負壓蒸發(fā)工藝性能研究
負壓蒸發(fā)工藝性能研究 1、負壓蒸發(fā)工藝與常壓蒸發(fā)參數對照及其工藝流程種類、特點 負壓蒸發(fā)工藝與常壓蒸發(fā)參數對照 工藝參數 負壓蒸發(fā)工藝 常壓蒸發(fā)工藝 混合油濃度（%） 20 20 混合油進入一蒸溫度（℃） 40 40 一蒸后混合油濃度（%） 70 70 一蒸時壓力（kPa） 47 100 一蒸溫度（℃） 53 80 加熱蒸汽壓力（kPa） 150 300 二蒸后混合油濃度（%） 85 90 二蒸時壓力（kPa） 100 100 二蒸溫度（℃） 93 110 加熱蒸汽壓力（kPa） 250 400 汽提后濃度（%） 99.8 99.8 汽提時壓力（kPa） 35 100 汽提時溫度（℃） 95 125 加熱蒸汽壓力（kPa） 300 600 工藝流程特點及種類 1） 蒸發(fā)溫度低，二次蒸汽利用率高，可以大大降低蒸汽消耗； 2） 浸出毛油色澤淺、質量好，可以降低煉耗； 3） 尾氣處理工藝完善，可以大大降低溶劑消耗； 4） 冷凝負荷相對減少，傳熱效率高，所需傳熱面積減少，可以節(jié)省設備投資。 典型的流程主要有兩種，第一種是：第一蒸為負壓蒸發(fā)，利用濕粕脫溶的二次蒸汽作熱源；第二蒸為常壓蒸發(fā)，利用新鮮蒸汽為熱源；汽提毛油干燥均為負壓。第二種是全負壓蒸發(fā)即：第一、第二蒸發(fā)在同一負壓下進行，第一蒸發(fā)利用濕粕脫溶的二次蒸汽作熱源，第二蒸發(fā)為負壓，利用新鮮蒸汽為熱源；汽提毛油干燥在更高的真空度下進行。 2、負壓蒸發(fā)工藝具有節(jié)能性 2.1 理論分析 常壓下第一蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度為80℃，其蒸發(fā)后的混合油濃度為70%，這樣用蒸脫機的二次蒸汽（溫度為80～85℃）不能加熱第一蒸發(fā)器，因為溫度差較小。 如果第一蒸發(fā)器采用負壓蒸發(fā)，其真空度為47kPa，混合油濃度為70%時，其中溶劑的蒸發(fā)溫度為53℃，這樣用蒸脫機的混合汽體可作為加熱熱源，其溫度差為27～32℃，只要蒸發(fā)設備充分合理，正常蒸發(fā)就有可能。按300 t/d大豆浸出油廠生產量計算，其主要工藝參數見下表。 300 t/d大豆浸出油廠主要工藝參數 混合油量（濃度為20%） 9375 kg/h 混合油中油脂量 1875 kg/h 混合油中溶劑量 7500 kg/h 第一蒸發(fā)器蒸出的溶劑量 6697 kg/h 第一蒸發(fā)器整除溶劑所須蒸汽量（0.3MPa） 1995 kg/h
第一蒸發(fā)器加熱蒸汽所釋放的潛熱熱能 1200 kW·h 若濕粕含溶按35%計算蒸脫機蒸烘這樣的濕粕所產生的二次蒸汽量見下表。 濕粕脫溶的工藝參數 濕粕量 16346 kg/h 濕粕中含溶 5721 kg/h 蒸發(fā)溶劑所須直接蒸汽 1287 kg/h 混合汽體中水蒸氣量 1051 kg/h 混合汽體中溶劑蒸汽量 5721 kg/h 混合汽體冷凝釋放潛熱熱量 1443 kW·h 因此，蒸脫機的二次蒸汽冷凝所放出的熱量大于一蒸加熱蒸汽所放出的潛熱，那么用蒸脫的二元汽體加熱一蒸混合油是有富余的，也就是一蒸蒸發(fā)完全不用新鮮水蒸汽，這樣節(jié)約第一蒸發(fā)器的加熱爭氣量1995 kg/h。 另外，因降低加熱蒸汽的飽和壓力，汽化潛熱增加而減少的熱量損失也考慮在內（0.6MPa的汽化潛熱：2082kJ/kg，0.4 MPa的汽化潛熱：2130kJ/kg）。這樣因降低蒸汽壓力而節(jié)約蒸汽量可以計算出來：蒸發(fā)系統(tǒng)所須加熱蒸汽總量為2910 kg/h，這部分的量相當于節(jié)約蒸汽66 kg/h和上述節(jié)約第一蒸發(fā)器的加熱蒸汽量相加，節(jié)約蒸汽總量為2060 kg/h。 該負壓蒸發(fā)工藝中所采用的真空設備是用兩臺蒸汽噴射泵，其型號及耗汽量見下表。 蒸汽噴射泵的蒸汽消耗量 名稱 型號 耗汽量 低位真空泵 ezp(110+110) 175 高位真空泵 ezp(130+350) 230 合計 405 綜合分析：負壓蒸發(fā)工藝節(jié)約蒸汽量為節(jié)約蒸汽總量減去噴射泵所耗的蒸汽量，即節(jié)約蒸汽為1656 kg/h，平均到加工每噸油料生胚節(jié)約蒸汽量為133kg/t，和國家二級企業(yè)用汽標準相比節(jié)約蒸汽量為25%，冷凝這部分蒸汽需要的循環(huán)水量為14.8m3/h（按溫度差10℃計）。 負壓蒸發(fā)工藝中由于采用負壓，某些液體流動的部位增加液體泵，這樣就增加了電力消耗，其電力增加見下表。 常壓和負壓用電比較 常壓蒸發(fā) 負壓蒸發(fā) P101 0 4.5 P102 0 3 P103 0 4.5 P104 0 3 循環(huán)水 7.6kW(節(jié)約用水折合) 0 合計 7.6 15 增加裝機容量 7.4Kw(折算耗電量0.4kW·h/t 理論計算負壓蒸發(fā)比常壓蒸發(fā)節(jié)約蒸汽133kg/t，折合標準煤22kg/t，負壓蒸發(fā)工藝比常壓蒸發(fā)工藝裝機容量多7.4kW，折合耗電量0.4kW·h/t；浸出油廠的總能量中蒸汽的消耗量占三分之二，因此節(jié)約蒸汽的消耗量是浸出油廠的關鍵，理論上設計節(jié)能工藝是非常必要的。 2.2 實際消耗量的測定 浸出工藝實測數據
實測負壓蒸發(fā) 實測常壓蒸發(fā) 負壓工藝比常壓工藝節(jié)約 平均誤差 工藝指標 工藝指標 實測值 理論值 （%） 耗煤（kg/t） 93 118 25 22 6 耗電(kW·h/t) 32.5 32 -0.5 -0.4 6.4 耗水(kg/t) 2700 3600 900 1100 10 從表中可以看出，實際測量數據與理論分析數據的趨勢是一致的，只是數值上有差別而已。煤耗上的誤差較小，電的消耗相差也不大，而水的消耗較大，主要是理論計算熱損失功率的參數選擇不準。 3、操作真空度的選擇 從理論上說，系統(tǒng)的真空度越高，混合油的沸點越低，蒸發(fā)所須的熱量越少，這是人們所需要的。另外一方面，系統(tǒng)的真空度越高，溶劑的露點也越低，即蒸發(fā)產生的溶劑蒸汽冷凝變成液體的溫度也越低，也就是說冷卻水的溫度要低。下表是不同溫度下正己烷的飽和蒸汽壓。例如當初始冷卻水溫度為30℃時，則系統(tǒng)的極限真空度只能達到101-28=73kPa。事實上，要使冷凝液溫度接近初始冷卻水溫度，需要很大的冷卻水量和很大的冷凝面積，通常冷凝液的溫度在35～40℃；另外，由于工業(yè)上所使用的浸出溶劑還含有一部分低沸點組分，使得溶劑最初蒸發(fā)時，蒸汽壓更大，這樣在實際中可達到的真空度僅在60kPa左右。因此混合油蒸發(fā)時的真空度主要由冷卻水溫度和冷卻水量決定，在自然條件允許的情況下，第一、第二蒸發(fā)器的真空度可以適當高些，但沒有必要刻意去追求，如果真空度低于51kPa時，則應查找原因。由于機械真空泵體積大，噪音大，振動大，排出的尾氣溫度高，不清潔（含機械油煙），尾氣不宜處理，安全上更不允許；水噴射泵和水環(huán)式真空泵都存在用水量大，水中夾帶的溶劑不易回收的問題；只有單級蒸汽噴射泵體積小易布置，用汽量小，排出的氣體清潔，較易處理。因此，在混合油負壓蒸發(fā)中，一般都選用蒸汽噴射泵。 正己烷在不同溫度下的飽和蒸汽壓 溫度（℃） 0 5 10 15 20 25 30 35 40 飽和蒸汽壓（kPa） 6.3 8 .5 10.7 13.3 17.3 21.3 28.2 32.0 38.7 4、抽出尾氣的處理 從混合油蒸發(fā)系統(tǒng)抽出的氣體主要為不凝性的空氣和未凝結的溶劑氣體，在蒸汽噴射泵的混合腔內與拉瓦爾噴嘴噴出的蒸汽混合壓縮后排出。混合氣體攜帶了較多的熱量，具有利用的價值。因此處理的方法有下面幾種：一是可以直接排入列管式冷凝器冷凝（因須回收溶劑故不能采用水接觸式的大氣冷凝器）；二是作為輔助加熱熱源，如FEC公司將其作為廢水蒸煮罐的部分熱源，蒸發(fā)出的溶劑蒸氣匯聚到蒸脫機的蒸汽中進入到第一蒸發(fā)器的殼程；美國皇冠公司則直接通入第一蒸發(fā)器的殼程；三是排入真空度較低的冷凝器，以便在吸入口形成更高的負壓。正因為有后面這些相互配合的處理手段，所以我們沒有必要去刻意提高蒸發(fā)器的真空度。 5、換熱面積的配備 混合油蒸發(fā)實質上是傳熱的化工單元操作，因此，換熱面積的配備是整個系統(tǒng)穩(wěn)定高效運行的關鍵。這些面積包括蒸發(fā)器的面積和冷凝器的面積。它們主要會涉及三個方面的因素：一是工藝路線和工藝操作參數，如冷熱介質的組合方式、系統(tǒng)真空度、每級蒸發(fā)后混合油濃度，不同的工程公司，其操作參數不盡相同，所選擇的各傳熱設備的面積也就不會一樣，好的工藝線路不僅可以冷熱流體的能量相互利用，還可以節(jié)省不少的換熱面積。又如，再新鮮冷卻水溫高的地方，因冷卻推動力減少，即使浸出規(guī)模相同，而冷凝面積要略大一些。二是物料衡算和熱量衡算，浸出工藝涉及到的物料種類較多，各種物料的物性參數不一定都是
常數，而且又不太齊全，因此一份有使用價值的工藝計算需要經過理論和實踐的多次反復。只有準確掌握了各傳熱設備的熱負荷和影響熱負荷的主要因素，在配備面積時才可以做到有的放矢；三是總傳熱系數k的取值和校核，在不同的操作狀態(tài)下，各種傳熱介質間的總傳熱系數也不是一個固定值，k值的取值既要有依據又不能過于保守，當規(guī)模大時，k值可以取大一點，規(guī)模小時，k值應取小一點。在有條件時，k值可以從實際運行的生產線上采集參數進行測算，用這種方式測得的k值具有較大的參考價值。 6、冷卻水的配置 一是冷卻水量的供給，在大型浸出車間，冷卻水用量較大，一般都在每小時幾百上千噸，因此最好選用循環(huán)用水，這樣循環(huán)水的進水溫度25～32℃，不至于使溶劑冷凝液的溫度太高以影響蒸發(fā)所需的真空。循環(huán)水量的確定可以先根據熱量衡算得出總的傳熱負荷再選擇溫度差：南方6℃以下；北方6～8℃。二是進水方式即采用并聯進水或是串聯進水。在并聯進水時，由于冷卻水通過每一個冷凝器的壓力降不一定相同，水量很難分配均勻；另外即使分配均勻，根據熱量衡算計算的水量也達不到有效傳熱所需要的雷諾數。所謂串聯進水即是用不少于熱量衡算計算的總水量依次通過各冷凝器，這樣通過每一主冷凝器的水量都是相同的，而總的冷卻水溫差還是6～8℃，當然不同冷凝器的溫升是不一樣的。為了更合理使用冷卻水，真空高的冷凝器應先通過，常壓下的冷凝器最后通過。即使采用串聯進水，還得考慮冷凝器的管程數以使水梁達到有效傳熱所需的最低雷諾數。理論計算和工程實踐都已證明串聯進水優(yōu)于并聯進水。 7、真空抽出泵的問題 由于蒸發(fā)器和多數冷凝器在負壓下工作，器內液體的排出要么采用高度差，要么采用泵強制排出。而采用高度差，因溶劑的比重小，安裝高度將很高，且運行也不穩(wěn)定。一般采用泵強制排出要優(yōu)越一些。選泵時重點考慮泵的氣蝕和軸的密封。
