关键词：蒸发器，多效蒸发器，蒸发技术，蒸发器结垢，广东环诺
概述：蒸发是化工生产中重要的操作单元，通过蒸发将溶液中的溶剂去除得到较浓溶液的一种技术。能实现这种单元操作的设备叫蒸发器。蒸发器的种类很多，其中多效蒸发是应用较普遍的一种。多效蒸发可以实现蒸汽的二次利用，降低能耗；其运行状态多为负压，可降低物料的沸点；并通过流程的改变，适应于大多数物料的浓缩特点。多效蒸发器已广泛应用于锂电池、危废、化工、轻工、医药、冶金、食品加工、海水淡化及污水处理等行业。实际生产中，蒸发用于污水处理和部分化工产品时，都会出现不同程度的结垢现象，影响设备的正常运行，严重时蒸发量减少不及设计的1/4，迫使设备停机清理。广东环诺将多效蒸发中出现结垢的机理及常用的预防措施搜集整理，供您参考。
一、结垢种类及机理
蒸发器结垢主要分为以下几种：1.硬性结垢，主要是指钙、镁离子形成的不溶性无机盐，也就是普通的水垢；2.水溶性垢，主要是指可溶于水的无机盐，在运行时析出并附着在换热表面上；3. 烧焦垢，物料中的溶质由于烧焦形成的结垢，多半呈黑色。4.生物结垢，工业废水中常有许多微生物所需的营养，会造成微生物的群体繁体，其群体及排泄物同泥浆等混合形成生物垢；5.其他类型的结垢。
二、蒸发器结垢的形成机理
1、硬性结垢形成机理：主要是物料中的钙、镁离子形成的垢，也就是通常所说的水垢，主要有碳酸钙、硫酸钙、氢氧化镁等。研究表明，在85℃以下碳酸钙形成的倾向大，85~116℃之间氢氧化镁结垢的倾向大。而且碳酸钙和氢氧化镁都是对温度负溶解性的化合物。在较高温度时二者都会达到饱和状态析出沾到换热面上形成垢，氢氧化镁的溶解度对温度更敏感。硫酸钙也是一种难溶解的垢，在溶液中存在形式有二水硫酸钙、硫酸钙和带半个结晶水硫酸钙，而三种状态在温度不同时会转化，而硫酸钙垢的形成与PH无关，只受温度和浓度的影响。
2、水溶性结垢形成机理：此类垢主要是一些可溶性盐，如氯化钠、氯化钾、硫酸钠等。在蒸发传热的过程中，由于温度梯度的存在，在加热面上料液沸腾汽化，产生的气泡上升脱离溶液本身而破裂。如果汽泡上升、破裂不顺利，或者需要较长时间才破裂，则汽泡使加热面上溶液浓度分布不均匀，另外汽泡热阻较大，形成管壁局部过热，当传热面溶液浓度达到过饱和时，会有晶粒析出，附着在换热表面形成垢层，从而降低传热效率，形成更多的局部过热，产生更多的垢层，恶性循环，最终无法维持正常生产。
3、物料烧焦形成的结垢：此类垢的形成一方面和换热面产生汽泡形成局部过热有关，更多由于传热面物料分布不均，蒸发过快形成烧干或浓度过高。这种结垢通常含有烧焦的味道。
4、化学反应结垢是由于溶液间反应而造成的同体沉积结垢；腐蚀结垢是换热介质腐蚀换热表面，产生的腐蚀沉积于受热表面形成的污垢；凝同结垢是在过冷的换热面上，纯液体或多组分溶液的高溶解组分凝同沉积形成的垢。
三、 影响结垢的因素
1、处理物料的影响：物料是蒸发器设计的重要依据，不同的物料选择蒸发器的形式、效数、面积等都有影响，其身的特性对蒸发器的结垢有重要的影响。含有大量的钙、镁离子的物料在蒸发过程中会形成大量的硬性污垢。如果处理的物料含盐，那么蒸发过程中很可能有晶粒析出形成晶粒垢。如果物料含有某些在高温下分解、反应、聚合或变质的成分，在蒸发器中可能会产生垢层。物料中含有过多的可见性杂质，如未及时过滤处理也可能会在蒸发器中形成垢层，影响蒸发效果或堵塞蒸发器。
2、中物料流动的影响：特别是在降膜蒸发器或升降膜蒸发器的降膜段，如果物料分布不均，会使传热不均而局部过热造成烧焦产生垢层。蒸发器中物料的流速也会对结垢有影响，研究表明，流速高不仅可以提高传热系数还会对垢层形成一定的冲刷作用，在一定的程度上可以减少结垢。当然流速也不是越高越好需综合考虑，一般控制在1.5m/s左右。
3、传热温差的影响：在蒸发器设计中，为了提高蒸发效率，减小蒸发面积，往往将两侧的温差设计的很大，其实是不合理的。传热温差过大可能会造成局部温度过热，在处理含盐的物料中可能会有结晶析出形成晶粒垢。两侧温差大势必造成传热面与溶液主体温差大，可能会加快某些物料产生变性，增加结垢的沉积。在处理含有微生物的溶液中（比如海水），可能会使某些喜温的微生物在换热面聚集，形成生物垢。
4、换热材料及表面加工质量的影响：蒸发器常用的材料为碳钢和不锈钢，这些材料的表面粗糙度都比较低，且腐蚀产生的的沉积物也会影响结垢。如果采用石墨或陶瓷等非金属材料，由于表面光滑不会形成结垢点，即便结垢也容易被冲刷掉。除此之外，溶液的PH值、板式蒸发器的板型、流道的型式等很多都会对结垢造成影响，须多方面考虑。
四、蒸发结垢预防及消除措施
为了防止硬性结垢的形成。首先应对要处理的物料进行分析，如果物料钙、镁离子含量多，可以通过调节PH值，通过加酸对碳酸钙、氢氧化镁等进行反应，减少这些化合物的形成。还可以通过离子置换的办法减少易结垢化合物的形成，通过加入其他离子使生成不溶性化合物的量大大减少可以有效的防止结垢。另外也可以在物料进入蒸发器之前进行除CO2和除O2处理，前者可以减少碳酸盐的生产；后者一方面可以减少氧化物垢的形成另一方可以减少O2对设备的腐蚀。
合理选择蒸发器类型和物料的流程。对于废水或含盐的物料，结垢倾向性大，一方面要增大循环量对换热表面进行冲刷，另一方面要尽量降低各效的蒸发温度以降低结垢可能性（如海水淡化中对于酸法防垢系统中盐水最高温度为120℃，磷酸盐系列其最高温度限于90℃，聚马来酸酐系列最高可达120℃或稍高）。
三相流技术防垢技术。此技术在国外早就应用，在国内河北工业大学的张少峰教授等也做了相应的工作并取得了不错的成就。三相流技术主要是在溶液中加入固体颗粒，颗粒密度大于液体的密度，硬度小于传热面的硬度，总量约占换热器中液体体积的5%左右。此颗粒在蒸发器中随着物料流动，会与传热面有摩擦或撞击作用，会掉落附着在表面的污垢，从而有很好的防垢、除垢效果。同时李修伦和刘邵丛等对三相流进行传热性能分析，发现可以有效的强化传热.
旋液流态化在线清洗技术。此技术是在蒸发器换热管内安装一根轴向固定、下端自由、可旋转的钢丝螺旋。钢丝螺旋在流体流动作用下进行螺旋为主、轴向往复运动和径向摆动为辅的运动。运动时，与管壁不断的摩擦，破坏边界层并将附在壁面的细小晶体及时除去，起到防垢的作用。
超声波除垢技术。此技术在于利用超声波使传热面和液体之间产生振荡。一方面可以防止在水中未完全结晶的盐沉积在管壁上，另一方面在振荡的作用下，沉积在管子上面的水垢层也开始振动，经多次振动后垢层开始出现微小裂痕，垢层开始脱离。此种除垢技术是利用污垢刚而脆的机械性能进行的，对硬垢的作用极为显著。
电磁除垢技术。利用外加电磁场和水分子发生共振，改变水分子的存在形式，是原来缔合形成的各种中和链状、团状的大分子解离成单个水分子，最后形成比较稳定的双水分子，增加了水活性，改变水分子与其他离子的结合状态，从而改变成垢物质在其的溶解性、结晶、结垢特性等。此外经过电磁处理的水能够电离出活性氧，在换热面上形成一层氧化层，可以起到防腐的作用。
此外还有化学除垢就是加入化学药剂，一方面从防止结垢方面考虑，另一方面从去除结垢方面考虑。
结论：蒸发器处理某种特定介质时，结垢的形成会严重影响设备的传热性能，甚至导致停机，因此在设计、使用期间首先要对物料有充分的了解，并进行适当的预处理，在使用时要合理操作避免设备出现干烧等情况，最后要采取一定的防、除垢技术，使设备可以正常连续的运行。
手机站
微信公众号
周经理（华南区）