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双效降膜热泵顺流蒸发在氯化铵废水中的应用

刘彩娟,王志芳
(石家庄工大化工设备有限公司,河北 石家庄  050031)
摘要:氯化铵废水严重污染环境,采用双效降膜加热泵的蒸发工艺回收氯化铵,可以解决氯化铵溶液对设备材质的腐蚀问题、环境污染问题、氯化铵的回收问题。该工艺具有流程简单,运行成本低,能耗低,设备投资少的特点,经实际应用,取得了很好的经济效益和社会效益。
关键词:蒸发;降膜蒸发器;顺流;热泵;氯化铵废水
Application of Double Falling-film Evaporation and Heat Pump Process
in Ammonia Chloride Wastewater
LIU Cai-juan,XING Xiao-xia,  WNAG Zhi-fang,WANG Feng
(Shjjiazhang GONGDA Chemical Industry Equipment Co.,Ltd,Shjjiazhang 050031,China)
AbstractAmmonia chloride waste water seriously polluted environment, application with the evaporation process of double falling-film and heat pump,retrieve ammonia chloride,which can solve some questions, such as ammonia chloride solution to corrosion of equipment material. pollution environment and recovery ammonia chloride meanwhile .The possess is lower cost, lower energy consumption, less investment of equipment. Through actual application, obtained perfect economic and social profit.
Key words: evaporation;falling film evaporator;concurrent flow;heat pump; ammonia chloride wastewater
 
含氯化铵的工业废水对环境的污染相当严重,而工业废水的处理又是很大的难题。采用单效蒸发,蒸汽消耗高,并且氯化铵溶液对材质的腐蚀十分严重。基于此,我们对氯化铵废水处理工艺进行了研究,采用双效降膜加热泵的顺流工艺进行蒸发,设备材质选用耐腐蚀的钛材。
1  蒸发技术
蒸发是溶液浓缩的单元操作,是化工生产的重要单元过程。降膜蒸发器是料液从蒸发器顶部进入料液分布器,把料液均匀地分布到每根加热管中,使其呈膜状沿管内壁往下流动,液膜受到从管壁传入的热量而蒸发汽化[1]
在工业生产中要蒸发大量水分,为了减少加热蒸汽消耗量,可采用多效蒸发。多效蒸发是将多个蒸发器连接起来的系统,后一效的操作压力和溶液沸点均较前一效低,仅在压力最高的第一效加入新鲜的加热蒸汽,所产生的二次蒸汽作为后一效的加热蒸汽,即后一效的加热室成为前一效二次蒸汽的冷凝器。因此多效蒸发不但明显地减少了加热蒸汽的耗量,而且也明显地减少了冷却水的耗量,其对比数据见表1。
1
 
单效
双效
三效
四效
五效
单位蒸汽消耗量(D/W)min,kg/kg
1.1
0.57
0.4
0.3
0.27
冷却水消耗量G/W,kg/kg
13.5
6.75
4.5
3.88
2.7
由表1可以看出,效数增加,汽耗量与水耗量同时下降,但效数要受两方面的限制:
(1)设备投资与设备折旧费的限制   设备投资几乎与效数成正比增加,而能耗的减少(蒸汽耗量与水耗量的减少)却与效数成弱比例。当因节能而省下的开支不足以补偿设备折旧费的增加时,增加效数就失去经济价值。此外在投资有限时,其效数也受限制。
(2)温度差的限制   首效的加热蒸汽压力和末效的真空度都有一定的限制,所以装置的总温差是一定的。多效蒸发器组的每一效中都有沸点升高引起的温差损失Δ,,以及其它温差损失。而各效的有效温差与各效的温差损失之和等于总温差,因此各个单效的有效温差就要比总温差小得多。虽然n效蒸发器组的总传热面积n倍于单效蒸发器,但在相同总温差下,其生产能力却要低于单效蒸发器[2]。
根据加热蒸汽与料液的流向关系,多效蒸发的操作流程可分为多种,顺流、逆流、错流和平流。
2 含氯化铵废水蒸发的工艺难点
氯化铵废水中因为含有较高浓度的Cl-,对设备材质的腐蚀极其严重;另一方面,氯化铵废水蒸发到结晶浓度时的能耗过高。工业生产中氯化铵废水中氯化铵的含量都比较低,如果采用单效蒸发回收氯化铵,蒸汽消耗过高,运行成本费用高,很多企业都不能接受。
3  工艺流程
3.1  工艺流程的确定
(1)热泵技术  热泵技术是将低品质的二次蒸汽转化为高品质能源进行利用,起到节能的效果。在蒸发行业中,多用喷射式热泵,因其没有转动部件,不易损坏、易维修,也便于对现有设备进行改造。带有热泵的双效蒸发系统单位蒸汽能耗为0.44 t/t,所以该工艺中加一热泵。另外有热泵蒸发的工艺,操作温度较低,在低温下操作更有利于设备的抗腐蚀能力。
(2)双效蒸发  单效蒸发器的能耗指标很高,每蒸1 t水消耗蒸汽1.1 t,但其设备和厂房的投资最少。双效蒸发的蒸汽消耗占单效的一半,基础投资是单效的一倍多。三效蒸发的单耗更低,而基本投资更高。综合考虑到设备的投资和蒸汽消耗的问题,该工艺采用双效蒸发。
(3)顺流蒸发  在顺流蒸发中,后一效蒸发室的压强比前一效的低,溶液可以利用各效间的压强差进行输送,而不必另外用泵,另外由于后一效溶液的沸点较前一效的低,故前一效溶液进入到后一效时,会因过热而自行蒸发,并且在温度最低的末效溶液的浓度最高,在很大程度上可以避免结疤结垢现象的发生。在氯化铵废水蒸发工艺中采用顺流蒸发流程,操作简单可行。
(4)采用降膜蒸发器  降膜蒸发器具有传热系数高、温差损失小、物料加热时间短、不易变质的特点,适用于处理热敏性物料、易于实现多效操作,因此被广泛的应用于蒸发的过程中[3],并且在温差不大的降膜蒸发器中,汽化是在液膜表面进行的,对于设备的抗结疤能力是有利的。针对该工艺,适合采用降膜蒸发器。
(5)余热利用  二效的二次汽进入到乏汽预热器进行再利用,冷凝水进入到冷凝水预热器进行余热再利用,使整套系统的能耗降低。
3.2  工艺流程图(图1)
图1  含氯化铵废水的蒸发工艺流程图
物流流向:工艺废水经预处理后,经过乏气预热器和冷凝水预热器预热到一定温度后,进入一效蒸发器蒸发;溶液在一效蒸发器蒸发到一定浓度后,进入二效蒸发器蒸发,蒸发浓缩到规定浓度后,排放到结晶罐,经冷却结晶,离心分离后得到氯化铵晶体,母液重新返回二效蒸发器进行蒸发。
蒸汽流向:生蒸汽经热泵减压后进入一效加热室壳程,换热冷凝。一效管程内的氯化铵溶液受热蒸发,进分离室后汽液分离,产生的二次蒸汽部分被热泵抽吸、压缩后返回一效加热室壳程;其余二次蒸汽进入到二效加热室壳程,换热冷凝。二效管程内的氯化铵溶液受热蒸发,进分离室后汽液分离,产生的二次蒸汽先进入到乏汽预热器预热原料液,未经冷凝的乏汽进入间接冷凝器中冷凝。不凝气体由真空泵抽出,排入大气。
冷凝水流向:一效加热室壳程的冷凝水进入到二效加热室壳程,闪蒸出部分蒸汽后与二效冷凝水混合,依次进入冷凝水罐和冷凝水预热器,最后去下一工序再利用。
材质的选取
  在氯化铵废水中含有较高浓度的氯离子,对设备的腐蚀极为严重,因此选用耐腐蚀性强的钛材,在氯化铵溶液中,温度20℃~100℃,各种浓度下,钛材的腐蚀速度<0.013㎜/a【4】,所以选用钛材配合加热泵的低温蒸发可以解决氯化铵蒸发时的设备腐蚀问题。
5  结  论
综合以上考虑该套工艺采用双效降膜加热泵的蒸发工艺,可以有效地解决氯化铵废水蒸发过程的设备腐蚀、能耗过高等问题。另外该工艺设计简单,操作方便,运行费用低,在实际应用中已经得到了证明,具有十分明显的经济效益和社会效益[5]
参考文献
[1]王松汉主编.石油化工设计手册》(第三卷)[M].北京.化学工业出版社,2001,12
[2]时均等主编.化学工程手册(第二版)上卷[M].北京.化学工业出版社,1996,1
[3]司孟华,朱玉峰,张继军,等。对羟基左旋苯甘氨酸三效热泵蒸发结晶工艺的开发研究[J].现代化工,2007,27(4):49-53
[4]朱组芳等编著. 中国腐蚀与防护学会主编.有色金属的耐腐蚀性及其应用[M].北京.化学工业出版社,1996
[5]赵  斌,张少峰,李金红,等。三效错流降膜真空蒸发低浓度氯化铵废水工艺[J].无机盐工业,2006,38(8):35-37
 
发表于《石油和化工设备》2008年第一期
来源:衡创工大现代塔器公司      时间:2009/1/19 23:33:38
 
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