刮板式薄膜蒸發(fā)器課件

刮板式薄膜蒸發(fā)器唐凱雄

目錄一：刮板式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)二：工作原理三：主要結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)四：刮板式蒸發(fā)器的性能特點(diǎn)五：應(yīng)用領(lǐng)域六：具體事例及其改進(jìn)一、刮板式薄膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖1-電機(jī)、減速器2-上端機(jī)械密封3-分離桶4-撲沫器5-分布器6-轉(zhuǎn)子7-刮板8-夾套9-筒體10-底封體11-下端密封圖1二、工作原理1、概述

薄膜蒸發(fā)器是通過(guò)旋轉(zhuǎn)刮膜器強(qiáng)制成膜，并高速流動(dòng)，熱傳遞效率高，停留時(shí)間短（約10~50秒），可在真空條件下進(jìn)行降膜蒸發(fā)的一種新型高效蒸發(fā)器。

它由一個(gè)或多個(gè)帶夾套加熱的圓筒體及筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)的刮膜器組成。刮膜器將進(jìn)料連續(xù)地在加熱面刮成厚薄均勻的液膜并向下移動(dòng)；在此過(guò)程中，低沸點(diǎn)的組份被蒸發(fā)，而殘留物從蒸發(fā)器底部排出。

圖2

2、工作原理

物料從加熱區(qū)的上方徑向進(jìn)入蒸發(fā)器；經(jīng)布料器分布到蒸發(fā)器加熱壁面，然后，旋轉(zhuǎn)的刮膜器將物料連續(xù)均勻地加熱面上刮成厚薄均勻的液膜，并以螺旋狀向下推進(jìn)。在此過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)的刮膜器保證連續(xù)和均勻的液膜產(chǎn)生高速湍流，并阻止液膜在加熱面結(jié)焦、結(jié)垢，從而提高傳熱系數(shù)。輕組份被蒸發(fā)形成蒸汽流上升，經(jīng)汽液分離器到達(dá)和蒸發(fā)器直接相連的外置冷凝器；重組份從蒸發(fā)器底部的錐體排出。

一個(gè)獨(dú)特的布料器不僅僅具有將物料均勻地潑向蒸發(fā)器內(nèi)壁，防止物料濺到蒸發(fā)器內(nèi)部噴入蒸汽流，還具有防止剛進(jìn)入的物料在此處閃蒸，有利于泡沫的消除，物料只能沿著加熱面蒸發(fā)。

在刮膜蒸發(fā)器的上部配有一個(gè)依據(jù)物料特性設(shè)計(jì)的離心式分離器，將上升蒸汽流中的液滴分離出來(lái)并返回布料器。圖3圖4-

薄膜蒸發(fā)器內(nèi)流體流動(dòng)過(guò)程示意圖薄膜蒸發(fā)器內(nèi)的流體流動(dòng)可視為轉(zhuǎn)子刮板引起的切向流動(dòng)和重力引起的軸向流動(dòng)的合成，液膜流態(tài)可分為3個(gè)區(qū)域:

①刮板前緣液體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)作用形成的渦旋圈形波,此部分流體呈螺旋狀向下流動(dòng)。②刮板后緣附近形成的紊流液膜。③紊液膜與下一個(gè)圈形波之間由于刮板作用的消失而形成的層流液膜。三、主要結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)1、撲沫器作用：利用液體的慣性使氣液分離，以除去液沫。圖5-幾種簡(jiǎn)單撲沫器結(jié)構(gòu)圖2、分布器

降膜式蒸發(fā)器與升膜式蒸發(fā)器相比，料液是從頂部加入，在重力作用下沿管壁成膜狀下降，并在此過(guò)程中不斷被蒸發(fā)而增濃，在其底部得到完成液。為使液體在進(jìn)入加熱管后能有效的成膜，每根管的頂部裝有液體分布器，其形式很多，左圖為幾種常見的分布器圖

圖61-加熱管2-導(dǎo)流管3-齒縫圖7-撓性轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖3、轉(zhuǎn)子安裝在蒸發(fā)器筒體內(nèi)的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)架組成。轉(zhuǎn)子由電機(jī)、減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，并帶動(dòng)刮板作圓周運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)架采用不銹鋼精密鑄件加工而成，使其強(qiáng)度、幾何尺寸、穩(wěn)定性等都得到有效保證。

4、刮板由于刮板的運(yùn)動(dòng)，將物料不斷地在蒸發(fā)面上刮成薄膜，以達(dá)到薄膜蒸發(fā)的效果。

根據(jù)物料的粘度等特性，有下述三種刮板形式可供選擇：

(1)滑動(dòng)刮板滑動(dòng)刮板是一種最基本、最常見的刮板形式。刮板被安裝在轉(zhuǎn)子的四條刮板導(dǎo)槽內(nèi)，由于受轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的離心力作用而沿徑向甩向蒸發(fā)筒體內(nèi)壁面，同時(shí)隨轉(zhuǎn)子一起作圓周運(yùn)動(dòng)。刮板的這種刮動(dòng)，使物料在蒸發(fā)壁面上呈膜狀湍流狀態(tài)，極大提高了傳熱系數(shù)，同時(shí)這種連續(xù)不斷的刮動(dòng)，有效地抑制物料的過(guò)熱、干壁和結(jié)垢等現(xiàn)象。圖8-滑動(dòng)刮板簡(jiǎn)圖圖10-鉸鏈刮板簡(jiǎn)圖(2)固定刮板固定刮板都采用金屬材料，它被剛性連接在轉(zhuǎn)子上，刮板的長(zhǎng)度同蒸發(fā)筒身，旋轉(zhuǎn)刮板與蒸發(fā)筒身內(nèi)壁的間隙僅為1-2mm，要求較高的加工與安裝精度，它適宜特高粘度及易起泡沫物料的蒸發(fā)濃縮、脫溶或提純。(3)鉸鏈刮板這種刮板適宜于易在加熱面上結(jié)垢的物料，刮板通常采用金屬件，采用活動(dòng)鉸鏈方式將刮板安裝在轉(zhuǎn)架上。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于離心力的作用，刮板被緊壓在蒸發(fā)筒體內(nèi)壁，(與壁面)呈一定角度在壁面滑動(dòng)，將物料刮成薄膜，且防止壁面結(jié)垢。圖9-固定刮板簡(jiǎn)圖四、刮板式薄膜蒸發(fā)器的性能特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)薄膜蒸發(fā)器具備的下述獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，是常規(guī)膜式蒸發(fā)器所不能比擬的：

1.極小的壓力損失在旋轉(zhuǎn)刮板薄膜蒸發(fā)器中，物料“流”與二次蒸汽“流”是兩個(gè)獨(dú)立的“通道”：物料是沿蒸發(fā)筒體內(nèi)壁(強(qiáng)制成膜)降膜而下；而由蒸發(fā)面蒸發(fā)出的二次蒸汽則從筒體中央的空間幾乎無(wú)阻礙地離開蒸發(fā)器，因此壓力損失(或稱阻力降)是極小的。2.可實(shí)現(xiàn)真正真空條件下的操作

正是由于二次蒸汽由蒸發(fā)面到冷凝器的阻力極小，因此可使整個(gè)蒸發(fā)筒體內(nèi)壁的蒸發(fā)面維持較高的真空度(可達(dá)-750mmHg以上)，幾乎等于真空系統(tǒng)出口的真空度。由于真空度的提高，有效降低了被處理物料的沸點(diǎn)。3.高傳熱系數(shù)，高蒸發(fā)強(qiáng)度

物料沸點(diǎn)的降低，增大了與熱介質(zhì)的溫度差；呈湍流狀態(tài)的液膜，降低了熱阻；同樣，抑制物料在壁面結(jié)焦、結(jié)垢，也提高了蒸發(fā)筒壁的分傳熱系數(shù)；高效旋轉(zhuǎn)薄膜蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)可高達(dá)8000KJ/h·㎡·℃，因此其蒸發(fā)強(qiáng)度很高。4.低溫蒸發(fā)

由于蒸發(fā)筒體內(nèi)能維持較高的真空度，被處理物料的沸點(diǎn)大大降低，因此特別適合熱敏性物料的低溫蒸發(fā)。5.過(guò)流時(shí)間短

物料在蒸發(fā)器內(nèi)的過(guò)流時(shí)間很短，小于10秒左右；對(duì)于常用的活動(dòng)刮板而言，其刮動(dòng)物料的端面有導(dǎo)流的溝槽(見圖5)，其斜角通常為45°，改變斜角的角度，可改變物料的過(guò)流時(shí)間，物料在刮板的刮動(dòng)下，呈螺旋下降離開蒸發(fā)段?？s短過(guò)流時(shí)間，有效防止產(chǎn)品在蒸發(fā)過(guò)程中的分解、聚合或變質(zhì)。6.可利用低品位蒸汽

蒸汽是常用的熱介質(zhì)，由于降低了物料的沸點(diǎn)，在保證相同Δt的條件下，就可降低加熱介質(zhì)的溫度，利用低品位的蒸汽，有利于能量的綜合利用。特別適宜作為多效蒸發(fā)的末效蒸發(fā)器。

7.適應(yīng)性強(qiáng)、操作方便

獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使該產(chǎn)品可處理一些常規(guī)蒸發(fā)器不易處理的高粘度、含顆粒、熱敏性及易結(jié)晶的物料。

旋轉(zhuǎn)薄膜蒸發(fā)器操作彈性大，運(yùn)行工況穩(wěn)定，且維護(hù)工作量小，維修方便。圖11-刮板端面導(dǎo)液槽缺點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)復(fù)雜2、動(dòng)力消耗大3、受夾套式傳熱面的限制，其處理量比較小五、應(yīng)用領(lǐng)域刮膜蒸發(fā)器已在下述領(lǐng)域用于蒸發(fā)濃縮、脫溶、汽提、反應(yīng)、脫氣、除臭（氣）味等為目的，取得了良好效果：中、西藥：抗生素，糖液，雷公滕、黃芪等中草藥，甲基咪唑、單腈胺等中間體；

輕工食品：果汁，肉汁，色素，香精，香料，酶制劑、乳酸、木糖、淀粉糖；油脂日化：卵磷酯，VE，魚肝油，油酸，甘油，脂肪酸，廢潤(rùn)滑油，烷基多糖苷；合成樹脂：聚酰胺樹脂，環(huán)氧樹脂，多聚甲醛，PPS（癸二酸聚丙烯酯），PBT合成纖維：PTA，DMT，炭素纖維，聚四氫呋喃，聚醚多元醇等；石油化學(xué)：TDI，MDI，三甲基氫醌，三羥甲基丙烷，氫氧化鈉等；農(nóng)藥生物：乙草胺、丙草胺、毒死蜱、呋喃酚、廣滅靈、等除草劑，殺蟲劑、除莠劑廢水：無(wú)機(jī)鹽廢水等；六、具體事例及其改進(jìn)薄膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)如圖1所示。30%堿液從蒸發(fā)器上部進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)腔,通過(guò)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)薄壁刮板旋轉(zhuǎn),利用重力堿液自上而下均勻分布于內(nèi)筒壁,形成薄膜,夾套內(nèi)通入0.3MPa左右的蒸汽,堿液在蒸發(fā)器內(nèi)呈膜式蒸發(fā),產(chǎn)生的蒸汽抽入噴射冷凝器,通過(guò)噴射冷凝器在蒸發(fā)器內(nèi)形成真空,產(chǎn)生的大量蒸汽被抽走,最后42%的堿液從蒸發(fā)器下部排出,收集至濃堿槽。1蒸發(fā)器在運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題及分析蒸發(fā)器在投入使用不到一個(gè)月的時(shí)間,發(fā)現(xiàn)該設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)聲音異常,經(jīng)拆開檢查發(fā)現(xiàn),下潤(rùn)滑軸套嚴(yán)重?fù)p壞,刮板偏磨,有的轉(zhuǎn)子擺臂不能正常擺動(dòng),個(gè)別刮板已經(jīng)磨損致刮板槽。由于該設(shè)備筒體為不銹鋼復(fù)合鋼板,轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的“0”間隙式(轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分),它的轉(zhuǎn)子工作時(shí)利用離心力作用使活動(dòng)刮板隨時(shí)緊貼壁面轉(zhuǎn)動(dòng),由于刮板(聚四氟乙烯)磨損后刮板槽(不銹鋼材質(zhì))與筒體直接磨損,導(dǎo)致筒體受損。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)初步分析,發(fā)生損壞原因?yàn)?(1)軸的材質(zhì)為不銹鋼,直徑110mm,長(zhǎng)5560mm,與刮板共重1.2噸,在加工安裝及轉(zhuǎn)子裝配時(shí),由于受力不均勻?qū)е螺S在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中受偏心力的作用,形成磨擦力作用于主軸套(材質(zhì)為石墨浸四氟)上,產(chǎn)生摩擦使軸套損壞,使軸發(fā)生偏心引起刮板偏磨。(2)由于轉(zhuǎn)子軸與不銹鋼套之間的磨損面積較小,整套刮板重量都作用于端面上,造成端面磨損,擺壁不能正常擺動(dòng)。2薄膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)：(1)改造擺臂受力部位結(jié)構(gòu)圖12-改進(jìn)前撓性轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖13-改進(jìn)后撓性轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖12,在原來(lái)的結(jié)構(gòu)中,主要受力面為上下兩個(gè)小管的端面,即一個(gè)內(nèi)徑為25外徑為32mm的環(huán)面,在運(yùn)行過(guò)程中,刮板及刮板架的重量都作用在這一端面于端面面積小,在這一端面上產(chǎn)生較大的摩擦力,端面磨損快。運(yùn)行不到一個(gè)月擺臂就不能正常擺動(dòng)。為了增大其受力面,我們?cè)谏舷聝蓚€(gè)小管上分別增加了一個(gè)錫磷青銅套與一個(gè)不銹鋼套,如圖3所示。通過(guò)改造,擺臂的壽命延長(zhǎng)至一年同時(shí)保護(hù)了蒸發(fā)器筒體,使筒體壽命由原來(lái)的八個(gè)月延長(zhǎng)到兩年左右。(2)改造刮板結(jié)構(gòu)圖13刮板結(jié)構(gòu)示意圖便于更換刮板由于與筒臂的摩擦,經(jīng)常需要更換,周期約為一個(gè)月。如圖13-a所示,在原來(lái)的結(jié)構(gòu)中,由兩條螺栓穿過(guò)刮板上兩個(gè)孔將刮板固定在刮板槽中,更換時(shí)必須卸掉螺栓。為了方便更換,我們將刮板的固定形式改為懸掛式。如圖13-b所示,在刮板上對(duì)應(yīng)原來(lái)的孔開出兩個(gè)L型槽,安裝刮板時(shí)只需將刮板推入刮板槽,并掛在固定刮板槽上的螺栓上即可,拆卸也更加方便,大大降低了檢修難度。同時(shí)我們將刮板材質(zhì)由聚四氟乙烯改為聚丙烯,降低了成本,使用周期也增加到4個(gè)月左右。(3)軸頭的滑動(dòng)軸承由石墨浸四氟材料改為錫磷青銅材料石墨浸四氟軸承雖然耐堿,但材質(zhì)軟,傳熱慢,易磨損。軸承磨損后,主軸易產(chǎn)生擺動(dòng),引起蒸發(fā)器頂部的機(jī)器密封漏氣。同時(shí),造成筒體磨損不均勻,降低筒體使用壽命。錫磷青銅材料,既耐堿也耐磨,傳熱也快。同時(shí),此種材料比軸頭材料不銹鋼軟,也有利于保護(hù)軸頭不被磨損。軸承改為錫磷青銅材料后使用壽命有由原來(lái)的一個(gè)月提高到十八個(gè)月左右,很好的保護(hù)了蒸發(fā)器,促進(jìn)了生產(chǎn)。3薄膜蒸發(fā)器的配套工藝改進(jìn)(1)增加預(yù)熱裝置生產(chǎn)原料30%燒堿的工藝狀況直接影響42%燒堿的產(chǎn)量、質(zhì)量,我們?cè)褂脹](méi)有經(jīng)過(guò)冷卻除鹽的30%燒堿,溫度在80℃左右,但問(wèn)題是:出料含鹽太多,很不利于后序的配堿工作,于是改用經(jīng)過(guò)冷卻、沉降除鹽后的30%燒堿,42%燒堿的鹽含量降低,但產(chǎn)量也相應(yīng)下降,不能滿足市場(chǎng)需求。此種情況下,我們組織有關(guān)技術(shù)人員對(duì)生產(chǎn)熱平衡進(jìn)行計(jì)算,結(jié)合實(shí)際情況,選用一臺(tái)15m2螺旋板預(yù)熱器,用來(lái)預(yù)熱30%燒堿。經(jīng)預(yù)熱后,溫度由40℃左右可提高到65~70℃,生產(chǎn)能力提高了30%,每臺(tái)20m2薄膜蒸發(fā)器生產(chǎn)能力可達(dá)1.2萬(wàn)噸/年。(2)增加沉降時(shí)間,提高了42%燒堿質(zhì)量