基于化工蒸發(fā)領(lǐng)域設(shè)備生產(chǎn)實(shí)踐,設(shè)計(jì)新型蒸發(fā)器——內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器,探索處理粘稠、易結(jié)晶物料效果更好的設(shè)備形式,使蒸發(fā)設(shè)備結(jié)構(gòu)更緊湊,能耗更低,方便控制。并以京昆油田項(xiàng)目為例闡述工業(yè)應(yīng)用。

在化工生產(chǎn)過程中,常遇到需處理粘稠[1]或易結(jié)晶物料的情況,分析幾種已知的傳統(tǒng)蒸發(fā)器,在處理該類物料時(shí)各有不足:中央循環(huán)管式、升(降)膜式蒸發(fā)器易堵管;列文式蒸發(fā)器設(shè)備過高并要求較高溫度的加熱蒸汽;強(qiáng)制循環(huán)式蒸發(fā)器能耗大;刮板式攪拌薄膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳熱面積小,處理能力不大[2]。為此,思考是否可以設(shè)計(jì)一種新型蒸發(fā)器來彌補(bǔ)個(gè)中不足,優(yōu)化蒸發(fā)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)能力。江蘇和誠制藥設(shè)備制造有限公司自2008年以來一直致力于相關(guān)蒸發(fā)器的開發(fā)與研究,研制出的內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器于2012年獲得國家專利認(rèn)可,在此原型基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)已在生產(chǎn)工業(yè)中成功投入使用,可廣泛應(yīng)用于石油、化工、 醫(yī)藥、食品及環(huán)保行業(yè)。

1 內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)及原理

1.1 結(jié)構(gòu)說明

內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1 所示。主要由蒸發(fā)腔、加熱轉(zhuǎn)子、底盤、傳動機(jī)構(gòu)等組成。蒸發(fā)腔內(nèi)置換熱列管、蒸汽分配器,并裝有抄板抄動物料,兩端機(jī)械密封,保證設(shè)備密封性能;加熱轉(zhuǎn)子穿過蒸發(fā)腔,承載列管束,在電機(jī)的帶動下可勻速轉(zhuǎn)動,中間空心段收集蒸汽凝水集中排出;整套設(shè)備包括減速機(jī)、電機(jī)都安裝在鋼制底座上,方便吊裝運(yùn)輸。

1.2 原理說明

進(jìn)入蒸發(fā)工藝段時(shí),先將物料打入蒸發(fā)腔內(nèi)(區(qū)別于傳統(tǒng)的蒸發(fā)設(shè)備,內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器令蒸汽走管程,物料走殼程,徹底擺脫堵管的煩惱),再通入加熱蒸汽、開啟電機(jī),讓管束和抄板攪動物料的同時(shí)與其充分換熱,加熱蒸汽凝水從轉(zhuǎn)子軸中收集排出,物料則升溫持續(xù)蒸發(fā)濃縮,二次蒸汽進(jìn)入汽液分離腔,液體回流,蒸汽排走,達(dá)到工藝要求濃度時(shí)從出料口打出濃縮液(可間歇操作或連續(xù)操作)。

系統(tǒng)真空度按照工藝設(shè)計(jì)的蒸發(fā)形式調(diào)整,適用于單效、多效、MVR[3]。由于裝有抄板,可不斷攪動物料,物料在換熱界面線速度高,因此設(shè)備在處理高粘度、易結(jié)晶物料時(shí)游刃有余,換熱效果極好。腔體內(nèi)安裝有多個(gè)旋轉(zhuǎn)清洗頭,在蒸發(fā)同時(shí)監(jiān)測結(jié)晶情況,隨時(shí)在線清洗,免停機(jī)、停產(chǎn)。汽液分離腔中還裝有絲網(wǎng)除沫裝置,物料起泡,保證蒸汽凝水純度。

2 內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)依據(jù)

2.1 設(shè)備改進(jìn)

相比傳統(tǒng)蒸發(fā)器的主要改進(jìn)特點(diǎn):①蒸汽改走管程;②立式改臥式兩個(gè)重要的改進(jìn)將大大影響原來的設(shè)備生產(chǎn)工藝,但是創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)能帶來的優(yōu)勢是直觀的。

2.2 設(shè)備優(yōu)勢

(1)電能消耗低

內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器設(shè)計(jì)在腔體內(nèi)持續(xù)蒸發(fā)至工藝目標(biāo)濃度,是非循環(huán)型蒸發(fā)器,無需配備循環(huán)泵,其主要消耗的電能來自帶動轉(zhuǎn)子緩慢轉(zhuǎn)動的電機(jī),但由于設(shè)備的特點(diǎn),管內(nèi)走的是輕質(zhì)氣體,另外管束浸沒于液體物料中,因此產(chǎn)生的浮力將大大降低電機(jī)負(fù)荷。

(2)生蒸汽消耗少

對于正常運(yùn)行的蒸發(fā)器機(jī)組來說,生蒸汽的補(bǔ)給主要是彌補(bǔ)機(jī)組對外界的散熱,機(jī)組的外表面積越大、管道流程越長、與外界溫差越大,散熱作用越強(qiáng),則需要補(bǔ)充的生蒸汽就越多。

內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器的加熱蒸汽從管束走,管束浸沒于物料中,熱量只散發(fā)給物料,且整套設(shè)備與外界的熱交換面只有外筒體,不通過任何管道,外筒體包有保溫層,熱損極低,蒸汽利用率高。該設(shè)備布管數(shù)據(jù)見表1。

(3)換熱效果好

內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器尤其適用于高粘度、易結(jié)晶的物料處理,首先因?yàn)楣軆?nèi)不會堵管,不影響傳熱,其次管束在轉(zhuǎn)動時(shí),換熱界面的切線速度高(可達(dá)12m/s,通常強(qiáng)制外循環(huán)蒸發(fā)器的循環(huán)速度為2~3.5m/s),物料不易結(jié)垢黏住外管壁,所以換熱效果極好。

(4)土建投資低

內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器是多個(gè)蒸發(fā)單元集合的設(shè)備,加熱、蒸發(fā)、汽液分離一體化,整個(gè)機(jī)組放在一個(gè)鋼架底盤上,機(jī)組總高5~6m,現(xiàn)場無需搭建鋼架平臺,可一次吊裝到位,方便快捷。通過實(shí)例,一套10t/h的內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)機(jī)組對比同樣規(guī)模的強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)機(jī)組,光土建投資費(fèi)用就可節(jié)省120 萬左右。

2.3 設(shè)備計(jì)算

(1)筒體壁厚計(jì)算