蒸发结晶技术除沫装置

蒸发结晶技术除沫装置

一、引言

在蒸发技术领域，如在多效蒸发和机械蒸汽再压缩（MVR）过程中，丝网除沫器常被用作蒸发器的气液分离装置，去除蒸发过程中二次蒸汽的雾沫夹带。工程实践表明，当溶液过热度较高或含有低沸点组分时，蒸发器内会发生剧烈的爆沸现象，大量的含盐液滴会冲入丝网并积聚，导致丝网除沫器通量下降甚至失效。

 

二、除沫装置分类

在精馏、吸收、蒸发设备中，通常在设备的顶部设有除沫装置，用于分离出口气中夹带的液沫和液滴，以提高产品质量，减少夹带损失，改善后续工序的操作状况。

除沫装置的结构型式较多，按材料分为板式、填料、丝网除沫器；按气体流动方式分为折流、旋流、离心除沫器；按安装形式可分为立放、平放和斜放三种。

①折流板式除沫器的结构简单，除沫效率低，主要用于大液滴和要求不严格的分离场合。若增加折流次数，分离效率能适当提高。对大尺寸(30~150mm)和中等尺寸(10~30um )雾滴的捕获效率高，压降比较低、易于冲洗，具有敞开式结构便于维修和费用较低等特点。

球形除沫器、百叶窗式除沫器、折流板式除沫器，能除去大于50μm的液滴;采用角钢、波纹板制造的，可分离大于10μm的雾沫;用多孔金属、多孔陶瓷板制造的，可分离大于5μm的雾沫，但不宜易脏、易自聚结集的物系。

②填料(拉西环、鲍尔环、鞍型)除沫器用于分离大于10μm的雾沫。

③丝网(金属丝网、玻璃纤维与合成树脂纤维丝网等)除沫器的体积小而轻，效果好，除沫效率达99%，可除去大于5μm 的雾沫，但不宜含有固体颗粒、很脏和高粘度液体的场合。若用玻璃纤维和合成纤维布可分离1μm 的雾沫，但压降大。要除去更小的雾沫，可采用两段丝网层。

④旋流板除沫器的除沫板形状如固定的风车叶片，气体通过叶片时产生旋转并作离心运动，将液滴抛向器壁而聚集落下。除沫效率可达90%以上，其阻力介于折流板与丝网除沫器之间。

 

选用除沫器的类型时，要根据物系的性质，工艺要求和生产的具体情况，特别是出口气体的具体情况确定。课程设计中，一般考虑或说明选型的原因，绘出示意图即可。具体设计除沫器时，可参考有关的文献资料。

三、蒸发辅助设备气液分离器(除沫器)的设计或选型

1.折流板式除沫器

折流板式除沫器主要尺寸可按下列关系确定:

Do≈D1

D1:D2:D3=1:1.5:2

H=D3

h=(0.4~0.5)D1

式中:

Do---二次蒸汽管的管径，m;

D1---除沫器内管的管径，m; 

D2一一除沫器外管的管径，m;

D3---除沫器外壳直径，m; H-一除沫器的总高度，m;

h---除沫器内管与器顶的平均距离，m。

这种除沫器只有当器内二次蒸汽速度较大时(一般应有12~30m/s)，分离效果才好，但因其结构简单，应用较广。

 

2.丝网除沫器

网式除沫器结构如图1(c)，是让蒸汽通过表面积较大的丝网，使液滴附在丝网表面而除去。除沫效果好，丝网空隙率大，蒸汽通过时压降小，因而网式除沫器应用广泛。网式除沫器的金属网一般采用三层或四层，丝网的规格型号可参阅有关手册。金属网的高度可按下式计算:

h=3600x0.5πD1u

式中:

h---金属网的高度，m;

v---进入除沫器的蒸汽量，m3/h;

D1---蒸汽入口直径，m，常取为蒸发室直径的70%~75%;

u---蒸汽速度，m/s。

若采用四层铜网时，各层网的规格可用下列数值:

第一层103x103孔/cm2

第二层116x116孔/cm2

第三层129x129孔/cm2

第四层129x129孔/cm?

表1 丝网过滤器的基本形式及参数

型式代号	容积重量kg/m?	比表面积m?/m?	孔隙率ε
SP	168	529.6	0.9788
HP	128	403.5	0.9865
DP	186	625.5	0.9765
HR	134	291.6	0.9832

 

3.离心式除沫器

图1(d)是离心式除沫器的结构示意图，叶片为渐伸线型，蒸汽射出角β=155°。令D为二次蒸汽进口孔的直径，D2为叶片外径，渐伸线的起点及终点分别在D1、D2圆上。

a=180°-β=180°-155°=25°

则D2=D1/sin25°=2.36D1

 

式中: 

Vs---进入除沫器的二次蒸汽的体积流量，m3/h;

u---二次蒸汽的速度，m/s。

叶片间的距离b用下式求出:

 

式中:

S---叶片厚度，m，一般为5~8mm。

n--叶片数目，约16~22片。叶片数目多，可增加蒸汽的接

触表面，提高除沫能力，但同时增大了蒸汽的流动阻力。

叶片的高度h可按下式计算:

其他类型气液分离器尺寸的确定可参阅《气态非均系分离》手册。各种气液分离器的性能可见表2。

表2 气液分离器性能

型式	捕集雾滴的直径/m	压力降/Pa	分离效率	气速范围/(m/s)
简易式	>50	98~147	80%~88%	3~5
惯性式	>50	196~588	85%~90%	常压:12~25(进口) 减压:>25(进口)
网式	>5	245~735	98%~100%	1~4
波纹折板式	>15	196~785	90%~99%	3~10
旋流式	>50	392~735	85%~94%	常压:12~25(进口) 减压:>25(进口)
离心式	>50	~196	>90%	3~4.5

四、生产上常用几种除沫器的比较

1折流板除沫器原理

当含有雾沫的气体以一定速度流经除沫器时，由于气体的惯性撞击作用，雾沫与波形板相碰撞而被附着在波形板表面上。波形板表面上雾沫的扩散、雾沫的重力沉降使雾沫形成较大的液滴并随气流向前运动至波形板转弯处，由于转向离心力及其与波形板的摩擦作用、吸附作用和液体的表面张力使得液滴越来越大，直到集聚的液滴大到其自身产生的重力超过气体的上升力与液体表面张力的合力时，液滴就从波形板表面上被分离下来。除沫器波形板的多折向结构增加了雾沫被捕集的机会，未被除去的雾沫在下一个转弯处经过相同的作用而被捕集，这样反复作用，从而大大提高了除雾效率。气体通过波形板除沫器后，基本上不含雾沫。除沫器系统由除沫器本体及冲洗系统组成。折流板式除沫器适用于处理进汽液滴夹带严重的情况，其利用惯性撞击来实现气液分离，常见的结构类型包括正弦波形、梯形、折角形和弧钩形等。这种除沫器具有处理量大、不易结垢堵塞和无需定期排污等优点。

2球形除沫器原理

球形除沫器的结构球形除沫器是将若干网条并排成较蒸发器内截面略小的一圆盘盘高与条宽相等，许多盘在蒸发器内叠成所需的高度。若蒸发器内径大，则将一盘分成几份，安装时再并合。一盘之内，左右相邻两盘的网条又互成90°交叉。球形除沫器的优点：各片排列整齐而峰谷之间空隙大，气流阻力小;波纹间通道的方向频繁改变，气流滑动加剧:片与片之间以及盘与盘之间网条交错，促使液体不断再分布;丝网细密，液体可在网面形成稳定薄膜，即使液体喷淋密度小，也易于达到完全润湿，能除去中等尺寸(10~30um)的雾滴，除沫效果好。

3.丝网除沫器

(1)丝网除沫器的结构

丝网除沫器主要是由丝网、格栅组成丝网块和固定丝网块的支承装置构成，该丝网除沫器不但能滤除悬浮于气流中的较大液沫，而且能滤除较小和微小液沫，除蒸发器内使用外，还广泛应用于其他化工生产过程的气液分离装置中。

(2)丝网除沫器的原理

当带有雾沫的气体以一定速度上升通过丝网时，由于雾沫上升的惯性作用，雾沫与丝网细丝相碰撞而被附着在细丝表面上。细丝表面上雾沫的扩散、雾沫的重力沉降，使雾沫形成较大的液滴沿着细丝流至两根丝的交接点。细丝的可润湿性、液体的表面张力及细丝的毛细管作用，使得液滴越来越大，直到聚集的液滴大到其自身产生的重力超过气体的上升力与液体表面张力的合力时，液滴就从细丝上分离下落。只要操作汽速选择适当，气体通过丝网除沫器后，基本上不含雾沫。除沫效率达到97%以上。

4.离心式除沫器

离心式除沫器是依据离心分离原理实现相间的分离,具有结构简单、能耗低、质量轻、应用方便等优点。

表3 常见除沫器性能比较

除沫器型式	除雾尺寸	气流阻力	适用场合要求
折流板除沫器	大尺寸(30~150um)和中等尺寸(10~30um )	低	压降比较低、易于冲洗，便于维修和费用较低，除沫效果一般。
球形除沫器	中等尺寸(0~30um)	很低	球形除沫器气流阻力小除沫效果好。
丝网除沫器	小尺寸(小于10um)	很低	能除小尺寸的雾滴，除沫效果好，应用广泛。
离心式除沫器	大尺寸(30~150um)	低	结构简单，能耗低、质量轻、应用方便，除沫效果一般。

五、除沫器的选材

除沫器可供选择的材质有金属、非金属及金属和非金属交织三类:

1.金属类

?不锈钢>1Cr18Ni9Ti

?纯镍丝(Nickel)

?纯钛丝(Titanium)

?黄铜丝(Brass)

?磷铜丝(Copper)

?合金丝:Cr20Ni80、Cr20Ni50

?因科镍蒙乃尔(Monel)等

2.非金属类

?聚氯乙烯(PVC)

?聚丙烯(PP)

?氯化聚氯乙烯(CPVC)

?聚四氟乙烯(PTFE)

?聚醛氟乙烯(F46)

3.金属与非金属交织类

?不锈钢与玻璃纤维交织(SUS&Fiberglas)

?不锈钢与聚合丝交织(SUS&PP、PVC、F46等)