一、蒸汽进口与不凝气出口位置的选取

1、进汽口位置的选择

蒸汽入口：蒸汽冷凝传热膜系数的计算通常采用努塞尔特公式, 此公式的推导中忽略了蒸汽和冷凝膜之间的摩擦力。实际上在工业冷凝器中, 蒸汽流速的影响在某些情况下是不能忽略的。一般而言,加热室内蒸汽流速一般＜20m/s。当蒸汽从上向下流动时, 有减薄冷凝液膜厚度的作用, 可增大冷凝膜系数。相反,当蒸汽自下向上流动时, 将阻碍冷凝液膜的向下流动, 当摩擦力＜液层的重力，会增厚液膜, 因而减小冷凝膜系数。这就是为什么大多数立式冷凝器都采用蒸汽从上部进入的缘故。在这种情况下, 就应把排气口设在冷凝器的下部。

什么情况下需改用下进汽方式呢？

蒸发系统中生蒸汽或二次蒸汽有时为过热蒸汽, 特别是蒸发沸点升高较大的物料时, 二次蒸汽的过热度较高。如蒸汽有过热度，当过热度较大时，在与液层接触时，需要降温放出其显热的过程，与气体加热无异，因蒸汽的导热系数很小，则给热系数酱油较大下降，通常过热蒸汽冷却时的给热系数仅为30-150w/㎡/K。如用这种过热蒸汽浓缩热敏性物料或结晶性物料, 为防止加热管内壁温度过高引起物料过热分解或管壁结垢,则宜采用下方进汽。因为加热管下部管壁上的冷凝液膜已较厚, 其热阻较大, 且可使蒸汽很快达到饱和从而避免管壁温度过高。

2、蒸发结晶过程中蒸发器中不凝气排出口应该放在哪？

不凝气对传热有多大影响？不凝气指蒸汽（包括二次蒸汽）中在操作压力温度下不冷凝气态物质，如空气CO2、H2S等，它们混杂在蒸汽中进入加热室在加热室滞留于加热管壁，并不断集累，使壁面被一层不凝气包围，阻挡蒸汽与壁面接触而气体导热系数都很小，热阻很大，故增加传热热阻，使传热系数大为降低。据B.A.古登丘克的实验，当蒸汽中含有1%的不凝气，蒸汽冷凝给热系数会降低60%。因此，在蒸发结晶器的加热室应合理设置不凝气的排放通道。通常来讲，加热室中不凝气的存在，必然反应出加热室压力的升高。运行过程中加热室压力的不正常升高，很可能是不凝气排放不畅。

国内资深专家建议冷凝器中不凝气的排放口应设在蒸汽流程的终端, 而与不凝气的重度无关。因为蒸汽流程的末端，由于蒸汽液化引起压力降低，不凝气主要聚集在压力最低的位置，在实际装置运行上，我们也可以看出由于加热室压力及不凝气含量的变化，冷凝水的温度一般要低于蒸汽的温度，常见低2℃左右。排气口与进汽口相距应尽可能远, 即上进汽时为下排气（冷凝液出口的稍上方）而下进汽时为顶排气。

以上所说的排气口系指换热器（对于蒸汽来说它是冷凝器）的主排气口。在冷凝器的设计中, 通常还在蒸汽不易到达的死角处设置辅助排气口。

如立式冷凝器中,加热蒸汽通常从上部进入, 在蒸汽进口管对面上管板的下方死角处也可能积聚不凝气, 可在此处设置辅助排气口。例如美国虎克化学公司设计的蒸汽加热室, 一般蒸汽进口放在上部, 主排气口直径较大, 且设在加热室的底部, 冷凝水出口的稍上方。另外在加热室的中部和顶部分设有直径较小的辅助排气口, 供开车时加速排气之用，正常运行时，上部不凝气可以间歇式的排排不凝气。柴伦巴式蒸发器的加热室设有三个不凝气排出口。主排气口直径为50-100mm。位于加热室下部冷凝水出口之上。另外在加热室下部大约三分之一高处和顶部设有25-38mm的排气口。正常操作时, 仅底部主排气口经常开启排气，而辅助排气口关闭, 只有传热出现异常时才间断开启排气。

二、设备选型及设计问题

蒸发结晶工业化过程都会涉及到一个设备选型和设计问题。需要对标准设备（泵、离心机、干燥器、阀、仪表等等）进行选型，非标设备（蒸发结晶器、换热器、稠厚器）等进行设计。本次对一些通用规则及常见问题进行介绍。

1、泵的选择

在结晶过程中，会涉及到清液、晶浆的输送，此过程泵的选择至关重要。先就一些通用规则介绍如下：

清液输送：此类按照输送条件选择合适泵类型即可；比如清水泵、化工通道、容积泵等等

特定行业，开发出系列专用泵，最好选择经过工业实践检验的专业专用泵；如碱泵、磷酸料泵、矿山、水泥等行业泵

晶浆输送泵：在工业结晶过程中，以能输送晶浆、而且晶体破碎最小为最初考虑点。结晶器排料最好用容积泵，工业上常用的主要是离心式渣浆泵、隔膜泵和正弦泵。前两种我们在设计时都选用过，正弦泵还没用过，不过从其原理来看，应该是优选的。

结晶外循环泵：结晶过程中，循环流量一般较大，低扬程时，常选用轴流泵；小流量和装置真空高，安装高度低的用混流泵（不得已而为之）。由于泵的流量对结晶过程的过饱和度和换热效果均有影响，在影响规律不是很清楚的情况下，建议对这种泵配备调频，便于生产和节能。（注：结晶器的排料，最好能利用设备的高度差实现自排，不用泵，更好！）

2、结晶器类型的初步确定

连续蒸发结晶器类型主要有：FC、DTB和Oslo三种类型。其结构示意图如下：

从流场角度进行区分：FC为近似全混型；DTB带有导流筒，可以实现清液循环；OSLO是粒度分级型，即流化床型。选型是根据目标产品平均粒径范围进行选择，选择经验如下：

以上三种类型的关键差别在于设备内结构不同，流场分布不同，各个区间的功能不同。比如FC近似全混，而DTB在设备内分为、过饱和度产生区、晶体生长区和澄清区，若流场设计不合理，导致设备内也是全混，没有实现功能分区，则也没有达到DTB类型设备所想达到的目的。而流场控制问题恰恰是目前行业上很多设备运行不是很合适的问题。虽然是Oslo结构形式，但是运行的是FC的效果。换言之，设备结构是为了产品粒度要求等服务的，不能拘泥于具体的外观尺寸，要根据目标要求进行具体设计和改进。

3、结晶过程搅拌器形式的选择

搅拌在结晶过程中至关重要，有时候是结晶过程好坏的控制因素，搅拌的目的是为结晶过程提供良好的传热、反应条件及均匀的晶体分布。搅拌效果会影响结晶器内的混合效果，进一步影响过饱和度的分布，从而会对产品粒度及粒度分布产生直接影响。在和企业交流过程中发现国内的许多企业在结晶工段所选用的搅拌形式有很多不合理之处，先将对于结晶过程应该选用何种形式的搅拌器做一总结，不当之处欢迎批评指正。

对于结晶过程搅拌桨选型的准则是循环；低速度；控制剪切。晶体悬浮均匀，整体流向以轴流为主。目前工业上搅拌器常选用平桨、涡轮和螺旋桨等搅拌器。

具体选用时，需要根据搅拌目标在结合物系性质，如粘度、晶习、硬度等进一步选择和优化，一般情况下，所列三种形式搅拌桨适用的体系粘度是逐渐增大的，也就是说，平桨适用的粘度最低，一般小于100cP，螺旋桨略大，适用粘度小于1200cP以内，而涡轮最大，适用粘度小于1200cP（间歇操作）和100000cP（连续操作）。

在结晶过程中，船用螺旋桨式搅拌器跟符合结晶过程的要求，该类型搅拌器的常用尺寸是三叶片等螺距。低速，60-120r/min

注意：这只是经验，具体混合效果还和设备的尺寸及搅拌桨的叶轮直径有关。

溶液结晶过程均要涉及到固液两相，设备中搅拌的类型、搅拌功率、搅拌转数等均是非常关键的参数，设计过程中需要仔细斟酌。

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