[发明专利]一种含硫酸及其盐溶液的多效蒸发浓缩工艺、蒸发结晶工艺及装置

摘要

本发明公开了一种含硫酸及其盐溶液的多效蒸发浓缩工艺、蒸发结晶工艺及装置。发明的核心是：“小温差传热顺流蒸发，二次蒸汽逐级串联预热、引酸浴为蒸发结晶载体、末效或末两效蒸发结晶”的工艺及装置。蒸发浓缩及结晶装置主要包括1～n效蒸发结晶器，1～n效循环泵，1～n‑1或n‑2级预热器、冷凝器、真空装置。本发明的酸浴6(±1)效蒸发结晶汽水比达到0.17～0.19的先进水平，使酸性水、二浴7(±1)效蒸发结晶汽水比达到0.13～0.15的先进水平；进一步的，低浓度的酸性水8(±1)效蒸发浓缩装置，汽水比可以达到0.09～0.11先进水平，而现行的行业最先进的16级闪蒸结晶的汽水比为0.255。

主权项

一种含硫酸及其盐溶液的多效蒸发浓缩结晶工艺，其基本的工艺特征是：“小温差传热顺流蒸发，二次蒸汽逐级串联预热、引酸浴为蒸发结晶载体、末效或末两效蒸发结晶”。(1)、发明小温差传热的多效蒸发装置，并设计顺流蒸发流程，最大限度降低由于沸点升高造成的温度差损失，这是能够增加蒸发效数，大幅降低蒸汽消耗的关键。通常的多效蒸发，传热温差都在15～25度左右，多效蒸发的效数通常只能在2～4效之间，无法进一步降低蒸汽消耗。本发明用升级版降膜蒸发小温差传热技术，设计成功6～8(±1)效蒸发装置，可以在5～10度传热温差情况下获得较高传热系数，小温差传热是可以增加蒸发效数的主要原因；设计顺流蒸发工艺，可以把前1～4效蒸发器的沸点升降至最低，这是可以增加蒸发效数的第二原因。(2)、用二次蒸汽逐级串联预热，最大限度地利用各级二次蒸汽热量提高进液温度，弥补了顺流蒸发导致第一效大量进液，使升温热大幅增加、蒸发热大幅减小使汽水比升高的重大缺点，这是使顺流蒸发能够实现降低蒸汽消耗的关键之二；(3)、对于低浓度的酸性水、二浴蒸发，引酸浴为蒸发结晶载体，实现酸浴蒸发水量和析出硫酸钠的总体平衡，解决了靠酸性水本身无法蒸发全部水分，无法析出全部硫酸钠，无法连续生产的问题，这是实行酸性水回收的技术关键之三；需要引入的酸浴量计算方法如下：(A)结晶硫酸钠所需蒸发量；Wj＝Y/0.453；Y为酸性水流量中全部的硫酸钠量；(B)结晶硫酸钠所需饱和液流量Lb＝Wj/0.15；(C)酸性水生成的硫酸钠饱和液流量：L1＝L0*(1‑β0)；L0为投入酸性水流量；β0为酸性水饱和蒸发率；(D)需要补充的酸浴饱和酸浴流量：L2＝Lb‑L1；(E)需要引入酸浴流量Ls＝L2/(1‑βs)；βs为酸浴饱和蒸发率；(4)、设计6(±1)效蒸发结晶装置中的末效或末2效为蒸发结晶器，前几效为浓缩蒸发器，使酸浴或酸性水在前几效中得到浓缩，浓缩到接近硫酸钠饱和，而在末效或末2效蒸发结晶硫酸钠，获得最佳结晶效果；酸浴蒸发结晶的关键是工艺控制，工艺控制的方法是要控制好蒸发量、硫酸钠结晶量和进酸量的关系：(A)后两个蒸发结晶器的硫酸钠结晶蒸发量，以6效蒸发结晶为例：Wj＝W5+W6＝Y/0.453；W5、W6为第5效、第6效蒸发器的蒸发量；Y为硫酸钠的设计结晶量；(B)4效排出，也即5效进入的硫酸钠饱和液量：Lb＝Wj/βj；Βj为硫酸钠饱和液的结晶蒸发率，通常可取0.15；(C)1效蒸发器的进酸量：L＝Lb/(1‑βb)；βb为酸浴的饱和蒸发率，取决于酸浴的浓度和硝酸比；(D)酸浴饱和蒸发量：Wb＝L‑Lb；或Wb＝L*βb；(E)前4个效的蒸发量之和，应该等于或接近饱和蒸发量：W1+W2+W3+W4＝Wb；(F)蒸发装置的总蒸发量：W＝Wb+Wj＝W1+W2+W3+W4+W5+W6；上述6点计算仅是物料平衡计算，还必须通过多效蒸发热平衡计算，保证上述Wb和Wj之间的热平衡关系。