1t氯铵废水处理方案氯铵废水溶液蒸发结晶工艺说明.docx
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1t氯铵废水处理方案氯铵废水溶液蒸发结晶工艺说明
单效蒸发结晶器技术方案文件
总工简介
姓名
性别
男
出生
1979.1.10
民族
汉
籍贯
四川，乐至
职称
总工程师
E-mail：
手机
学习经历
2005-2009
荷兰特文特大学
（UniversityofTwente）
化学工程
博士
2004-2005
荷兰特文特大学
（UniversityofTwente）
化学工程
硕士
2000-2003
中国科学技术大学
材料物理与化学
硕士
1996-2000
中国科学技术大学
材料化学
本科
1996-2000
中国科学技术大学
计算机及其应用
本科
工作经历
2003-2004
中国工程物理研究院
高真空器械
工程师
2009-2010
化工
总工程师
2010-至今
化工
总工程师
主要业绩及成就
学术
1.论文：
SCI收录的7篇（中文5篇，英文2篇）国际会议英文论文3篇
2.国际会议主题报告：
1次（第十届国际无机膜会议，东京，2008年8月）
工业
1.机械压缩蒸发器（MVR）的设计、生产和调试
2.蒸汽热压泵型蒸发器在节能方面的应用：
化工，食品和医药等
3.石油催化剂中的有价金属（Co、Ni、Mo&V）的综合回收工艺的设计与优化
4.化工过程及成本优化，简化操作，有效的节约生产成本
5.化工废水评估及处理方案的设计、建造和调试
6.材料分析：
腐蚀性能分析，合理的选用高寿命材质
7.硫酸钠-硫酸铵体系的蒸发分离：
硫酸钠的提取，硫酸铵的综合回用
8.氯化钙溶液的减压真空蒸发
姓名
性别
男
出生
1977年6月28日
民族
汉
籍贯
河南
职称
总工
学习经历
2002-2007
中国科学院
化学工程技术
博士
1999-2002
石油大学
化学工程和工艺
硕士
1995-1999
石油大学
化工工艺
本科
工作经历
2007-2011
荷兰特文特大学
（UniversityofTwente）
生物质转化
生物能源
博士后
2011-2012
荷兰过程设计中心
（ProcessDesignCenterB.V.）
过程设计
高级工程师
2012-至今
机械科技有限公司
总体设计
高级工程师
主要经历及特长
特长
●分离单元设计（蒸馏精馏、蒸发器等）
●化工反应器设计
●化工工艺过程设计和控制
●化工过程集成与优化
●化工过程经济评价和成本核算
研究背景
1.石油加工工程
2.大宗石油化工产品生产
3.固体催化剂开发
4.生物质转化生产燃料和化工中间体
发表论文4篇，中国专利3项，国际专利1项
氯铵废水溶液蒸发结晶工艺说明
一、客户提供数据及要求
数据：
处理量≈1000KG/H，含有氯化铵盐成份，用单效蒸发结晶器处理物料使其结晶作为固废处理，热源采用蒸汽加热。
要求：
1、处理量满足要求，为保证余量，我们按蒸发量1000kg/h计算。
2、设备运行中绝对不出现堵管堵泵现象。
二、物料性质
氯化铵：
分子量:
53.49，无色结晶或白色结晶性粉末，无臭，味咸、凉、有吸湿性。
本品易水中易溶，微溶乙醇。
PH值一般在5-6左右。
相对密度1.527。
加热至100℃时开始显著挥发，337.8℃时离解为氨和氯化氢，遇冷后又重新化合生成颗粒极小的氯化铵而呈白色浓烟，不易下沉，也极不易再溶解于水。
加热至350℃升华，沸点520℃。
吸湿性小，但在潮湿的阴雨天气也能吸潮结块。
粉状氯化铵极易吸潮，湿铵尤甚，吸湿点一般在76％左右，当空气中相对湿度大于吸湿点时，氯化铵即产生吸潮现象，容易结块。
氯化铵在水中的溶解度：
温度：
℃
0
10
20
30
40
50
溶解度：
g/100g水
29.4
33.3
37.2
41.4
45.8
50.4
温度：
℃
60
70
80
90
100
溶解度：
g/100g水
55.2
60.2
65.6
71.3
77.3
物料性质描述总结：
氯化铵是化工原料中常见的盐，非常容易处理，它们饱和溶解度不会因为温度变化而有多大的变化，因此从处理工艺上选择非常适合热结晶工艺，即通过蒸发水份的方式来提高其浓度，达到过饱和浓度后排出采用固液离心分离的方式将晶体取出，氯铵随着浓度提高略有一点沸点升高现象，但在高真空状态下完全可以忽略其沸点升高的影响。
三、材质选择依据:
（参见化工腐蚀手册）
材质
使用范围
sus304
●中性或弱碱性
●Cl和F均小于1×102ppm
sus316L
●弱酸性：
Cl和F均小于1×103ppm
●中性：
Cl和F无要求
●弱碱性：
Cl和F无要求
复合结构或纯钛
●强酸性：
Cl和F均小于5×103ppm
●弱酸性：
Cl和F无要求
●中性：
Cl和F无要求
●弱碱性：
Cl和F无要求
●强碱性：
Cl和F无要求
PPR热塑料
●各种酸碱环境，Cl和F无要求
●避免太阳直晒
AL6XN
●使用范围参见钛
根据以上数据确定，氯化铵在酸性条件下对钛材或其复合材料腐蚀较小，两种物料混合之后选择钛材（TI2）比较合理安全。
蒸发器类型选择要点：
●由于量小以及考虑到采购成本选择单效强蒸发器，同时由于物料在蒸发过程中随着浓度升高料液比重加大而流速降低影响蒸发效果，为了保证物料在加热管内保持1m/s以上的流速所以需要配一台单位时间内满足其流量的循环泵，所以选型为单效强制循环蒸发器。
●由于物料中都含盐，在蒸发过程中只要浓度达到饱和状态一定就会析出晶体，我们必须保证和控制不让晶体成份进入加热管，因为晶体进入加热管后由于其对泵体及管壁的高速摩擦会影响其受命，同时影响传热效果，其次一旦晶体量大时将有可能堵塞泵壳及加热管。
因此在工艺选择中我们必须避免这一点。
介于这种情况我们将分离器设计成有助于晶体成长同时能将固液分离的DTB结晶器，即内置导流筒，将清液从浊液和固体中分工（详见工艺流程图）
●材质与物料接触部份选择TI2,其它采用不锈钢，管路采用防腐的材料。
四、物料平衡及设计数据：
（以下计算公式可查化工原理）
1、物料平衡计算：
W=F（1-X÷Y）
由于盐份具体含量不详，我们假定上下限两个数据，即进料含量最低10%最高15%计算，出料浓度为55%，根据以上公式所得：
蒸发量要求为1000KG/小时，处理量为1375KG每小时（上限处理量），
F:
溶液进料量W:
水份蒸发量X：
进料浓度Y：
出料浓度。
五、温度及真空度：
一、各效温度及真空度：
名称
单效
加热器温度℃
100-95
加热器真空度MPa
0
分离器温度℃
65-70
分离器真空度MPa
-0.085
汽化热KJ/kg
2335
蒸发量
1000
二、蒸发面积计算：
<一>、蒸发器性能由2部份决定:
1．1．1传热系数\分离系数。
1．1．2：
根据物料和蒸汽的密度，比热容，导热系数，黏度计算出蒸发器的传热系数。
1.1..3:
计算传热系数：
通过查表得：
物料溶液的密度约1186kg/m³，比热容3.39，导热数为0.57，黏度2.79cp
水的密度944.29kg/m³，比热容4.231，导热数为0.685，黏度0.238cp
不锈钢热导率为27w
通过以上数据级经验算出盐水蒸发器的传热系数k=1100W。
（传热系数计算过程不列出）
2．1．4：
计算蒸发面积：
2．2．1蒸发量为1000kg，蒸发温度65度，蒸汽密度0.1611,汽化热2343kj。
D=WR+FCF（t1-t0）+QL
D:
蒸发器的传热速率，W
W:
蒸发量kg
R汽化热kj
F:
进料量kg
CF：
原料液的比热容kj
QL：
蒸发器的热损失。
kj
计算：
1、<1000（蒸发量）X2343（汽化潜热）+1350（进料量）X4.2（比热容）（70-20）>（物料升温温差）X1.02（热损失）÷3.6=731158W
A=D÷（T1-T0）÷K
731158（蒸发器的传热速率）÷20（加热蒸汽和物料蒸发的有效温差）÷1100（传热系数）=33.3m²（面积）
由于K值是理论值，并且设备在运行过程中，管壁有轻微结垢后也会影响传热效果，故需要有余量,33.3X1.1=36.5m²（加热面积）
六、分离器计算：
6.1蒸发量为1000kg，蒸发温度65度，蒸汽密度0.1611,汽化热2335kj。
按蒸发体积强度法
具体：
D:
蒸发室直径（m）
W：
二次蒸汽体积流量（m3/s），蒸发量/（3600*二次蒸汽密度）
V：
允许蒸发体积强度1.1~1.5m3/m3.s（另外有建议取1.3~1.5m3/m3.s）
H：
分离室高度1.8~2.5m
计算：
（1000÷0.1611÷3600）X4÷3.14÷1.5÷1.3=1.06m
分离空间取1.1mX1.5m，由于是结晶蒸发器，故需要加上液位高度。
液位高度取泵口的3~4倍，才不会导致泵气蚀。
故取0.225X4=0.9m
防止雾沫浃带，需要高效率除沫器，高度增加0.6m
第一效结晶分离器取：
直径1.1mX高度3m。
结晶分离器内置导流桶，导流筒的直径不小于泵口直径的2倍以保证泵的进料流量。
七、轴流泵的选择；
1、轴流泵的速度取1m/s最合适宜。
流速过大，泵所作的功比较大，会对设备造成比较大的冲击力，也容易形成“沸腾跑料”现象。
2、轴流泵的流量选择取决于加热器的截面积，流速两方面。
计算截面积：
由于我们加热器面积不算大，因此只考虑做一段式，故，所以只要计算好加热器的截面积就可以（具体看工艺图所示）
36.5（面积）÷0.035（管内径）÷3.14÷3m（管长）=110根管子
截面积：
110X0.0175X0.0175X3.14=0.1058m²
泵流量：
0.1058X3600（单位秒）X1m/s=380m³/h
八、冷凝器的计算：
冷凝器的主要目地是把二次蒸汽冷凝下来。
可以采用两种方式，第一种是现在普遍的列管式冷凝器，第二种是老式的混合冷凝器。
目前由于环保要求比较高，一般采用列管式的冷凝器较多，在此我们推荐采用列管式冷凝器。
8．1计算冷凝面积：
蒸发量为1000kg，蒸发温度65~70度，蒸汽密度0.1611,汽化热2343kj。
D=WR
D:
冷凝器的传热速率，W
W:
蒸发量kg
R汽化热kj
计算：
1、<1000（蒸发量）X2343（汽化潜热）÷3.6=455583W
A=D÷（T1-T0）÷K
731158（冷凝器的传热速率）÷15（二次蒸汽液化后与冷却水出水温差）÷1000（传热系数）=48.74m²（面积）
由于K值是理论值，并且设备在运行过程中，管壁有轻微结垢后也会影响传热效果，故需要有余量,48.74X1.1=54.57≈53.6m²（冷却面积）
九、冷却水用量计算：
蒸发量为1000kg，蒸发温度65~70度，蒸汽密度0.1611,汽化热2343kj。
计算：
1、1000X2335X1.02=2381700kj（所放出的热量）
2、用30度的水来吸收这些热量。
2381700kj÷4.2÷<（60-38）÷2>=40500kg=40.5吨。
需要留有余量40.5X1.25=50.6吨/小时
整套设备所需要的冷却水量为50.6吨/h。
进水温度30度，进水温度越高，用量越大，同时蒸发温度越低温差就越小用量也就越大，这个数据不作为合同限制数据。
关于一些管道计算我就在此省略了，管道计算都差不多的，不可能有很大的误差。
二次蒸汽管道流速我们取30-35m/s。
（蒸汽体积公式）
蒸馏水管道流速我们取1m/s。
物料出料管的流速我们取2m/s，防止出料口堵管。
十、单效结晶蒸发器技术参数及供货范围:
●技术参数
序号
名称
参数
1
物料名称
氯化铵水溶液
2
水分蒸发量
1000kg/h
3
进料15%
1350kg/h进料温度为常温.（母液回流）
4
出料55%
350kg/h出料温度65℃（晶体148kg/h，母液202kg/h）
5
工作蒸汽压力
0.1Mpa（稳定）
6
工作蒸汽耗量
1100kg/h
7
冷却水循环量
进水温度30℃，出水温度38℃，循环水量：
51t/h
8
机组总功率
17.2KW
9
机组总重量
3.7T
10
机组外型尺寸
1500×5000×6500mm
11
设备材质
TI2/304/F4
12
备注
1、设备报价含税含运费安装调试
13
价格（人民币）
大写：
陆拾万圆整（￥：
60万元正）
●供货范围:
序号
名称
规格型号
单位
数量
备注
1
水环式真空泵
2BV121-7.5kw
台
1
TI2
2
循环轴流泵
Q=380m³/h，H=4m7.5KW
台
1
TI2
3
出料泵1.1KW
Q=1m³/h，H=20m
台
1
TI2
4
冷凝水泵1.1KW
Q=2m³/h，H=20m
台
1
SUS304
5
加热器
36.5㎡管长：
3m
台
1
TI2/3壳体304
6
DTB结晶分离器
Φ1200×3000×5mm
台
1
TI2
7
分汽缸
￠273×400×6mm
只
1
无缝碳钢
8
二次蒸汽管
Φ159×3mm
套
1
SUS316L
9
冷凝水管
￠32×2mm
套
1
SUS304
10
进出物料管
￠38×2mm
套
1
TI2/F4
11
生蒸汽管
DN32×3mm
套
1
无缝碳钢
12
真空管路
￠65×2mm
套
1
碳钢
13
冷却水管路
￠89×3mm
套
1
镀锌管
14
冷凝器
冷凝面积53.6m2,管长4m
台
1
Sus304
15
截止阀
DN32
只
2
碳钢
16
物料止回阀
￠38
只
1
F4
17
冷凝水管路球阀
￠32
只
2
SUS04
18
弹簧压力表
M20X1.5
只
1
19
压力表缓冲管
M20X1.5
只
2
20
真空表
M20X1.5
只
2
接头316L
21
温度表
M27X2
只
3
接头316L
22
仪表箱
台
1
喷塑
23
操作台
套
1
碳钢
24
管件
活接、弯头、三通等
套
全套
SUS316L
25
硅胶垫
套
全套
硅橡胶
十一、设备的清洗事项
（1）蒸发器的加热表面在长时间使用总是会产生污垢的，结垢的组成可分为水溶性垢和不溶性垢。
水溶性垢是蒸发饱和溶液时所析出的盐类结晶，可用纯水或稀的不饱和溶液定期清洗，设备清洗时，先通过蒸发器底部的接管将设备中滞留的料液排净，整个清洗过程可以运用物料蒸发原理进行。
（2）钙、镁、硅等低溶解度的盐类，以及大分子有机聚合物等，是最容易产生不溶性结垢的物质，要定期停车用酸、碱清洗，或用机械方式将结垢去除。
不论是水溶性垢还是非水溶性垢，都要根据具体情况定期进行清洗，而且清洗周期要定在结垢的初期前。
因为已结垢的加热管，其流动阻力大于其它管子，而因阻力加大流速下降的管子，又更容易产生结垢，最后导致整管被积垢堵死，此时再清洗就非常困难。
（3）形成清洗周期短于常规清洗周期的原因有：
a.操作压力或蒸发室液面的急剧变化；b.循环速度过低；c.在清洗、冲洗或轴封水中引入了硬水或其它污染物；d.传热温差过大；e.不正确的清洗程序。
十二、设备的使期限
整套设备使用期六年以上，卖方负责对设备保质期为一年，在保质期内出现质量问题，卖方负责包换、包修（如果是买方操作不当造成的质量问题或者物料导致设备腐蚀，卖方不承担任何责任）。
十三、设备的随机文件
产品说明书、工艺流程图、安装图、产品合格证、产品检测报告单、材质保证书、电器原理图和相关资料等。
十四、卖方职责范围
1.设备制造周期
买卖双方合同生效后，卖方在60天内完成整套设备生产，设备交货地为卖方厂内。
设备运输工期3天（卖方承担费用），安装工期5天，调试工期3天，总完成工程期限为71天（指国内工程完成周期）。
但是买方必须提供已经具备的能源设施与供应参数值。
2.设备的质量承诺
2.1制造标准
钢制焊接常压容器制造标准参照JB/T4735-1997制造；
严格按照ISO9001:
2000质量体系规章制度管理制造。
2.2产品安装验收标准
工艺金属管道工程施工及验收规范参照GB50235-1997；
其他按照双方约定标准验收；
2.3交货承诺
按用户需要，我司将按期交验货物。
若用户有特殊要求需提前完工的，我司将特别组织生产和安装，力争满足用户需求。
另在产品交货时，我司将向用户一并提供安装总图、技术保养维修手册、外购件说明及相应制造厂家信息等；
2.4技术培训服务
我司负责派合格的工程师到用户现场进行设备安装、调试，达到正常运作要求，保证买方正常使用。
在设备的安装、调试过程中，我司将对用户的操作、维修人员进行现场一周培训，使之培训后的相关人员能独立操控设备正常运行，同时能完成一般常见故障的维修工作。
2.5保修期限及范围
本蒸发设备自安装调试合格之日起12个月内或设备到货14个月内我司对该设备实行保修。
在保修期内，我司负责因设备质量原因导致的各种故障的免费技术服务和设备的维修，所有费用由我司承担。
用户由于使用不当或其它不属于设备质量问题所造成的故障不在保修范围。
保修期满后我司提供终身有偿技术服务支持。
在设备使用期间的耗材均按成本价格供应。
2.6响应时间
我公司对本蒸发设备所提供的所有配套件，在保修期内，若产品发生故障，我司在接到用户提供的故障信息后，首先进行电话指导；若故障严重时，我司将派技术员72小时内上门免费服务。
在保修期外，我司将对设备进行终身的优惠价服务。
4.设备的调试与安装
该套设备出厂为分装，卖方负责指导安装，负责调试和买方操作人员的技术培训等服务。
当买方具备调试开工条件后，以电子邮件或传真函通知卖方，卖方即派人员前往安装或进行调试工作。
设备的清洗事项
（1）加热器的加热表面在长时间使用总是会产生污垢的，结垢的组成可分为水溶性垢和不溶性垢。
水溶性垢是蒸发饱和溶液时所析出的盐类结晶，可用纯水或稀的不饱和溶液定期清洗，设备清洗时，先通过蒸馏塔底部的接管将设备中滞留的料液排净，整个清洗过程可以运用物料蒸发原理进行。
（2）钙、镁、硅等低溶解度的盐类，以及大分子有机聚合物等，是最容易产生不溶性结垢的物质，要定期停车用酸、碱清洗，或用机械方式将结垢去除。
不论是水溶性垢还是非水溶性垢，都要根据具体情况定期进行清洗，而且清洗周期要定在结垢的初期前。
因为已结垢的加热管，其流动阻力大于其它管子，而因阻力加大流速下降的管子，又更容易产生结垢，最后导致整管被积垢堵死，此时再清洗就非常困难。
（3）形成清洗周期短于常规清洗周期的原因有：
a.操作压力或蒸发室液面的急剧变化；b.循环速度过低；c.在清洗、冲洗或轴封水中引入了硬水或其它污染物；d.传热温差过大；e.不正确的清洗程序。
●设备的使有期限
整套设备使用期六年以上，卖方负责对设备保质期为一年，在保质期内出现质量问题，卖方负责包换、包修（如果是买方操作不当造成的质量问题或者物料导致设备腐蚀，卖方不承担任何责任）。
●设备的随机文件
产品说明书、工艺流程图、安装图、竣工图、产品合格证、材质保证书、电器原理图和相关资料等。
●卖方职责范围
1.设备制造周期（以合同为准）
买卖双方合同生效后，卖方在45天内完成整套设备生产，设备交货地为卖方厂内。
设备运输工期5天（卖方承担费用），安装工期10天，调试工期7天，总完成工程期限为67天（指国内工程完成周期）。
但是买方必须提供已经具备的能源设施与供应参数值。
2.设备的质量承诺
2.1制造标准
钢制焊接常压容器制造标准参照JB/T4735-1997制造；
严格按照ISO9001:
2000质量体系规章制度管理制造。
2.2产品安装验收标准
工艺金属管道工程施工及验收规范参照GB50235-1997；
其他按照双方约定标准验收；
2.3交货承诺
按用户需要，我司将按期交验货物。
若用户有特殊要求需提前完工的，我司将特别组织生产和安装，力争满足用户需求。
另在产品交货时，我司将向用户一并提供安装总图、技术保养维修手册、外购件说明及相应制造厂家信息等；
2.4技术培训服务
我司负责派合格的工程师到用户现场进行设备安装、调试，达到正常运作要求，保证买方正常使用。
在设备的安装、调试过程中，我司将对用户的操作、维修人员进行现场一周培训，使之培训后的相关人员能独立操控设备正常运行，同时能完成一般常见故障的维修工作。
2.5保修期限及范围
本蒸发设备自安装调试合格之日起12个月内或设备到货14个月内我司对该设备实行保修。
在保修期内，我司负责因设备质量原因导致的各种故障的免费技术服务和设备的维修，所有费用由我司承担。
用户由于使用不当或其它不属于设备质量问题所造成的故障不在保修范围。
保修期满后我司提供终身有偿技术服务支持。
在设备使用期间的耗材均按成本价格供应。
2.6响应时间
我公司对本设备所提供的所有配套件，在保修期内，若产品发生故障，我司在接到用户提供的故障信息后，首先进行电话指导；若故障严重时，我司将派技术员48小时内上门免费服务。
在保修期外，我司将对设备进行终身的优惠价服务。
3.设备的保证值
蒸发器每小时处理量≥1350kg/h，出料浓度>55%
4.设备的调试与安装
该套设备出厂为分装，卖方负责指导安装，负责调试和买方操作人员的技术培训等服务。
当买方具备调试开工条件后，以电子邮件或传真函通知卖方，卖方即派人员前往安装或进行调试工作。
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