板式換熱器濃縮硫酸鈉、氯化鈉溶液

一、應用背景與工藝需求

在化工、冶金、制藥、鹽湖提鋰等行業中，常需要將硫酸鈉或氯化鈉溶液通過蒸發（多效蒸發、MVR等）進行濃縮，最終得到高濃度的溶液或結晶鹽。

硫酸鈉（芒硝）：常見于染料、造紙、玻璃制造廢水或鹽湖鹵水中。濃縮結晶后得到元明粉（無水硫酸鈉）。

氯化鈉（食鹽）：廣泛存在于海水、鹵水、化工副產鹽水中。濃縮結晶是制鹽的核心工序。

這個蒸發濃縮過程的核心是能源消耗，即如何最高效、最經濟地將溶液加熱至沸騰，并使水分汽化。而板式換熱器正是實現這一熱能交換的關鍵設備，主要用作蒸發器和預熱器。

二、為什么選擇板式換熱器？（優勢分析）

與傳統管殼式換熱器相比，板式換熱器在此類應用中具有顯著優勢，這源于其獨特的設計：

1.較高的傳熱效率

技術原理：板片上的波紋設計使流體在極低的流速下也能產生強烈湍流（高雷諾數）。湍流大大減薄了液膜邊界層，極大降低了熱阻。

實際表現：K值（傳熱系數）通?？蛇_3000-6000W/m2·℃，是管殼式換熱器（通常1000-2000W/m2·℃）的2-4倍。這意味著在相同的換熱量下，板換所需的換熱面積更小，設備更緊湊，初始投資可能更低。

2.應對結垢傾向的能力

硫酸鈉和氯化鈉在濃縮過程中，隨著濃度升高和溫度變化，極易在換熱表面結晶析出，形成堅硬的垢層（硫酸鈉垢、氯化鈉垢），嚴重降低效率。

板換的優勢：

高湍流：強烈的湍流具有“自清潔”效應，能沖刷表面，減緩垢層的沉積。

易于清洗：當結垢不可避免時，板換的可拆卸特性是巨大優勢。只需松開壓緊螺栓，即可打開設備，直接對板片進行機械清洗（高壓水槍、刷洗）或化學清洗，清洗時間短（幾小時），恢復如新。而管殼式清洗困難、耗時漫長。

3.接近的溫度端差（ΔTmin?。?/span>

板間流道窄，流體的滯留量小，可以實現非常接近的出口溫度（例如，熱流體出口與冷流體進口溫差可小至1-2℃）。

在MVR（機械蒸汽再壓縮）工藝中尤為重要。MVR將蒸發產生的二次蒸汽壓縮升溫后，作為加熱蒸汽回用。壓縮機的溫升通常很?。?-20℃），板換的小端差特性可以最大化地利用這有限的溫升，降低壓縮機功耗，提升整個MVR系統的能效。

4.結構緊湊，節省空間：單位體積內的換熱面積巨大，占地面積通常只有管殼式的1/3到1/2，對于廠房空間有限的改造或新建項目非常有利。

5.靈活性高：通過增減板片數量，可以輕松地調整換熱面積，以適應生產負荷的變化或工藝參數的調整。

三、關鍵技術考量與設計選型要點（技術人員核心關注點）

雖然優勢突出，但應用不當會導致嚴重問題。在選型和設計時，必須嚴格考慮以下幾點：

1.材質選擇（抗腐蝕性）

氯化鈉溶液：氯離子（Cl?）是點蝕和應力腐蝕的“元兇”。316L不銹鋼是常見的選擇，但其耐受濃度和溫度有限。對于更高要求，需選用254SMO（6Mo超級奧氏體）、鈦（Ti）或哈氏合金等更高級材料。

硫酸鈉溶液：腐蝕性相對較弱，316L通?？蓾M足要求。但仍需根據溶液的具體pH值、是否存在其他雜質離子（如Cl?）等綜合評定。

密封墊片：常用EPDM（三元乙丙橡膠）、NBR（丁腈橡膠），需確認其耐溫范圍和與介質的相容性。

2.板片波紋設計

人字形波紋（Herringbone）：最常用。角度越大，承壓能力越高，湍流越強，抗結垢性越好，但阻力降也越大。

技術人員需與供應商密切溝通，根據工作壓力、允許壓降和抗結垢需求，選擇最合適的板片波紋角度和結構。

3.流速設計

流速是關鍵！流速過低會導致顆粒沉降、加速結垢；流速過高則導致壓降過大，泵送能耗激增。

必須設計一個經濟流速（通常建議在0.4-0.8m/s之間），在結垢風險和運行成本之間取得最佳平衡。對于已有結垢傾向的溶液，寧可選擇稍高的流速。

4.維護與清洗策略

必須制定預防性維護（PM）計劃。定期監測進出口壓力降和溫度變化。當壓降升高10-25%或傳熱系數下降10%時，就應計劃清洗。

CIP（在線清洗）：對于可逆流設計的板換，可以通過切換閥門，使用酸液（如硝酸、檸檬酸）或堿液進行循環化學清洗。

機械清洗：定期拆解清洗是徹底恢復性能的必要手段。

四、典型應用流程中的位置

1.作為預熱器（Preheater）：在進入蒸發器之前，利用冷凝水或生蒸汽的二次蒸汽等熱源對原料液進行預熱，回收熱量，降低整個系統的蒸汽消耗。

2.作為蒸發器（Evaporator）的核心部件：在MVR蒸發系統中：板換是降膜蒸發器的理想選擇。溶液在板片一側形成液膜向下流動，壓縮蒸汽在另一側冷凝放熱。其高效傳熱和緊湊特性與MVR的節能理念完美契合。

在多效蒸發（MED）系統中：用作效體間的加熱器，利用前一效的二次蒸汽加熱后一效的溶液。

五、總結與建議

對于硫酸鈉、氯化鈉溶液的濃縮工藝，板式換熱器憑借其高效率、易清洗和適應小溫差的特性，已成為現代蒸發系統（尤其是MVR）的首選換熱設備。