關鍵詞：蒸發(fā)器，多效蒸發(fā)器，蒸發(fā)技術，蒸發(fā)器結垢，廣東環(huán)諾
概述：蒸發(fā)是化工生產(chǎn)中重要的操作單元，通過蒸發(fā)將溶液中的溶劑去除得到較濃溶液的一種技術。能實現(xiàn)這種單元操作的設備叫蒸發(fā)器。蒸發(fā)器的種類很多，其中多效蒸發(fā)是應用較普遍的一種。多效蒸發(fā)可以實現(xiàn)蒸汽的二次利用，降低能耗；其運行狀態(tài)多為負壓，可降低物料的沸點；并通過流程的改變，適應于大多數(shù)物料的濃縮特點。多效蒸發(fā)器已廣泛應用于鋰電池、危廢、化工、輕工、醫(yī)藥、冶金、食品加工、海水淡化及污水處理等行業(yè)。實際生產(chǎn)中，蒸發(fā)用于污水處理和部分化工產(chǎn)品時，都會出現(xiàn)不同程度的結垢現(xiàn)象，影響設備的正常運行，嚴重時蒸發(fā)量減少不及設計的1/4，迫使設備停機清理。廣東環(huán)諾將多效蒸發(fā)中出現(xiàn)結垢的機理及常用的預防措施搜集整理，供您參考。
一、結垢種類及機理
蒸發(fā)器結垢主要分為以下幾種：1.硬性結垢，主要是指鈣、鎂離子形成的不溶性無機鹽，也就是普通的水垢；2.水溶性垢，主要是指可溶于水的無機鹽，在運行時析出并附著在換熱表面上；3. 燒焦垢，物料中的溶質由于燒焦形成的結垢，多半呈黑色。4.生物結垢，工業(yè)廢水中常有許多微生物所需的營養(yǎng)，會造成微生物的群體繁體，其群體及排泄物同泥漿等混合形成生物垢；5.其他類型的結垢。
二、蒸發(fā)器結垢的形成機理
1、硬性結垢形成機理：主要是物料中的鈣、鎂離子形成的垢，也就是通常所說的水垢，主要有碳酸鈣、硫酸鈣、氫氧化鎂等。研究表明，在85℃以下碳酸鈣形成的傾向大，85~116℃之間氫氧化鎂結垢的傾向大。而且碳酸鈣和氫氧化鎂都是對溫度負溶解性的化合物。在較高溫度時二者都會達到飽和狀態(tài)析出沾到換熱面上形成垢，氫氧化鎂的溶解度對溫度更敏感。硫酸鈣也是一種難溶解的垢，在溶液中存在形式有二水硫酸鈣、硫酸鈣和帶半個結晶水硫酸鈣，而三種狀態(tài)在溫度不同時會轉化，而硫酸鈣垢的形成與PH無關，只受溫度和濃度的影響。
2、水溶性結垢形成機理：此類垢主要是一些可溶性鹽，如氯化鈉、氯化鉀、硫酸鈉等。在蒸發(fā)傳熱的過程中，由于溫度梯度的存在，在加熱面上料液沸騰汽化，產(chǎn)生的氣泡上升脫離溶液本身而破裂。如果汽泡上升、破裂不順利，或者需要較長時間才破裂，則汽泡使加熱面上溶液濃度分布不均勻，另外汽泡熱阻較大，形成管壁局部過熱，當傳熱面溶液濃度達到過飽和時，會有晶粒析出，附著在換熱表面形成垢層，從而降低傳熱效率，形成更多的局部過熱，產(chǎn)生更多的垢層，惡性循環(huán)，最終無法維持正常生產(chǎn)。
3、物料燒焦形成的結垢：此類垢的形成一方面和換熱面產(chǎn)生汽泡形成局部過熱有關，更多由于傳熱面物料分布不均，蒸發(fā)過快形成燒干或濃度過高。這種結垢通常含有燒焦的味道。
4、化學反應結垢是由于溶液間反應而造成的同體沉積結垢；腐蝕結垢是換熱介質腐蝕換熱表面，產(chǎn)生的腐蝕沉積于受熱表面形成的污垢；凝同結垢是在過冷的換熱面上，純液體或多組分溶液的高溶解組分凝同沉積形成的垢。
三、 影響結垢的因素
1、處理物料的影響：物料是蒸發(fā)器設計的重要依據(jù)，不同的物料選擇蒸發(fā)器的形式、效數(shù)、面積等都有影響，其身的特性對蒸發(fā)器的結垢有重要的影響。含有大量的鈣、鎂離子的物料在蒸發(fā)過程中會形成大量的硬性污垢。如果處理的物料含鹽，那么蒸發(fā)過程中很可能有晶粒析出形成晶粒垢。如果物料含有某些在高溫下分解、反應、聚合或變質的成分，在蒸發(fā)器中可能會產(chǎn)生垢層。物料中含有過多的可見性雜質，如未及時過濾處理也可能會在蒸發(fā)器中形成垢層，影響蒸發(fā)效果或堵塞蒸發(fā)器。
2、中物料流動的影響：特別是在降膜蒸發(fā)器或升降膜蒸發(fā)器的降膜段，如果物料分布不均，會使傳熱不均而局部過熱造成燒焦產(chǎn)生垢層。蒸發(fā)器中物料的流速也會對結垢有影響，研究表明，流速高不僅可以提高傳熱系數(shù)還會對垢層形成一定的沖刷作用，在一定的程度上可以減少結垢。當然流速也不是越高越好需綜合考慮，一般控制在1.5m/s左右。
3、傳熱溫差的影響：在蒸發(fā)器設計中，為了提高蒸發(fā)效率，減小蒸發(fā)面積，往往將兩側的溫差設計的很大，其實是不合理的。傳熱溫差過大可能會造成局部溫度過熱，在處理含鹽的物料中可能會有結晶析出形成晶粒垢。兩側溫差大勢必造成傳熱面與溶液主體溫差大，可能會加快某些物料產(chǎn)生變性，增加結垢的沉積。在處理含有微生物的溶液中（比如海水），可能會使某些喜溫的微生物在換熱面聚集，形成生物垢。
4、換熱材料及表面加工質量的影響：蒸發(fā)器常用的材料為碳鋼和不銹鋼，這些材料的表面粗糙度都比較低，且腐蝕產(chǎn)生的的沉積物也會影響結垢。如果采用石墨或陶瓷等非金屬材料，由于表面光滑不會形成結垢點，即便結垢也容易被沖刷掉。除此之外，溶液的PH值、板式蒸發(fā)器的板型、流道的型式等很多都會對結垢造成影響，須多方面考慮。
四、蒸發(fā)結垢預防及消除措施
為了防止硬性結垢的形成。首先應對要處理的物料進行分析，如果物料鈣、鎂離子含量多，可以通過調節(jié)PH值，通過加酸對碳酸鈣、氫氧化鎂等進行反應，減少這些化合物的形成。還可以通過離子置換的辦法減少易結垢化合物的形成，通過加入其他離子使生成不溶性化合物的量大大減少可以有效的防止結垢。另外也可以在物料進入蒸發(fā)器之前進行除CO2和除O2處理，前者可以減少碳酸鹽的生產(chǎn)；后者一方面可以減少氧化物垢的形成另一方可以減少O2對設備的腐蝕。
合理選擇蒸發(fā)器類型和物料的流程。對于廢水或含鹽的物料，結垢傾向性大，一方面要增大循環(huán)量對換熱表面進行沖刷，另一方面要盡量降低各效的蒸發(fā)溫度以降低結垢可能性（如海水淡化中對于酸法防垢系統(tǒng)中鹽水最高溫度為120℃，磷酸鹽系列其最高溫度限于90℃，聚馬來酸酐系列最高可達120℃或稍高）。
三相流技術防垢技術。此技術在國外早就應用，在國內河北工業(yè)大學的張少峰教授等也做了相應的工作并取得了不錯的成就。三相流技術主要是在溶液中加入固體顆粒，顆粒密度大于液體的密度，硬度小于傳熱面的硬度，總量約占換熱器中液體體積的5%左右。此顆粒在蒸發(fā)器中隨著物料流動，會與傳熱面有摩擦或撞擊作用，會掉落附著在表面的污垢，從而有很好的防垢、除垢效果。同時李修倫和劉邵叢等對三相流進行傳熱性能分析，發(fā)現(xiàn)可以有效的強化傳熱.
旋液流態(tài)化在線清洗技術。此技術是在蒸發(fā)器換熱管內安裝一根軸向固定、下端自由、可旋轉的鋼絲螺旋。鋼絲螺旋在流體流動作用下進行螺旋為主、軸向往復運動和徑向擺動為輔的運動。運動時，與管壁不斷的摩擦，破壞邊界層并將附在壁面的細小晶體及時除去，起到防垢的作用。
超聲波除垢技術。此技術在于利用超聲波使傳熱面和液體之間產(chǎn)生振蕩。一方面可以防止在水中未完全結晶的鹽沉積在管壁上，另一方面在振蕩的作用下，沉積在管子上面的水垢層也開始振動，經(jīng)多次振動后垢層開始出現(xiàn)微小裂痕，垢層開始脫離。此種除垢技術是利用污垢剛而脆的機械性能進行的，對硬垢的作用極為顯著。
電磁除垢技術。利用外加電磁場和水分子發(fā)生共振，改變水分子的存在形式，是原來締合形成的各種中和鏈狀、團狀的大分子解離成單個水分子，最后形成比較穩(wěn)定的雙水分子，增加了水活性，改變水分子與其他離子的結合狀態(tài)，從而改變成垢物質在其的溶解性、結晶、結垢特性等。此外經(jīng)過電磁處理的水能夠電離出活性氧，在換熱面上形成一層氧化層，可以起到防腐的作用。
此外還有化學除垢就是加入化學藥劑，一方面從防止結垢方面考慮，另一方面從去除結垢方面考慮。
結論：蒸發(fā)器處理某種特定介質時，結垢的形成會嚴重影響設備的傳熱性能，甚至導致停機，因此在設計、使用期間首先要對物料有充分的了解，并進行適當?shù)念A處理，在使用時要合理操作避免設備出現(xiàn)干燒等情況，最后要采取一定的防、除垢技術，使設備可以正常連續(xù)的運行。
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