蒸发结晶零排放的原理及设计要点

随着蒸发结晶技术的成熟和发展，在各行各业应用的越来越普遍，比如我们大家都关注的工业废水领域，蒸发结晶成为实现零排放的主要技术手段。今天迈源小编重点给大家介绍一下关于蒸发结晶的原理、特点、设备及使用讲解。

蒸发操作是从溶液中分离出部分溶剂，而溶液中所含溶质的数量不变，因此蒸发是一个热量传递过程，其传热速率是蒸发过程的控制因素。蒸发所用的设备属于热交换设备。

对于工业的高盐废水而言，蒸发是通过升温的方式使废水中的水溶液沸腾汽化成为蒸汽，从而使废水中含盐浓度提高的单元操作。与一般的传热过程比较，蒸发过程又具有其自身的特点，主要表现在经济、过程和物料方面。

一、经济方面

从经济方面而言，蒸发时需消耗大量的加热蒸汽，而溶液汽化又产生大量的二次蒸汽，如何充分利用二次蒸汽的潜热，提高加热蒸汽的经济程度，是蒸发器设计中的重要问题。

对于大多数工业蒸发所处理的是水溶液，热源是加热的蒸汽，产生的二次蒸汽仍然是水蒸汽，两者的区别是温位(热能)不同，导致蒸汽温位降低的主要原因有两个：

(1)传热需要有一定的温度差作为推动力，所以汽化温度必须低于加热蒸汽的温度;

(2)根据拉乌尔定律可知，在一定的压强下，由于溶质的存在造成溶液的沸点升高。换言之，在相同压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点。

因此，当加热蒸汽温度一定，蒸发溶液时的传热温度差要高于蒸发溶剂时的温度差。溶液的浓度越高，这种影响也越显著。在进行蒸发设备的计算时，必须考虑溶液沸点上升的这种影响。

二、过程方面

从过程方面而言，蒸发操作是个沸腾传热的过程，工业操作须在核状沸腾区域进行，所谓核状沸腾又称泡核沸腾，是指流体在湿润的加热表面上生成蒸汽泡的沸腾。当加热表面的温度超过该系统压力下液体的饱和温度时，贴近加热表面的液体就会汽化，生成汽泡。温度愈高，生成的汽泡愈多。汽泡长到一定大小后会脱离加热表面，从而又产生另一批汽泡。在液冷反应堆堆芯和蒸汽发生器内，泡核沸腾是常见的现象。

比如，常压下水溶液核状沸腾的过热度一般在2.2～25℃之间。当过热度超过临界值时，核状沸腾进入膜状沸腾区域，沸腾给热系数反而随传热温差的增高而降低，蒸发操作出现很不稳定的状态，容易出现时而暴沸、时而不沸的现象。因此，蒸发时的传热温差不宜过大。

三、物料方面

从物料方面而言，由于溶剂的汽化，蒸发过程常常使溶液浓度产生局部过饱和。溶液在沸腾汽化过程中常在加热表面上析出溶质而形成垢层，使传热过程恶化。例如，工业废水中往往含有某些盐类，如硫酸钙、碳酸钙、氢氧化镁等，溶液在加热表面汽化使这些盐类的局部浓度达到过饱和状态，从而在加热面上析出、形成垢层。尤其是碳酸钙等，其溶解度随温度升高而下降，更容易在加热表面上结垢。因此，蒸发器结构的设计应设法延缓垢层的生成并易于清理。

溶液的物性对蒸发器的设计和操作也有重要影响。有些物料是热敏性的，在高温下易变性或分解，要选择合适的蒸发温度并缩短物料在容器内的受热时间;有些物料具有较大的腐蚀性或较高的粘度，需要选择高等级的材料和刮板式蒸发器等等。我们在选择蒸发的方案和设备时，必须考虑物料的这些工艺特性。