專利名稱：用于氯化鈉溶液蒸發的兩效防垢蒸發結晶裝置及操作方法
技術領域：
本發明涉及一種蒸發結晶技術，特別涉及一種用于氯化鈉溶液蒸發的兩效防垢蒸發結晶裝置及其操作方法，屬于蒸發結晶領域。
背景技術：
在氯化鈉溶液蒸發結晶過程中，氯化鈉溶液被濃縮后產生的結晶容易附著于加熱管內壁面形成結垢，嚴重影響傳熱和蒸發效果。為防止氯化鈉在換熱管內的結垢，目前廣泛采用多效強制循環蒸發器、反循環蒸發器等，但結垢仍然不可避免，需要經常清洗，清洗周期甚至達到每周一次或數次。專利“在線高效防掛壁三相流蒸發濃縮裝置與操作方法”(ZL02131135.8)提供了一種具有一個分離室的自然循環三相流蒸發器，但僅作為單效使用，沒有涉及兩效及更多效數的操作。專利“具有強化傳熱、防結垢性能的沸騰蒸發裝置與操作方 法”(ZL96120008. I)提供了一種具有兩個分離室的強制循環沸騰蒸發裝置，用于兩效及三效的操作時結構復雜，操作不易控制。上述兩個專利都提到在防垢過程中可采用加入惰性固體顆粒的方法來進行操作，但所采用的固體顆粒物性不明確，顆粒可能被料液腐蝕，應用范圍不寬，不適合含氯化鈉的溶液蒸發結晶過程，對在兩效操作時可能產生的顆粒或較大垢片堵塞過料裝置問題沒有深入的研究。本發明的目的就是要克服現有技術的不足，提供一種兩效三相流蒸發結晶器，以達到氯化鈉溶液蒸發結晶過程中強化傳熱和防止結垢的目的，并實現兩效之間的料液有效輸送。
發明內容
本發明提供一種能夠適用于含氯化鈉溶液蒸發結晶的防垢、節能、結構簡單、操作方便的蒸發結晶裝置及其操作方法。在氯化鈉溶液兩效自然循環蒸發結晶系統中，加入特殊制作的固體顆粒，形成汽液固三相流動，依靠固體顆粒對流動邊界層和傳熱邊界層的不斷擾動，防止氯化鈉晶體附著加熱管換熱壁面，防止結垢現象發生，同時強化蒸發過程和結晶過程。本發明是這樣實現的它是包括兩效自然循環的蒸發結晶系統，第一效為自然循環三相流蒸發器，包括管式加熱器I、柱錐形蒸發室2、過料裝置3和連接它們的管路組成；第二效是自然循環三相流蒸發結晶器，由管式加熱室4、柱錐形蒸發結晶室5、固體顆粒循環裝置6、出料管7和連接管路組成。(附圖I)為防止第一效的固體顆粒進入第二效蒸發結晶系統，在第一效向第二效過料時設置了過料裝置，該過料裝置3由斜管3-1、錐形擴大管3-2、蓋板3-3、帶齒縫或孔的出料管3-4組成(附圖2)，在過料管路上有閥門控制過料流量，可以防止加入的固體顆粒進入第二效蒸發結晶器，同時滿足氯化鈉細晶體隨氯化鈉料液流動的要求，也可防止舊蒸發器內原有垢層被清除后大塊垢渣堵塞過料裝置。過料裝置的設計方法采用流體力學的計算方法。在上述的兩效蒸發結晶器中均加入了特制的由三氧化二鋁和聚四氟乙烯按一定比例混合制成的復合材料固體顆粒，三氧化二鋁與聚四氟乙烯混合比例為質量比(0. 8
I.5) (I. 5 3. 2)，顆粒密度 1200 3000kg/m3，粒徑為 0. 32 3. 8mm，比熱 0. 5 I. 5kJ/kg K,顆粒形狀為圓球形。在上述兩效蒸發結晶器中固體顆粒的加入量是，第一效顆粒加入量與第一效加熱室和蒸發室內液體總體積的體積比為I : 280 I : 15，第二效顆粒加入量與第二效加熱室和顆粒循環裝置內液體總體積的體積比為I : 250 I : 10。上述第二效蒸發結晶器中的固體顆粒循環裝置是由顆粒分離器和與循環管路連接的一個傾斜管路組成，依靠由蒸汽加熱引起的氯化鈉溶液密度差所形成的循環帶動顆粒流動。
上述兩效蒸發結晶器在操作時的工藝特征是第一效自然循環蒸發器所用生蒸汽壓力為0.2 0.35MPa，溫度130 140°C。第二效循環蒸發結晶器的真空度為0. 065 0. 09MPa，溫度 70 45°C。在第一效蒸發室蒸發出的二次蒸汽進入到二效加熱室進行冷凝，第二效蒸發結晶室蒸發出的二次蒸汽進入真空系統冷凝。第一效蒸發室生成的氯化鈉細晶隨料液進入第二效進行蒸發，進一步濃縮，為第二效氯化鈉晶體的生成提供晶核，第二效的氯化鈉晶體在第二效蒸發結晶室內長大，待氯化鈉晶體生長到一定粒度后從設置在第二效蒸發結晶器的錐形部分的出料管排出。本發明可以防止氯化鈉溶液蒸發結晶過程中的結垢現象發生，所生產的氯化鈉晶體粒度大小適中，適合離心分離；從第一效蒸發器向第二效蒸發結晶器過料過程沒有堵塞、過料順暢；易于實現連續化和自動化。
附圖I兩效防垢蒸發結晶裝置附圖2過料裝置I-管式加熱器、2-柱錐形蒸發室、3-過料裝置、4-管式加熱室、5-柱錐形蒸發結晶室、6-固體顆粒循環裝置、7-出料管3_1_斜管、3_2_維形擴大管、3_3_蓋板、3_4_帶齒縫或孔的出料管
具體實施例方式下面結合附圖對本發明兩效蒸發結晶裝置和操作方法進行較詳細介紹。將需要加入的固體顆粒按照計算好的加入量分別注入第一效蒸發器和第二效蒸發結晶器，待蒸發的氯化鈉溶液進入第一效蒸發器，打開效間過料閥門，關閉出料閥7，開啟真空系統，使第二效蒸發結晶器的真空度維持在0. 065 0. 09MPa。引入生蒸汽到第一效加熱室I，維持壓力在0. 2 0. 35MPa。在蒸汽加熱情況下，首先第一效加熱室I內氯化鈉溶液依靠加熱后產生的密度差形成自然循環，同時帶動所加入的固體顆粒一起在換熱管內向上運動，形成汽液固三相流動，依靠固體顆粒對換熱管內流體的不斷擾動，破壞壁面附近的流動層流邊界層，起到強化傳熱和防垢的作用。第一效加入的固體顆粒隨被加熱的氯化鈉溶液一起進入第一效蒸發室2，通過連接管路返回加熱室I循環流動，在第一效蒸發室2內實現汽液分離。隨著加熱的進一步進行，第一效蒸發室2蒸發出的二次蒸汽進入第二效蒸發結晶器的加熱室4進行冷凝，同時加熱第二效中的氯化鈉溶液，第二效中的氯化鈉溶液也是依靠溶液密度差引起的自然循環推動力達到循環運動，帶動第二效中的固體顆粒形成汽液固三相流動。為防止第二效加入的固體顆粒進入第二效蒸發結晶室5，在第二效中設有顆粒循環裝置6。第二效蒸發結晶器中的固體顆粒由顆粒循環裝置分離后經連接管路進入第二效加熱室4，氯化鈉溶液進入第二效蒸發結晶室5實現汽液分離，產生的細小氯化鈉晶體在第二效蒸發結晶室5的錐體部分長大，清液與分離下來的固體顆粒一起進入第二效加熱室4循環加熱。為保證第二效蒸發結晶器內的氯化鈉溶液的液位，在兩效之間設置了過料裝置3，該過料裝置3可防止第一效加入的固體顆粒進入第二效，同時順暢過料，調節真空系統的進水量，維持所需要的真空度。待第二效蒸發結晶室5內氯化鈉晶體達到要求粒度和濃度時，打開出料閥由出料口 7放料。本發明裝置與現有的氯化鈉溶液蒸發結晶裝置相比，蒸發器總傳熱系數提高 0. 55 0. 65倍，節約生蒸汽消耗15 47%，裝置不結垢，可實現長期連續穩定運行，易于實現自動化。最后應說明的是以上實施例僅用以說明本發明而并非限制本發明所描述的技術方案；因此，盡管本說明書參照上述的實施例對本發明已進行了詳細的說明，但是，本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本發明進行修改或者等同替換；而一切不脫離本發明的精神和范圍的技術方案及其改進，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.用于氯化鈉溶液蒸發的兩效防垢蒸發結晶裝置及操作方法，其特征是第一效為自然循環蒸發器，由管式加熱器、柱錐形蒸發室、過料裝置和連接它們的管路組成；第二效為自然循環蒸發結晶器，由管式加熱室、柱錐形蒸發結晶器、出料管、固體顆粒循環裝置和連接管路組成；第一效蒸發出的二次蒸汽進入第二效加熱室冷凝，第二效蒸發室蒸出的二次蒸汽由真空系統冷凝，在第二效蒸發結晶室的錐形部分設有氯化鈉結晶生長空間和出料管。
2.如權利要求I所述的用于氯化鈉溶液蒸發的兩效防垢蒸發結晶裝置及操作方法，其特征是兩效都是自然循環三相流蒸發器，每效都加入特制的固體顆粒。
3.如權利要求I所述的用于氯化鈉溶液蒸發的兩效防垢蒸發結晶裝置及操作方法，其特征是過料裝置由斜管、錐形擴大管、蓋板、出料管組成，在過料管路上有閥門控制過料流量，可以防止第一效加入的固體顆粒進入第二效蒸發器，同時滿足細晶體隨料液流動的要求，并可防止舊蒸發器內原有垢層被清除后的大塊垢片堵塞過料裝置。
4.如權利要求I所述的用于氯化鈉溶液蒸發的兩效防垢蒸發結晶裝置及操作方法，其特征是工藝操作參數為第一效自然循環蒸發器所用生蒸汽壓力為0. 2 0. 35MPa，溫度130 140°C。
5.如權利要求I所述的用于氯化鈉溶液蒸發的兩效防垢蒸發結晶裝置及操作方法，其特征是工藝操作參數為第二效循環蒸發結晶器的真空度為0. 065 0. 09MPa，溫度70 45。。。
6.如權利要求2所述的兩效防垢蒸發結晶裝置加入特制的固體顆粒，其特征是固體顆粒為三氧化二鋁與聚四氟乙烯按質量比(0. 8 I. 5) (I. 5 3. 2)比例混合制成的復合材料顆粒，顆粒密度1200 3000kg/m3，粒徑為0. 32 3. 8mm,比熱0. 5 I. 5kJ/kg .K，顆粒形狀為圓球形。
7.如權利要求2所述的兩效防垢蒸發結晶裝置加入特制的固體顆粒，其特征是第一效顆粒加入量與第一效加熱室和蒸發室內液體總體積的體積比為I : 280 I : 15，第二效顆粒加入量與第二效加熱室和顆粒循環裝置內液體總體積的體積比為I : 250 I : 10。
全文摘要
本發明提供了一種用于氯化鈉溶液蒸發結晶的兩效多相流蒸發結晶裝置，由兩效多相流蒸發器、真空系統和連接管路組成，其中第一效為自然循環蒸發器、第二效是自然循環蒸發結晶器，兩效之間設有過料裝置、第二效設有顆粒循環裝置。兩效蒸發結晶裝置中都加入了特制的三氧化二鋁和聚四氟乙烯復合材料顆粒，顆粒密度1200～3000kg/m3，粒徑為0.32～3.8mm，比熱0.5～1.5kJ/kg·K，可以在蒸發過程中防止氯化鈉結晶附著在加熱管壁面，同時強化傳熱。本發明具有結構簡單、易于操作、能連續運行、防止結垢的特點，可用于含氯化鈉溶液及化工、醫藥、海水化工等領域含氯化鈉廢液的蒸發結晶。
文檔編號C01D3/04GK102674399SQ201110217049
公開日2012年9月19日 申請日期2011年8月1日 優先權日2011年8月1日
發明者王麗媛, 趙會蘭, 邱亞娟, 郭成鐵 申請人:天津聚賢達科技有限公司