雾化蒸发器在碱渣场应用的探索

梁宁飞 刘超

摘 要：随着环保形势的严峻，氨碱企业如何减少碱渣清液外排成为其必须面对的环保问题。碱渣清液主要成分为氯化钙、氯化钠等可溶性无机盐类，浓缩结晶后可回收氯化钙、氯化钠等盐类。拟通过械雾化蒸发的方式浓缩清液，扩大蒸发面积，并将飘散液滴控制一定范围;通过自然蒸发，降低浓缩能耗，实现节能减排，资源回收再利用。

关键词：碱渣清液;雾化蒸发;浓缩

分类号：X703

目前，常见的液体浓缩方法主要有蒸发法和膜分离法。膜分离技术由于成本较高且对浓缩液体要求较高，不适用于碱渣清液浓缩。蒸发技术包括自然蒸发池、机械雾化蒸发、多效蒸发、机械压缩蒸发和多效闪蒸。其中多效蒸发、机械压缩蒸发、多效闪蒸技术具有较高的淡水收益率，但投资较大，成本较高，不适合浓缩碱渣清液;蒸发塘技术是浓水通过自然蒸发结晶实现减量，蒸发受气候环境影响较大，且需要大量的蒸发用地;机械喷雾蒸发器技术是对浓水进行机械雾化强制蒸发，可提高蒸发效率，减少蒸发占地面积，可研究用于碱渣清液蒸发浓缩。

一、喷雾蒸发原理

喷雾蒸发的原理是将浓水经喷嘴雾化成微小的液滴，蒸发面积从平面转化成空间立体增加数倍，且细小液滴与空气接触面积大幅度增加，提高了蒸发速率。通过试验将蒸发面积1cm2的1ml液体破碎成粒径为0.1mm、0.2mm、0.5mm、1mm的液滴，并测量其蒸发面积，当雾化液滴粒径为0.1mm时蒸发面积高达150 cm2，增加100多倍。但是随着液体不断蒸发，上方空气中湿度不断增大将影响蒸发速率随之降低。

二、液滴喷雾蒸发研究现状

在液滴蒸发的研究中，理论研究的重点包括液相传热、界面传质、气相传热与传质等。

1.液相传热

1987年Aggarwal[1] 认为传热是通过热传导在液滴内部进行的，因此提出了热传导限制模型。1989年Abramzon 在Aggarwal的基础上考虑内部环流的影响提出有效热传导率模型。Kronig和Brink提出了基于摩擦阻力系数描述运动液滴内部流场的Hill涡模型，直接地反映了内部环流的状态。

2.界面传质

围绕扩散、分子动力学是界面传质研究的两个主要方向。界面传质主要由液相分离、气相扩散两部分构成。1877年Maxwell [2]在不考虑Stefan流的条件下提出液滴扩散蒸发模型。随后Abramzon使用膜理论来研究界面蒸发，Yao通过精确的关联式计算出Stefan流对膜厚度的影响。

气相传热传质

液滴蒸发过程及外部流场相互作用的原理十分复杂，因此现阶段主要通过实验总结传热传质经验公式来研究。对于低传质率，Ranz[3]在不考虑Stafan流动的情况下提出了单组份液滴和层流中的传热传质关联式。而高传质率下不太适合，主要受吹拂效应影响。

三、机械喷雾蒸发技术的应用

机械雾化蒸发器可分为风送式、离心式、破碎式。风送式是液体经高压泵增压后，经喷嘴与空气摩擦并破碎成小液滴;离心式是液体在高速下进行离心运动，并在空气摩擦与剪切力下分散成小雾滴;破碎式是采用高速旋转的叶片，将从水泵中抽出的液体多次破碎，并在空气摩擦作用下形成小液滴。风送式、离心式两种蒸发器适用于清洁水喷射，如用于农药喷洒，抑尘或喷雾干燥器。碱渣清液由于水质一般，而且不易大范围扩散，因此破碎式机械雾化蒸发器更适用于碱渣清液浓缩。

四、喷雾蒸发中水滴扩散控制

渣场清液被破碎式机械雾化蒸发器打碎后抛入空气中，在水滴下降过程中，大部分水滴会在蒸发器周围回落。为了避免液滴飘得太远而对周边环境产生影响，需要对水滴漂移情况进行监测，并将其下落范围控制在一定范围内。

根据当地气象条件包括年平均风速、温度、降水量、相对湿度等因素，通过数据分析及现场勘测，确定监测指标和监测点。监测点的设置需在雾化蒸发器未运行时采一个背景点，当雾化蒸发器运行稳定时，以雾化蒸发器为圆心，在上风向、垂直于风向上、下风向分别设置采样点作为监测点，并采样2次并进行平行试验。

五、结论

碱渣场清液通过破碎式机械雾化蒸发的方式进行浓缩，并通过对其进行蒸发原理、雾化性能以及水滴扩散控制的研究，形成一种低成本的浓缩减排技术，对氨碱企业节能减排具有重要意义。

参考文献：

[1]Aggarwal S K.Modeling of a dilute vaporizing multicomponent fuel spray[J].International Journal of Heat & Mass Transfer，1987，30（9）：1949-1961.

[2]Sazhin S S.Advanced models of fuel droplet heating and evaporation[J].Progress in Energy & Combustion Science，2006，32（2）：162-214.

[3]Ranz W E. Evaporation from drops[J]. Chemical Engineering Progress，1952（48）：141-146.

作者簡介： 梁宁飞，男，1990年6月17日，汉，华北理工大学化学工程与工艺专业，助理工程师

1997500520361