混合油负压蒸发的要点研讨

早在20世纪70年代混合油负压蒸发工艺在发达国家浸出油厂就已普及。到了 90年代 ，国内才开始研究和尝试这种工艺 ，主要原因可能是浸出油脂的规模较小 。近些年来 ，为了降低加工成本 ，国内大型浸出车间 已比比皆是 ，这为混合 油负压蒸发工艺的推广提供了机会 。混合油负压蒸发为先进浸 出车间的必备工艺 ，有如下优点 ：(1)蒸发温度低 ，二次蒸汽利用率高 ，可以大大降低 蒸汽消耗 ；(2)浸出 毛油色泽浅 、质量好，可 以降低炼耗 ；(3)尾气处理工 艺完善 ，可 以大大降低溶剂消耗 ；(4)冷凝负荷相对减小 ，传热效率高 ，所需传热面积减少 ，可以节省投资 。

1 概述

1.1 混合油负压蒸发的流程种类 
典型的主要有两种 ，第一 种是 ：第一 蒸发为负压 ，利用湿粕脱溶的二次蒸汽作热源 ；第二蒸发为常 压 ，利用新鲜蒸汽为热源 ，而产生的溶剂蒸气作为溶 剂加热器的热源 ；汽提 、毛油干燥均为负压。第二种是全负压蒸发即 ：第一 、二蒸发在 同一负压下进行 ， 第一蒸发利用湿粕脱溶 的二次蒸汽作热源 ，第 二蒸 发为常压 ，利用新鲜蒸汽 为热源 ；汽提 、毛油干燥 在 更高的真空度下进行。 
1．2 前置冷凝器的设置 
混合油中带走的新鲜溶剂量约占全部 的 6O％ 以上 ，例如 1500t／d的浸出生产线 ，第一次蒸发的溶 剂量就在 30t／h左右 ，如此 巨大 的抽气量如果通过 真空泵直接抽出，泵的尺寸和能量消耗都是不可思 议的，负压蒸发也就失去 了意义 。而溶剂蒸气是可 凝性气体 ，前置冷凝 器的设 置可 以使溶剂蒸气在通 过冷凝器的过程 中几乎全部 变成 了液体 ，这样真空 泵抽 出的主要 为不凝性 气体 ，抽气量大大减少 。因 此 ，可 以说前置冷凝 器的设 置是负压蒸发的前提条件。事实上 ，在现有使用的所有负压蒸发工艺 中，都 是采用前置真空冷凝器。 
1.3 操作真空度的选择 
从理论上说 ，系统 的真空度越高 ，混合油的沸点 越低 ，蒸发所需 的热量越少 ，这是人们所希望的。另 外一方面，系统 的真空度越 高，溶剂的露点也越低 ， 即蒸发产生 的溶 剂蒸气冷凝 变成 液体 的温度也 越 低 ，也就是说冷却水 的温度要低。附表是不同温度 下正己烷的饱和蒸气压。例如当初始冷却水温度为 30(℃时 ，溶剂冷凝 液的理 论最低极限温度 只能达到 30(℃，则 系 统 的极 限 真 空度 只 能达 到 101—28= 73kPa。事实上 ，要使冷凝 液温度 接近初 始冷却 水 温度 ，需要很大的冷却水量 和很大的冷凝面积 ，通常 溶剂冷凝液 的温度 在 35℃一40℃；另外 ，由于工业 上所使用 的浸出溶 剂还含有一部分低沸点组 分，使 得溶剂最初蒸发时 ，蒸气压更 大，这样 ，在实际中可达到的真空度仅在60kPa左右。因此 ，混合油蒸发时的真空度主要 由冷却水温度和冷却水量决定 。在自然条件允许的情况下 ，第一 、二蒸发器 的真空度可以适当高一些 ，但没有必要去刻意追求 ，如果真空度 低于 51kPa时 ，则应查找原因。

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1.4 真空泵的类型选择 
众所周知 ，由于从溶 剂冷凝器 中抽 出的气体 中 含有不少的溶剂蒸气 ，因此在考虑真空泵的类 型时 ， 重点是要考虑尾气 的处理 。机械真空泵体 积大 ，噪 音大 ，振 动大 ，排出的尾气 温度高 ，不清洁(含机械油 烟 )，尾气不易处理 ，安全上更不允许 ；水喷射泵和水 环式真空泵都存 在用 水量大 ，水 中夹带的溶剂不易 回收的问题 ；只有单级蒸汽喷射泵体积小易布置 ，用 汽量少 ，排出 的气体清洁 ，较易处理。因此 ，在混合 油负压蒸发 中，一般都选用蒸汽喷射泵。
1.5 抽出尾气的处理 
从混合油蒸发系统抽出的气体主要为不凝性的 空气和未凝结的溶剂 气体 ，在蒸汽喷射泵 的混合 腔 内与从拉瓦尔喷 嘴喷 出的蒸 汽混合压缩后排 出，混 合气体携带了较多的热量 ，具有利用 的价值 。因此 通常的处理方法有下 面几种 ：一是可 以直接排人列 管式冷凝器冷凝 (因需回收溶剂故不能采用 水接触 式 的大气冷凝器)；二是作 为辅 助加 热热源 ，如我 公 司将其作为废水蒸 煮罐 的部 分热源 ，蒸发 出的溶 剂 蒸气汇集到蒸脱机的蒸汽 中进入到第一蒸发器的壳 程 ；美国皇冠公司则直接通人第一蒸发器的壳程 ；三 是排人真空度较低 的冷凝 器 ，以便在 吸人 口形成更 高的真空度。正因为有后面这些相互配合的处理手 段 ，所以我们没有必要去刻意提高蒸发器 的真空度。
1.6 换热面积的配备 
混合油蒸发实质上是 传热 的化工单元操作 ，因 此 ，换热面积 的配备是整个系统稳定 高效运行 的关 键 。这些面积包括蒸 发器的面积和冷凝 器的面积。它们主要会涉及 三个 方面的因素 ：一是工艺路线 和 工艺操作参 数 ，如冷热介 质 的组合 方式 、系统真空 度 、每级蒸发后混合油浓度 ，不同的工程公司 ，其操 作参数不尽相同，所选择 的各传热设备 的面积也就 不会一样 ，好 的工艺路线不仅可 以使冷热流体 的能 量互相利用 ，还可以节省不少的换热面积 。又如 ，在 新鲜冷却水温高的地方 ，因冷却推动力减少 ，即使浸 出规模相同，而冷凝面积要 略大一些 。二是物料衡 算 和热量衡算 ，浸出工艺涉及到的物料种类较多 ，各 种物料 的物性参数不一定都是常数 ，而且又不太齐 全 ，因此一份有实用 价值 的工艺计算需要经过理论 与实践的多次反复。只有准确掌握 了各传热设备 的 热负荷和影响热 负荷 的主要 因素 ，在配备面积时才 可能作到有的放矢 ；三是 总传热 系数 k的取值和校 核 ，在不同的操作状态下 ，各种传热介质问的总传热 系数也不是一个固定值 ，k值 的取值 既要有依据又 不能过于保守 ，当规模大 时，k值 可以取大一点 ，规 模较小时 ，k值应取小一点 。在有 条件时 ，k值可 以 从实际运行的生产线上采集参数进行测算 ，用这种 方式得到 的 k值具有较大的参考价值。
1.7 冷 却水的 配置 
一是冷却水量供给 ，在大型浸出车间 ，冷却水用量较大 ，一般都在每 小时几百上千吨 ，因此 ，最好选 择循 环 用 水 ，这 样 循 环 水 的进 水 温 度 在 25℃一 32℃，不致于使溶剂冷凝液 的温度太高 以影 响蒸发 所需的真空。循环水量的确定可以先根据热量衡算 得出总的传热 负荷 ，再 选择温 度差 ：南 方 6~C以下 ；北方 6~C一 8℃。二 是 进 水 方 式 即 是 采 用 并 联 进 水 还是串联进水 。在并联进水时 ，由于冷却水通过每一 个冷凝器的压 力降不一定相 同，水量很难分 配均 匀 ；另外即使分配均匀 ，根据热量衡算计算的水量也 达不到有效传热所需要的雷诺数 。所谓 串联进水即 是用不少于热量衡算计算 的总水量依 次通过各冷凝 器 ，这样通过每一主冷凝器 的水量都是相同的，而总 的冷却水温度差还是 6℃一8℃。当然不 同冷凝器的 温升是不一样 的。为了更合理使用 冷却水 ，真空 度 高的冷凝器 应先通过 ，常压下 的冷凝 器最后 通过 。即使采用串联进水 ，还 得考虑冷凝器 的管程数 以使 水量达到有效 传热所需要的最低雷诺数。理论计算 和工程实践都已证明串联进水优于并联进水 。
1.8 真空抽出泵的问题 
由于蒸发器和 多数 冷凝器在负压下工作 ，器 内 液体的排出要 么采用高度差 ，要 么采用泵强制排 出。而采用高度差 ，因溶 剂 的比重较小 ，安装 高度 将很 高 ，且运行也不稳定。一般 采用泵强制排 出要优越 一 些 。选泵时重点考虑泵的气蚀和轴的密封。
1.9 自控点的设置 
为了使整个系统稳定运行 ，应适当设置 自控点 ， 如温度 的控制 ，液位差的控制。
2 问题讨论 
生产厂家总是希望冷凝面积尽量大一些 ，这是 一 种误 区。冷凝 面积大只能说它可以传热 的能力大 ，但并不代表在实 际运 动过程 中就 已经带走 了其 能力所能传递 的热量 ，这还 主要决定 于冷却水的配 置和被冷凝介质 的多少 。从上面的分析可知只有 当 流经所有冷凝器的冷却水量足够到满足传热效率所 需的水量时，才可以发挥其面积大 的优势。即便如 此 ，面积越大 ，所需 的水量越大 ，当所需 水量远远大 于热量衡算所需的水量时 ，往往是得不偿失的；另一 方面 ，冷凝面积大，使得相当多的列管表面不能被冷 凝介质润湿 ，实质上 就是这 一部分 面积 未被利用 。根据我1'i’1的实践 ，浸 出产量 与冷凝面积 的 比在 l：2 以下是完全可行的。又如 ，正因为是负压蒸发 ，往往 认为蒸发器的真空度须 严格控制 ，因而设 置 自控装 置 ，但影响真空度的因素太多 ，很难通过单一的因素 控制来达到稳定真空度 的 目的。事实上 ，只要冷却 水配备合理 ，蒸发 的真空度仅在较小 的范围内有所 波动 ，但这种波动只会使蒸发后 的混合 油浓度有所 变化 ，并不会对整个系统产生太大的影响 ，故没有必 要设置 自控装置。

参 考 文 献 
[1] 化工工艺设计手册 [M]，北京 ：化学工业 出版社 ．
[2] 林发军 ．列管式浸 出冷凝 器 的传热 过程分析及工艺对策浅探 [J]．食 品科技 ，1999，2：3． 
[3] 油脂工 厂工 艺设 计 原理 补 充材料 [M]，无锡 轻工 业 学 院 ．维
转自《中国油脂》2002年第 27卷第 4期