191-羽叶分离器用于热敏物质微热蒸发浓缩系统高真空分子泵入口气液分离净化方案 [帖子3250213]

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       本技术贴主要针对羽叶分离器用于热敏物质微热蒸馏蒸发浓缩系统高真空分子泵入口气液分离净化方案进行讨论。

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      在石油炼化、精细化工、制药工程、食品工程和环保等企业，采用真空减压蒸馏蒸发对高沸点物质进行浓缩分离是经常会用到的工艺。尤其在精细化工、制药和食品行业，其蒸馏、蒸发、浓缩分离的对象往往是高附加值的热敏产品，需要在高真空状态下，以微热方式进行蒸馏蒸发浓缩操作。此时，真空系统的工艺稳定性，则对热敏物系蒸馏蒸发浓缩生产操作乃至成败至关重要。真空系统的工艺稳定性差，真空度逐渐降低，势必造成上游对热敏物系加热温度升高，热敏物质的温热转变就往往导致热敏物质产生副反应和杂质，最终导致所生产的产品不合格。

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      真空蒸馏蒸发装置之真空系统稳定性主要影响因素，除却纯粹真空设备原发性故障问题因素外，往往是工艺设置和工艺保障因素导致的真空系统运行不稳定，其更为常见，甚至更难找到原因，更难找到解决办法。因为，工艺设置和工艺保障，在项目建设运行之初就已经“先天形成”，不易被觉察。并且，真空系统的工艺设置和工艺保障，又往往包含较深入的流体工程动力学技术知识，未必能为大多浅尝辄止者所了解和把握，因此，在原因查找上更加困难。即便好不容易从工艺设置和工艺保障技术源头上找到原因，又牵涉到更深入的流体工程动力学技术而难以找到合适有效的解决方案。本技术贴恰好能通过我们亲手处理的相关实例方案，为查找和解决类似问题提供一种有价值的方案途径和思路。

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       这里以某制药公司热敏药物微热浓缩蒸发项目装置使用的高真空分子泵入口二次蒸汽气液分离净化技改实例，来讨论分析把握高真空苛刻真空系统运行解决之道，则中等强度和低强度的真空系统问题则借鉴此法迎刃而解。
       该制药公司热敏药物微热浓缩蒸发项目，是以高真空分子泵产生高真空系统来维持热敏药物在短程蒸馏蒸发器中得以微热低温浓缩获得产品的。但是，该热敏药物微热浓缩蒸发项目在工艺设计构建之初，把主要精力和投资都放在短程蒸发设备和分子泵上，认为基于产品间歇操作生产，小试、中试都能过了，工业化装置也就照搬了。现在回过头来看，其小试、中试的运行批量应该不够充分，甚至于在小试、中试技术评价上也很可能存在不全面不彻底的因素，从而把工艺技术缺陷隐藏到现阶段才发现的。

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      该制药公司热敏药物微热浓缩蒸发项目采用的短程蒸发器和高真空分子泵，都出自名门，价值不菲，其设备本身质量毋容置疑的。问题出在其短程蒸发器对热敏药物微热浓缩蒸发后产生的二次蒸汽携带有较多的高粘稠液滴液沫，在气流进入分子泵入口前，没有设置高效气液分离器来净化脱除气流中的液滴液沫。这些液滴液沫进入分子泵，造成分子泵工作液很快变稀，使其真空度快速下降，进而引起短程蒸发器浓缩温度快速上升，热敏药物因过热出现大量副产物杂质及产品不合格问题。

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       客户提供的制药装置高真空分子泵运行工艺流程情况是，其采用高真空分子泵对热敏药物进行微热浓缩，浓缩过程二次蒸汽携带的高粘稠液滴液沫及其蒸汽，在工况温度50℃、工况表压-0.01 kPaG 条件下，以800AL/s工况流量经150mm短程管线进入高真空分子泵。

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      针对上述高真空分子泵对热敏药物微热浓缩过程二次蒸汽携带的高粘稠液滴液沫影响真空度和产品合格率情形，NOVEL公司通过其精准动力学分离技术计算平台运行得知：上述工况下，二次蒸汽在真空管线中携带的液滴液沫平均尺寸达到51.52微米，气流中液滴液沫残留量多，未经分离进入分子泵必然造成分子泵工作液很快变稀及真空度快速下降，进而引起浓缩温度快速上升、热敏药物因过热出现大量副产物杂质及产品不合格问题。

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      为了有效捕集真空泵入口气流携带的液滴液沫以减轻其对分子泵正常运行影响，NOVEL从专业动力学气液分离技术角度建议业主：采用两套羽叶分离器并联设置在真空分子泵入口管线，一开一备，有效捕集真空泵入口气流携带的大量液滴液沫，大幅延长分子泵工作液工作周期，确保真空度稳定、药物浓缩温度稳定，避免高价值热敏药物因过热出现大量副产物杂质和产品不合格问题。

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       其实，针对气流携带微小液滴液沫的混合气流净化分离情形，羽叶分离器已在石油化工、煤焦化工、油气开采处理与输送、精细化工、制药、造纸、冶金、制盐、环保及新能源领域类似工况中广泛应用。羽叶分离器，作为对传统简易分离设备的升级换代技术设备，其具有如下性能特点和比较优势：
      1、羽叶分离专利技术设备，针对原气携带的粒径分布范围宽的液滴液沫，其分离脱除效率高，通常能实现以99.9%高效率定量脱除3-10微米及以上尺寸的液滴液沫。其它分离器，难以实现气液高效定量分离。  
      2、羽叶分离专利技术设备，对气液分离工况下的操作弹性更大，其操作弹性空间在15%~130%。传统简易分离器，其操作弹性上限阀值在110%，因工况大幅波动往往使气流显著带液进入下游管线设备而破坏生产运行稳定性。
      3、羽叶分离专利技术设备，在相同工况和分离效率要求条件下，其分离器尺寸和占地更小。在相同工况和分离效率要求条件下，羽叶分离器直径和壁厚比传统分离器减小 30-40%。
      4、羽叶分离专利技术设备，配置羽叶分离内件组可设计成可拆式结构和快开盲板，可酌情切停并将分离内件组抽出分离器体外便捷维护。  
      5、羽叶分离专利技术设备运行周期更长、分离效率高，是满足质量管理体系要求的理想之选。

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      药企业主提供给我方关于该热敏物质微热蒸发浓缩系统高真空分子泵入口气流工况参数如下：

•        气相进出口尺寸，DN150mm(客户给定)；
•        气相流量，800AL/s；
•        工况气流压力，-0.01kPaG；
•        工况气流温度，50℃；
•        气流重相携带质，高粘稠液滴液沫。

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      我方依据客户提供的实际工况数据，通过NOVEL精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台完成的羽叶分离器设备主要结构信息数据如下：
1、分离器类型：羽叶分离器；
2、分离器型号：NOVEL G50I-EDP 20-72.516-V;
3、分离器核心分离内件组：
3.1  预分配聚结子系统内件组，型号G50D，可拆装结构；
3.2  羽叶分离子系统内件组，型号G50I-EDP。
4、分离器材质：SS304。

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      设计提供的定制羽叶分离器专利技术设备主要性能数据如下：
1、额定气相流量，800AL/s（0.03MMSCFD）；
2、设计压力，0.5MPaG（72.52psig）；
3、设计温度，100℃；
4、额定运行压降，0.05psi(@OT50℃&OP-0.01kPaG&800AL/s）。
5、额定分离效率：99.9%脱除4.75微米以上液滴@ OT50℃&OP-0.01kPaG&800AL/s）；
6、操作弹性空间15%~130%；
7、分离器整体工程技术设计和把关：NOVEL欧洲总部；

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       我方通过精准动力学分离技术技术和组态设计系统平台完成的《羽叶分离器设计指标数图汇表》、《精准动力学过程分离水力学计算书》、《运行效率曲线图》和《运行压降曲线图》等核心技术文件，在合同后由Novel提供给买方。附件是摘录的上述《羽叶分离器设计指标数图汇表》，供大家讨论参考。

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      上述羽叶分离器，其核心分离内件组包含预分配聚结子系统内件组和羽叶分离子系统内件组，分级设置协同作用。为什么需要这样设置呢？

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      先来分析预分配聚结子系统内件组。大家知道，流体在工艺管线和设备之间流动，尤其当流体从小尺寸管线进入大尺寸设备时，流体会产生膨胀发展；而当流体从大尺寸的设备进入小尺寸的管线时，流体又会产生收缩节流。比如，短程蒸发器释出的二次蒸汽气液混合流，从小尺寸的管线进入到大尺寸的羽叶分离器大空间，流体会产生膨胀发展；而流体再由大尺寸的羽叶分离器进入其气相出口管时，必须又发生流态收缩，才能从小尺寸的气流出口管释出体系。流体在分离器内先膨胀发展、后收缩节流，流体膨胀发展和收缩节流到何种程度，在什么空间位置发生转变，是否充分，是否满足动力学分离基本前提条件？这些转变必须受控，且在精准动力学气液分离技术上需要由预分配聚结内件组来完成。

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      下图便是预分配聚结内件组照片，便于大家直观感受讨论：

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      再来分析羽叶分离内件组。对于高真空分子泵入口气流携带的微小尺寸分散相需要高效、精准、定量脱除时，在精准动力学分离技术上由羽叶分离精密内件组来完成。
      当挟带微小尺寸液滴液沫的气体接近羽叶分离精密内件组，混合流在羽叶分离精密内件组内部主流道和微流道经若干次动量变换而受迫改变流向，微小液滴液沫分散相在包括径向离心力在内的矢量分离作用下，具有更大动能动量的液滴液沫脱离气流撞击在内件组湿表面上被液膜表面自由能高效捕获；然后，合并到液相层流中排出羽叶分离精密内组件。通过流体微元高速旋转、高效碰撞、微液滴聚结长大、矢量分离和表面自由能捕集等复合协同分离方式，液体通过与气体方向正交的二级微流道并得到收集。采用专有技术设计和特殊组态配置的羽叶分离精密内件组，相对于常规组态结构的分离内件，其对气流中携带的液滴液沫、尤其是高速气流携带的微小尺寸液滴液沫具有更高的捕集能力，确保羽叶分离精密内件组具有气液分离效率高、液滴残留量更低、抗堵塞性能更佳、运行更稳定、上限操作弹性空间更大。

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      下图是羽叶分离精密除沫器图片：

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      最后，需要特别提示的是：
      气液分离器，属于动力学气液分离精准技术，气流携带的液滴液沫在穿过分离内件过程中会发生拉长变细，当液滴液沫穿过内件后，其外形当量尺寸因流体突然降速并在表面张力作用下恢复长大为原来尺寸。其不同于采用丝网、滤芯等简易“孔格”阻挡拦截式分离技术从流体中过滤脱除固体颗粒物携带质微粒当量尺寸在脱除过程中基本不发生变化的气固、液固工况场合。因此，气液分离器，必须由专业的动力学分离技术公司通过精准动力学分离技术设计平台准确设计、正确组态完成，才能在实际运行中发挥高效可靠的分离性能。
      
       这里提供国际上针对高效动力学分离器的判别公式：

高效可靠的动力学气液分离器=国际精准动力学气液分离系统平台准确设计+正确组态型式+高效内在流道结构的内件！

      三者缺一不可！

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      关于真空蒸馏和蒸发浓缩装置真空设备入口专用羽叶分离器更多技术信息，请登录公司分离技术专网进行了解或直接向我公司寻求技术支持帮助。