工业废水有结晶析出蒸发器的探讨

结晶过程是一个复杂的传热、传质过程。在溶液和晶体并存的悬浮液中，溶液中的溶质分子向晶体转移(结晶)，同时晶体的分子也在向溶液扩散(溶解)。在未饱和溶液中溶解速度大于结晶速度，从宏观上看这个过程就是溶解；在过饱和溶液中结晶速度大于溶解速度，从宏观上看这个过程就是结晶。所以，结晶的前提是溶液必须有一定的过饱和度。

工业废水成分复杂，由于杂质的存在对结晶物晶核的形成及结晶速度都可能会产生不同的影响，也可能会使结晶速度减慢或加快，还可能造成结晶效果不佳，只能在生产中不断地总结经验，找出影响因素。

工业结晶的方法主要有冷却法、蒸发法、真空冷却法、盐析法及反应结晶法。结晶器的类型繁多，有许多型式的结晶器专用于某一种结晶方法；但更有许多重要型式的结晶器如OSIO、DTB、DP结晶器等等，通用于各种不同的结晶方法。

蒸发结晶法是去除一部分溶剂的结晶方法，它使溶液在加压、常压或减压下加热蒸发而浓缩，以达到过饱和状态。此法主要适用于溶解度随温度的降低而变化不大的物系或具有逆溶解度的物系，为了节省热能常由多个蒸发结晶器组成多效蒸发，使操作压力逐效降低，以便重复利用热能。

物系的溶解度与温度之间的关系是选择结晶器首先要考虑的重要因素。结晶的溶质不外乎两大类:第一类是温度降低时溶质的溶解度下降幅度大，第二类是温度降低时溶质的溶解度下降幅度很小或者具有一个逆溶解度。对于第二类溶质，通常须用蒸发结晶器，虽然对某些具体物质可用盐析式结晶器；对于第一类溶质，则可选用冷却结晶器或真空式结晶器。

近些年来随着国家对节能减排的大力推进，在污水处理行业中用于有结晶析出的料液的蒸发比较多见。污水的成分复杂，料液对设备腐蚀严重，在蒸发过程中又常常伴有结晶析出，应用最为典型的就是奥斯陆蒸发结晶器。这种结晶器是料液与饱和溶液一起循环在加热器中加热后，用循环泵送至蒸发室内蒸发；过饱和溶液从下降管送至结晶器内的悬浆区结晶，晶浆由泵抽出输送至结晶罐进一步冷却；然后再进入到离心分离机，将晶体与母液分离，分离后的母液再回到蒸发器内蒸发。主要用于氯化钠、碳酸氢钠、二水碳酸钠、硫酸铵、硫酸二氨等，也可用于硫酸钙、硫酸钠、亚硫酸钠等易结晶的盐类，这种结晶器在污水处理蒸发器上应用广泛。

在蒸发过程中随着料液浓度的增高、温度的降低将有一部分料液会结晶析出，如含盐类的污水蒸发浓缩等。在蒸发过程中料液达到过饱和开始结晶，晶浆由泵抽出输送至结晶罐内进一步冷却结晶，然后进入分离机中分离。

DTB真空结晶器为溶液从导流管底部送入，与悬浮液均匀混合，上升至表面蒸发而产生过饱和，使晶粒在结晶区中成长，轴流泵具有大流量保证有足够的循环量，使蒸发时温度降低仅0.2~0.5℃，细晶加热溶解后，重新返回结晶器。

DTB真空结晶器的优点:有大量的晶体和过饱和溶液接触，过饱和度消失快，器壁结盐少，晶体停留时间长，生产能力大，为强制循环真空结晶器的3~8倍；设备费、操作费用低，能连续、稳定地生产。其缺点:需另设分级腿，搅拌器需要机械密封，以保证真空条件。用途:主要用于氯化钾、硫酸铵生产。

二、结晶器的结构型式 

奥斯陆结晶器因为结构简单适应范围广，所以这种结晶器应用最为普遍，它是与分离器叠加在一起，上部为分离器，下部为结晶器。还有两种被简化了的结晶器（喇叭口减速式结晶器和挡板式结晶器），又被称为结晶分离器。

MVR蒸发器近几年在污水处理行业上有所应用，这是将二次蒸汽全部回收再利用的蒸发器，即二次蒸汽经过蒸汽压缩机压缩成过热蒸汽，然后再转化为温度较高的饱和蒸汽，作为加热热源。这是与TVR蒸发器不同之处，TVR蒸发器是利用一次蒸汽通过热压泵高速射流抽吸一部分二次蒸汽，再压缩提高其蒸汽的温度压力作为加热热源的蒸发器。

从经济指标上看，TVR蒸发器节能效果虽然不如MVR蒸发器，但是，采用双效、三效及多效蒸发，节能效果也是非常明显，而且各项生产参数稳定，特别是降膜式蒸发器在各个领域内广泛的、高效的应用，也是MVR蒸发器及其他形式蒸发器所不能替代的。

废水成分复杂，对设备腐蚀严重，结垢严重，经常伴有结晶析出;含盐类的废水沸点升高又特别大；再加上设备结构上的特殊性，决定该类蒸发器换热面积很大，每蒸发1t水所需要的换热面积一般都在95~125m²之间，有的甚至更大。MVR蒸发器电耗(电耗/1t水)在70~100kW之间。蒸发器在应用过程中还存在许多问题，主要是生产能力不足、蒸发参数不稳定、出料浓度不稳定、生产的连续性不好、结垢结焦严重、蒸发效果不佳等。

分离器的计算与普通蒸发器计算没有区别，结晶器的直径按分离器直径的1.1倍计算选取，有效高度按分离器有效高度(L)的0.8~0.9倍计算选取。淘洗腿的主要作用是集盐、分级、洗涤、回溶可溶性杂质、冷却等，有结晶析出就要设置淘洗腿。

淘洗腿内部结构根据需要也不尽相同，但是，淘洗腿底部要做成可拆卸的锥形结构，底部不宜做成椭圆封头，以防盐沉积难于清理。淘洗腿的直径在0.3~0.45m之间选取，有效高度按0.9倍结晶器有效高度估算，一般不低于600mm。

为了获得一个更好的集盐冷却的稳定效果，有项目的将淘洗腿已经加长到了1.5~2m之间，但是一定要注意是否会造成晶块集聚，从而导致出浆困难或无法出浆。在淘洗腿中比较容易产生块状结晶体，大都是因为晶浆在淘洗腿中滞留时间过长，解决的方法是控制好出料浓度及出料温度，控制好出料速度，其次是在淘洗腿处加装加热夹套给淘洗腿加热使其保持在一定温度范围内或在淘洗腿底侧部加装倒立的推进式搅拌装置用以进行不定时的搅拌以防结块产生。

三、分离器

1.分离器料液进口的问题

结晶蒸发器的分离器料液进口不是切线进口而是采用弯管口朝上的结构，这样做主要是为防止晶粒的生长及细粒化，防止因进料而影响结晶的生成。除此之外凡是在蒸发过程中没有结晶析出的，能采用蜗壳切线或切线进料的，不采用这种进料方式，原因只有一个，那就是蜗壳切线或切线进料能够使料液中二次蒸汽彻底分离。

2.分离器的捕沫器的问题

废水的成分复杂，有的在蒸发过程中极易产生泡沫，泡沫又极易产生雾沫夹带。因此用于废水蒸发器的分离器中，靠近二次蒸汽出口处常常设置涡扇挡板式除雾器或丝网除雾器。

3.二次分离的问题

在MVR结晶蒸发器中由于某些料液特殊，二次蒸汽容易产生雾沫夹带，不但在分离器内设置除雾器，很多时候还需对二次蒸汽中夹带的雾沫做进一步分离，从分离器出来的二次蒸汽不直接进人蒸汽压缩机而是进入洗气塔或者二次分离器，进行二次分离后再进人蒸汽压缩机，这样也是对压缩机起到一定保护作用。

4.分离器的有效高度问题

由于废水蒸发大多伴有结晶生成，因此进入分离器的二次蒸汽(含料)管道一般是从分离器中部进入，而不是切线进入分离器，还要考虑雾沫夹带问题。所以分离器有效高度要比计算的高。由于二次蒸汽(含料液)管道结构上的特殊性，一般有效高度按分离器直径的2.5倍进行选取。

四、蒸汽压缩机 

蒸汽压缩机分为两种形式，一种为离心蒸汽压缩机，一种为罗茨蒸汽压缩机。离心蒸汽压缩机与罗茨蒸汽压缩机对于出口正压负压均适应。离心蒸汽压缩机与罗茨蒸汽压缩机的喷淋水的作用是将过热蒸汽变成饱和蒸汽，二者对水温要求不同。离心蒸汽压缩机对喷淋水水温要求一般不低于65℃，水压不低于0.3MPa，过滤精度不高于5um。

离心蒸汽压缩机的喷淋水，在将过热蒸汽变为饱和蒸汽的同时，本身汽化为饱和蒸汽，与被压缩的二次蒸汽一并进入蒸发器壳程加热。每一台蒸汽压缩机都有喷淋水量的要求，蒸发参数不同喷淋水量及能够汽化的冷却水量也不同，参数一定，汽化量也确定。

罗茨蒸汽压缩机要求冷却水温一般不高于30℃，罗茨蒸汽压缩机喷淋冷却水，只是有一少部分在将过热蒸汽转化为饱和蒸汽过程中，汽化成饱和蒸汽，并与饱和蒸汽一并进入蒸发器壳程去加热，这部分冷却水量一般占总冷却水量的10%~15%。

无论何种蒸汽压缩机其喷淋水泵必须具备足够压力保证喷进蒸汽压缩机的水能够充分雾化，达到良好喷淋效果。喷淋水量要合适，进水要有流量计计量，过大的喷淋水量对雾化效果反而不利。喷淋水泵要有一定扬程来保证喷淋水的压力值，实际应用的喷淋水泵分为离心泵与定量泵两种。

蒸汽压缩机冷凝水的排除问题:

蒸汽压缩机在生产工作中，管道会产生冷凝水，并积聚在蒸汽压缩机出水管道的最低处。冷凝水的存在会导致换热效果下降，应采用管道引出，接到冷凝水罐及时将冷凝水排除掉。