本文聚焦于维生素废水处理领域，深入探讨列管式换热器在该过程中的关键作用。维生素生产废水具有成分复杂、有机物浓度高、腐蚀性强等特点，对换热器的性能提出了严峻挑战。列管式换热器凭借其结构简单、换热效率较高、适应性强等优势，在维生素废水处理中得到广泛应用。

维生素废水处理中列管式换热器的应用与优化

摘要：本文聚焦于维生素废水处理领域，深入探讨列管式换热器在该过程中的关键作用。维生素生产废水具有成分复杂、有机物浓度高、腐蚀性强等特点，对换热器的性能提出了严峻挑战。列管式换热器凭借其结构简单、换热效率较高、适应性强等优势，在维生素废水处理中得到广泛应用。文章分析了维生素废水的特性，阐述了列管式换热器的工作原理与结构特点，介绍了其在废水处理各环节的应用情况，探讨了运行过程中存在的问题及优化措施，并通过实际案例验证了优化效果，最后对其发展前景进行了展望。

一、引言

维生素是人和动物为维持正常的生理功能而必须从食物中获得的一类微量有机物质，在医药、食品、饲料等行业有着广泛的应用。维生素的生产过程通常涉及复杂的化学反应和分离提纯步骤，会产生大量的废水。这些废水含有多种有机物、无机盐以及残留的化学试剂，成分复杂且具有较高的化学需氧量（COD）和生物需氧量（BOD），若未经有效处理直接排放，将对环境造成严重污染。在维生素废水处理系统中，换热器是重要的设备之一，它承担着热量交换的任务，对保证处理工艺的稳定运行和提高能源利用效率起着关键作用。列管式换热器作为一种常见的换热设备，因其结构和性能优势，在维生素废水处理中得到了广泛应用。

二、维生素废水的特性

（一）成分复杂

维生素生产过程中使用的原料种类繁多，包括各种有机化合物、无机盐、催化剂等。因此，产生的废水中含有多种成分，如糖类、蛋白质、脂肪、醇类、酸类、酯类等有机物，以及钠、钾、钙、镁等无机离子。此外，还可能含有少量的重金属离子和有毒有害物质，如汞、铅、砷等。

（二）有机物浓度高

维生素废水通常具有较高的 COD 和 BOD 值，一般可达数千甚至数万 mg/L。高浓度的有机物使得废水具有较强的污染性和难降解性，增加了处理的难度和成本。

（三）腐蚀性强

废水中可能含有酸性或碱性物质，以及具有腐蚀性的化学试剂残留，如盐酸、硫酸、氢氧化钠等。这些物质会对换热器等设备造成腐蚀，缩短设备的使用寿命，影响处理系统的稳定运行。

（四）温度变化大

在维生素生产的不同工段，废水的温度差异较大。例如，反应工段的废水温度可能较高，而冷却结晶工段的废水温度则较低。温度的变化会对换热器的性能和使用寿命产生影响，需要换热器具有良好的适应性和稳定性。

三、列管式换热器的工作原理与结构特点

（一）工作原理

列管式换热器主要由壳体、管束、管板、封头等部件组成。其工作原理是基于热传导和对流换热。一种流体在管内流动，称为管程流体；另一种流体在管外流动，称为壳程流体。通过管壁的热传导和管内外流体的对流换热，实现两种流体之间的热量交换。根据流体在管程和壳程的不同流动方式，可分为顺流、逆流和交叉流等换热方式，其中逆流换热的平均温差最大，换热。

（二）结构特点

结构简单：列管式换热器由少量的零部件组成，结构相对简单，易于制造、安装和维护。

换热效率较高：通过合理设计管束的排列方式和增加换热面积，可以提高换热效率，满足不同的换热需求。

适应性强：能够适应多种不同性质流体的换热，可用于高温、高压、腐蚀性等恶劣工况。

操作弹性大：可以通过调整流体的流量和温度等参数，灵活控制换热器的换热效果，满足生产工艺的变化要求。

四、列管式换热器在维生素废水处理中的应用

（一）废水预热环节

在维生素废水处理中，为了提高后续处理工艺的效率，通常需要对废水进行预热。列管式换热器可以将高温蒸汽或热水中的热量传递给低温废水，使废水温度升高到适宜的处理温度。例如，在厌氧生物处理前，将废水预热至中温（35 - 38℃）或高温（50 - 55℃），有利于提高厌氧微生物的活性和处理效果。

（二）蒸发浓缩环节

蒸发浓缩是处理高浓度维生素废水的常用方法之一，通过加热使废水中的水分蒸发，从而浓缩废水中的有机物和无机盐。列管式换热器可以作为蒸发器的加热元件，将热源的热量传递给废水，实现废水的蒸发浓缩。其高效的换热性能能够加快蒸发速度，提高蒸发效率，降低能耗。

（三）冷凝回收环节

在蒸发浓缩过程中，会产生大量的蒸汽，这些蒸汽需要进行冷凝回收，以实现水资源的循环利用。列管式换热器可以作为冷凝器，将蒸汽中的热量传递给冷却水，使蒸汽冷凝成水。通过合理设计换热器的结构和流程，可以提高冷凝回收效率，减少水资源的浪费。

五、列管式换热器运行中存在的问题及优化措施

（一）存在的问题

结垢问题：维生素废水中含有大量的有机物和无机盐，在换热过程中容易在管壁和壳程内表面形成结垢。结垢会降低换热器的传热系数，增加流体阻力，影响换热效果，甚至导致设备堵塞和损坏。

腐蚀问题：废水的腐蚀性强，会对列管式换热器的管束、管板等部件造成腐蚀，尤其是当废水中含有氯离子、硫酸根离子等腐蚀性介质时，腐蚀问题更加严重。腐蚀会导致设备泄漏，影响处理系统的正常运行，同时还会增加维修成本和安全隐患。

堵塞问题：废水中可能含有固体颗粒、纤维等杂质，这些杂质容易在换热器内沉积，造成堵塞。堵塞会影响流体的流通，降低换热效率，严重时甚至会使换热器无法正常工作。

（二）优化措施

防结垢措施

定期清洗：采用化学清洗或物理清洗的方法，定期对换热器进行清洗，去除管壁和壳程内表面的结垢。化学清洗可使用合适的清洗剂，如酸、碱、络合剂等；物理清洗可采用高压水冲洗、机械清洗等方法。

添加阻垢剂：在废水中添加适量的阻垢剂，抑制结垢的形成。阻垢剂可以通过螯合、分散、晶格畸变等作用，阻止钙、镁等离子在管壁上的沉积。

防腐蚀措施

选用耐腐蚀材料：根据废水的腐蚀特性，选用合适的耐腐蚀材料制造换热器，如不锈钢、钛材、石墨等。对于强腐蚀性废水，可采用双相不锈钢或钛合金等高性能材料。

表面处理技术：对换热器的表面进行防腐处理，如涂层、镀层等。常用的涂层材料有环氧树脂、聚四氟乙烯等，镀层材料有镍、铬等。

防堵塞措施

预处理：在废水进入换热器之前，进行预处理，去除其中的固体颗粒、纤维等杂质。预处理方法包括过滤、沉淀、气浮等。

优化结构设计：合理设计换热器的结构，如增大流道截面积、设置导流板等，减少杂质在换热器内的沉积和堵塞。

六、实际应用案例分析

（一）项目概况

某维生素生产企业，在生产过程中产生大量废水，废水成分复杂，COD 高达 8000 - 10000mg/L，且具有一定的腐蚀性。该企业采用列管式换热器对废水进行预热和冷凝回收处理。在运行过程中，换热器出现了结垢、腐蚀和堵塞等问题，导致换热效率下降，处理成本增加。

（二）优化措施及效果

优化措施

定期采用化学清洗方法对换热器进行清洗，清洗周期为每 3 个月一次。

在废水中添加阻垢剂，控制阻垢剂的添加量为 50 - 100mg/L。

将换热器的管束材料更换为 316L 不锈钢，并对管板进行镀镍处理。

在废水进入换热器之前，增加过滤和沉淀预处理环节，去除废水中的大部分固体颗粒和悬浮物。

优化效果

换热器的传热系数提高了约 20%，换热效率显著提升。

设备的使用寿命延长了约 2 年，维修成本降低了约 30%。

处理系统的稳定性和可靠性得到增强，保证了维生素生产的正常进行。

七、列管式换热器的发展前景

随着环保要求的日益严格和维生素生产技术的不断发展，对维生素废水处理设备和工艺提出了更高的要求。列管式换热器作为一种重要的换热设备，在维生素废水处理领域具有广阔的发展前景。未来，列管式换热器将朝着高效、节能、环保、智能化的方向发展。一方面，通过优化换热器的结构和设计，采用新型材料和先进的制造工艺，提高换热器的换热效率和耐腐蚀性能；另一方面，结合智能化控制技术，实现对换热器的实时监测和自动控制，提高设备的运行管理水平和能源利用效率。同时，随着绿色制造理念的深入人心，列管式换热器的生产过程也将更加注重环保和可持续发展，减少对环境的影响。

八、结论

维生素废水成分复杂、处理难度大，对换热器的性能要求较高。列管式换热器凭借其结构简单、换热效率较高、适应性强等优势，在维生素废水处理中得到了广泛应用。然而，在运行过程中，列管式换热器也面临着结垢、腐蚀和堵塞等问题。通过采取定期清洗、添加阻垢剂、选用耐腐蚀材料、预处理等优化措施，可以有效解决这些问题，提高换热器的性能和运行稳定性。实际应用案例表明，优化后的列管式换热器能够显著提高换热效率，降低处理成本，具有良好的经济效益和环境效益。随着技术的不断进步和发展，列管式换热器在维生素废水处理领域将发挥更加重要的作用，为实现维生素生产的绿色可持续发展提供有力支持。