴流泵强制循环送入三效蒸发器，一部分物料含由三效出料泵送入冷却器冷却后，可以去界外进行处理，三氯化铁酸性溶液蒸发流程图见图1。

2 三氯化铁酸性溶液蒸发特点

2.1 蒸发的形式

在工业中常用的加热方式有直接加热和间接加热。直接加热的优势是传热速率高，劣势是应用范围受到被蒸发物料和蒸发要求的限制；间接加热是热量通过间壁式换热设备传给被蒸发溶液而使溶液气化。一般工业蒸发多采用间接加热。

间接加热蒸发器分为循环型和单程型两大类，循环型分为中央循环管式、悬挂筐式、外加热式、列管式及强制循环式等；单程型有升膜式、降膜式及刮板式等。

本工艺适合采用降膜蒸发，因为此蒸发管具有结构简单、制造方便、操作可靠、投资费用较少、防堵塞、耐磨、抗冲击能力强、抗急冷急热效果好、传热系数大、抗盐析、抗结垢、适应性强、易于清洗等优点。

2.2 蒸发流程

多效蒸发器的流向一般有并流加料、逆流加料、分流加料和错流加料。

图1 三氯化铁酸性溶液蒸发流程图

并流（顺流）加料蒸发流程是工业上最常用的一种方法。原料液和加热蒸汽都加入Ⅰ效蒸发，溶液顺序流过Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ效，从Ⅲ效取出完成液。加热蒸汽在Ⅰ效加热室中被冷凝后，经冷凝水排除器排出；从Ⅰ效出来的二次蒸汽进入Ⅱ效加热室供加热用；Ⅱ效的二次蒸汽进入Ⅲ效加热室；Ⅲ效的二次蒸汽进入冷凝器中冷凝后排出，三氯化铁酸性溶液蒸发流程图见图1。

2.2.1 并流加料的优点

（1）溶液从压强和温度高的蒸发器流向压强和温度低的蒸发器，溶液可依靠效间的压差流动而不需泵送；（2）溶液进入温度和压强较低的下一效时处于过热状态，因而会产生额外的气化，得到较多的二次蒸汽；（3）完成液在末效排出，其温度最低，故总的热量消耗较低。

2.2.2 并流加料的缺点

由于各效中溶液的浓度依次增高，而温度依次降低，因此溶液的黏度增加很快，使加热室的传热系数依次下降，这将导致整个蒸发装置生产能力的下降或传热面积的增加。由此可见，并流加料流程只适用于黏度随温度变化不大的料液蒸发。同时由于温度降低，溶液中的溶质溶解度也会下降，因此，并流蒸发适用于溶解度随温度变化小的蒸发过程。而三氯化铁溶液的粘度随温度的变化就很小，溶解度随温度的变化也很小，适合于并流蒸发。

2.2.3 逆流加料优点

溶液浓度在各效中依次增高的同时，温度也随之增高，各效内溶液的黏度变化不大，这种流程适用于粘度随浓度和温度变化较大的溶液蒸发。

2.2.4 逆流加料的缺点

（1）溶液在效间是从低压流向高压的，必须用泵输送；（2）溶液在效间是从低温流向高温，每一效的进料相对而言均为冷液，没有自蒸发，产生的二次蒸汽量少于并流流程；（3）完成液在第一效排出，其温度较高，带走热量较多而且不利于热敏性料液的蒸发。

综上所述，三氯化铁溶液浓缩宜选用并流加料流程。

3 系统设计特点

系统设计特点如下。

（1）防止设备和系统管路结垢，确保系统长期可靠连续稳定运行，故障率低；（2）检测维护、运行管理方便容易；（3）运行具有较大的灵活性、自动性；（4）热能利用效率高；（5）能耗药耗低，运行和维护成本低；（6）布置紧凑占地少，节约土地资源；（7）排放蒸馏水质好，可回收利用；（8）废气达标排放/无二次污染。

4 控制系统及构成

为了使工艺生产线处于最佳运行状态，保证产品质量，节约能源，提高劳动生产率，系统采用技术先进、性能可靠的集散型计算机控制系统，对全系统的工艺流程进行集中监控管理，分散控制。该系统由操作站、现场站、系统通讯网络组成。操作站设置于中央控制室，操作站通过键盘完成生产过程的监控和操作，包括用电设备的备妥、运行、帮障等状态的显示，生产过程参数的显示、设定、报警、记录和自动控制等，现场控制站完成顺序逻辑控制的起动顺序和联锁关系，开关量和模拟量的数据采集、处理、PID回路的控制等。

该系统由控制部分和检测部分组成。控制部分由控制器、模拟量输入输出模块、稳压电源、控制柜及电气附件组成。检测部分由温度传感器、压力测量、液位传感器、流量控制器、比例调节阀等组成。

5 效数论证

蒸发器的类型一般有单效蒸发和多效蒸发。单效蒸发是蒸发装置中只有一个蒸发器，蒸发时产生的二次蒸汽直接进入冷凝器不再利用；多效蒸发器是将几个蒸发器串联操作，使蒸汽的热能得到多次利用，蒸发器的串联个数称谓效数。多效蒸发器的效数受到经济和技术的限制。效数的多少是由加热蒸汽的温度与末效的温差决定的，温差越大，效数越多，运行成本越低，但投资越大，各效的有效传热温度差不能小于6～10℃，三氯化铁溶液适宜采用三效蒸发。

6 结语

通过对蒸发的形式、蒸发的流程以及对蒸发效数的阐述，结合多效降膜蒸发器的特点，说明了三氯化铁溶液的浓缩适宜使用三效降膜蒸发系统。