姚洪齊，徐 晨

（常州中源工程技術(shù)有限公司，江蘇 常州 213126）

蒸發(fā)結(jié)晶操作是化工生產(chǎn)中的常見(jiàn)單元操作，直接關(guān)系到化工產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。蒸發(fā)結(jié)晶的操作原理是通過(guò)加熱將物質(zhì)中的水分蒸發(fā)去除，從而得到某類(lèi)物質(zhì)結(jié)晶體，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)間分離，滿足提純目的[1]。在操作中，需要將物料放置到加熱區(qū)域，設(shè)計(jì)適合的溫度，再將物料放入蒸發(fā)區(qū)域中，借助壓力控制作用使物料在某溫度下實(shí)現(xiàn)飽和，結(jié)合減壓方式讓水蒸氣蒸發(fā)，由于溶劑減少，物料蒸發(fā)后實(shí)現(xiàn)濃縮，以此產(chǎn)生晶體。在操作過(guò)程中，會(huì)有諸多因素對(duì)蒸發(fā)結(jié)晶產(chǎn)生影響，降低蒸發(fā)效率，如加熱設(shè)備、加熱面積、傳熱溫差等。同時(shí)，蒸發(fā)結(jié)晶操作過(guò)程中，可以使用的設(shè)備非常多。不同的化工企業(yè)會(huì)選擇不同的設(shè)備，而蒸發(fā)設(shè)備的總傳熱系數(shù)是明確、固定的，沒(méi)有什么可以擴(kuò)展的空間。

因此，化工企業(yè)應(yīng)當(dāng)全面分析工藝參數(shù)，合理設(shè)計(jì)傳熱溫差，有效發(fā)揮設(shè)備功用，提升蒸發(fā)結(jié)晶效率和質(zhì)量。

1 傳熱溫差對(duì)蒸發(fā)結(jié)晶操作的影響分析

在蒸發(fā)結(jié)晶操作過(guò)程中，需要對(duì)加熱器進(jìn)行調(diào)整來(lái)改變傳熱溫差，增強(qiáng)傳熱效率，提升蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備的生產(chǎn)能力。蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備在工作過(guò)程中，使用非常高的溫差對(duì)易飽和物料進(jìn)行處理，如果大幅度提升設(shè)備產(chǎn)能，往往會(huì)產(chǎn)生比較大的操作安全隱患，導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降，生產(chǎn)車(chē)間停產(chǎn)等問(wèn)題。

因此，需要科學(xué)分析蒸發(fā)結(jié)晶過(guò)程中的傳熱溫差，找出科學(xué)合理的傳熱溫差調(diào)整方式，保障生產(chǎn)過(guò)程安全穩(wěn)定。

1.1 產(chǎn)生表面結(jié)晶，影響傳熱性能

蒸發(fā)結(jié)晶作業(yè)，需要的加熱介質(zhì)和投入的加熱物料都是流體，這就需要將傳熱方式選擇為對(duì)流傳熱，保障加熱效果。但加熱過(guò)程受材質(zhì)表面的制約，加上流體內(nèi)部存在的摩擦力，導(dǎo)致在加熱過(guò)程中與表面接近的部分并沒(méi)有很快產(chǎn)生晶體，而是形成流體，成為滯留層[2]。滯留層的存在會(huì)造成整個(gè)加熱過(guò)程與流體方向保持一致的傳遞方向。大部分加熱物料形成的流體都沒(méi)有很高的導(dǎo)熱性，傳熱往往都集中在一個(gè)位置，溫度差異也存在于滯留層底部。從實(shí)際傳熱溫差過(guò)程來(lái)看，熱流體的熱量傳遞過(guò)程需要經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟，讓冷流體產(chǎn)生受熱，讓熱流體溫度逐步降低，最終和整個(gè)流體溫度保持一致。但滯留層的溫度和其他部分的差異非常大，一般情況下越靠近加熱區(qū)域表面溫度越高，超過(guò)流體主流溫度。如果流體主流接近沸點(diǎn)，這時(shí)接近加熱區(qū)域的流體基本上會(huì)直接沸騰。傳熱溫差差異系數(shù)越大，局部出現(xiàn)沸騰概率更高，一旦傳熱溫差達(dá)到一定的程度，基本上局部沸騰是必然產(chǎn)生的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象對(duì)整個(gè)蒸發(fā)結(jié)晶并非不利，這種受熱過(guò)程出現(xiàn)局部沸騰會(huì)增強(qiáng)流動(dòng)效率，可以有效滿足單純蒸發(fā)、升膜蒸發(fā)的需求。

但在蒸發(fā)過(guò)程中，因部分物料出現(xiàn)沸騰，溶劑和其他物質(zhì)產(chǎn)生分離，會(huì)形成大量的結(jié)晶體，大部分會(huì)覆蓋在表面，給傳熱過(guò)程增強(qiáng)了一層非導(dǎo)熱，也就是加入污垢熱阻，導(dǎo)致總傳熱系數(shù)降低。從這種現(xiàn)象可以看出，傳熱表面結(jié)晶增加，結(jié)晶介質(zhì)所產(chǎn)生的導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)降低，傳熱系數(shù)會(huì)越來(lái)越小。從蒸發(fā)結(jié)晶過(guò)程可知，鹽類(lèi)介質(zhì)物料導(dǎo)熱系數(shù)是沒(méi)有辦法超過(guò)金屬導(dǎo)熱的，二者的差距非常大。如果傳熱表面形成了諸多結(jié)晶，很容易造成設(shè)備性能降低，這與實(shí)現(xiàn)高效率并不符合。傳熱溫差差異更大，往往會(huì)讓靠近加熱區(qū)域的物料不斷沸騰，而且持續(xù)時(shí)間非常長(zhǎng)，這種結(jié)晶也會(huì)越來(lái)越多，最終基本上全部覆蓋到管壁上，直接降低管道導(dǎo)熱性能，甚至?xí)氯艿繹3]。

1.2 壓力系數(shù)提升，影響熱能利用

蒸發(fā)結(jié)晶的操作過(guò)程是將飽和水蒸氣作為熱量來(lái)源，雖然有時(shí)也會(huì)使用到熱水蒸氣作為熱量來(lái)源，但是不會(huì)產(chǎn)生較大過(guò)熱，這種潛熱和顯熱間是沒(méi)有什么差距的，一般情況下可以不做考慮，直接將其作為飽和蒸汽。此外，蒸汽冷凝管道是需要將產(chǎn)生的飽和水排除的。如果有的飽和溫度沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)區(qū)間，只是差異2°～3°可以不用考慮。因此，在蒸發(fā)結(jié)晶過(guò)程中主要是發(fā)揮水的汽化潛熱。結(jié)合熱力學(xué)第一定律規(guī)定，可以不考慮外發(fā)揮作用，只關(guān)注鍋爐中開(kāi)始出現(xiàn)的水蒸氣，不管產(chǎn)生什么作用，所發(fā)揮的熱量作用是明確的數(shù)值。在加熱過(guò)程中，水蒸氣由加熱到冷卻是一個(gè)完整的過(guò)程，在兩個(gè)階段過(guò)程中產(chǎn)生的熱量是相同的。通過(guò)對(duì)飽和水蒸氣表可以清晰知道，低壓條件運(yùn)行的水蒸氣更容易產(chǎn)生潛熱，是超過(guò)高壓過(guò)程產(chǎn)生的潛熱的。在一般情況下，蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備在加熱過(guò)程中，蒸汽壓力越低在蒸發(fā)結(jié)晶操作過(guò)程產(chǎn)生的熱量越大。在化工生產(chǎn)過(guò)程中，熱能利用方案有很多，但均以蒸發(fā)結(jié)晶作業(yè)過(guò)程為核心。蒸發(fā)區(qū)域壓力強(qiáng)度是確定的，蒸發(fā)溫度也是設(shè)置好的，這時(shí)傳熱溫度增高，蒸發(fā)冷凝水溫度也會(huì)升高，逐步讓過(guò)多熱量借助冷凝水的顯熱過(guò)程進(jìn)行流入，導(dǎo)致整體熱能利用效率較低。

2 蒸發(fā)結(jié)晶過(guò)程傳熱溫差的選擇方式

2.1 明確沸點(diǎn)高低，合理選擇傳熱溫差

化工行業(yè)使用的蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備種類(lèi)較多，常用的是管外沸騰型。加熱過(guò)程中的物料很多，管道內(nèi)部如果沒(méi)有產(chǎn)生蒸發(fā)，就能夠避免結(jié)晶析出。在正常操作過(guò)程中，需要將物料投入加熱管道，在加熱室作用下，讓物料流體溫度達(dá)到沸點(diǎn)溫度，然后將加熱完成的物料放置到蒸發(fā)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)減壓蒸發(fā)，讓結(jié)晶蒸發(fā)一同進(jìn)行，逐步產(chǎn)生結(jié)晶[4]。操作過(guò)程中，需要保障蒸發(fā)過(guò)程的穩(wěn)定性，針對(duì)蒸發(fā)容器設(shè)備中的物料，合理利用液態(tài)靜壓，確保溶液不會(huì)在加熱區(qū)域出現(xiàn)沸騰，也不能在加熱室、加熱表面形成結(jié)晶。如果蒸發(fā)室存在的液面提升1cm，加熱室存在的靜壓就需要增加0.01npa，整個(gè)操作壓力應(yīng)當(dāng)保持在0.08MPA～08MPA 間，料液沸點(diǎn)也會(huì)相應(yīng)上漲0.5℃～2.8℃。

綜上可知，在蒸發(fā)結(jié)晶操作過(guò)程中，當(dāng)液面位置較高時(shí)，加熱室沸點(diǎn)也會(huì)相繼增加，需要使用的傳熱溫差要設(shè)計(jì)得相應(yīng)大一些。

2.2 加大滯留層控制，明確傳熱溫差

在蒸發(fā)結(jié)晶操作中，應(yīng)當(dāng)從內(nèi)在方面對(duì)加熱過(guò)程進(jìn)行分析，合理判斷滯留層出現(xiàn)過(guò)程，要減少熱阻的出現(xiàn)，這需要找到合理的傳熱溫度。結(jié)合流體力學(xué)理論，圓管往往需要保持湍流而下，這時(shí)滯留層厚度直接和雷諾數(shù)值成反比，管道內(nèi)部出現(xiàn)的流速成反比例關(guān)系[5]。在蒸發(fā)結(jié)晶操作過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)明確設(shè)備儀器的中管內(nèi)徑，一旦管道內(nèi)部流速增大，雷諾系數(shù)往往會(huì)和流體產(chǎn)生較大摩擦，促使滯留層厚度越來(lái)越小。這就要求在設(shè)計(jì)工程中，按照強(qiáng)制循環(huán)全面分析加熱過(guò)程，促進(jìn)管道內(nèi)物料加速。而且，在蒸發(fā)結(jié)晶實(shí)際操作過(guò)程中，往往可以實(shí)現(xiàn)多方面共同作用，讓滯留層厚度變薄，縮小物料主流和傳熱溫差的差異數(shù)值，避免產(chǎn)生加熱室結(jié)晶。

另外，對(duì)傳熱溫差的選擇，需要全面分析傳熱過(guò)程，找出傳熱表面和物料主流溫差不超過(guò)物料液面靜壓產(chǎn)生沸騰的方式，有效滿足不同過(guò)程的傳熱需求。

2.3 結(jié)合生產(chǎn)流程，充分考慮蒸汽熱能

在蒸發(fā)結(jié)晶生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)流程并不是很復(fù)雜，需要全面考慮蒸汽熱能，保障傳熱溫差的合理性。在化工生產(chǎn)的過(guò)程，一般是在整個(gè)熱負(fù)荷核心區(qū)域，工藝操作性能直接影響到整個(gè)供熱過(guò)程，最為關(guān)鍵的是蒸汽壓力，它決定了蒸發(fā)結(jié)晶產(chǎn)生的傳熱溫差。在操作過(guò)程中，需要先明確蒸發(fā)結(jié)晶需要的壓力，才能開(kāi)始生產(chǎn)工作。在生產(chǎn)過(guò)程中，傳熱溫差差異越大，需要的蒸汽壓力也就需要越高。其次，在傳熱溫差選擇中，需要先保障生產(chǎn)過(guò)程，滿足生產(chǎn)能力的需求，確定較小溫差，有效控制蒸汽壓力。通過(guò)這樣的操作，基本上供熱系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的高位能蒸汽就可以得到很好的利用，以此確保蒸汽熱量得到充分利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。按照節(jié)約原則設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程時(shí)，應(yīng)當(dāng)合理考慮整個(gè)生產(chǎn)流程，按照生產(chǎn)工藝要求，合理分配熱量，也需要結(jié)合生產(chǎn)流程對(duì)熱量使用的需求，讓熱量實(shí)現(xiàn)分級(jí)使用。

綜上，在確定溫差大小過(guò)程中，需要全面考慮生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際需求。

2.4 合理選擇傳熱溫差，提升生產(chǎn)效率

從蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)使用過(guò)程分析，傳熱溫差需要結(jié)合多個(gè)生產(chǎn)步驟來(lái)確定，才能有效保障傳熱溫差的合理性，推動(dòng)生產(chǎn)過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行。在傳熱溫差計(jì)算過(guò)程中，需要分析物料液面靜壓過(guò)程產(chǎn)生的沸點(diǎn)，判斷出加熱區(qū)域沸點(diǎn)變化情況；根據(jù)加熱區(qū)域物料表面溫度高低，與局部區(qū)域的沸點(diǎn)溫度進(jìn)行對(duì)比，確保物料主流溫度不超過(guò)蒸發(fā)區(qū)域沸點(diǎn)溫度，保障傳熱溫差的科學(xué)合理性，保障生產(chǎn)過(guò)程順利進(jìn)行。確定傳熱溫差，需要先對(duì)熱蒸汽溫度明確，一般情況下與物料主流溫差差異就是非常合理的傳熱溫差[6]。在實(shí)際分析過(guò)程中，很多參數(shù)不容易得到，或者計(jì)算過(guò)程非常復(fù)雜，如傳熱膜系數(shù)。在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，要先按照以往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估算，綜合考慮實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，適度調(diào)整已經(jīng)確定的溫差。然后，結(jié)合蒸發(fā)形式、物料屬性等，合理選擇傳熱溫差。一般的單效或者多效蒸發(fā)過(guò)程，選擇范圍存在差異。單效蒸發(fā)過(guò)程應(yīng)當(dāng)保持在25℃，這樣的傳熱溫差才符合實(shí)際要求；多效蒸發(fā)過(guò)程需要將傳熱誤差確定在30℃左右。

因此，在蒸發(fā)結(jié)晶方法選擇上，需要全面考慮多方面因素，明確各方面因素對(duì)蒸發(fā)過(guò)程產(chǎn)生的影響，逐步降低其他風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的影響，科學(xué)選擇傳熱溫差，保障整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程安全可靠。

2.5 加強(qiáng)設(shè)備分析，重視人才培養(yǎng)

蒸發(fā)結(jié)晶操作的生產(chǎn)效率和質(zhì)量直接受到傳熱溫差的影響。要增強(qiáng)傳熱效率，先要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的設(shè)備進(jìn)行更新，讓熱量發(fā)揮更大的優(yōu)勢(shì)。從現(xiàn)有設(shè)備使用過(guò)程來(lái)看，如果降低設(shè)備尺寸，會(huì)產(chǎn)生諸多不穩(wěn)定的因素，影響生產(chǎn)過(guò)程。這需要結(jié)合現(xiàn)有使用過(guò)程和當(dāng)前生產(chǎn)要求，合理優(yōu)化設(shè)備，滿足蒸發(fā)結(jié)晶作業(yè)需求。一方面，在對(duì)設(shè)備尺寸進(jìn)行控制中，需要額外關(guān)注設(shè)備使用的穩(wěn)定性；另一方面，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量檢查，分析運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題、質(zhì)量問(wèn)題，為提升蒸發(fā)結(jié)晶生產(chǎn)效率提供保障。

蒸發(fā)結(jié)晶的生產(chǎn)過(guò)程涉及大量的生產(chǎn)技術(shù)人員，對(duì)傳熱溫差進(jìn)行控制和分析，也需要專(zhuān)業(yè)人員來(lái)進(jìn)行，這就需要加大專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)力度，建設(shè)高素質(zhì)人才隊(duì)伍，更好地推動(dòng)化工行業(yè)發(fā)展。

首先，加強(qiáng)內(nèi)部培訓(xùn)。針對(duì)生產(chǎn)流程設(shè)計(jì)的各方面人員，全面分析人員情況，結(jié)合企業(yè)當(dāng)前實(shí)際需求、人員職業(yè)發(fā)展等要求，明確培訓(xùn)內(nèi)容和考核計(jì)劃，讓每個(gè)人員都有機(jī)會(huì)掌握先進(jìn)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)理論素養(yǎng)和實(shí)踐能力的提升。對(duì)于每一次考核過(guò)程，都需要進(jìn)行詳細(xì)的記錄，將結(jié)果作為績(jī)效評(píng)價(jià)、轉(zhuǎn)崗等依據(jù)，以此更好地保障技術(shù)人員對(duì)傳熱溫差進(jìn)行有效測(cè)試。

其次，加大外部招聘力度。從蒸發(fā)結(jié)晶生產(chǎn)過(guò)程分析，對(duì)技術(shù)要求是非常高的，直接決定了傳熱溫差的合理性。在進(jìn)行外部招聘過(guò)程中，需要全面考慮生產(chǎn)構(gòu)成需求、技術(shù)要求等，聘用理論素養(yǎng)高、實(shí)操操作技能強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)人才。

另外，設(shè)備研發(fā)工作的開(kāi)展對(duì)于化工行業(yè)來(lái)說(shuō)也非常重要，能夠?yàn)樯a(chǎn)過(guò)程提供科學(xué)合理的設(shè)備，保障整個(gè)生產(chǎn)效率快速提升，有利于推動(dòng)化工行業(yè)發(fā)展。因此，需要更加關(guān)注人才對(duì)化工企業(yè)的作用，強(qiáng)科研隊(duì)伍的建設(shè)，增強(qiáng)各方面素質(zhì)，推動(dòng)生產(chǎn)效率的穩(wěn)定提升。

3 結(jié)語(yǔ)

在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，大量企業(yè)開(kāi)始出現(xiàn)生存和發(fā)展困難，化工企業(yè)面臨同樣的發(fā)展挑戰(zhàn)。再加上經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中能源緊缺、污染問(wèn)題嚴(yán)重化，促使各國(guó)開(kāi)始提倡節(jié)能減排，保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展、和諧發(fā)展。蒸發(fā)結(jié)晶操作過(guò)程的決定因素是傳熱溫差，科學(xué)選擇傳溫溫差，能夠有效滿足各方面生產(chǎn)需求，以此提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量。在化工生產(chǎn)過(guò)程中，需要關(guān)注傳熱溫差大小，全面分析溫差對(duì)蒸發(fā)結(jié)晶產(chǎn)生的影響，進(jìn)一步明確生產(chǎn)設(shè)備操作流程，有效滿足當(dāng)前蒸發(fā)結(jié)晶的需求?？傊?，傳熱溫差可以對(duì)蒸發(fā)結(jié)晶產(chǎn)生很大的影響。這就需要合理分析二者間的關(guān)系，找出其中存在的問(wèn)題，制定出針對(duì)性的解決措施，有效提升蒸發(fā)結(jié)晶生產(chǎn)效率，以此推動(dòng)化工行業(yè)發(fā)展。