刮膜薄膜蒸发器的特点和应用

发布于:2021-10-14 08:59:11

第2l卷第3期 2001年3月

现代化工
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翻膜薄膜蒸发器的特点和应用

皮丕辉杨卓如马四朋 (华南理工大学化工所,广州510640)

擅姜:详细介绍了刮膜薄膜蔫发嚣的结构、操作原理、型式和分类、特点、操作参数以厦刮臃薄糜燕发嚣的应用。因刮板对

豫膜的刮攘作用使淮膜呈不断搅动状态,刮蒜薄膜蒸发器有停留时间短、消昧结赢结垢及处理牯度大等特点,认为其是处理热

赣性和高帖性物质蒸发浓缩的理想设备。

关鼍词:刮膜薄膜;薄筷蒸发嚣;结构;原理;特点

中圈分类号:即051.8

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刮膜薄膜蒸发器,又称旋转薄膜蒸发器或搅拌 薄膜蒸发器,自20世纪40年代问世以来,国内外对 其优化设计、制造及应用进行了大量的研究,*60 年来得到了较大的发展。
1940年,瑞士苏黎士的H趾B Mue皿一“制傲了第 一台刮膜薄膜蒸发器样机。此后,欧洲人使其发展 成为了连续式刮膜薄膜蒸发器,并于19印年在干燥 工程和高分子反应工程中开始应用,随之在化工、石 油、染料、食品、医药以及废水处理中的蒸发、分馏、 脱水、脱臭、冷却、结晶和化学反应方面广泛应用。 国外50年代开始对刮膜薄膜蒸发器的流动混合机 理和传热性能进行研究,提出了一些关于流体的传 热传质模型。
国内从60年代开始在化工、染料、食品等~些 企业逐步采用中小型刮膜薄膜蒸发器。现在国内 2,4,6,8矗薄膜蒸发器系列产品的设计和应用日趋 成熟,对于大型刮膜薄膜蒸发器的设计和应用,国内

也进行了不少探讨。1970年。北京向阳化工厂【2J自 行设计了高IO.8 m。蒸发面积为14 o的大型刮膜 薄膜蒸发器用于苯酚.丙酮生产上,运行良好。1996 年,无锡市化工机械厂L纠又开发研制了18玉高效 旋转薄膜蒸发器,并用于氯碱工业中。但与国外可 以设计制造出蒸发面积40 m2以上的高效刮膜薄膜 蒸发器相比。国内在大型刮膜薄膜蒸发器的设计和 应用方面还存在很大差距。
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旋转薄膜蒸发器的结构如图1所示。它是由上 部的驱动部分和下部的蒸发浓缩部分组成,内冷式 旋转薄膜蒸发器下部还有内部冷凝器部分。驱动部 分由电机.齿轮减速器或电机,带轮减速器组成。上 部和下部的轴封处采用双面机械密封来保证设备的 密封性。蒸发浓缩部分由带夹套的蒸发筒体和转子 组成。转子带分布器、捕沫器、主轴、沟槽刮板及支

技藕日期:200D_¨∞
基全硬目:广东省自然科学基金资助项目(No.帅OH8)。
作者 万蕾介方:数皮丕据肆.男.1哪年生.博士研兜生,从事热t性膏拮性蠢体■奠薰发过程的研究。

。42。

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架等结构。内部冷凝器是一个从下部安装到蒸发圆 筒中心的竖直多程管束,如图2。
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曳涡流,刮板与壁面之间则形成库塔流,而加热表面 的其他地方,由于重力的作用,物料粘在壁面上慢慢 垂直向下爬行流动,形成薄膜流。由于刮板的旋转 和搅动,推动弓形波不断与薄膜流进行物质和能量 的交换,有利于物质在传热表面的蒸发,所以刮膜薄 膜蒸发器能够处理热敏性和高粘性物质。
⑧诫

l—减速机;2一轴承座;卜机械密封;4_艄沫器 5—分布器;卜央套;’卜筒体;8一主轴;9一刮板
图1刮膜薄膜蒸发器

够i嚣

图2内部冷凝器
在实际生产应用中,刮膜薄膜蒸发器和其辅助 设备构成蒸发操作系统。辅助设备一般有预热器、 预蒸馏和脱溶剂设备、真空设备、泵和贮罐等。
2操作原理
预热到一定温度的物*坠文ふ舴⑵魃喜拷 进入蒸发器,被旋转的液体分布器分成四股物流流 入圆筒内壁。每股物流被相应的夹板的搅动作用分 散在蒸发圆筒加热内壁上形成均匀液膜。液膜吸收 夹套中加热介质(加热蒸汽或导热油)传给蒸发表面 (圆筒内壁)的热量,在其表面进行物质的迅速蒸发, 如图3所示。
与圆筒内壁有一定间隙的刮板转动时,推动物 料在其上面形成一个流体弓形波【4“J(如图4所 示),因刮板常是倾斜的,或带有一定角度的沟槽,弓 形渡内流体呈螺旋状向下流动。在刮板后边形成拖
 万方数据

图4周向上流动状态的变化
在圆筒内的任一位置,物料流速由两部分组成: 由搅拌刮板推动作用和液膜重力引起。这两种作用 使流体在加热表面上的停留时间非常短暂。对于高 粘性流体,刮板的推动作用是流体向下流动的主要 作用。
所蒸发的二次蒸汽直接到蒸发器的内冷凝器表 面冷凝,或通过二次蒸汽出口到外部冷凝器冷凝。 冷凝器的冷却介质一般为常温下的水。因蒸荔f往往 是带气泡和液体飞溅的沸腾蒸发过程,二次蒸汽被 冷凝之前,需通过捕沫器和分离器(雾沫夹带分离 器),把所夹带的液滴除去。内外冷凝器的冷凝液流 出到一个水*的精馏产品贮槽,残液从蒸发器底部 流出到残液贮槽。
3类型
刮膜薄膜蒸发器现在已形成系列产品,形式多 样。一般按其安装形式可以分为立式和卧式两种。 立式薄膜蒸发器是竖直安装的,物料自上而下流过

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蒸发圆筒体。而卧式薄膜蒸发器指蒸发器主体水* 安装,物料在水*方向上通过蒸发器蒸发表面。
按刮板型式分类,国外主要有3种型式:①BI№ 型,即原来的Imm型(鲁瓦型)。转子和筒体间为固 定间隙,简体需要精加工。它是销售量最大,历史最 悠久的产品。②Sarnb町型(桑贝型)。转子上的刮 板是活动铰链式或擦壁的软刮板,其销售量不大。
③蜘tll型(史密斯型)。转子是一个十字架形,架的
四边开有沟槽,沟槽内装有多组聚四氟乙烯或其他 耐磨材料的活动滑块。由于转子的离心作用,活动 滑块被抛到筒壁而使物料流体形成一层薄的液膜。 此种产品筒体不需要精加工.制造成本低,以日本产 量较大。
国内将薄膜蒸发器一般分成固定刮板式和活动 刮板式。如天津市化工设备厂生产的xz型薄膜蒸 发器,就是属于活动刮板式薄膜蒸发器,其蒸发面积 为O.8。8.0 m2。
4主要特点
刮膜薄膜蒸发器具有如下特点: ①蒸发效率高。物料被分布器和转动的刮板均 匀地分布在蒸发壁面呈薄膜状态向下流动,由于液 膜厚度小。且在搅拌作用下产生强烈的湍流使液膜 中物质不断更新变化.传热系数高,热通量大,在蒸 发温度下待蒸发组分逸出液膜的阻力较小,因而分 离效率高。 ②宽广的粘度加工范围。可以处理粘度达100 Pa·s的高粘性液体,出口物料对进口物料的粘度比 可达l 000以上。 ③停留时间短。物料在加热区内停留时间短, 最短时可在几秒内完成,物料的热分解和热缩聚反 应较少.所以适宜处理热敏性物料。 ④可消除结焦、结垢。在刮板的作用下,物料液 膜不断被更新,使物料不致过热,防止了由于局部过 热而引起的结焦现象。 ⑤生产能力调节幅度大,其能力可达到设计能 力的10%。 ⑥在蒸发区设备的贮液量低。 ⑦操作方便,产品指标易控制,可以实行自控。
5操作参数
刮膜薄膜蒸发器的主要操作控制参数有:进料
温度 万,方进数料据量,传热温差,真空度,刮板转速等。实际

生产中为了有效地提高薄膜蒸发器的蒸发效率,常 要对这些参数进行优化设计或者控制。
(1)进料温度 考虑进料温度时,要满足物流在进入蒸发器后 达到操作真空度下的沸点温度。进料温度高于蒸发 组分在此真空度下所对应的沸点温度时,就会导致 液体的飞溅,被蒸出的气体中夹带有大量的液体,此 时很难控制。温度低于组分的沸点温度时,就需要 蒸发表面的一部分显热来加热物料使之达到沸点温 度,这就没有有效地利用加热表面。 (2)进料量 进料量的大小受蒸发器润湿比的影响。在蒸发 过程中,流体的流速在加热筒体的高度方向上不断 变小,使润湿比也不断减小。最小润湿比就是能保 证在底部刮板区域内形成掖体薄膜所对应的润湿 比。润湿比低于最小值时,在蒸发表面会出现干表 面,这样会导致物流结焦,加大刮板的磨损,增大动 力消耗。如果是处理热敏性物料,则产品质量也会 受到影响。最大润温比又叫液泛率,指流体的流量 高至不能在蒸发表面维持薄膜流,此时下部或者整 个刮板都被液体浸泡,传热效率和蒸发效率下降,蒸 发速率减少到降膜蒸发同样的水*。薄膜蒸发器必 须在引起上部液泛的最大润湿比和引起下部干枯结 焦的最小润湿比这两个极限之间操作。 (3)传热温差 在蒸发操作过程中,温差的选择是很重要的。 当温差△r过小时,在传热过程中所得到的热量不 够,使蒸发不能很好地进行。但温差过大时,也会使 传热系数下降。因此选用适当的温度差以保证有较 大的传热系数来提高蒸发强度是很重要的。 (4)真空度 在处理热敏性物料时,薄膜蒸发器需要在一定 的真空度条件下操作,以保证物料在蒸发表面时,不 会因温度高而发生热分解或热聚合而变质。所以选 择的操作真空度要满足此真空度下物料所对应的沸 点温度,该温度低于物科发生化学反应所对应的热 分解或热聚合温度。例如,在聚氨酯涂料工业中,
皿I或‘mI缩二脲中普遗存在单体含量过高的问
题。采用带内冷式的薄膜蒸发器来分离单体,因缩 二脲在温度超过160℃时会发生较明显的聚合结 焦,所以操作温度必须控制在160℃以下,这样所要 求的操作压力必须在133.32 Pa以下19 J。又如,氯碱 工业中,用搅拌薄膜蒸发器将烧碱从30%左右浓缩

·“·

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到50%左右。因30%以上的烧碱具有极强的腐蚀 性,特别是在温度高于75℃以上时,故采用真空操 作来降低操作温度,蒸发器内的真空度必须保持在 能使出口温度低于75℃的水*上,这样才能保证烧 碱对设备的腐蚀性较小iloJ。
(5)刮板转速 转子转动速度的改变使高粘度物流的蒸发速率 有一个相应的改变。转子转速要能使蒸发圆筒内形 成均匀液膜,完成弓形波及液膜的物质和能量的完 全交换。随着转速增大,传热速率也会增大。但转速 过高,也增大了动力消耗。一般转子的转动最好能 给刮板末端4.6 n∥8的转速。
6应用
从刮膜薄膜蒸发器的以上特点来看,其特别适 用于处理高粘度、高沸点和热敏性物料,也可以用于 含有微量固体颗粒的溶液,或在蒸发过程中有微量 结晶产品出现的过程。刮膜薄膜蒸发器一般用作制 药、轻工、食品、石油、化工等工业中的蒸发浓缩蒸馏 设备。其具体应用见表1。
衷l薄曩蒸发鲁的应用情况

刮膜薄膜蒸发器结构简单,操作方便,在实际生
产中有广阔的应用前景,特别是在处理热敏性和高
粘性物质的蒸发浓缩时,它是最为理想的设备选择。
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 万方数据

刮膜薄膜蒸发器的特点和应用

作者: 作者单位: 刊名:
英文刊名: 年,卷(期): 引用次数:

皮丕辉, 杨卓如, 马四朋, PI Pi-hui, YANG Zhuo-ru, MA Si-peng 华南理工大学化工所
现代化工 MODERN CHEMICAL INOUSTRY 2001,21(3) 15次

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本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_xdhg200103011.aspx

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