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摘 要：硫酸铵作为一种重要的工业产品，在社会各行各业中得到了广泛的应用，同时人们对硫酸铵的产品质量也提出了更高的要求，而其质量的高低在很大程度上依赖于生产中的蒸发结晶过程。所以，本文对硫酸铵多效蒸发结晶工艺的使用与设计特征作出分析，以便对于提高硫酸铵的产品质量具有现实指导性。
关键词：硫酸铵；多效蒸发；结晶工艺；使用；设计特征
硫酸铵作为一种重要的化工产品，与人们的生活和社会的发展息息相关，人们对硫酸生产工艺的研究也是从未止步，从早期简单、低效、粗放型的零星生产到如今高效、合理的规模化生产，硫酸铵产品不仅仅在产量上获得了前所未有的提高，质量上更是取得了质的飞跃。随着硫酸铵需求量的不断增加、生产设备性能的不断提高、员工素质的大幅提升，硫酸铵的加工制造工艺也日趋成熟。
一，硫酸铵多效蒸发结晶工艺
多效蒸发器由于蒸汽耗量低、蒸发温度低、浓缩比大、合理、节能、高效，所以被广泛应用在发酵行业、淀粉/淀粉糖行业、果汁行业、饮料行业、制药行业以及环保等行业中。并且在高浓度有机物和化工等废水综合治理中也经常被用作主要的蒸发浓缩设备。
首先，多效蒸发器的组成。通常一组蒸发器是由一个加热器和一个分离器组成，所以多效蒸发器通常由两个或两个以上的蒸发器及分离器、各种物料泵、真空装置、检测仪表、各类阀门、管道等组成。分离器作为蒸发器的重要组成部分则主要由壳体、捕沫器及附件组成。
其次，多效蒸发器的特点。适合于热敏性、浓度较高、粘度较大、易挥发、易结垢、易结晶、浓缩比大及具有腐蚀性物料的蒸发。蒸汽耗量低、蒸发温度低、浓缩比大。由于多效蒸发器的内部采用的蒸汽喷射热泵借助绝热压缩作用使部分第一效二次蒸汽的饱和温度提高，并回到第一效加热器内作为加热蒸汽，从而提高了生蒸汽的经济程度。合理有效的分配盘的使用使物料进入加热管后在管内壁形成均匀的模状流动，从而使传热系数大为提高。多效蒸发器中可以利用废汽及其它低热值热源（如凝结水蒸汽）作为蒸发器热源而成为废热蒸发器，由此可以极大地减少生蒸汽用量，达到最大的节能效果。
最后，多效蒸发结晶过程进料流程。在多效蒸发结晶工艺中根据原料液加入的方法不同，多效蒸发一般可以分为以下几种：前向进料，原料液只进入第一级的进料过程；逆向进料，原料液首先进入最后一级的进料流程；平行进料，该进料方式指的是多效蒸发器的每一级都能接受新鲜的进料。另外把不同类型流程组合起来使用的方案，我们通常称之为错流流程。上述第一种方案最为常见，也是本设计所采用的进料流程。结合本项目的实际情况，采用了基于四效蒸发器的蒸发结晶浓缩工艺，采用并流加料方式。
该工艺的基本操作流程为：
①硫酸铵溶液的蒸发。首先硫酸铵母液依次进入三效预热器、二效预热器、一效预热器进行预热，经过预热后的物料进入一效蒸发器，料液从一效蒸发器顶部经分配装置均匀分配于各加热管内。在重力和真空诱导及气流的作用下在加热管内壁呈膜状自上而下流动。在流动的过程中管道内的溶液受管道外蒸汽的加热作用，使料液蒸发。经一效蒸发作用后，得到的初步完成液，一部分进入一效分离器），另一部分与从一效分离器经分离得到的浓缩液混合。混合液中的一部分经过一效循环泵再次打入一效蒸发器内，另一部分则经过二效蒸发器的进料口，作为二效的进料液进入二效蒸发过程。从一效分离器得到的二次蒸汽作为二效蒸发器蒸发过程中的加热蒸汽，完成对溶液的二次蒸发。以此原理从二效蒸发器得到的溶液再次分别经过三效蒸发器和四效蒸发器。
②硫酸铵结晶、分离与干燥。物料进入四效蒸发器后，由于浓度已经是过饱和，四效温度较低，硫酸铵很快结晶出来，达到一定的结晶颗粒后，进入育晶罐，在育晶罐内部搅拌装置的作用下，加快晶体的成长。晶体成熟后，晶体连同母液一同从设备的锥底排料孔排除，进入离心机。在离心机的作用下，将结晶后的硫酸铵进行分离，分离后的液体回到母液池进行再次浓缩，分离出的硫酸铵通过气流干燥机进行干燥，并把干燥后的硫酸铵包装入库。为了能够及时获取生产现场主要变量的实时数据信息，对系统当前的运行状态做出正确的判断，并为后续控制系统的设计提供可靠的数据信息作为依据，需要对以下变量进行测控。
蒸发系统采用该工艺对硫酸铵溶液进行蒸发结晶的过程中，为了使产品质量能够达到设计要求，并保证系统长期运行过程中的稳定性。要求在生产过程中，各主要性能变量应尽量满足以下工艺参数要求表：
二，硫酸铵多效蒸发结晶工艺的设计特征
第一，生产工艺成熟先进，节省能源。原料用冷凝水预热、乏汽预热器预热后再进入到蒸发系统，冲堵水或煮效水采用高温冷凝水，确保不降低进料温度，充分利用了蒸汽的显热、潜热，节能效果显著，比单效蒸发器节约蒸发量70%左右。
第二，设备选型可靠。设备都是国产的常规化工设备，投资节约，占地面积小。
第三，材质的选择。由于硫酸铵母液具有较强的腐蚀性，与物料、二次蒸汽及冷凝水接触部分均采用316L不锈钢材质制造。一效加热器通蒸汽的壳程材质为碳钢，并做了必要的增强。设计时尽量降低物料的蒸发温度，以最大限度的减少高温下腐蚀速度。强制循环泵、送料泵、出料泵、冷凝水泵等料泵的过流材质采用316L不锈钢。
第四，防结垢堵塞措施。该工艺存在硫酸铵等无机盐在设备内壁及管道内壁结晶沉积结垢问题，为了避免结垢工艺设计上采取如下措施：采用逆循环蒸发结构，短路温差损失小，晶体生长区和晶体沉降区分开，不易形成结疤；每效均采取强制循环的形式，溶液在管内流速加快，使得垢层不易形成，并对垢层有强烈的冲刷作用；管路设计尽量采用直管段，减少弯头，弯头采用大曲率半径弯头；在管路设计上设置排水口，防止管路的堵塞。
结语
硫酸铵多效蒸发结晶工艺目前已经得到了大范围使用。它为生产规模扩大创造了有利条件，满足了固体硫酸铵扩能的生产要求，对企业的发展产生了很好的经济效益与社会效益。
参考文献
[1]硫酸铵蒸发结晶过程影响因素研究[J].李先华，党乐平，殷萍，卫宏远.无机盐工业.2008（11）
[2]蒸發工艺的优化[J].张定明，代灵，郭戈.氯碱工业.2005（08）
（中国海油山东海化股份有限公司氯化钙厂）
关键词：硫酸铵；多效蒸发；结晶工艺；使用；设计特征
硫酸铵作为一种重要的化工产品，与人们的生活和社会的发展息息相关，人们对硫酸生产工艺的研究也是从未止步，从早期简单、低效、粗放型的零星生产到如今高效、合理的规模化生产，硫酸铵产品不仅仅在产量上获得了前所未有的提高，质量上更是取得了质的飞跃。随着硫酸铵需求量的不断增加、生产设备性能的不断提高、员工素质的大幅提升，硫酸铵的加工制造工艺也日趋成熟。
一，硫酸铵多效蒸发结晶工艺
多效蒸发器由于蒸汽耗量低、蒸发温度低、浓缩比大、合理、节能、高效，所以被广泛应用在发酵行业、淀粉/淀粉糖行业、果汁行业、饮料行业、制药行业以及环保等行业中。并且在高浓度有机物和化工等废水综合治理中也经常被用作主要的蒸发浓缩设备。
首先，多效蒸发器的组成。通常一组蒸发器是由一个加热器和一个分离器组成，所以多效蒸发器通常由两个或两个以上的蒸发器及分离器、各种物料泵、真空装置、检测仪表、各类阀门、管道等组成。分离器作为蒸发器的重要组成部分则主要由壳体、捕沫器及附件组成。
其次，多效蒸发器的特点。适合于热敏性、浓度较高、粘度较大、易挥发、易结垢、易结晶、浓缩比大及具有腐蚀性物料的蒸发。蒸汽耗量低、蒸发温度低、浓缩比大。由于多效蒸发器的内部采用的蒸汽喷射热泵借助绝热压缩作用使部分第一效二次蒸汽的饱和温度提高，并回到第一效加热器内作为加热蒸汽，从而提高了生蒸汽的经济程度。合理有效的分配盘的使用使物料进入加热管后在管内壁形成均匀的模状流动，从而使传热系数大为提高。多效蒸发器中可以利用废汽及其它低热值热源（如凝结水蒸汽）作为蒸发器热源而成为废热蒸发器，由此可以极大地减少生蒸汽用量，达到最大的节能效果。
最后，多效蒸发结晶过程进料流程。在多效蒸发结晶工艺中根据原料液加入的方法不同，多效蒸发一般可以分为以下几种：前向进料，原料液只进入第一级的进料过程；逆向进料，原料液首先进入最后一级的进料流程；平行进料，该进料方式指的是多效蒸发器的每一级都能接受新鲜的进料。另外把不同类型流程组合起来使用的方案，我们通常称之为错流流程。上述第一种方案最为常见，也是本设计所采用的进料流程。结合本项目的实际情况，采用了基于四效蒸发器的蒸发结晶浓缩工艺，采用并流加料方式。
该工艺的基本操作流程为：
①硫酸铵溶液的蒸发。首先硫酸铵母液依次进入三效预热器、二效预热器、一效预热器进行预热，经过预热后的物料进入一效蒸发器，料液从一效蒸发器顶部经分配装置均匀分配于各加热管内。在重力和真空诱导及气流的作用下在加热管内壁呈膜状自上而下流动。在流动的过程中管道内的溶液受管道外蒸汽的加热作用，使料液蒸发。经一效蒸发作用后，得到的初步完成液，一部分进入一效分离器），另一部分与从一效分离器经分离得到的浓缩液混合。混合液中的一部分经过一效循环泵再次打入一效蒸发器内，另一部分则经过二效蒸发器的进料口，作为二效的进料液进入二效蒸发过程。从一效分离器得到的二次蒸汽作为二效蒸发器蒸发过程中的加热蒸汽，完成对溶液的二次蒸发。以此原理从二效蒸发器得到的溶液再次分别经过三效蒸发器和四效蒸发器。
②硫酸铵结晶、分离与干燥。物料进入四效蒸发器后，由于浓度已经是过饱和，四效温度较低，硫酸铵很快结晶出来，达到一定的结晶颗粒后，进入育晶罐，在育晶罐内部搅拌装置的作用下，加快晶体的成长。晶体成熟后，晶体连同母液一同从设备的锥底排料孔排除，进入离心机。在离心机的作用下，将结晶后的硫酸铵进行分离，分离后的液体回到母液池进行再次浓缩，分离出的硫酸铵通过气流干燥机进行干燥，并把干燥后的硫酸铵包装入库。为了能够及时获取生产现场主要变量的实时数据信息，对系统当前的运行状态做出正确的判断，并为后续控制系统的设计提供可靠的数据信息作为依据，需要对以下变量进行测控。
蒸发系统采用该工艺对硫酸铵溶液进行蒸发结晶的过程中，为了使产品质量能够达到设计要求，并保证系统长期运行过程中的稳定性。要求在生产过程中，各主要性能变量应尽量满足以下工艺参数要求表：
二，硫酸铵多效蒸发结晶工艺的设计特征
第一，生产工艺成熟先进，节省能源。原料用冷凝水预热、乏汽预热器预热后再进入到蒸发系统，冲堵水或煮效水采用高温冷凝水，确保不降低进料温度，充分利用了蒸汽的显热、潜热，节能效果显著，比单效蒸发器节约蒸发量70%左右。
第二，设备选型可靠。设备都是国产的常规化工设备，投资节约，占地面积小。
第三，材质的选择。由于硫酸铵母液具有较强的腐蚀性，与物料、二次蒸汽及冷凝水接触部分均采用316L不锈钢材质制造。一效加热器通蒸汽的壳程材质为碳钢，并做了必要的增强。设计时尽量降低物料的蒸发温度，以最大限度的减少高温下腐蚀速度。强制循环泵、送料泵、出料泵、冷凝水泵等料泵的过流材质采用316L不锈钢。
第四，防结垢堵塞措施。该工艺存在硫酸铵等无机盐在设备内壁及管道内壁结晶沉积结垢问题，为了避免结垢工艺设计上采取如下措施：采用逆循环蒸发结构，短路温差损失小，晶体生长区和晶体沉降区分开，不易形成结疤；每效均采取强制循环的形式，溶液在管内流速加快，使得垢层不易形成，并对垢层有强烈的冲刷作用；管路设计尽量采用直管段，减少弯头，弯头采用大曲率半径弯头；在管路设计上设置排水口，防止管路的堵塞。
结语
硫酸铵多效蒸发结晶工艺目前已经得到了大范围使用。它为生产规模扩大创造了有利条件，满足了固体硫酸铵扩能的生产要求，对企业的发展产生了很好的经济效益与社会效益。
参考文献
[1]硫酸铵蒸发结晶过程影响因素研究[J].李先华，党乐平，殷萍，卫宏远.无机盐工业.2008（11）
[2]蒸發工艺的优化[J].张定明，代灵，郭戈.氯碱工业.2005（08）
（中国海油山东海化股份有限公司氯化钙厂）