硫酸錳蒸發(fā)結晶工藝
近些年來,隨著國民經濟的快速發(fā)展,飼料行業(yè)也在飛速前進,同樣作為飼料添加劑的一水硫酸錳的需求量也是水漲船高。這就要求我們的企業(yè)增加產量、提高供給能力。傳統(tǒng)的硫酸錳的生產一般是用軟錳礦法、菱錳礦法或者兩礦加酸法得到硫酸錳溶液,然后經蒸發(fā)罐蒸發(fā)、濃縮、結晶、過濾、干燥后得到產品。
傳統(tǒng)的蒸發(fā)、濃縮、結晶采用的是蒸發(fā)罐,這樣在產量比較小的時候顯現(xiàn)不出來能源的成本在里面的比例,但是隨著硫酸錳的產量增加、能源價格高漲,就明顯的感覺到能源成本太高,根據萃取工藝的不同基本上得到一噸一水硫酸錳需要蒸發(fā)掉約3~4噸的水,按3噸計算如果采用蒸發(fā)罐則需要消耗蒸汽量約為3.3噸。蒸汽價格按200元/噸計算,則只蒸汽一項的成本就是660元,如果采用三效蒸發(fā)結晶器來進行蒸發(fā)、結晶過程則蒸發(fā)一噸水只需要0.43噸蒸汽,則每噸產品的蒸汽消耗減少到1.29噸,蒸汽成本258元。按年產1.5萬噸規(guī)模,每年可以節(jié)省600余萬元。
雖然可以節(jié)約大量的能源,但是在設計過程中應該注意到一水硫酸錳的溶解度隨著溫度的升高而減小,并且容易在蒸發(fā)器的換熱管內發(fā)生堵塞,還有硫酸錳在萃取過程中也會有硫酸鈣產生,硫酸鈣更容易在蒸發(fā)器的換熱管內結垢、從而堵塞蒸發(fā)器的換熱管,如果解決不了以上兩點,則三效蒸發(fā)不容易實現(xiàn)。
通過和某硫酸錳生產廠共同開發(fā),改進了普通三效蒸發(fā)器的流程和設備結構,達到了很好的效果。具體工藝方案如下:
一、 進料工藝參數(shù):
產品名稱:一水硫酸錳(MnSO4H2O)
產量:200t/d
蒸發(fā)量:600t/d
溶液溫度 :常溫
二、物料性質:
1、硫酸錳物性:
硫酸錳為MnSO4H2O,淡玫瑰紅色細小晶體,屬單斜晶系。易溶于水,呈中性反應。不溶于醇,在空氣中風化。200℃以上開始失去結晶水,280℃時失去大部分結晶水,500℃失去全部結晶水成無水物。
2、硫酸錳的溶解度表
溫度℃
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60
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80
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90
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100
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110
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120
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140
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160
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溶解度g/100g水
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53.6
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45.6
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36.4
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28.8
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22.2
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16.2
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7.2
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3.0
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可見硫酸錳溶解度隨溫度的升高而降低。
三、工藝選型:
1、由于蒸發(fā)器進料溫度為常溫,按30℃計算,為降低蒸汽消耗增加一臺乏汽預熱器和一臺冷凝水預熱器。
2、本方案采用逆流三效蒸發(fā)結晶,稀溶液首先進三效,再進第二效,然后返回到***效蒸發(fā)結晶器。***效采用OSLO蒸發(fā)結晶器,可以得到較好的晶體。二效三效采用強制外循環(huán)蒸發(fā)器,防止結晶、結疤、堵塞管道。三效蒸發(fā)理論蒸汽消耗量為單效的1/3,運行成本大大降低。
3、三效蒸發(fā)的冷凝器采用表面冷凝器,蒸發(fā)出的冷凝水和冷卻循環(huán)水不進行接觸,蒸發(fā)出的冷凝水返回前段工藝繼續(xù)使用。
4、選型特點:
a) 在蒸發(fā)過程中,料液在系統(tǒng)中不斷的循環(huán),隨著水份減少,濃度提高。達到飽和后,溶液中會逐漸析出晶體,采用強制外循環(huán)蒸發(fā)器,管內流速高,不易結疤,并且傳熱系數(shù)高。
b) ***效蒸發(fā)器采用OSLO蒸發(fā)結晶器,其具有良好的晶體生長結構,晶體不參與循環(huán),避免了泵葉輪對晶體的破碎。
c)采用逆流蒸發(fā),一效溫度***高,溶解度***小,可以減少母液的循環(huán)量。
d)加熱管選用Φ45×3.5mm的粗管,不易堵塞,不存在結垢影響傳熱而需經常停車清理的問題。
e)采用乏氣預熱和高溫冷凝水閃蒸方案,充分利用了廢熱,一效夾套的冷凝水閃蒸出蒸汽后溫度降低,返回鍋爐使用,二效的冷凝水進三效閃蒸,與三效冷凝水混合排出。三效的乏氣溫度在60℃左右,可以預熱常溫的稀溶液。
f) 設備整體工藝可控性高,操作簡便,穩(wěn)定性好。
四、工藝流程:
硫酸錳溶液由進料泵通過首先通過乏汽預熱器預熱,然后再通過冷凝水預熱器預熱后進入三效蒸發(fā)結晶器進行蒸發(fā)濃縮,三效濃縮液通過過料泵輸送到三效蒸發(fā)結晶器,二效濃縮液通過過料泵輸送到一效oslo蒸發(fā)結晶器。一效蒸發(fā)結晶的晶漿通過壓力輸送到稠厚器增稠后去離心機過濾分離,分離后的固體排除系統(tǒng),母液返回三效蒸發(fā)結晶器繼續(xù)下一個流程。
五、 主要設備詳細說明
1、預熱器:采用列管式換熱器,材質為316L 。
2、蒸發(fā)器加熱室
采用抗結疤能力強、傳熱效率高的強制循環(huán)蒸發(fā)器,立式安裝,管內物料、殼程內為蒸汽,殼程內配有多個折流板,在設備中起到了固定列管及強化傳熱效果。設備材質根據選用316L。
3、一效蒸發(fā)器:
采用oslo結晶器。
4、冷凝器
冷凝器采用列管式表面冷凝器,蒸發(fā)冷凝水和冷卻循環(huán)水不接觸,蒸發(fā)冷凝水返回前段工藝使用。
5、蒸發(fā)結晶強制循環(huán)泵
循環(huán)泵采用軸流式循環(huán)泵,適用于大流量低揚程的場合。泵配有帶冷卻機封,給蒸發(fā)器內物料提高了流速,避免了管內物料的結垢,提高了設備運行時間,大流量使溶液的平均過飽和度降低,降低了局部爆發(fā)成核的幾率,有利于結晶的生長。泵的材質選用316L。
6、流程泵
降膜蒸發(fā)器的循環(huán)泵和出料泵以及 三效之間的過料泵為化工離心泵,出料泵為AZ型開式葉輪泵,能輸送濃度高有固體的物料,泵配有帶冷卻機封,使用壽命長,揚程高能輸出高真空下的物料求。泵的材質選用316L。
7、排水泵
排水泵為高揚程離心泵,泵配有帶冷卻機封,使用壽命長,揚程高,能輸出高真空下的蒸餾水。設備材質選擇304不銹鋼。
8、真空泵
真空泵選用水環(huán)真空泵,三效蒸發(fā)出來的蒸汽,通過冷凝器冷凝水分 。
改進后的三效蒸發(fā)結晶與其他蒸發(fā)型式對比
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蒸汽消耗量
噸/噸產品
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結垢情況
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蒸發(fā)罐
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3.3
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可以處理
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普通三效蒸發(fā)
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1.29
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很難處理、容易全部堵死而廢掉整個裝置
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改進后的三效蒸發(fā)結晶
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1.29
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結垢很少、容易處理
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