賈　鵬，謝海龍，萬　磊（新疆中泰化學(xué)股份有限公司華泰氯堿廠，新疆 烏魯木齊 830026）

降膜蒸發(fā)器運(yùn)行狀況以及降低蒸汽消耗的措施

賈鵬，謝海龍，萬磊
（新疆中泰化學(xué)股份有限公司華泰氯堿廠，新疆 烏魯木齊 830026）

闡述了降膜蒸發(fā)器的原理、優(yōu)缺點(diǎn)以及降膜蒸發(fā)器的工藝流程，并對(duì)在平時(shí)的操作過程中如何降低蒸汽消耗做出了總結(jié)。

降膜蒸發(fā)器；蒸汽；消耗；節(jié)能

氯堿行業(yè)作為耗能大戶，在蒸發(fā)過程中蒸汽的消耗尤為突出，氯堿企業(yè)為了提升綜合競(jìng)爭(zhēng)力就要通過改善生產(chǎn)工藝，以達(dá)到降低蒸汽消耗，降低成本的目的。在蒸發(fā)生產(chǎn)過程中運(yùn)用最為普遍的就是降膜蒸發(fā)器和升膜蒸發(fā)器，就2種不同的蒸發(fā)器都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)存在，最大的區(qū)別就在于料液進(jìn)入的方式不同，升膜蒸發(fā)器料液從底部進(jìn)入，降膜蒸發(fā)器料液從頂部進(jìn)入。下面就降膜蒸發(fā)器運(yùn)行以及如何降低蒸汽消耗的措施展開討論。

1　降膜蒸發(fā)器

1.1降膜蒸發(fā)器工作原理

降膜蒸發(fā)器設(shè)計(jì)為管束式降膜換熱器，料液由降膜管頂部經(jīng)液體分配器均勻進(jìn)入，料液在自身重力作用下在加熱管內(nèi)成均勻膜狀向下流動(dòng)并與管壁另一側(cè)熱載體進(jìn)行換熱，料液中的水分被蒸發(fā)，從而達(dá)到設(shè)計(jì)濃縮的目的。與升膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)基本相同，主要區(qū)別在于原料液是從加熱室的頂部加入，在重力的作用下沿管內(nèi)壁形成膜狀下降，并進(jìn)行蒸發(fā)，濃縮液從加熱室的底部進(jìn)入到分離器內(nèi)并從底部排出，二次蒸汽由頂部溢出。由于二次蒸汽的流向與料液的流向一致，所以能促進(jìn)料液的向下運(yùn)動(dòng)并形成薄膜。在每根加熱管的頂部必須裝有降膜分布器，以保證每根管子的內(nèi)壁都能為料液所濕潤，并不斷有液體緩慢流過，否則，一部分管壁形成干壁現(xiàn)象，不能達(dá)到最大的生產(chǎn)能力，甚至不能保證產(chǎn)品質(zhì)量。

1.2降膜蒸發(fā)器運(yùn)行

來自離子膜工序的32%左右堿液先進(jìn)32%液堿貯槽，由32%堿泵送入Ⅰ效降膜蒸發(fā)器被濃縮到38.6%左右。在單獨(dú)通過此蒸發(fā)器的過程中，物料側(cè)在真空下運(yùn)行，Ⅰ效降膜蒸發(fā)器由Ⅱ效降膜蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次汽進(jìn)行加熱。

來自Ⅰ效降膜蒸發(fā)器濃度為38.6%的堿液，由39%堿泵送入換熱器和預(yù)熱后送入Ⅱ效降膜蒸發(fā)器繼續(xù)濃縮至50%。堿液通過這2臺(tái)換熱器后，溫度由71.5℃升高到約135.3℃。在單獨(dú)通過Ⅱ效降膜蒸發(fā)器的過程中，物料側(cè)在大氣壓下運(yùn)行，這一段由中壓蒸汽加熱。

來自Ⅱ效降膜蒸發(fā)器濃度為50%的堿液由50%堿泵送入Ⅲ效降膜蒸發(fā)器進(jìn)一步濃縮至62.2%?；蚋鶕?jù)銷售需要部分經(jīng)冷卻器（HE-1104）冷卻后產(chǎn)出濃度為50%的成品液堿。在單獨(dú)通過Ⅲ效降膜蒸發(fā)器的過程中，物料側(cè)在真空下運(yùn)行，Ⅲ效降膜蒸發(fā)器由最終濃縮器產(chǎn)生的二次蒸汽加熱。

Ⅲ效降膜蒸發(fā)器內(nèi)62.2%的堿液由62%堿泵送入最終濃縮器熔鹽加熱使堿濃度從62.2%升高到99%。在單獨(dú)通過最終濃縮器的過程中，降膜濃縮運(yùn)行產(chǎn)生的二次蒸汽用來加熱Ⅲ效降膜蒸發(fā)器。

98.3%的熔融堿通過節(jié)流孔的限制進(jìn)入閃蒸器，熔融堿壓力在閃蒸器驟減，產(chǎn)生閃蒸效應(yīng)，以達(dá)到≥98.5%的設(shè)計(jì)濃度。閃蒸所產(chǎn)生的二次汽在閃蒸器內(nèi)與熔融堿分離并排空。

閃蒸器出來的高濃度熔融堿在重力作用下，通過再分配器去（2臺(tái)或1臺(tái)）片堿機(jī)，在此處被加工成低溫片堿。

生產(chǎn)出的片堿在重力作用下經(jīng)過片堿出料溜槽進(jìn)入2臺(tái)半自動(dòng)包裝秤進(jìn)行稱重包裝，裝好的袋子通過皮帶輸送機(jī)傳送到縫袋機(jī)進(jìn)行封口，之后進(jìn)行碼垛。

Ⅰ效降膜蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次汽由表面冷卻器冷凝。冷卻后的二次汽冷凝液，及自Ⅰ效降膜蒸發(fā)器殼程的冷凝水，匯入冷凝水槽，由冷凝水泵送出界區(qū)。表面冷卻器內(nèi)不能冷凝的不凝氣由水環(huán)真空泵抽出排空。

Ⅲ效降膜蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次汽由表面冷卻器冷凝。冷卻后的二次汽冷凝液和自Ⅲ效降膜蒸發(fā)器殼程的冷凝水一并匯入冷凝水槽，由冷凝水泵送出界區(qū)。表面冷卻器內(nèi)不能冷凝的不凝器由水環(huán)真空泵抽出排空，降膜蒸發(fā)工藝流程示意圖見圖1。

1.3降膜蒸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)

（1）停留時(shí)問短，對(duì)熱敏性物料不會(huì)引起降解；

（2）由于呈薄衣狀，液體流速較大，因此蒸發(fā)給熱系數(shù)相應(yīng)較大；

（3）壓降小，因此換熱器工藝側(cè)的壓力和阻度幾乎接近常數(shù)，可不用或少用顯熱；

（4）由于工藝流體僅在重力作用下流動(dòng)，而不是命高阻差來推動(dòng)，所以允許使用更經(jīng)濟(jì)的低阻差；

（5）設(shè)備內(nèi)滯液且少；

（6）沸騰為對(duì)流沸騰，因此，管子表面狀態(tài)對(duì)沸騰的影響較小。

1.4降膜蒸發(fā)器的缺點(diǎn)

（1）操作性能主要取決于液體分布器性能；

（2）對(duì)設(shè)備安裝垂直度要求較高（如9 m長管子垂直度要求不大于6.4 mm）；

圖1　降膜蒸發(fā)工藝流程圖

（3）為保證管內(nèi)完全濕潤，需較高的液體流量和較長的管子；

（4）為了機(jī)械清垢要求換熱管管壁較厚；

（5）降膜蒸發(fā)器費(fèi)用較高；

（6）不適合處理易結(jié)垢或有固粒的物料。

2　降低蒸汽消耗措施

（1）適當(dāng)提高進(jìn)入蒸發(fā)器的生蒸汽壓力。生蒸汽是電解液蒸發(fā)的熱源，較高的生蒸汽壓力可以使蒸發(fā)系統(tǒng)獲得較大的溫差，使裝置具有較大的生產(chǎn)能力。同時(shí)還應(yīng)保證蒸汽壓力的平穩(wěn)運(yùn)行。

（2）提高真空度。提高效體真空度可降低蒸發(fā)器內(nèi)物料的沸點(diǎn)，增加有效溫差，不僅可以降低蒸汽消耗，而且大幅度提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力。如果采用中壓蒸汽，高真空就可以降低蒸汽消耗，同時(shí)一定要保證二次蒸汽的循環(huán)利用，在操作的時(shí)候一定要保證不凝氣的定時(shí)排放。生產(chǎn)50%堿的蒸汽消耗一般在0.52～0.54 t/t 100%NaOH。在實(shí)際的操作過程中還可以根據(jù)自己的操作經(jīng)驗(yàn)摸索出再次降低蒸汽消耗的操作方法。

（3）定時(shí)排放不凝性氣體。蒸汽中含有1%的不凝氣，傳熱系數(shù)下降60%，嚴(yán)重降低換熱效率。冷凝水附著在受熱表面就是增加熱阻，阻礙了蒸汽凝結(jié)傳熱，膜狀凝結(jié)之所以比珠狀凝結(jié)傳熱效率低就因如此。而不凝性氣體的傳熱不如蒸汽凝結(jié)相變傳熱系數(shù)大，所以在蒸汽中盡量減少不凝性氣體，要按時(shí)進(jìn)行不凝性氣體的排放。

（4）充分利用冷凝水余熱，提高進(jìn)料液濃度。在降膜生產(chǎn)工藝中用產(chǎn)生的冷凝水對(duì)39%堿進(jìn)行預(yù)熱，提高堿液的溫度。對(duì)進(jìn)入濃效的39%堿液進(jìn)行充分的換熱，提高進(jìn)效溫差，減少換熱溫差。

（5）加強(qiáng)設(shè)備保溫，減少熱損。為了減少熱損失，從電解液來料到出料管路系統(tǒng)的所有設(shè)備、管道、法蘭、人孔、閥門、貯罐等，均應(yīng)采取必要的保溫措施，蒸發(fā)為單套生產(chǎn)，必須有一定量的電解液儲(chǔ)量才能平衡生產(chǎn)，電解液貯罐成為電解液周轉(zhuǎn)的主要設(shè)備，該貯罐未保溫時(shí)，電解液加料的溫度會(huì)由原來的85℃降為60℃，蒸汽消耗會(huì)有所提高。在保溫良好的情況下，此項(xiàng)損失僅占供熱量的2%～5%；如果保溫方法不當(dāng)，此項(xiàng)損失為10%～15%。

（6）加強(qiáng)工藝控制，穩(wěn)定蒸發(fā)罐液面。自動(dòng)控制在蒸發(fā)工序中具有重要作用。首先，各蒸發(fā)器液位要保持平穩(wěn)，液位過高，氣液分離空間過小，導(dǎo)致二次蒸汽帶堿；液位過低，料液在加熱室內(nèi)過早沸騰，造成加熱室內(nèi)結(jié)鹽快，縮短洗效周期，使設(shè)備生產(chǎn)能力降低，氣耗升高。液位波動(dòng)就會(huì)造成出料濃度忽高忽低，不但增加了調(diào)節(jié)的難度，也將影響蒸汽消耗，出料質(zhì)量分?jǐn)?shù)每增加1%，噸堿汽耗升高20～30 kg。

（7）及時(shí)移除堿溶液側(cè)產(chǎn)生的二次蒸汽，提高二次汽的利用率。蒸發(fā)是一個(gè)消耗大量加熱蒸汽而產(chǎn)生大量二次蒸汽的過程。從節(jié)能觀點(diǎn)出發(fā)，多效降膜式蒸發(fā)器充分利用蒸發(fā)所產(chǎn)生的二次蒸汽作為其他效體的加熱源，即要求蒸發(fā)裝置能提供溫度較高的二次汽，這樣既可減少鍋爐生蒸汽的消耗量，又可減少末效進(jìn)入冷凝器的二次蒸汽量，提蒸汽的利用率。一般所用飽和蒸汽不超過180℃，若超過180℃，其相對(duì)壓強(qiáng)就很高，這樣會(huì)增加設(shè)備以及操作費(fèi)用。穩(wěn)定控制濃效蒸發(fā)室壓力，正壓過大表明二次汽利用率低。

（8）堿損失對(duì)汽耗的影響。蒸汽消耗直接與堿產(chǎn)量有關(guān)，如果產(chǎn)出的堿有損失，必然導(dǎo)致噸堿汽耗上升。因此在平時(shí)的開停車過程中要盡量做到減少堿液的浪費(fèi)，減少頭堿的排放。

（9）控制工藝指標(biāo)。操作人員應(yīng)對(duì)所有的數(shù)據(jù)極度敏感，細(xì)微的變化都應(yīng)能夠發(fā)現(xiàn)，并在最短的時(shí)間作出判斷處理。一個(gè)數(shù)據(jù)的變化會(huì)連鎖所有數(shù)據(jù)的變化，同時(shí)會(huì)造成效體液位的波動(dòng)以及蒸汽壓力的波動(dòng)，并造成蒸汽汽耗提高。

3　結(jié)語

（1）不管是降膜蒸發(fā)器還是升膜蒸發(fā)器，都應(yīng)根據(jù)溶液的特性決定；

（2）從節(jié)能的角度出發(fā)，應(yīng)加大對(duì)二次蒸汽的利用率，如果首效采用較高壓力的生蒸汽進(jìn)行加熱，則末效可以采用真空蒸發(fā)。此時(shí)，末效產(chǎn)生的二次蒸汽，具有較高的溫度，其熱能絕大部分被利用。

總之，影響蒸發(fā)生產(chǎn)以及蒸汽消耗的因素多種多樣，不管在平時(shí)的操作還是在每次的開停車過程中，都應(yīng)平穩(wěn)操作，避免大幅度的波動(dòng)。嚴(yán)格控制各項(xiàng)工藝指標(biāo)，盡量減少各個(gè)指標(biāo)的波動(dòng)。隨著使用的設(shè)備以及生產(chǎn)工藝不同而變化。但是主要分為技術(shù)因素、環(huán)境因素以及管理因素。其中技術(shù)因素可以通過不斷的創(chuàng)新改革，采用新技術(shù)、新工藝在生產(chǎn)工藝上進(jìn)行優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行科學(xué)管理，充分的調(diào)動(dòng)員工的積極性，保證新技術(shù)發(fā)揮最大效果。

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