鄭州拓洋實(shí)業(yè)有限公司 韓志潔

淺談臥式旋轉(zhuǎn)管蒸發(fā)器技術(shù)

鄭州拓洋實(shí)業(yè)有限公司 韓志潔

通過對(duì)比幾種蒸發(fā)器特點(diǎn)，臥式旋轉(zhuǎn)管蒸發(fā)器具有很多明顯的優(yōu)點(diǎn)，如傳熱系數(shù)高、不易結(jié)垢、單臺(tái)面積較大等獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。與其它用于高粘度的蒸發(fā)設(shè)備相比具有體積小、節(jié)省占地空間、能耗較低，適用于高粘度物料蒸發(fā)，蒸發(fā)強(qiáng)度20～25kg/m2·h。

蒸發(fā)器 旋轉(zhuǎn)加熱 粘度 料液

一、引言

蒸發(fā)器是重要的化工設(shè)備之一，廣泛應(yīng)用于化學(xué)、制藥、食品、有色冶金等行業(yè)。目前，常用的間壁傳熱式蒸發(fā)器，按溶液在蒸發(fā)器中停留的情況，大致可分為循環(huán)型和單程型兩大類。目前市場(chǎng)上常見的升膜式、降膜式蒸發(fā)器，該類膜式蒸發(fā)器主要用于粘度較小、比重小等物料的蒸發(fā)。由于蒸發(fā)過程中往往會(huì)有料液粘度大、易堵塞、易結(jié)垢等情況，為了克服該類物料易結(jié)垢、不易清洗等特點(diǎn)，優(yōu)化一種針對(duì)粘度大、易堵塞、易結(jié)垢的物料蒸發(fā)特點(diǎn)的蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)，是生產(chǎn)迫在眉睫的問題。臥式旋轉(zhuǎn)管式蒸發(fā)器即為適用于該特點(diǎn)物料的一種蒸發(fā)裝置。

二、工作原理

料液在進(jìn)入蒸發(fā)器中通過旋轉(zhuǎn)管組件加熱，受熱蒸發(fā)，產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)頂部進(jìn)入分離室，將液體分離后進(jìn)入冷凝器。冷凝液進(jìn)入冷凝水罐由泵送出，冷凝水罐接真空泵，抽真空保證蒸發(fā)過程真空度，使物料不被破壞。（工作簡(jiǎn)圖見圖1）

蒸汽由轉(zhuǎn)軸中心管一端進(jìn)入空心軸，到另一端進(jìn)入加熱管，汽凝液由中心管套管通向三向接頭排除，另一路蒸汽進(jìn)入半夾套。蒸汽進(jìn)入中間管道后在進(jìn)入圓周支管，加熱組件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，增加了與料液的接觸面積，由于加熱組件一直在做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，故粘稠的料液不易結(jié)垢。

三、與其他蒸發(fā)器比較

目前，針對(duì)粘度大、易堵塞、易結(jié)垢的物料蒸發(fā)采用的主要是兩種設(shè)備，一是攪拌罐，另一個(gè)是立式旋轉(zhuǎn)刮膜蒸發(fā)器。

1. 攪拌罐濃縮設(shè)備。攪拌罐工作原理是物料進(jìn)入罐內(nèi)，蒸汽進(jìn)入夾套層，用攪拌增強(qiáng)傳熱效果，攪拌槳結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于夾層面積的大小，攪拌器的結(jié)構(gòu)形式和物料出口形式，罐體內(nèi)高精度拋光，以及罐體內(nèi)清洗無死角的要求來滿足工藝使用條件。并具有操作簡(jiǎn)單、使用方便等特點(diǎn)，是理想的投資少、投產(chǎn)快、收益高的化工設(shè)備。但由于攪拌罐單位體積的面積比較小，作為蒸發(fā)設(shè)備用，其面積利用效率低，而且隨體積增大其值更小，若選用體積過大，將使蒸發(fā)時(shí)間延長(zhǎng)，對(duì)物料的破壞較大。因此，為保證產(chǎn)量，往往要選用多臺(tái)設(shè)備。

攪拌罐是單罐間斷蒸發(fā)。對(duì)于真空濃縮所需真空度不好保證，需要配套真空泵多，電耗高，氣耗大。生產(chǎn)成本較高。

2. 立式旋轉(zhuǎn)刮膜蒸發(fā)器。立式旋轉(zhuǎn)刮膜蒸發(fā)器外殼內(nèi)帶有加熱蒸汽夾套，其內(nèi)裝有可旋轉(zhuǎn)的葉片即刮板。刮板有固定式和轉(zhuǎn)子式兩種，前者與殼體內(nèi)壁的間隙為0.5～1.5mm，后者與器壁的間隙隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)而變。料液由蒸發(fā)器上部沿切線方向加入（亦有加至與刮板同軸的甩料盤上的）。由于重力、離心力和旋轉(zhuǎn)刮板刮帶作用，溶液在器內(nèi)壁形成下旋的薄膜，并在此過程中被蒸發(fā)濃縮，完成液在底部排出。

這種蒸發(fā)器是一種利用外加動(dòng)力成膜的單程型蒸發(fā)器，其突出優(yōu)點(diǎn)是對(duì)物料的適應(yīng)性很強(qiáng)，且停留時(shí)間短，一般為數(shù)秒或幾十秒，故可適應(yīng)于高粘度（如栲膠、蜂蜜等）和易結(jié)晶、結(jié)垢、熱敏性的物料。此類設(shè)備的傳熱系數(shù)高，效率高，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)力消耗大，每平方米傳熱面約需1.5～3kW。此外，同樣也由于單臺(tái)的面積小，故投資大，料液的濃度控制較難，且該設(shè)備制造安裝要求高。

臥式旋轉(zhuǎn)管蒸發(fā)器是集以上兩種設(shè)備優(yōu)點(diǎn)后優(yōu)化設(shè)計(jì)而成。

圖1

四、結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)

它主要由三向接頭1、加熱旋轉(zhuǎn)組件2、半夾套3、筒體4、減速機(jī)構(gòu)5、電機(jī)6等組成。所述加熱旋轉(zhuǎn)管2軸向設(shè)置在殼體3內(nèi)，與筒體3外部的減速機(jī)構(gòu)6、電機(jī)5連接（見圖3）。所述旋轉(zhuǎn)加熱管組件為一系列管路組件，由轉(zhuǎn)動(dòng)軸、2個(gè)環(huán)管、導(dǎo)通管、多根加熱拉管組成（見圖2）。

轉(zhuǎn)動(dòng)軸為空心軸，在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上焊接進(jìn)氣管與冷凝水出管，蒸汽由中心管進(jìn)入導(dǎo)流管與圓周環(huán)管導(dǎo)通，由環(huán)管進(jìn)入加熱管。蒸汽冷凝水進(jìn)入中心管與空心轉(zhuǎn)軸之間的夾層經(jīng)三向接頭流出?？招霓D(zhuǎn)軸與蒸汽進(jìn)口管有隔板，保證冷凝水與蒸汽之間不短路（結(jié)構(gòu)示意圖見圖3）。

圖2

圖3

臥式旋轉(zhuǎn)管蒸發(fā)器的操作較靈活，可以將全部加熱管埋入料液中，也可以部分加熱管露出料液?？梢赃B續(xù)操作也可以間隙操作。當(dāng)間隙操作或部分加熱管露出料液時(shí)，這時(shí)下部（液下）蒸發(fā)過程類似大容積加熱管沉沒式蒸發(fā)。上部露出料液面類似膜蒸發(fā)。由于加熱部件不停轉(zhuǎn)動(dòng)，兩相流體被攪動(dòng)強(qiáng)烈，蒸發(fā)與冷凝膜系數(shù)都較大。即使應(yīng)用于高粘度料液蒸發(fā)強(qiáng)度仍可達(dá)20～25Kg/m2·h。

該臥式旋轉(zhuǎn)管蒸發(fā)器徑向可布置多層加熱管，周向按一定管間距每周可布置多根加熱管，因此，同單位體積加熱面積比大，單臺(tái)傳熱面積大，一臺(tái)臥式旋轉(zhuǎn)管蒸發(fā)器可代替多臺(tái)攪拌罐或旋轉(zhuǎn)刮膜蒸發(fā)器。而且由于加熱元件在液體中旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，管壁被不斷沖刷，故結(jié)垢很輕，加熱拉管空間大，不會(huì)發(fā)生堵塞。該設(shè)備可連續(xù)蒸發(fā)，進(jìn)料出料無間歇。由于其以上獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，該設(shè)備具有體積小、節(jié)省占地空間、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。

五、結(jié)論

化工生產(chǎn)過程中會(huì)有粘稠、易結(jié)垢的物料需要蒸發(fā)，可采用該類型臥式旋轉(zhuǎn)管蒸發(fā)器。該類設(shè)備目前應(yīng)用不多，如果開發(fā)研制成一系列型號(hào)設(shè)備，對(duì)很多企業(yè)單位濃縮蒸發(fā)操作會(huì)有很大提高改善。

[1]《化工原理》（新版）上冊(cè)天津大學(xué)出版社

[2]《化工設(shè)計(jì)》陳聲宗主編化學(xué)工業(yè)出版社

韓志潔，畢業(yè)于鄭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校（現(xiàn)河南工業(yè)大學(xué)）計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)。后繼續(xù)教育于鄭州大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)?，F(xiàn)工作于鄭州拓洋實(shí)業(yè)有限公司從事設(shè)備維護(hù)管理工作。