一、板式換熱器應用背景與工藝需求

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

硫酸鈉（芒硝）：常見(jiàn)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(wú)水硫酸鈉）。

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

這個(gè)蒸發(fā)濃縮過(guò)程的核心是能源消耗，即如何最高效、最經(jīng)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(shí)現這一熱能交換的關(guān)鍵設備，主要用作蒸發(fā)器和預熱器。

二、濃縮硫酸鈉、氯化鈉溶液為什么選擇板式換熱器？（優(yōu)勢分析）

與傳統管殼式換熱器相比，板式換熱器在此類(lèi)應用中具有顯著(zhù)優(yōu)勢，這源于其獨特的設計：

1.較高的傳熱效率

技術(shù)原理：板片上的波紋設計使流體在極低的流速下也能產(chǎn)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(shí)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(zhù)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(guò)程中，隨著(zhù)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(yōu)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(shí)，板換的可拆卸特性是巨大優(yōu)勢。只需松開(kāi)壓緊螺栓，即可打開(kāi)設備，直接對板片進(jìn)行機械清洗（高壓水槍、刷洗）或化學(xué)清洗，清洗時(shí)間短（幾小時(shí)），恢復如新。而管殼式清洗困難、耗時(shí)漫長(cháng)。

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(shí)現非常接近的出口溫度（例如，熱流體出口與冷流體進(jìn)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(fā)產(chǎn)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(gè)MVR系統的能效。

4.結構緊湊，節省空間：?jiǎn)挝惑w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(chǎng)房空間有限的改造或新建項目非常有利。

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

三、關(guān)鍵技術(shù)考量與設計選型要點(diǎn)（技術(shù)人員核心關(guān)注點(diǎn)）

雖然優(yōu)勢突出，但應用不當會(huì )導致嚴重問(wèn)題。在選型和設計時(shí)，必須嚴格考慮以下幾點(diǎn)：

1.材質(zhì)選擇（抗腐蝕性）

氯化鈉溶液：氯離子（Cl?）是點(diǎn)蝕和應力腐蝕的“元兇”。316L不銹鋼是常見(jiàn)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(mǎn)足要求。但仍需根據溶液的具體pH值、是否存在其他雜質(zhì)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(zhì)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(shù)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(guān)鍵！流速過(guò)低會(huì )導致顆粒沉降、加速結垢；流速過(guò)高則導致壓降過(guò)大，泵送能耗激增。

必須設計一個(gè)經(jīng)濟流速（通常建議在0.4-0.8m/s之間），在結垢風(fēng)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(jìn)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(shí)，就應計劃清洗。

CIP（在線(xiàn)清洗）：對于可逆流設計的板換，可以通過(guò)切換閥門(mén)，使用酸液（如硝酸、檸檬酸）或堿液進(jìn)行循環(huán)化學(xué)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(jìn)入蒸發(fā)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(jìn)行預熱，回收熱量，降低整個(gè)系統的蒸汽消耗。

2.作為蒸發(fā)器（Evaporator）的核心部件：在MVR蒸發(fā)系統中：板換是降膜蒸發(fā)器的理想選擇。溶液在板片一側形成液膜向下流動(dòng)，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(fā)（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(fā)系統（尤其是MVR）的首選換熱設備。