馮敬之

摘 要：硫酸銨作為一種重要的工業(yè)產(chǎn)品，在社會(huì)各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)人們對(duì)硫酸銨的產(chǎn)品質(zhì)量也提出了更高的要求，而其質(zhì)量的高低在很大程度上依賴于生產(chǎn)中的蒸發(fā)結(jié)晶過(guò)程。所以，本文對(duì)硫酸銨多效蒸發(fā)結(jié)晶工藝的使用與設(shè)計(jì)特征作出分析，以便對(duì)于提高硫酸銨的產(chǎn)品質(zhì)量具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)性。

關(guān)鍵詞：硫酸銨；多效蒸發(fā)；結(jié)晶工藝；使用；設(shè)計(jì)特征

硫酸銨作為一種重要的化工產(chǎn)品，與人們的生活和社會(huì)的發(fā)展息息相關(guān)，人們對(duì)硫酸生產(chǎn)工藝的研究也是從未止步，從早期簡(jiǎn)單、低效、粗放型的零星生產(chǎn)到如今高效、合理的規(guī)模化生產(chǎn)，硫酸銨產(chǎn)品不僅僅在產(chǎn)量上獲得了前所未有的提高，質(zhì)量上更是取得了質(zhì)的飛躍。隨著硫酸銨需求量的不斷增加、生產(chǎn)設(shè)備性能的不斷提高、員工素質(zhì)的大幅提升，硫酸銨的加工制造工藝也日趨成熟。

一，硫酸銨多效蒸發(fā)結(jié)晶工藝

多效蒸發(fā)器由于蒸汽耗量低、蒸發(fā)溫度低、濃縮比大、合理、節(jié)能、高效，所以被廣泛應(yīng)用在發(fā)酵行業(yè)、淀粉/淀粉糖行業(yè)、果汁行業(yè)、飲料行業(yè)、制藥行業(yè)以及環(huán)保等行業(yè)中。并且在高濃度有機(jī)物和化工等廢水綜合治理中也經(jīng)常被用作主要的蒸發(fā)濃縮設(shè)備。

首先，多效蒸發(fā)器的組成。通常一組蒸發(fā)器是由一個(gè)加熱器和一個(gè)分離器組成，所以多效蒸發(fā)器通常由兩個(gè)或兩個(gè)以上的蒸發(fā)器及分離器、各種物料泵、真空裝置、檢測(cè)儀表、各類閥門、管道等組成。分離器作為蒸發(fā)器的重要組成部分則主要由殼體、捕沫器及附件組成。

其次，多效蒸發(fā)器的特點(diǎn)。適合于熱敏性、濃度較高、粘度較大、易揮發(fā)、易結(jié)垢、易結(jié)晶、濃縮比大及具有腐蝕性物料的蒸發(fā)。蒸汽耗量低、蒸發(fā)溫度低、濃縮比大。由于多效蒸發(fā)器的內(nèi)部采用的蒸汽噴射熱泵借助絕熱壓縮作用使部分第一效二次蒸汽的飽和溫度提高，并回到第一效加熱器內(nèi)作為加熱蒸汽，從而提高了生蒸汽的經(jīng)濟(jì)程度。合理有效的分配盤的使用使物料進(jìn)入加熱管后在管內(nèi)壁形成均勻的模狀流動(dòng)，從而使傳熱系數(shù)大為提高。多效蒸發(fā)器中可以利用廢汽及其它低熱值熱源（如凝結(jié)水蒸汽）作為蒸發(fā)器熱源而成為廢熱蒸發(fā)器，由此可以極大地減少生蒸汽用量，達(dá)到最大的節(jié)能效果。

最后，多效蒸發(fā)結(jié)晶過(guò)程進(jìn)料流程。在多效蒸發(fā)結(jié)晶工藝中根據(jù)原料液加入的方法不同，多效蒸發(fā)一般可以分為以下幾種：前向進(jìn)料，原料液只進(jìn)入第一級(jí)的進(jìn)料過(guò)程；逆向進(jìn)料，原料液首先進(jìn)入最后一級(jí)的進(jìn)料流程；平行進(jìn)料，該進(jìn)料方式指的是多效蒸發(fā)器的每一級(jí)都能接受新鮮的進(jìn)料。另外把不同類型流程組合起來(lái)使用的方案，我們通常稱之為錯(cuò)流流程。上述第一種方案最為常見(jiàn)，也是本設(shè)計(jì)所采用的進(jìn)料流程。結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際情況，采用了基于四效蒸發(fā)器的蒸發(fā)結(jié)晶濃縮工藝，采用并流加料方式。

該工藝的基本操作流程為：

①硫酸銨溶液的蒸發(fā)。首先硫酸銨母液依次進(jìn)入三效預(yù)熱器、二效預(yù)熱器、一效預(yù)熱器進(jìn)行預(yù)熱，經(jīng)過(guò)預(yù)熱后的物料進(jìn)入一效蒸發(fā)器，料液從一效蒸發(fā)器頂部經(jīng)分配裝置均勻分配于各加熱管內(nèi)。在重力和真空誘導(dǎo)及氣流的作用下在加熱管內(nèi)壁呈膜狀自上而下流動(dòng)。在流動(dòng)的過(guò)程中管道內(nèi)的溶液受管道外蒸汽的加熱作用，使料液蒸發(fā)。經(jīng)一效蒸發(fā)作用后，得到的初步完成液，一部分進(jìn)入一效分離器），另一部分與從一效分離器經(jīng)分離得到的濃縮液混合。混合液中的一部分經(jīng)過(guò)一效循環(huán)泵再次打入一效蒸發(fā)器內(nèi)，另一部分則經(jīng)過(guò)二效蒸發(fā)器的進(jìn)料口，作為二效的進(jìn)料液進(jìn)入二效蒸發(fā)過(guò)程。從一效分離器得到的二次蒸汽作為二效蒸發(fā)器蒸發(fā)過(guò)程中的加熱蒸汽，完成對(duì)溶液的二次蒸發(fā)。以此原理從二效蒸發(fā)器得到的溶液再次分別經(jīng)過(guò)三效蒸發(fā)器和四效蒸發(fā)器。

②硫酸銨結(jié)晶、分離與干燥。物料進(jìn)入四效蒸發(fā)器后，由于濃度已經(jīng)是過(guò)飽和，四效溫度較低，硫酸銨很快結(jié)晶出來(lái)，達(dá)到一定的結(jié)晶顆粒后，進(jìn)入育晶罐，在育晶罐內(nèi)部攪拌裝置的作用下，加快晶體的成長(zhǎng)。晶體成熟后，晶體連同母液一同從設(shè)備的錐底排料孔排除，進(jìn)入離心機(jī)。在離心機(jī)的作用下，將結(jié)晶后的硫酸銨進(jìn)行分離，分離后的液體回到母液池進(jìn)行再次濃縮，分離出的硫酸銨通過(guò)氣流干燥機(jī)進(jìn)行干燥，并把干燥后的硫酸銨包裝入庫(kù)。為了能夠及時(shí)獲取生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)主要變量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，對(duì)系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)做出正確的判斷，并為后續(xù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供可靠的數(shù)據(jù)信息作為依據(jù)，需要對(duì)以下變量進(jìn)行測(cè)控。

蒸發(fā)系統(tǒng)采用該工藝對(duì)硫酸銨溶液進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶的過(guò)程中，為了使產(chǎn)品質(zhì)量能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并保證系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性。要求在生產(chǎn)過(guò)程中，各主要性能變量應(yīng)盡量滿足以下工藝參數(shù)要求表：

二，硫酸銨多效蒸發(fā)結(jié)晶工藝的設(shè)計(jì)特征

第一，生產(chǎn)工藝成熟先進(jìn)，節(jié)省能源。原料用冷凝水預(yù)熱、乏汽預(yù)熱器預(yù)熱后再進(jìn)入到蒸發(fā)系統(tǒng)，沖堵水或煮效水采用高溫冷凝水，確保不降低進(jìn)料溫度，充分利用了蒸汽的顯熱、潛熱，節(jié)能效果顯著，比單效蒸發(fā)器節(jié)約蒸發(fā)量70%左右。

第二，設(shè)備選型可靠。設(shè)備都是國(guó)產(chǎn)的常規(guī)化工設(shè)備，投資節(jié)約，占地面積小。

第三，材質(zhì)的選擇。由于硫酸銨母液具有較強(qiáng)的腐蝕性，與物料、二次蒸汽及冷凝水接觸部分均采用316L不銹鋼材質(zhì)制造。一效加熱器通蒸汽的殼程材質(zhì)為碳鋼，并做了必要的增強(qiáng)。設(shè)計(jì)時(shí)盡量降低物料的蒸發(fā)溫度，以最大限度的減少高溫下腐蝕速度。強(qiáng)制循環(huán)泵、送料泵、出料泵、冷凝水泵等料泵的過(guò)流材質(zhì)采用316L不銹鋼。

第四，防結(jié)垢堵塞措施。該工藝存在硫酸銨等無(wú)機(jī)鹽在設(shè)備內(nèi)壁及管道內(nèi)壁結(jié)晶沉積結(jié)垢問(wèn)題，為了避免結(jié)垢工藝設(shè)計(jì)上采取如下措施：采用逆循環(huán)蒸發(fā)結(jié)構(gòu)，短路溫差損失小，晶體生長(zhǎng)區(qū)和晶體沉降區(qū)分開(kāi)，不易形成結(jié)疤；每效均采取強(qiáng)制循環(huán)的形式，溶液在管內(nèi)流速加快，使得垢層不易形成，并對(duì)垢層有強(qiáng)烈的沖刷作用；管路設(shè)計(jì)盡量采用直管段，減少?gòu)濐^，彎頭采用大曲率半徑彎頭；在管路設(shè)計(jì)上設(shè)置排水口，防止管路的堵塞。

結(jié)語(yǔ)

硫酸銨多效蒸發(fā)結(jié)晶工藝目前已經(jīng)得到了大范圍使用。它為生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大創(chuàng)造了有利條件，滿足了固體硫酸銨擴(kuò)能的生產(chǎn)要求，對(duì)企業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

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