_MVR技术在硫酸铵蒸发结晶中的应用

第43卷第24期2015年12月广州化工GuangzhouChemicalIndustryVol.43No.24Dec.2015MVＲ技术在硫酸铵蒸发结晶中的应用唐华(江苏智道工程技术有限公司，江苏南京210009)摘要:MVＲ即机械蒸汽再压缩，工作原理是将低温位的蒸汽经压缩机压缩，温度和压力提高，热焓增加，然后进入换热器与物料进行换热，充分利用蒸汽的潜热，整个蒸发过程中不再需要补充生蒸汽，压缩机只要提供少量的电力驱动就能实现蒸发器热能循环利用，连续蒸发，达到节能效果。与传统多效蒸发相比达到节能效果，MVＲ蒸发器是新一代蒸发器技术，是一种节能环保的高新技术，在化工、制药、环保等行业中广泛使用。关键词:MVＲ;蒸发结晶;硫酸铵中图分类号:TH文献标志码:A文章编号:1001－9677(2015)024－0179－03作者简介:唐华(1978－)，男，工程师，主要从事化工、节能环保类工程设计。MVＲTechnologyintheApplicationofAmmoniumSulfateEvaporationCrystallizationTANGHua(JiangsuWisdomEngineering＆TechnologyCo.，Ltd.，JiangsuNanjing210009，China)Abstract:MVＲmeansMechanicalVaporＲecompression.TheprincipleofMVＲtechnologyisthatthelowgradesteamiscompressedbythecompressortothetemperatureandpressureincreasingandtheheatenthalpy.Thenthehighgradestreamtransferheatintotheheatexchanger.Thistechnologycanmakefulluseofthelatentheatofsteamandrealizeenergysaving.Alsonomoresteamneedtoaddinthewholeevaporationprocess.Withalittleelectricaldrive，thecompressorcanrealizesteamheatenergycyclicutilizationandcontinuousevaporation.Compareswiththetraditionalmulti－effectevaporationtechnique，MVＲisanewgenerationevaporatortechnologywithbetterenergy－savingeffect，andwidelyusedinchemical，medicine，environmentalprotectionindustries.Keywords:MVＲ;evaporativecrystallization;ammoniumsulfate机械蒸汽再压缩技术(MechanicalVaporＲecompression，MVＲ)是一种高效节能环保技术，该技术主要通过重新利用蒸发器内产生的二次蒸汽能量，达到减少对外界能源需求目的。具体过程是将蒸发过程中产生的二次蒸汽经过压缩机压缩(介质一般是水蒸气)，温度、压力上升，热焓值增加，用于补充或完全取代新鲜蒸汽为热源，实现潜热的持续循环使用［1－4］。在常压下，100℃的水蒸气冷凝成100℃的水放出的潜热为2256.6kJ/kg，因而这部分能量是极具利用价值的［3］。MVＲ技术在国外已经经过几十年的发展，而国内引进MVＲ技术也有接近十年时间了。在国内，该技术已在含盐污水处理、印染废水处理，食品浓缩，中药蒸发浓缩，冶金行业等方面有许多成功案例［4－5］，在其使用上累积了较多的经验。MVＲ蒸发器近几年在国内发展得比较快，受推崇的原因是节能效果显著。在每个项目中计算得出结论:虽然初期投入成本比传统蒸发器高很多，但是很快就可以在运行过程可以把初期的投入收回来，一般是一年到两年时间。这是MVＲ蒸发器的优势。1MVＲ蒸发的工作原理与技术优势1.1工作原理图1MVＲ装置流程图MVＲ蒸发得装置原理图如图1所示，原料液通过蒸发器吸收来自蒸汽的热量后进入闪蒸罐中蒸发浓缩，达到要求的浓缩液直接进入下一道工序;而所蒸发出来的低压乏汽则通过蒸汽压缩机压缩做功，以提高其温度和压力，增加热焓值，提高乏180广州化工2015年12月汽的品位。将压缩后的蒸汽送入蒸发器中，与物料进行换热，充分利用了蒸汽的潜热，达到节能效果。整个蒸发过程中除了开车所用的新鲜蒸汽，不再需要补充。1.2MVＲ与多效蒸发器的比较传统多效蒸发器以鲜蒸汽为热源，蒸汽通过前一效的蒸发器后，残余蒸汽混合二次蒸汽再进入下一效蒸发器，直到从最后一效蒸发器中排出。多效蒸发器中某一效的二次蒸汽不能直接作为本效热源，只能作为次效或次几效的热源，而本效热源必须额外提供。增加效数可以起到节能的效果，但是由于工艺原理没有发生变化，仅仅通过增加效数(即蒸发器数量)，仍然需要源源不断的消耗的新鲜蒸汽，同时产生大量乏汽。增加效数同时让系统更加复杂，甚至需要增加强制循环泵，电耗也随之增加，且不能从根本上解决大量消耗蒸汽和乏汽放空的问题。蒸发1吨水多效蒸发所需新鲜蒸汽量与采用MVＲ技术的能耗比较，见表1。表1多效蒸发与MVＲ技术的性能比较项目单效双效三效四效MVＲ能源新鲜蒸汽新鲜蒸汽新鲜蒸汽新鲜蒸汽工业用电能耗能耗高，蒸发1吨水需要约1.1吨新鲜蒸汽能耗较低，蒸发1吨水需要约0.57吨新鲜蒸汽能耗较低，蒸发1吨水需要约0.4吨新鲜蒸汽能耗较低，蒸发1吨水需要约0.3吨新鲜蒸汽能耗较低，蒸发1吨水需要15～55kW/h的电耗投资成本小较小较大较大大运行成本高较低较低较低低占地面积小大大大小相较于多效蒸发技术，MVＲ的技术有明显的优势。节能优势:维持蒸汽压缩机工作的介质，可直接从系统内蒸发器中抽取，既有利于溶液中汽体移除，同时也无需另外增加介质。经济优势:若新鲜蒸汽以180元/t计，电费以0.55元/度计，四效蒸发器蒸发一吨水至少需要54元，而MVＲ所需仅30元，可节省24元;一年工作以7200h计，则MVＲ技术可节省17.28万元，因此尽管该技术在前期的投资成本比传统蒸发器高很多，但是在其运行过程中能较快的将成本收回。操作优势:调节蒸汽压缩机的抽气能力和压缩比，可以控制系统的蒸发温度，操作灵活，对晶体的生成和成长质量控制，创造了有利条件。2MVＲ在硫酸铵蒸发结晶中的应用硫酸铵［(NH4)2SO4］在农业上主要用作于肥料，具有优良的物理性质和化学稳定性。工业生产中，常用氨水洗涤含有二氧化硫的尾气来得到亚硫酸铵和亚硫酸氢铵溶液，并用硫酸酸化得到硫酸铵溶液，既解决了含硫尾气污染环境的问题，同时也能将硫回收利用，增加经济效益。在硫酸铵固体产品的生产中，蒸发结晶是一道必不可少的环节。采用MVＲ技术替代传统的多效蒸发技术，不仅可以有效降低蒸发结晶工艺中废热的排放，为节能降耗找到了一条行之有效的途径，同时也可以最大限度的利用热量，以降低能耗，减少运行成本。目前已有将MVＲ技术应用于蒸发结晶硫酸铵固体颗粒的成功案例［6－7］，在该工艺工程中，主要着眼于蒸发过程、结晶环境与操作参数对整个工艺的影响，例如蒸发器选型、晶种、蒸发温度以及溶液pH值等，而这些工艺条件的变化均会直接牵涉到蒸发结晶效果，影响经济效益，因此，对于这些条件的优化至关重要。2.1蒸发器选型蒸发器是MVＲ技术所用主要核心设备之一。蒸发器的构造与种类繁多，且根据处理的溶液的特性不一样，往往需要选择不同的蒸发器。各种蒸发器并不是相互分离，毫无关系的，适量的联用不仅可以节能降耗，同时也能有效提高产品质量。例如薄膜蒸发器虽然适用于热敏性溶液的处理，传热效率也高，但是并能用于处理易结晶、结垢，粘度大的溶液，在工业应用中通常会与强制循环型蒸发器相联用。硫铵蒸发结晶工艺中多选用强制循环蒸发器，在处理浓度较高、处理量不大的硫铵溶液时，也可采用刮板蒸发器［8］。由于硫铵溶液在较高温度下有较大的腐蚀性，因而蒸发器与料液接触的部位均需采用316L材质，避免因腐蚀危害设备使用寿命。2.2蒸发温度温度是改变晶体生长的重要参数。随着温度的升高，硫铵的溶解度增大，溶解平衡偏向于溶解方向，有利于降低成核速率，促进较大粒径的晶体的成长。同时，温度的升高使固液两相的界面张力降低，增大了扩散系数，也有利于大粒径的晶体的成长［9－10］。蒸发温度较低会使得溶液的过饱和度增加，成核速率增加，促使晶体主粒度减小，且粒度分布也不均匀。而当蒸发温度过高，会导致溶质分子碰撞增强，碰撞形成晶核几率增大，从而导致细小晶体数量的增多;结晶速度较快，易使溶液中杂质析出，影响产品的纯度。蒸发温度与所处环境的压力有关，随着压力的变化而变化。MVＲ技术，通过灵活控制压缩机的入口抽气速率，调节压缩比，实现对蒸发结晶系统温度控制。2.3晶种MVＲ技术采用较高程度的自动控制，可精确调节合适的结晶温度，控制晶种加入的时机与加入的量。在工业生产中，为了控制硫酸铵晶体的生长，往往会选择在结晶的介稳区间添加适量晶种，其加入量用以下公式计算(假设过程中无晶核生长与晶种破裂)［10－11］:Ms=MpLs3Lp()3(1)式中:Ms———加入晶种的质量Mp———所需产出产品的质量Ls———晶种颗粒的平均粒度Lp———产品颗粒的平均粒度(下转第211页)第43卷第24期梁兴唐，等:应用型本科院校物理化学的教学探讨211抓住事物的本质联系作为推理的依据，同时还要在分析、综合的基础上比同比异，方能得到较为可靠的推论。除此之外，还有讲座式、案例式、翻转课堂式等等不同的教学方法，可以根据不同的内容采用适宜的教学法，以提高教学效果。4灵活应用各种教学手段，提高教学效率目前，大部分的课堂都具有计算机多媒体辅助教学功能，教师可以通过PPT课件进行教学，利用丰富的文字、图片、声音和动画资源以及方便的呈现方式，实现教学内容多种呈现，具有传授内容多和传授效率高的特点。还可模拟许多自然、实验现象，使深奥的知识变得通俗易懂，有利于吸引学生的注意力，调动学习兴趣，活跃课堂气氛，培养学生的空间思维能力［6］。比如“相图的绘制”、“可逆过程”和“化学动力学势能面”等，这种传统教学法难以表述清楚的抽象含义可以通过模型图直接观察和理解。但是，在教学实践中，教师也不能排斥传统的“黑板+粉笔”教学方式，过分依赖PPT课件，应有效地结合多媒体教学和传统教学，扬长避短。对于一些重要公式的推导，采用板书，层层推进、边写边讲，引导学生积极的思考，方能加深学生的记忆和印象。随着网络的普及，即时通讯工具已无处不在。教学不仅只局限在教室里，可以说随时随地都能进行，大大满足了新时代的教学需求。比如建立QQ群，搭建自主学习的知识平台，实现各种学习资源共享，有利于提高学习成绩。同时，即时通讯教学手段具有交互性强、实时顺畅沟通、内容易保存，复习方便的特点。另外，其方便同学与老师的交流，尤其性格内向的同学与老师的沟通，有利于提高学习效果。在宽松的网络氛围中，学生通过即时通讯往往能够说真话，对教师的课程提出更加客观的建议，使老师的教学效果得到真实的反馈，便于教师反思自己教学的不足，有利于提高自己的教学能力［7］。5结语不断地提高教学水平，是每位教师孜孜不倦的追求。在应用型院校物理化学的教学过程中，应不断地尝试教学改革，紧紧围绕学校的办学定位，把教学内容与人才培养目标有机地结合起来，使学生在学习到基础知识、应用技能的同时，亦能提高自己的综合素质。参考文献［1］潘懋元．什么是应用型本科［J］．高教探索，2010(1):10－11．［2］王新葵，石川，靳长德，等．物理化学教学方法的探讨［J］．化工高等教育，2006(3):99－101．［3］HaglundJ．，AnderssonaS．，ElmgrenbM．Chemicalengineeringstudents’ideasofentropy［J］．Chem．Educ．Ｒe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