在化工生產(chǎn)過程中，常遇到需處理粘稠
[1]或易結(jié)晶物 料的情況，分析幾種已知的傳統(tǒng)蒸發(fā)器，在處理該類物料 時各有不足：中央循環(huán)管式、升（降）膜式蒸發(fā)器易堵 管；列文式蒸發(fā)器設(shè)備過高并要求較高溫度的加熱蒸汽； 強制循環(huán)式蒸發(fā)器能耗大；刮板式攪拌薄膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)復(fù) 雜、傳熱面積小，處理能力不大
[2]。為此，思考是否可以 設(shè)計一種新型蒸發(fā)器來彌補個中不足，優(yōu)化蒸發(fā)環(huán)節(jié)的生 產(chǎn)能力。江蘇和誠制藥設(shè)備制造有限公司自2008年以來一 直致力于相關(guān)蒸發(fā)器的開發(fā)與研究，研制出的內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸 發(fā)器于2012年獲得*家**認(rèn)可，在此原型基礎(chǔ)上不斷改 進(jìn)已在生產(chǎn)工業(yè)中成功投入使用，可廣泛應(yīng)用于石油、化 工、 醫(yī)藥、食品及環(huán)保行業(yè)。 1 內(nèi)置
旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)及原理 1.1 結(jié)構(gòu)說明 內(nèi)置
旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)簡圖如圖 1 所示。主要由蒸發(fā) 腔、加熱轉(zhuǎn)子、底盤、傳動機構(gòu)等組成。蒸發(fā)腔內(nèi)置換熱 列管、蒸汽分配器，并裝有抄板抄動物料，兩端機械密 封，保證設(shè)備 密封性能；加熱轉(zhuǎn)子穿過蒸發(fā)腔，承載列 管束，在電機的帶動下可勻速轉(zhuǎn)動，中間空心段收集蒸汽 凝水集中排出；整套設(shè)備包括減速機、電機都安裝在鋼制 底座上，方便吊裝運輸。 1.2 原理說明 進(jìn)入蒸發(fā)工藝段時，先將物料打入蒸發(fā)腔內(nèi)（區(qū)別于 傳統(tǒng)的蒸發(fā)設(shè)備，內(nèi)置
旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器令蒸汽走管程，物料走 殼程，徹底擺脫堵管的煩惱），再通入加熱蒸汽、開啟電 機，讓管束和抄板攪動物料的同時與其充分換熱，加熱 蒸汽凝水從轉(zhuǎn)子軸中收集排出，物料則升 溫持續(xù)蒸發(fā)濃 縮，二次蒸汽進(jìn)入汽液分離腔，液體回流，蒸汽排走，達(dá) 到工藝要求濃度時從 出料口打出濃縮液（可間歇操作或 連續(xù)操作）。 系統(tǒng)真空度按照工藝設(shè)計的蒸發(fā)形式調(diào)整，適用于單 效、多效、MVR
[3]。由于裝有抄板，可不斷攪動物料，物
料在換熱界面線速度高，因此設(shè)備在處理高粘度、易結(jié)晶物料時游刃有余，換熱效果極好。腔體內(nèi)安裝有多個旋轉(zhuǎn)清洗頭，在蒸發(fā)同時監(jiān)測結(jié)晶情況，隨時在線清洗，免停機、停產(chǎn)。汽液分離腔中還裝有絲網(wǎng)除沫裝置，物料起泡，保證蒸汽凝水純度。
2 內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器的設(shè)計依據(jù)
2.1 設(shè)備改進(jìn)
相比傳統(tǒng)蒸發(fā)器的主要改進(jìn)特點：①蒸汽改走管程；②立式改臥式 兩個重要的改進(jìn)將大大影響原來的設(shè)備生產(chǎn)工藝，但是創(chuàng)新性的設(shè)計能帶來的優(yōu)勢是直觀的。
2.2 設(shè)備優(yōu)勢
（1）電能消耗低
內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器設(shè)計在腔體內(nèi)持續(xù)蒸發(fā)**工藝目標(biāo)濃度，是非循環(huán)型蒸發(fā)器，無需配備 循環(huán)泵，其主要消耗的電能來自帶動轉(zhuǎn)子緩慢轉(zhuǎn)動的電機，但由于設(shè)備的特點，管內(nèi)走的是 輕質(zhì)氣體，另外管束浸沒于液體物料中，因此產(chǎn)生的浮力將大大降低電機負(fù)荷。
（2）生蒸汽消耗少
對于正常運行的蒸發(fā)器機組來說，生蒸汽的補給主要是彌補機組對外界的散熱，機組的 外表面積越大、管道流程越長、與外界溫差越大，散熱作用越強，則需要補充的生蒸汽就越多。
內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器的加熱蒸汽從管束走，管束浸沒于物料中，熱量只散發(fā)給物料，且整套設(shè)備與外界的熱交換面只有外筒體，不通過任何管道，外筒體包有保溫層，熱損極低，蒸汽 利用率高。該設(shè)備布管數(shù)據(jù)見表1。
（3）換熱效果好
內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器尤其適用于高粘度、易結(jié)晶的物料處理，shou先因為管內(nèi)不會堵管，不影 響傳熱，其次管束在轉(zhuǎn)動時，換熱界面的切線速度高（可達(dá) 12m/s，通常強制外循環(huán)蒸 發(fā)器的循環(huán)速度為 2～3.5m/s），物料不易結(jié)垢黏住外管壁，所以換熱效果極好。
（4）土建投資低
內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器是多個蒸發(fā)單元集合的設(shè)備，加熱、蒸發(fā)、汽液分離一體化，整個機組 放在一個鋼架底盤上，機組總高 5～6m，現(xiàn)場無需搭建鋼架平臺，可一次吊裝到位，方便快 捷。通過實例，一套 10t/h 的內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)機組對比同樣規(guī)模的強制循環(huán)蒸發(fā)機組，光土建 投資
費用就可節(jié)省 120 萬左右。
2.3 設(shè)備計算
（1）筒體壁厚計算
（1）式中：δ —筒體計算厚度，mm；p
c —計算壓力，MPa； Di —筒體內(nèi)直徑，mm；[σ ]t —設(shè)計溫度下筒體材料的許用應(yīng)力，MPa；φ —焊接接頭系數(shù)。
（2）換熱管布管計算內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器一般選用 Φ19 換熱管，采用正三角
形排列，如圖 2所示。根據(jù)公式（2）、（3）、（4）計算布管數(shù)和布管面積。特別注意的是，由于內(nèi)置旋轉(zhuǎn)軸的影響，其周圍不能布 管，需根據(jù)軸徑 D′ 估算占用的當(dāng)量管數(shù)值 n′。
圖 2-1 正三角形排列布管示意圖
（2）
（3）
（4）式中：n —設(shè)計布管數(shù)；S —設(shè)計換熱面積，m
2；d —換
熱管外徑，mm；δ ′ —換熱管壁厚，mm；L —換熱管長度，mm；n′ —軸占用的當(dāng)量管數(shù)；D′ —軸徑；x — 換熱管間距，Φ19 管子 x =25mm；D
0 —設(shè)計布管直徑，mm；n
c —位于管束中心線的管數(shù)，正三角形排列時 n
c =
1.1
；b′ —管束中心線上**外層管的中心**布管邊界的距離，一般b′ =（0.6 ～ 1）d。
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表1 |
內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器布管參考 |
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換熱面積/m2 |
50 |
100 |
150 |
200 |
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500 |
600 |
700 |
800 |
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管長度/m |
2 |
2 |
2.5 |
2.5 |
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4 |
4 |
4 |
4.5 |
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換熱管根數(shù) |
455 |
910 |
1092 |
1456 |
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2274 |
2729 |
3184 |
3234 |
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布管直徑/mm |
650 |
850 |
950 |
1100 |
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1300 |
1450 |
1600 |
1600 |
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3 內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器的工業(yè)應(yīng)用
以京昆油田項目為例，簡述內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器在實際工
程項目中的應(yīng)用。京昆油田化學(xué)科技開發(fā)公司隸屬于中*石油化學(xué)昆山公司，是中*石油天然氣集團公司下屬的全資*有公司。公司以天然植物膠*域的研究開發(fā)、產(chǎn)品制造與銷售為主營業(yè)務(wù)，是 我***大的瓜爾膠及其系列衍生物的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，主要產(chǎn)品和服務(wù)涉及食品、油井壓裂、 民用日化、紡織印染、造紙建筑等多個*域，產(chǎn)品
市場遍布*內(nèi)各油田以及東、中部主要省份和亞洲、歐美多個*家。京昆項目設(shè)計參數(shù)見表2，項目運行記錄見圖3。
2014 年 6 月 23 日京昆油田化學(xué)科技開發(fā)公司簽訂一套 MVR 內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)系統(tǒng)用于含 鹽多糖廢水濃縮，運行**今，設(shè)備運行情況良好，客戶反應(yīng)該設(shè)備占地面積小、投資成本低、 連續(xù)運行穩(wěn)定性高，節(jié)能效果突出。
（下轉(zhuǎn)第14頁）
3
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工業(yè)、生產(chǎn) |
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2016年第1期 |
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終獲得良好的脫鹽效果。 |
升。罐底的淤泥如果不定期清洗，嚴(yán)重情況下還會導(dǎo)致罐 |
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2.2.2 雙向破乳，消除脫水帶油，提升脫鹽效率 |
底的排水分布管局部出現(xiàn)堵塞，從而使排水工序出現(xiàn)不均 |
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將兩種以上或兩種破乳劑按照一定的比例混合之后形 |
勻的情況。這樣的現(xiàn)象將會對變壓器的電流產(chǎn)生極大的影 |
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成新的破乳劑，其破乳脫水效果將會高于混合的任何一種 |
響，從而形成跳閘等危險情況。 |
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破乳脫水效果，這一方式被統(tǒng)稱為雙向破乳[5]。通過研究 |
2.4 研究并采用新工藝技術(shù) |
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分析，依據(jù)實際情況，采用多種適當(dāng)?shù)钠迫閯⑵浠?/td>
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通過研究實驗，對各個工藝環(huán)節(jié)當(dāng)中的操作參數(shù)進(jìn)行 |
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合形成雙向破乳，在原油一級灌入油溶性破乳劑，二級灌 |
優(yōu)化設(shè)計，將會直接的獲取更高的工藝指標(biāo)。除此之外， |
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入水溶性破乳劑，并將二級排水回流到一級。這樣的破乳 |
隨著科技的進(jìn)步，采用新工藝、新技術(shù)，例如超聲波破 |
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工序，能夠有效地提升高酸重油破乳的效率問題，從而有 |
乳技術(shù)，將可以直接使原有脫后含鹽效果的濃度低于3mg/ |
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效地解決排水含油的問題，并極大程度的提升脫鹽后的原 |
L，同時還能夠有效地控制生產(chǎn)能耗與成本，從而給化工 |
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油含鹽量。 |
企業(yè)帶來更多的利益。 |
2.2.3 優(yōu)化注劑、注水流程
對于較為容易乳化的高含鹽、高含水的委內(nèi)瑞拉原油，電脫鹽罐區(qū)內(nèi)的乳化層都相對比較厚，如果在乳化過程中，原油含水量高，則會在油水混合乳化層上生成較強的電場部位，從而將變壓器當(dāng)中的電流直線提升，如果含水量過高，則還會導(dǎo)致跳閘。脫后原油當(dāng)中水含量過高則會形成初餾塔并發(fā)生沖塔現(xiàn)象，對設(shè)備以及操作人員形成安全威脅。這一現(xiàn)象的環(huán)節(jié)方式主要是將二級的排水全部回注到一級。因為二級水無法直接排出，便能夠?qū)⒍夒娒擕}罐水位控制到**低，**佳時可以控制到零水位。這樣的方式便能夠**的緩解二級排水中含油量高的問題。而對于一級電脫鹽罐當(dāng)中而言，油水的水位必須控制在適當(dāng)?shù)乃簧?，需要保障排水?dāng)中不會含油。
2.3 定期清洗罐底污泥
委內(nèi)瑞拉原油含有較多的雜質(zhì)、泥沙，雖然原油罐當(dāng)中有沉降功能，但是許多的帶入電脫鹽罐中仍然有一定的泥沙含量，特別是一級電脫鹽罐當(dāng)中，長期的使用會產(chǎn)生大量的沉積物，這些沉積物將會降低脫鹽罐當(dāng)中的使用空間，從而使原油在罐內(nèi)的留置時間過短，排水的含油量提
3 結(jié)束語
綜上所述，提升委內(nèi)瑞拉高含鹽、高含水原油的脫鹽
效果關(guān)鍵以下幾個方面：1）原油當(dāng)中含有乳化劑并且大量水時，將會使原油在進(jìn)裝前乳化，從而出現(xiàn)水包油乳化液以及油包水乳化劑現(xiàn)象，是電脫鹽脫水效果受到影響的主要原因。2）提高原油罐的脫水效果時，必須要提前在脫鹽前降低原油當(dāng)中的含水量。3）使用雙向破乳是提升脫鹽效率的主要因素。4）提高電脫水、鹽的各項工藝指標(biāo)是提升脫鹽效果的有效措施。5）研究并采用新工藝技術(shù)。
