亚硫酸钠蒸发器

                                                      安小刚

亚硫酸钠，常见的亚硫酸盐，无色、单斜晶体或粉末。对眼睛、皮肤、粘膜有刺激作用，可污染水源。受高热分解产生有毒的硫化物烟气。工业上主要用于制亚硫酸纤维素酯、硫代硫酸钠、有机化学药品、漂白织物等， 还用作还原剂、防腐剂、去氯剂等
亚硫酸钠 　　化学品英文名称： sodium sulfite
　　化学式： Na2SO3 ,　　分子量： 126.04
外观与性状： 无色、单斜晶体或粉末。
　　熔点(℃)： 150(失水分解)
　　相对密度(水=1)： 2.63
　　主要用途： 用于制亚硫酸纤维素酯、硫代硫酸钠、有机化学药品、漂白织物等.

中文名称:亚硫酸钠，英文名称:Sodium sulfite
分子式:Na2SO3，分子量:126.04
①生成：SO2+2NaOH===Na2SO3+H2O
H2SO3+Na2CO3===Na2SO3+CO2↑+H2O
2NaHSO3==△==Na2SO3+H2O+SO2↑
②还原性：3Na2SO3+2HNO3====3Na2SO4+2NO↑+H2O
　　2Na2SO3+O2====2Na2SO4
③加热：4Na2SO3==△==Na2S+3Na2SO4
生产工艺
1、硫磺经过熔化、澄清、高效过滤后，由硫磺泵加入到焚硫炉。
2、空气经过压缩、干燥、净化后通焚硫炉，与硫磺焚烧生成SO2 气体（炉气）。
3、炉气经过废锅冷却回收蒸汽，再进入除硫反应器，除尽气体中升华硫，得到纯净的SO2含量在20.5%（体积）的气体，进入吸收塔。
4、纯碱配成一定浓度的碱液，与二氧化硫气体反应得到亚硫酸氢钠溶液。
5、亚硫酸钠氢钠溶液采用烧碱中和得到亚硫酸钠溶液。
6、亚硫酸钠溶液进入浓缩器，采用三效连续浓缩工艺。蒸出水分，得到含亚硫酸钠结晶的悬浮液
7、将浓缩器合格物料放入离心机，实现固液分离，固体（湿品亚硫酸钠）进入气流干燥器，采用热风干燥得到成品。
母液回用到配碱槽，循环使用。

配套公用工程条件：

 工程设计案例一：

二、生产规模及产品质量指标
1、生产规模： 350吨/日
进料流量：15T/h
原液浓度温度：40℃
  冷却水进口温度：低于35℃

工艺方案

1、为降低蒸汽消耗选择三效蒸发器，蒸发每吨水消耗蒸汽约400公斤。即蒸发12吨/小时需要消耗0.6MPa锅炉蒸汽4.8吨/小时；需要冷却水约320m3/h；电机功率约150KW。
蒸发器采用可以采用连续蒸发、连续出料的方式操作，溶液纯度高，质量稳定，提高了生产效率；蒸发器操作采用自动控制，集中显示，装置稳定，生产效率高；蒸发出的高温冷凝水预热原料。热源为饱和蒸汽，采用从锅炉来的0.5-0.6Mpa的生蒸汽进入蒸发器加热室壳程,从末效蒸发器蒸出的二次蒸汽进入一级冷凝器用 冷却水冷凝，最后不凝气由真空泵排出。

工艺采用三效顺流蒸发,工艺流程最为简单，设计处理量按110%的考虑。
工艺过程:溶液进入蒸发器,蒸发浓缩采用三效顺流流程, 溶液首先由泵输送到一效冷凝水预热器，然后进入各效蒸发器。经一效蒸发后蒸气作为热源进入到二效蒸发器的加热室，经二效蒸发后蒸气作为热源进入到三效蒸发器的加热室，经三效蒸发后蒸气进入到冷凝器。
 从能耗的角度，采用外循环蒸发器加结晶器，具有动力消耗低、清洗简单，便于操作的特点。溶液首先经冷凝水预热后进蒸发器，充分利用了高温冷凝水的热量。其余冷凝水由泵排出，锅炉回用或排放。
设备计算,循环量的计算,体循环量和生长容积, 可溶性盐的浓度控制，不易产生结疤现象,可以根据沉降速度和母液中盐含量，使蒸发器内的晶体达到理想状态。

各效温度分配：生蒸汽压力：0.6MPa，末效真空度：-0.09MPa。

以上温度仅供参考，实际温度可能会有所出入。
原料液预热器
一效冷凝水温度158℃，经过闪蒸罐后温度127℃，水质洁净，有较大利用价值
一效冷凝水预热器选30m2；考虑采用列管换热器。
各效加热面积的计算：
则各效面积为：
Ⅰ效：计算考虑管路中的不确定因素取Ａ１＝180ｍ２　
Ф2200*4500
Ⅱ效：外循环蒸发所需面积：Ａ２＝180ｍ２　
Ф2200*4500
Ⅲ效：外循环蒸发所需面积：Ａ3＝180ｍ２　
蒸发室取Ф2600*4500
考虑减少液沫夹带，液面以上的分离高度取2m
具体见计算表
蒸发系统的真空装置
维持真空操作可以使蒸发温度降低，进一步提高生产强度降低溶液对材质的腐蚀环境。多效蒸发系统为维持其蒸发室压强逐效降低，保持必要的温差，其末效必须与真空装置相联。真空装置性能的好坏，对整个蒸发系统的总温差影响极大。
蒸发系统真空装置工作原理，水蒸汽与液态水的比容相差极大。
真空蒸发系统末效蒸发室的压强大致在10KPa以下，在此条件下的蒸汽比容（单位质量物质的体积）为14.71[m3/kg]，而液态水的比容为0.001[m3/kg]，两者相比，差1.471×104倍。
当处于密闭容器中的，压强为10KPa的水蒸汽突然遇冷冷凝为液态水时，其体积在瞬间缩小14700多倍，这样，就在容器中形成很大的负压，即真空状态。
在水蒸汽冷凝时，并非所有的蒸汽都凝结成液态水，在液态水的表面上仍存留一定数量的水蒸汽分子。这些水蒸汽分子产生一定的压强，即所谓的“饱和蒸汽压”。
饱和蒸汽压与体系的温度有关。温度越低，饱和蒸汽压越小。100℃时，水的饱和蒸汽压为1大气压（101.33KPa），80℃时为47.38KPa，60℃时19.92KPa，40℃时7.38KPa。10KPa 时，对应的饱和温度为45.3 ℃。
真空装置所能创造的真空度，取决于冷却介质，通常是冷却水，的温度。所能达到的的真空度的极限，是冷却水温度下所对应的饱和蒸汽压。当使用机械式或蒸汽喷射式真空泵为辅助设备时，真空度还可以高一些。
实际使用的真空系统由于冷却水及二次蒸汽中含有少量不凝性气体，设备的气密性等原因，真空装置的真空度比理论值要低一些。
真空泵计算：系统泄露空气量
系统容积：按外循环蒸发器整套系统的容积20ｍ３，经查系统容积与空气渗透量图（见化学工程手册）可知体系的最大空气渗透量大约为
空气泄露量：10ｋｇ，取G1=20ｋｇ/h
冷却水放出空气量:G2=0.02kg/ｍ３×400ｍ３／ｈ=8ｋｇ/h
未冷凝蒸汽G3按1%的蒸汽计算。
则真空泵的排气体积（折换成吸入状态）：

考虑一定的富裕系数,抽气量选400ｍ３／ｈ,工作水温40oC

冷凝器
真空系统中完成二次蒸汽冷凝的设备称作冷凝器，是真空系统中的主要设备。按其传热方式可分成两大类：表面式冷凝器和混合式冷凝器。
直接混合式冷凝器：
 在混合式冷凝器中，温度较高的二次蒸汽与温度较低的冷却水直接接触并进行混合式传热，蒸汽放热冷凝成液态水，并与因吸热而升温的冷却水充分混合后排出。
 在混合冷凝器中，热交换的强度与水—汽接触时间，水—汽接触表面面积，水—汽初始温差等因素相关。
为使水—汽接触时间加长，接触面积加大，混合式冷凝器通常采用塔状结构，内部也为有利于液相分散的结构。冷却水可成膜状、帘状、柱状或液滴状由上而下流动。其中膜状流动的水—汽接触面积最小，液滴状流动的水—汽接触面积最大。实际生产中综合考虑传热效率，操作及设备费用等因素，常以柱状流动方式为主。
 混合冷凝器对冷却水的水质要求不高，普通地表水、地下水、海水等度可以使用。但水温与真空度有极大的影响，应尽量使用温度较低的冷却水源，以获得较高的真空度。
在混合式冷凝器内，二次蒸汽温度T与冷凝器排出的冷却水温度t2之差称作“冷凝器最终温差”，记作Δt。 
不同条件下，最终温差一般在3℃～8℃。
 常用的混合冷凝器有气压式冷凝器、水喷射式冷凝器等。气压式混合冷凝器使用最为广泛。下图为一种气压式冷凝器的示意图。
 末效蒸发液条件：
冷却水量的计算：设定冷却水进口温度40℃，出口温度48℃。
γｗ＝2100ｋＪ／ｋｇ　 （水的蒸发潜热）
按蒸发量大一些考虑富裕量,
所以三效蒸发量Ｗ3＝4000ｋｇ／ｈ
冷却水需要量：Ｌ＝＝251ｍ３
考虑富裕系数:冷却水需要量取320ｍ３／ｈ 

设备一览表：

其他说明：亚硫酸钠MVR蒸发器

亚硫酸钠沸点升高小，非常适合采用MVR蒸发器

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