硝酸钠连续蒸发结晶设计方案
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催化剂硝酸钠废水处理技术方案---连续蒸发结晶工艺有限责任公司2016年12月13日第一章：设计基础1.设计依据（客户提供主要技术条件）见下表2. 设计范围硝酸钠回收装置技术工艺包是为以催化剂制备过程中产生的硝酸钠废水为原料经蒸发结晶干燥包装得到高纯度的硝酸钠产品，工艺路线经由双效逆流蒸发，闪蒸结晶，干燥，包装机包装后得到工业硝酸钠产品的工艺流程。
本项目的设计范围包括硝酸钠双效逆流蒸发、闪蒸结晶、稠厚、离心、干燥以及硝酸钠产品包装等组成的联合单元边界线以内的工艺技术路线设计、设备计算选型、设备建议布置、仪表联锁控制及电气系统等在内的工艺工程设计内容。
设计生产能力为水处理量5800kg/h，操作弹性50%~130%，生产时间7200小时/年。
3. 单元划分：4.原料、产品的规格（1）原料为浓度为3~4%的硝酸钠混合溶液（2）来料温度：35℃（3）来料压力：0.25MPaG（4）酸碱性：弱碱性（5）硝酸钠物性外观与性状：无色三方结晶或菱形结晶或白色细小结晶或粉末。
无臭，味咸，略苦。
当溶解于水时其溶液温度降低，溶液呈中性。
有氧化性，与有机物摩擦或硫磺等撞击能引起燃烧或爆炸。
有毒。
分子式NaNO3、分子量84.99、熔点306.8℃、相对密度(水=1)：2.261在380℃时开始分解，400~600℃时放出氮气和氧气，加热至700℃时放出一氧化氮，至775~865℃时才有少量二氧化氮和一氧化二氮产生。
5.硝酸钠在水中的溶解度表6.公用物料和能量规格7.采用的标准规范第二章：方案工艺说明1. 主要工艺操作条件为了使系统正常稳定的运行，根据设计需求对系统中各个主要过程点的工艺参数确定如下：一效强制循环器的溶液温度设定控制为112℃，一效分离室操作压力为0.05MPa，二效强制循环蒸发器的溶液温度控制为75℃左右，分离室操作压力为-0.08MPa；闪蒸结晶器的溶液温度设定控制为60℃，设备操作压力为负压；稠厚器的操作温度为60℃，设备操作压力为常压；第二段振动流化床干燥机的操作温度为90℃，设备操作压力为常压。
2. 工艺流程说明（1）主物料主要工艺流程说明。
来自生产车间的硝酸钠废水（35℃，4%）经蒸发进料泵（P-0112A/B）送入二效分离室（F-0102），进入二效分离室（F-0102）的硝酸钠废水在二效分离室（F-0102）沸腾汽化，液体落下随二效循环液（75℃，29.3%）经圆锥形底部消除漩涡后，被二效循环泵（P-0102）吸入，由二效循环泵（P-0102）自下而上打入二效加热室（E-0102）的管程，料液沿二效加热室（E-0102）的管内向上流动，被壳程二次蒸汽（94℃，-0.02MPa）加热后，温度升高，高温料液进入二效分离室（F-0102）后在分离室沸腾汽化，气液分离；二效分离室（F-0102）内经气液分离后的液体落下，经圆锥形底部消除漩涡后，被二效循环泵（P-0102）吸入，再进入二效加热室（E-0102）加热管，继续循环。
经二效浓缩后的硝酸钠料液（75℃，29.9%）经由二效转料泵（P-0103A/B）送入一效分离室，该流量由二效分离室（F-0102）液位变化控制一效进料调节阀门开度从而控制一效强制循环蒸发器的进料流量；进入一效分离室（F-0101）的硝酸钠料液在一效分离室（F-0101）沸腾汽化，液体落下随一效循环液（112℃，64%）经圆锥形底部消除漩涡后，被一效循环泵（P-0101）吸入，由一效循环泵（P-0101）自下而上打入一效加热室（E-0101）的管程，料液沿一效加热室（E-0101）的管内向上流动，被壳程生蒸汽（130℃，0.17MPa）加热后，温度升高，高温料液进入一效分离室（F-0101）后在分离室内沸腾汽化，气液分离，一效分离室（F-0101）内经气液分离后的液体落下，经圆锥形底部消除漩涡后，被一效循环泵（P-0101）吸入，再进入一效加热室（E-0101）加热管，继续循环。
经一效浓缩后的硝酸钠料液（112℃，64%）由蒸发出料泵（P-0104A/B）送出去闪蒸结晶，该流量由一效分离室（F-0101）液位变化控制一效出料调节阀门开度从而控制一效强制循环蒸发器的出料流量；来自蒸发系统的浓缩液（112℃，64%）被送入闪蒸结晶器的循环管，同闪蒸结晶循环液（60℃，55.6%）一起经由闪蒸结晶循环泵（P-0107）送入闪蒸结晶分离室（F-0103），料液在此分离蒸汽之后，由中央下行管送到结晶生长段的底部，然后再向上方流经晶体流化床层、过饱和得以消失，晶床中的晶粒得以生长。
闪蒸结晶器（V-0102）下部的晶浆（60℃，含固量20%）经由闪蒸结晶出料泵（P-0108A/B）送至稠厚器（V-0103），上部清液溢流至母液罐（V-0104）。
排出的晶浆在稠厚器（V-0103）中进一步沉降，固液分离，上层清液（60℃，55.6%）从稠厚器（V-0103）的溢流口自流至母液罐（V-0104），下层经过增稠的晶浆经稠厚器（V-0103）的出料口排出至离心机（M-0101），进行离心分离，离心母液（60℃，55.6%）排出至母液罐（V-0104），固体物料去干燥包装。
离心机（M-0101）离心出的固体物料首先送入螺旋加料器（M-0104），后经螺旋加料器（M-0104）均匀送料至流化床干燥器（M-0102）中。
物料落在分布板上后，在振动力和经空气分布板均风的热气流双重作用下，呈悬浮状态与热气流均匀接触。
干燥后的产品由冷风冷却后，由排料口排出。
经干燥后的物料及粉尘送入包装机料仓（V-0106），后经包装机（M-0103）包装后即为成品硝酸钠；母液罐（V-0104）中的母液（60℃，55.6%）经由母液泵（P-0109A/B）排出，排出的母液一部分作为稠厚器（V-0103）的反冲液；一部分返回闪蒸结晶器（V-0102）的中央下行管；一部分母液返回蒸发系统，该流量由母液罐（V-0104）液位变化控制母液返回蒸发系统的出料流量。
（2）蒸汽系统工艺流程说明生蒸汽（130℃，0.17MPa）被送入一效加热室（E-0101）的壳程，作为加热介质，加热管程的硝酸钠物料。
高温料液进入二效分离室（F-0102）后在分离室沸腾汽化，气液分离，蒸汽（60℃，-0.08MPa）由上部排出，进入间接冷凝器（E-0103）的壳程被管程循环冷却水（34℃/42℃）冷凝后自流至蒸发冷凝水罐（V-0101）；料液在分离室（F-0103）排出的蒸汽（54℃，-0.085MPa）由顶部排出至结晶表面冷凝器（E-0104）的壳程与管程循环冷却水（34℃/42℃）换热后自流至结晶冷凝水罐（V-0105）；（3）冷凝水系统工艺流程说明一效加热室（E-0101）的壳程的生蒸汽被冷凝为冷凝水（130℃）外排。
间接冷凝器（E-0103）的壳程的二次蒸汽被管程循环冷却水（34℃/42℃）冷凝为冷凝水（60℃）后自流至蒸发冷凝水罐（V-0101）；结晶表面冷凝器（E-0104）的壳程的二次蒸汽与管程循环冷却水（34℃/42℃）换热后冷凝为冷凝水（54℃）自流至结晶冷凝水罐（V-0105）；空气加热器（E-0105）生蒸汽冷凝为冷凝水（130℃）排出。
蒸发冷凝水罐（V-0101）中的冷凝水（60℃，-0.08MPa）经由蒸发冷凝水泵（P-0105A/B）排出，该流量由蒸发冷凝水罐（V-0101）液位变化控制蒸发冷凝水出料管道调节阀门开度从而控制蒸发冷凝水的出料流量；结晶冷凝水罐（V-0105）中的冷凝水（54℃，常压）经由结晶冷凝水泵（P-0110A/B）排出，该流量由结晶冷凝水罐（V-0105）液位变化控制结晶冷凝水出料管道调节阀门开度从而控制结晶冷凝水的出料流量；（4）循环冷却水系统工艺流程说明循环冷却水（34℃/42℃）作为间接冷凝器（E-0103）及结晶表面冷凝器（E-0104）管程的冷却介质，与二次蒸汽换热后温度升高排出。
（5）不凝气系统工艺流程说明一效加热室（E-0101）壳程的不凝气直接排空。
间接冷凝器（E-0103）的壳程不凝气由蒸发真空泵（P-0106）抽吸放空去界区外密封罐。
结晶表面冷凝器（E-0104）的壳程的不凝气由结晶真空泵（P-0111A/B）抽吸放空去界区外密封罐。
（6）空气系统工艺流程说明空气被空气过滤器过滤后被热风鼓风机（C-0101）送入空气换热器（E-0105）换热后，由给风口进入流化床干燥器（M-0102）中，即为流化床干燥器（M-0102）热风进料；空气被空气过滤器过滤后被冷风鼓风机（C-0102）送至给风口处，由给风口进入流化床干燥器（M-0102）中，即为流化床干燥器（M-0102）冷风进料。
流化床干燥器（M-0102）中蒸发掉的水分和废气经旋风分离器（F-0104）回收粉尘后，高位放空。
3. 工艺流程图（见CAD工艺包）4. 公用物料及能量消耗（水、电、汽、气）5.性能指标第三章：工艺设备说明1.强制循环蒸发器根据物料的性质，本工艺选择抗结疤能力强、循环流速高的强制外循环蒸发器，保证蒸发器的连续稳定运行。
蒸发器接触物料部分材质选择316L不锈钢，其它部分：Q345R。
强制外循环蒸发器是依靠外加力—轴流泵使液体进行循环提高溶液的流动速度。
它的加热器有卧式和立式两种结构，本工艺采用立式加热器。
轴流泵的扬程要与循环系统的阻力匹配，一般是流量大扬程低。
由于溶液温度接近沸点在泵的选型时要注意气蚀问题。
强制外循环蒸发器用于避免在加热面上沸腾的产品而形成结垢或产生结晶。
为此，管中的流动速度必须高。
当硝酸钠循环液流过热交换器时被加热，然后在分离室的沸腾汽化，气液分离，从而将液体冷却至对应该压力下的沸点温度。
溶液在设备内的循环主要依靠外加动力所产生的强制流动。
循环速度一般可达1.5-3.5米/秒。
传热效率和生产能力较大。
硝酸钠原料液由轴流泵自下而上打入，沿加热器的管内向上流动。
蒸汽和液沫混合物进入分离室后分开，蒸汽由上部排出，流体受阻落下，经圆锥形底部被轴流泵吸入，再进入加热管，继续循环。
2.真空闪蒸结晶器真空闪蒸结晶器，包括闪蒸结晶分离室、闪蒸结晶器、中央降液管，由于进液温度比结晶器内混合液温度要高，因此料液会直接快速上升至分离室，在辅助真空设备条件下结晶器的压力可保持在≤0.09MPa，在此条件下湿分的沸点较低，溢出的料液会快速汽化，在汽化与循环推力的双重作用下物料会呈喷泉状涌出，同时也起到增强汽化效果，在重复过程中，溶液中湿份减少，浓度提高，达到过饱和状态，一般情况下进入的溶液本身就已饱和，加之一般物料在降温条件下溶解度降低，同时溶液中会有大量的晶体析出，在重力的作用下沉降，经过一定时间后可打开出料口阀门进行排料。
正常情况下可进行连续操作，边进料边出料，调整操作条件，使结晶器具备了能够控制产品粒度分布及晶浆密度的手段，使得结晶主粒度稳定、母液量少、生产强度高。
