影响降膜蒸发器中成膜原因分析

1、氯碱工业第6期No. 62001年6月J un. ,2001Chlor -Alkali Industry 【蒸发与固碱】影响降膜蒸发器中成膜原因分析李学斌(锦化化工(集团 有限责任公司, 辽宁葫芦岛125001关键词烧碱; 蒸发; 降膜式蒸发器; 成膜摘要阐述了降膜蒸发器的成膜过程, 分析了影响碱液成膜的原因包括:碱液极限最低进料量和浓度, 热流强度和降膜管上的分布器垂直度。指出若想使碱液在降膜管内均匀成膜, 首先必须保证降膜管上的分部器垂直且不能松动, 其次要控制好极限进料量和极限浓度, 还要保证稳定的蒸汽压力和蒸汽流速, 以及对高压蒸汽进行增湿, 利用蒸汽的汽化潜热来保证稳定的热流强度。中

2、图分类号TQ114. 268文献标识码B 文章编号1008-133X (2001 06-0018-02前言锦化化工(集团 有限责任公司为配套新上的12万t/a 离子膜烧碱装置, 再次引进意大利SET 公司三效逆流降膜蒸发生产工艺技术和设备, 于2000年9月26日正式投料试车。在近6程中, 度。, 供从事烧碱蒸发工作人员参考。液一起进入分离罐。经汽液分离后, 二次蒸汽作为下一效热源, 1降膜蒸发工艺流程碱液由泵经换热器加热后打入蒸发器的顶部, 经液体分布器进入蒸发室列管, 碱液在加热管内成膜状流动并与管外热载体进行热交换。料液中的水分被蒸发, 产生的二次蒸汽与被浓缩后的碱液一起向下流动, 在蒸

3、发器的底部进入汽液分离罐内。浓缩的碱液由分离罐底部经泵打出送入下一效蒸发器。二次汽由分离罐顶部排出并经增湿后进入下一效蒸发器的壳程作为该效蒸发器的热载体。流程图见图1。1阻汽排水罐;2效蒸发器;3效分离罐;4效碱液泵图1效降膜蒸发工艺流程3碱液在降膜蒸发器中成膜条件在降膜蒸发器中, 只有在蒸发器列管内壁的表面形成均匀的下降的液膜, 才能有效地进行传热, 液膜越薄越均匀传热效果越好。通过下降的液膜快速流动进行强化对流传热, 如果进口碱液分布不均, 进入各个列管流量小, 液膜偏流或沟流, 液膜不能将整个管的内壁覆盖, 造成管内的液膜中断或蒸干, 使有效传热面积减小, 并且使列管的壁温迅速升高, 碱

4、液中的少量杂质析出或粘附在管壁上出现结垢, 进一步减小传热面积和传热系数。传热效率的降低, 使产生的二次蒸汽量减少, 影响了下一效蒸发强度。如果进入各个列管的碱液流量过大, 管内成膜厚, 将2降膜蒸发原理进入降膜蒸发器的碱液是在分布器的帮助下, 借助于本身的重力作用, 使碱液垂直管壁呈均匀的液膜向下流动, 管外的热载体通过对流传导把热量传给蒸发的碱液, 因此只有在管的内壁形成均匀的膜, 才能有较高的传热系数。碱液在蒸发过程中在管内的停留时间短, 只有液层薄才能充分利用热载体与蒸发的碱液温差。碱液获得足够的热量迅速蒸发除去水分, 同时产生的二次蒸汽随浓缩后的碱收稿日期2001-03-2018第6

5、期李学斌:影响降膜蒸发器中成膜原因分析蒸发与固碱2001年6月减弱对流传热系数, 使碱浓度偏低。为使碱液在蒸发器中形成均匀的膜, 可以从以下3个方面考虑解决。3. 1控制极限最低进料量和极限浓度我们这套装置正常的加工量为36m 3/h , 最低进料量为9m 3/h 。如果进料量低于9m 3/h , 会发生液膜破裂。因为碱液进入降膜管后, 在向下流动的过程中有一个成膜发展过程, 使碱液能分布成均匀的液膜下流, 如果进料低于极限值, 下流的液膜因表面张力小, 发生液膜破裂, 膜状液流变成绳状液流并不断出现干壁区使传热面上的液膜受到破坏, 同时液膜向下流动过程中, 随着碱液的不断蒸发, 向下流动的液

6、膜越来越薄, 在列管下部有可能发生破裂。为了防止液膜破裂, 在控制极限进料量的同时, 还必须控制出口段的浓度, 因此我们在生产50%碱的时候, 控制效碱液中氢氧化钠的质量分数在42%45%, 这样效才能产生50%的碱液。3. 2热流强度的影响在降膜蒸发器内, 给管壁; (2 上吸取热量。蒸汽进入蒸发器时, 被冷凝成液体。蒸汽和壁面比较清洁时, 液滴润湿管表面, 液滴集成一定大小后形成一定厚度的液膜, 由重力作用沿壁面流下, 但壁上仍覆盖一层液膜, 这种冷凝方式称为膜状冷凝。如果蒸汽内含有油脂类物质或壁面被这类物质所玷污时, 冷凝液往往就不能润湿表面形成液滴。膜状冷凝时热量必须通过液膜来传导,

7、但热阻较大, 尽管这样在降膜蒸发过程中蒸汽冷凝方式仍以膜状冷凝为主。因降膜蒸发器的列管较长, 管下部的冷凝液膜厚度和流速较大, 且冷凝液流动时大都呈湍流形式, 传热系数仍很高, 依然能获得稳定的热流强度。在列管内碱液下流时随着膜层的减薄, 碱液浓度增大, 粘度随之增大, 而热载体和碱液是相对流动的, 所以壁温及碱温始终是下部高于上部。当降液管内物料密度减小时, 最大热负荷增大到超过极限热负荷时, 会引起剧烈的鼓泡液膜沸腾, 造成二次汽核心对液膜强烈的夹带, 液体脱离壁面产生飞溅现象, 将表面的液膜吹散到管中心。二次蒸汽流中出现的夹带造成二次蒸汽带碱, 二次蒸汽冷凝后形成的冷凝液中含碱超标, 导

8、致一部分碱流失。综上所述, 在降膜蒸发过程中, 要获得稳定的热流强度和避免二次蒸汽带碱, 首先要控制好蒸汽压力。在高压蒸汽的主管路上加一个压力调节阀, 把蒸汽压力控制在1. 0MPa , 同时对蒸汽进行增湿, 充分利用蒸汽的汽化潜热, 使蒸汽形成膜状冷凝, 以便使降膜管内的碱液获得稳定的热流强度。其次要不断排除蒸发器壳内的不凝性气体。不凝性气体随着蒸汽的不断冷凝, 浓度不断增高, 致使它在管壁附近形成一层热阻很大的气膜。这种气膜的存在使冷凝传热系数下降, 影响了传热效果。所以为了获得稳定的热流强度, 必须控制好蒸汽压力和保证稳定的蒸汽流速, 同时还要不断的排除蒸发器内的不凝性气体, 这样才能使

9、整个蒸发过程连续稳定的进行。3. 3降膜管上的分布器的影响降膜分布器呈圆筒状, 上部有4个均匀的15cm 长的小豁, 它的作用是使碱液在降膜管内均匀地成膜状下流。, 这样碱液在管。我们引进的这套装, 分布器插入降, 而且还出现松动现象, 碱液进入蒸发器时不能经分布器均匀成膜。分布器偏高点进入的碱液量小, 可能会出现干壁现象。分布器偏低点碱液流量大, 碱液顺着降膜管飞流直下, 在降膜管内也不能均匀成膜, 影响了蒸发强度和蒸发效果, 使碱的浓度很难控制的相对稳定。为了保证分布器垂直度, 我们在分布器的下端缠上聚四氟乙烯带后再插入降膜管内来调节分布器的垂直度, 但仍有个别的分布器出现松动。因分布器不平, 个别管内进碱量小, 出现干壁使蒸汽在蒸发器的壳程内不能把热量传给管内的碱液, 造成蒸发器壳程压力升高。压力超过1. 06MPa 时, 安全阀起跳, 使蒸发器出现强烈的震动, 那些与降膜管接触不紧的分布器就会脱离降膜管, 使碱液无法在降膜管内成膜, 严重地影响了蒸发强度, 甚至使蒸发过程无法进行。4结语综上所述, 要想使碱液在降膜管内均匀成膜, 首先必须保证降膜