多效蒸发器、连续结晶器在硫酸铵生产中的应用分析

2023-01-28

现在国内硫酸铵基本全部来自于非化肥生产行业副产, 例如炼焦行业、己内酰胺、硫酸尾气脱硫、电厂脱硫、丙烯腈以及甲基丙烯酸甲酯、氧化锌等副产。由于硫酸铵多为副产物, 其主要是以硫酸铵水溶液的形式排出主系统, 因此蒸发、浓缩、结晶成为提取硫酸铵常用的工艺路线, 而强制蒸发结晶与DTB蒸发结晶又是其中最为常见的两种浓缩工艺。

以处理量为3t/h, 进料硫酸铵浓度为35%, 进料温度为25℃的生产进行对比。

一、强制循环蒸发结晶工艺

1. 流程简述 (图1)

物料流向:溶液先经过冷凝水预热器预热后进入一效蒸发器, 在一效蒸发器内换热闪蒸, 闪蒸后的溶液利用效间压力差进入二效蒸发器再进行闪蒸、浓缩, 浓缩后的溶液由二效出料泵经旋液器输送至稠厚器, 再进入离心机进行固液分离, 硫酸铵晶体可直接进行包装或将结晶产品进行干燥处理, 而母液至母液罐后返回蒸发系统。

蒸汽及冷凝水流向:一效加热室的热源采用生蒸汽, 一效加热室内的生蒸汽换热冷凝后, 冷凝水进入一效冷凝水预热器预热原料;一效分离室产生的二次蒸汽进入二效加热室换热冷凝, 冷凝后的冷凝水进入冷凝水罐收集, 二效分离室产生的二次蒸汽进入间接冷凝器冷凝回收至冷凝水罐。

2. 生产消耗 (表1)

二、DTB蒸发结晶工艺

1. 流程简述 (图2)

物料流向:溶液进入DTB结晶器内, 溶液由循环泵输送至结晶蒸发器将溶液加热至过热状态, 过热的硫酸铵溶液进入DTB结晶器低温闪蒸析出结晶, 含固溶液再经出料泵输送至旋液器提高固体含量, 结晶溶液再经离心分离后, 母液返回DTB蒸发结晶器, 结晶产品可以进行包装或再进行干燥处理。

蒸汽冷凝水流向:生蒸汽进入结晶蒸发器冷凝后, 冷凝水回收再利用, DTB蒸发结晶器内闪蒸出的二次蒸汽进入间接冷凝器冷凝回收。

2. 生产消耗 (表2)

三、两种结晶工艺的对比

1. 系统特性

强制循环蒸发器是一种高效的蒸发设备, 其传热系数大, 利于处理粘度较大、易结垢、易结晶的物料或浓缩程度较高的溶液。强制循环蒸发器通过强制循环泵提供外加动力, 在换热管内产生强制流动, 控制换热管的流动速度在1.2-3.0m/s左右[1], 以保证带晶溶液在换热管内不结疤, 不堵管。

DTB蒸发结晶器属于典型的内循环结晶器, 结晶内设置了内导流筒及搅拌器, 它们和大流量的循环泵形成了一个循环通道, 而且循环速率很高, 可使晶浆重量密度保持至30-40%的水平[2], 可明显地消除高饱和度区域, 结晶内的各处的过饱和度比较均匀, 强化了结晶器的生产能力;

2. 公用工程消耗

对比表1和表2, 强制循环蒸发结晶的蒸汽消耗和循环水用量远低于DTB蒸发结晶, 但强制循环蒸发结晶的电消耗相对DTB蒸发结晶的偏高。

3. 结晶颗粒

强制循环蒸发结晶是在蒸发过程中析出结晶, 细晶在分离室内的停留时间相对较短, 离心分离后的结晶颗粒比较小而且不太均匀。

DTB蒸发结晶器的外循环管可以适当的消除过量的细晶, 硫酸铵晶体在DTB蒸发结晶器内的停留时间相对要长一些, 因此析出的结晶颗粒会稍大一些;结晶器底部的淘洗也保证了所析出的硫酸铵颗粒粒度的均匀、稳定。

4. 其它

由于DTB蒸发结晶器内有搅拌器和内导流筒, 因此在加工方面其要求的精度较高, 并且DTB蒸发结晶器无法制造大型设备;而强制循环蒸发器的加热室却可以加工制造至上千平米, 其处理量可以比DTB蒸发结晶器大的多。

四、结语

强制循环蒸发结晶与DTB蒸发结晶比较, 各自有不同的优势, 适合不同的生产条件, 处理量小而且对结晶产品的粒度有一定要求的可以选择DTB蒸发结晶;反之处理量相对较大且对结晶产品没有要求的可以选择强制循环蒸发。除此之外, 在选择两种生产工艺时还要考虑整体系统的投资、维护费用、生产消耗费用、操作人员的技术水平等因素, 根据不同的情况选择不同的生产工艺。

摘要：本文根据生产实例详细介绍了强制蒸发结晶和DTB蒸发结晶两种常见的硫酸铵生产工艺和生产技术指标, 同时将两种生产工艺进行了比较及分析

关键词：硫酸铵,强制蒸发结晶器,DTB蒸发结晶器