硫酸锰蒸发结晶工艺
近些年来,随着国民经济的快速发展,饲料行业也在飞速前进,同样作为饲料添加剂的一水硫酸锰的需求量也是水涨船高。这就要求我们的企业增加产量、提高供给能力。传统的硫酸锰的生产一般是用软锰矿法、菱锰矿法或者两矿加酸法得到硫酸锰溶液,然后经蒸发罐蒸发、浓缩、结晶、过滤、干燥后得到产品。
传统的蒸发、浓缩、结晶采用的是蒸发罐,这样在产量比较小的时候显现不出来能源的成本在里面的比例,但是随着硫酸锰的产量增加、能源价格高涨,就明显的感觉到能源成本太高,根据萃取工艺的不同基本上得到一吨一水硫酸锰需要蒸发掉约3~4吨的水,按3吨计算如果采用蒸发罐则需要消耗蒸汽量约为3.3吨。蒸汽价格按200元/吨计算,则只蒸汽一项的成本就是660元,如果采用三效蒸发结晶器来进行蒸发、结晶过程则蒸发一吨水只需要0.43吨蒸汽,则每吨产品的蒸汽消耗减少到1.29吨,蒸汽成本258元。按年产1.5万吨规模,每年可以节省600余万元。
虽然可以节约大量的能源,但是在设计过程中应该注意到一水硫酸锰的溶解度随着温度的升高而减小,并且容易在蒸发器的换热管内发生堵塞,还有硫酸锰在萃取过程中也会有硫酸钙产生,硫酸钙更容易在蒸发器的换热管内结垢、从而堵塞蒸发器的换热管,如果解决不了以上两点,则三效蒸发不容易实现。
通过和某硫酸锰生产厂共同开发,改进了普通三效蒸发器的流程和设备结构,达到了很好的效果。具体工艺方案如下:
一、 进料工艺参数:
产品名称:一水硫酸锰(MnSO4H2O)
产量:200t/d
蒸发量:600t/d
溶液温度 :常温
二、物料性质:
1、硫酸锰物性:
硫酸锰为MnSO4H2O,淡玫瑰红色细小晶体,属单斜晶系。易溶于水,呈中性反应。不溶于醇,在空气中风化。200℃以上开始失去结晶水,280℃时失去大部分结晶水,500℃失去全部结晶水成无水物。
2、硫酸锰的溶解度表
温度℃
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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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可见硫酸锰溶解度随温度的升高而降低。
三、工艺选型:
1、由于蒸发器进料温度为常温,按30℃计算,为降低蒸汽消耗增加一台乏汽预热器和一台冷凝水预热器。
2、本方案采用逆流三效蒸发结晶,稀溶液首先进三效,再进第二效,然后返回到***效蒸发结晶器。***效采用OSLO蒸发结晶器,可以得到较好的晶体。二效三效采用强制外循环蒸发器,防止结晶、结疤、堵塞管道。三效蒸发理论蒸汽消耗量为单效的1/3,运行成本大大降低。
3、三效蒸发的冷凝器采用表面冷凝器,蒸发出的冷凝水和冷却循环水不进行接触,蒸发出的冷凝水返回前段工艺继续使用。
4、选型特点:
a) 在蒸发过程中,料液在系统中不断的循环,随着水份减少,浓度提高。达到饱和后,溶液中会逐渐析出晶体,采用强制外循环蒸发器,管内流速高,不易结疤,并且传热系数高。
b) ***效蒸发器采用OSLO蒸发结晶器,其具有良好的晶体生长结构,晶体不参与循环,避免了泵叶轮对晶体的破碎。
c)采用逆流蒸发,一效温度***高,溶解度***小,可以减少母液的循环量。
d)加热管选用Φ45×3.5mm的粗管,不易堵塞,不存在结垢影响传热而需经常停车清理的问题。
e)采用乏气预热和高温冷凝水闪蒸方案,充分利用了废热,一效夹套的冷凝水闪蒸出蒸汽后温度降低,返回锅炉使用,二效的冷凝水进三效闪蒸,与三效冷凝水混合排出。三效的乏气温度在60℃左右,可以预热常温的稀溶液。
f) 设备整体工艺可控性高,操作简便,稳定性好。
四、工艺流程:
硫酸锰溶液由进料泵通过首先通过乏汽预热器预热,然后再通过冷凝水预热器预热后进入三效蒸发结晶器进行蒸发浓缩,三效浓缩液通过过料泵输送到三效蒸发结晶器,二效浓缩液通过过料泵输送到一效oslo蒸发结晶器。一效蒸发结晶的晶浆通过压力输送到稠厚器增稠后去离心机过滤分离,分离后的固体排除系统,母液返回三效蒸发结晶器继续下一个流程。
五、 主要设备详细说明
1、预热器:采用列管式换热器,材质为316L 。
2、蒸发器加热室
采用抗结疤能力强、传热效率高的强制循环蒸发器,立式安装,管内物料、壳程内为蒸汽,壳程内配有多个折流板,在设备中起到了固定列管及强化传热效果。设备材质根据选用316L。
3、一效蒸发器:
采用oslo结晶器。
4、冷凝器
冷凝器采用列管式表面冷凝器,蒸发冷凝水和冷却循环水不接触,蒸发冷凝水返回前段工艺使用。
5、蒸发结晶强制循环泵
循环泵采用轴流式循环泵,适用于大流量低扬程的场合。泵配有带冷却机封,给蒸发器内物料提高了流速,避免了管内物料的结垢,提高了设备运行时间,大流量使溶液的平均过饱和度降低,降低了局部爆发成核的几率,有利于结晶的生长。泵的材质选用316L。
6、流程泵
降膜蒸发器的循环泵和出料泵以及 三效之间的过料泵为化工离心泵,出料泵为AZ型开式叶轮泵,能输送浓度高有固体的物料,泵配有带冷却机封,使用寿命长,扬程高能输出高真空下的物料求。泵的材质选用316L。
7、排水泵
排水泵为高扬程离心泵,泵配有带冷却机封,使用寿命长,扬程高,能输出高真空下的蒸馏水。设备材质选择304不锈钢。
8、真空泵
真空泵选用水环真空泵,三效蒸发出来的蒸汽,通过冷凝器冷凝水分 。
改进后的三效蒸发结晶与其他蒸发型式对比
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蒸汽消耗量
吨/吨产品
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结垢情况
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蒸发罐
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3.3
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可以处理
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普通三效蒸发
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1.29
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很难处理、容易全部堵死而废掉整个装置
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改进后的三效蒸发结晶
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1.29
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结垢很少、容易处理
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