三氯化鐵酸性溶液蒸發(fā)系統(tǒng)概述

夏 斌，何 飛，張 龍，楊 陽(yáng)

（南通星球石墨設(shè)備有限公司，江蘇 南通 226011）

1 三氯化鐵酸性溶液蒸發(fā)系統(tǒng)流程簡(jiǎn)述

自界外來(lái)的三氯化鐵溶液，經(jīng)一、二級(jí)預(yù)熱器預(yù)熱后，進(jìn)入一效蒸發(fā)器，經(jīng)飽和生蒸汽加熱后進(jìn)入一效分離罐，蒸發(fā)出來(lái)的水蒸氣經(jīng)分離后作為二效蒸發(fā)器的加熱熱源，從一效分離罐出來(lái)的一大部分液體通過(guò)一效軸流強(qiáng)制循環(huán)送入一效蒸發(fā)器，一部分液體靠自壓送入二效蒸發(fā)器；經(jīng)來(lái)自一效分離罐出來(lái)的二次蒸汽加熱后，氣液一起進(jìn)入二效分離罐進(jìn)行分離，分離出的二次蒸汽作為三效加熱熱源。進(jìn)入二效分離罐的液體經(jīng)分離后，一部分液體通過(guò)二效軸流泵強(qiáng)制循環(huán)送入二效蒸發(fā)器，一部分液體靠自壓送入三效蒸發(fā)器，進(jìn)入三效蒸發(fā)器的液體經(jīng)來(lái)自二效分離罐來(lái)的二次蒸汽加熱，進(jìn)入三效分離罐離后，一部分液體汽化閃蒸出來(lái)的二次蒸汽從三效分離罐出來(lái)去蒸發(fā)冷凝器，水蒸氣被殼程的循環(huán)水冷卻后變成冷凝水，進(jìn)入真空緩沖罐。三效分離罐出來(lái)的液體，大部分通過(guò)三效軸流泵強(qiáng)制循環(huán)送入三效蒸發(fā)器，一部分物料含由三效出料泵送入冷卻器冷卻后，可以去界外進(jìn)行處理，三氯化鐵酸性溶液蒸發(fā)流程圖見(jiàn)圖1。

2 三氯化鐵酸性溶液蒸發(fā)特點(diǎn)

2.1 蒸發(fā)的形式

在工業(yè)中常用的加熱方式有直接加熱和間接加熱。直接加熱的優(yōu)勢(shì)是傳熱速率高，劣勢(shì)是應(yīng)用范圍受到被蒸發(fā)物料和蒸發(fā)要求的限制；間接加熱是熱量通過(guò)間壁式換熱設(shè)備傳給被蒸發(fā)溶液而使溶液氣化。一般工業(yè)蒸發(fā)多采用間接加熱。

間接加熱蒸發(fā)器分為循環(huán)型和單程型兩大類，循環(huán)型分為中央循環(huán)管式、懸掛筐式、外加熱式、列管式及強(qiáng)制循環(huán)式等；單程型有升膜式、降膜式及刮板式等。

本工藝適合采用降膜蒸發(fā)，因?yàn)榇苏舭l(fā)管具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、操作可靠、投資費(fèi)用較少、防堵塞、耐磨、抗沖擊能力強(qiáng)、抗急冷急熱效果好、傳熱系數(shù)大、抗鹽析、抗結(jié)垢、適應(yīng)性強(qiáng)、易于清洗等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 蒸發(fā)流程

多效蒸發(fā)器的流向一般有并流加料、逆流加料、分流加料和錯(cuò)流加料。

圖1 三氯化鐵酸性溶液蒸發(fā)流程圖

并流（順流）加料蒸發(fā)流程是工業(yè)上最常用的一種方法。原料液和加熱蒸汽都加入Ⅰ效蒸發(fā)，溶液順序流過(guò)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ效，從Ⅲ效取出完成液。加熱蒸汽在Ⅰ效加熱室中被冷凝后，經(jīng)冷凝水排除器排出；從Ⅰ效出來(lái)的二次蒸汽進(jìn)入Ⅱ效加熱室供加熱用；Ⅱ效的二次蒸汽進(jìn)入Ⅲ效加熱室；Ⅲ效的二次蒸汽進(jìn)入冷凝器中冷凝后排出，三氯化鐵酸性溶液蒸發(fā)流程圖見(jiàn)圖1。

2.2.1 并流加料的優(yōu)點(diǎn)

（1）溶液從壓強(qiáng)和溫度高的蒸發(fā)器流向壓強(qiáng)和溫度低的蒸發(fā)器，溶液可依靠效間的壓差流動(dòng)而不需泵送；（2）溶液進(jìn)入溫度和壓強(qiáng)較低的下一效時(shí)處于過(guò)熱狀態(tài)，因而會(huì)產(chǎn)生額外的氣化，得到較多的二次蒸汽；（3）完成液在末效排出，其溫度最低，故總的熱量消耗較低。

2.2.2 并流加料的缺點(diǎn)

由于各效中溶液的濃度依次增高，而溫度依次降低，因此溶液的黏度增加很快，使加熱室的傳熱系數(shù)依次下降，這將導(dǎo)致整個(gè)蒸發(fā)裝置生產(chǎn)能力的下降或傳熱面積的增加。由此可見(jiàn)，并流加料流程只適用于黏度隨溫度變化不大的料液蒸發(fā)。同時(shí)由于溫度降低，溶液中的溶質(zhì)溶解度也會(huì)下降，因此，并流蒸發(fā)適用于溶解度隨溫度變化小的蒸發(fā)過(guò)程。而三氯化鐵溶液的粘度隨溫度的變化就很小，溶解度隨溫度的變化也很小，適合于并流蒸發(fā)。

2.2.3 逆流加料優(yōu)點(diǎn)

溶液濃度在各效中依次增高的同時(shí)，溫度也隨之增高，各效內(nèi)溶液的黏度變化不大，這種流程適用于粘度隨濃度和溫度變化較大的溶液蒸發(fā)。

2.2.4 逆流加料的缺點(diǎn)

（1）溶液在效間是從低壓流向高壓的，必須用泵輸送；（2）溶液在效間是從低溫流向高溫，每一效的進(jìn)料相對(duì)而言均為冷液，沒(méi)有自蒸發(fā)，產(chǎn)生的二次蒸汽量少于并流流程；（3）完成液在第一效排出，其溫度較高，帶走熱量較多而且不利于熱敏性料液的蒸發(fā)。

綜上所述，三氯化鐵溶液濃縮宜選用并流加料流程。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下。

（1）防止設(shè)備和系統(tǒng)管路結(jié)垢，確保系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，故障率低；（2）檢測(cè)維護(hù)、運(yùn)行管理方便容易；（3）運(yùn)行具有較大的靈活性、自動(dòng)性；（4）熱能利用效率高；（5）能耗藥耗低，運(yùn)行和維護(hù)成本低；（6）布置緊湊占地少，節(jié)約土地資源；（7）排放蒸餾水質(zhì)好，可回收利用；（8）廢氣達(dá)標(biāo)排放/無(wú)二次污染。

4 控制系統(tǒng)及構(gòu)成

為了使工藝生產(chǎn)線處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約能源，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，系統(tǒng)采用技術(shù)先進(jìn)、性能可靠的集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)全系統(tǒng)的工藝流程進(jìn)行集中監(jiān)控管理，分散控制。該系統(tǒng)由操作站、現(xiàn)場(chǎng)站、系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)組成。操作站設(shè)置于中央控制室，操作站通過(guò)鍵盤完成生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控和操作，包括用電設(shè)備的備妥、運(yùn)行、幫障等狀態(tài)的顯示，生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)的顯示、設(shè)定、報(bào)警、記錄和自動(dòng)控制等，現(xiàn)場(chǎng)控制站完成順序邏輯控制的起動(dòng)順序和聯(lián)鎖關(guān)系，開(kāi)關(guān)量和模擬量的數(shù)據(jù)采集、處理、PID回路的控制等。

該系統(tǒng)由控制部分和檢測(cè)部分組成。控制部分由控制器、模擬量輸入輸出模塊、穩(wěn)壓電源、控制柜及電氣附件組成。檢測(cè)部分由溫度傳感器、壓力測(cè)量、液位傳感器、流量控制器、比例調(diào)節(jié)閥等組成。

5 效數(shù)論證

蒸發(fā)器的類型一般有單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)。單效蒸發(fā)是蒸發(fā)裝置中只有一個(gè)蒸發(fā)器，蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生的二次蒸汽直接進(jìn)入冷凝器不再利用；多效蒸發(fā)器是將幾個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)操作，使蒸汽的熱能得到多次利用，蒸發(fā)器的串聯(lián)個(gè)數(shù)稱謂效數(shù)。多效蒸發(fā)器的效數(shù)受到經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的限制。效數(shù)的多少是由加熱蒸汽的溫度與末效的溫差決定的，溫差越大，效數(shù)越多，運(yùn)行成本越低，但投資越大，各效的有效傳熱溫度差不能小于6～10℃，三氯化鐵溶液適宜采用三效蒸發(fā)。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)蒸發(fā)的形式、蒸發(fā)的流程以及對(duì)蒸發(fā)效數(shù)的闡述，結(jié)合多效降膜蒸發(fā)器的特點(diǎn)，說(shuō)明了三氯化鐵溶液的濃縮適宜使用三效降膜蒸發(fā)系統(tǒng)。