1、刮板式薄膜蒸发器刮板式薄膜蒸发器 唐凯雄唐凯雄 目录目录 一：刮板式蒸发器的结构 二：工作原理 三：主要结构及其特点 四：刮板式蒸发器的性能特点 五：应用领域 六：具体事例及其改进一、刮板式薄膜蒸发器结构图1-电机、减速器2-上端机械密封3-分离桶4-扑沫器5-分布器6-转子7-刮板8-夹套9-筒体10-底封体11-下端密封图1二、工作原理1、概述薄膜蒸发器是通过旋转刮膜器强制成膜，并高速流动，热传递效率高，停留时间短（约1050秒），可在真空条件下进行降膜蒸发的一种新型高效蒸发器。它由一个或多个带夹套加热的圆筒体及筒内旋转的刮膜器组成。刮膜器将进料连续地在加热面刮成厚薄均匀的液膜并向下移动；
2、在此过程中，低沸点的组份被蒸发，而残留物从蒸发器底部排出。图22、工作原理、工作原理物料从加热区的上方径向进入蒸发器；经布料器分布到蒸发器加热壁面，然后，旋转的刮膜器将物料连续均匀地加热面上刮成厚薄均匀的液膜，并以螺旋状向下推进。在此过程中，旋转的刮膜器保证连续和均匀的液膜产生高速湍流，并阻止液膜在加热面结焦、结垢，从而提高传热系数。轻组份被蒸发形成蒸汽流上升，经汽液分离器到达和蒸发器直接相连的外置冷凝器；重组份从蒸发器底部的锥体排出。一个独特的布料器不仅仅具有将物料均匀地泼向蒸发器内壁，防止物料溅到蒸发器内部喷入蒸汽流，还具有防止刚进入的物料在此处闪蒸，有利于泡沫的消除，物料只能沿着加热面蒸
3、发。在刮膜蒸发器的上部配有一个依据物料特性设计的离心式分离器，将上升蒸汽流中的液滴分离出来并返回布料器。图3图4- 薄膜蒸发器内流体流动过程示意图薄膜蒸发器内的流体流动可视为转子刮板引起的切向流动和重力引起的轴向流动的合成，液膜流态可分为3 个区域: 刮板前缘液体产生旋转作用形成的涡旋圈形波,此部分流体呈螺旋状向下流动。刮板后缘附近形成的紊流液膜。紊液膜与下一个圈形波之间由于刮板作用的消失而形成的层流液膜。三、主要结构及其特点三、主要结构及其特点1、扑沫器扑沫器作用：利用液体的惯性使气液分离，以除去液沫。图5-几种简单扑沫器结构图2、分布器、分布器降膜式蒸发器与升膜式蒸发器相比，料液是从顶部加
4、入，在重力作用下沿管壁成膜状下降，并在此过程中不断被蒸发而增浓，在其底部得到完成液。为使液体在进入加热管后能有效的成膜，每根管的顶部装有液体分布器，其形式很多，左图为几种常见的分布器图图61-加热管 2-导流管 3-齿缝图7-挠性转子结构简图3、转子、转子安装在蒸发器筒体内的转子由转轴与转架组成。转子由电机、减速机驱动，并带动刮板作圆周运动。转架采用不锈钢精密铸件加工而成，使其强度、几何尺寸、稳定性等都得到有效保证。 4、刮板、刮板由于刮板的运动，将物料不断地在蒸发面上刮成薄膜，以达到薄膜蒸发的效果。 根据物料的粘度等特性，有下述三种刮板形式可供选择： (1) 滑动刮板滑动刮板是一种最基本、最
5、常见的刮板形式。刮板被安装在转子的四条刮板导槽内，由于受转子旋转的离心力作用而沿径向甩向蒸发筒体内壁面，同时随转子一起作圆周运动。刮板的这种刮动，使物料在蒸发壁面上呈膜状湍流状态，极大提高了传热系数，同时这种连续不断的刮动，有效地抑制物料的过热、干壁和结垢等现象。图8-滑动刮板简图图10-铰链刮板简图(2) 固定刮板固定刮板都采用金属材料，它被刚性连接在转子上，刮板的长度同蒸发筒身，旋转刮板与蒸发筒身内壁的间隙仅为1-2mm，要求较高的加工与安装精度，它适宜特高粘度及易起泡沫物料的蒸发浓缩、脱溶或提纯。(3) 铰链刮板这种刮板适宜于易在加热面上结垢的物料，刮板通常采用金属件，采用活动铰链方式将
6、刮板安装在转架上。当转子转动时，由于离心力的作用，刮板被紧压在蒸发筒体内壁，(与壁面)呈一定角度在壁面滑动，将物料刮成薄膜，且防止壁面结垢。图9-固定刮板简图四、刮板式薄膜蒸发器的性能特点优点优点薄膜蒸发器具备的下述独特的优点，是常规膜式蒸发器所不能比拟的： 1.极小的压力损失 在旋转刮板薄膜蒸发器中，物料“流”与二次蒸汽“流”是两个独立的“通道”：物料是沿蒸发筒体内壁(强制成膜)降膜而下；而由蒸发面蒸发出的二次蒸汽则从筒体中央的空间几乎无阻碍地离开蒸发器，因此压力损失(或称阻力降)是极小的。2.可实现真正真空条件下的操作 正是由于二次蒸汽由蒸发面到冷凝器的阻力极小，因此可使整个蒸发筒体内壁的
7、蒸发面维持较高的真空度(可达-750mmHg以上)，几乎等于真空系统出口的真空度。由于真空度的提高，有效降低了被处理物料的沸点。3.高传热系数，高蒸发强度 物料沸点的降低，增大了与热介质的温度差；呈湍流状态的液膜，降低了热阻；同样，抑制物料在壁面结焦、结垢，也提高了蒸发筒壁的分传热系数；高效旋转薄膜蒸发器的总传热系数可高达8000KJ/h，因此其蒸发强度很高。4.低温蒸发 由于蒸发筒体内能维持较高的真空度，被处理物料的沸点大大降低，因此特别适合热敏性物料的低温蒸发。5.过流时间短 物料在蒸发器内的过流时间很短，小于10秒左右；对于常用的活动刮板而言，其刮动物料的端面有导流的沟槽(见图5)，其斜
8、角通常为45，改变斜角的角度，可改变物料的过流时间，物料在刮板的刮动下，呈螺旋下降离开蒸发段。缩短过流时间，有效防止产品在蒸发过程中的分解、聚合或变质。6.可利用低品位蒸汽 蒸汽是常用的热介质，由于降低了物料的沸点，在保证相同t的条件下，就可降低加热介质的温度，利用低品位的蒸汽，有利于能量的综合利用。特别适宜作为多效蒸发的末效蒸发器。7.适应性强、操作方便 独特的结构设计，使该产品可处理一些常规蒸发器不易处理的高粘度、含颗粒、热敏性及易结晶的物料。 旋转薄膜蒸发器操作弹性大，运行工况稳定，且维护工作量小，维修方便。图11-刮板端面导液槽缺点缺点1、结构复杂2、动力消耗大3、受夹套式传热面的限制
9、，其处理量比较小五、应用领域刮膜蒸发器已在下述领域用于蒸发浓缩、脱溶、汽提、反应、脱气、除臭（气）味等为目的，取得了良好效果：中、西药中、西药：抗生素，糖液，雷公滕、黄芪等中草药，甲基咪唑、单腈胺等中间体；轻工食品轻工食品：果汁，肉汁，色素，香精，香料，酶制剂、乳酸、木糖、淀粉糖；油脂日化油脂日化：卵磷酯，VE，鱼肝油，油酸，甘油，脂肪酸，废润滑油，烷基多糖苷；合成树脂合成树脂：聚酰胺树脂，环氧树脂，多聚甲醛，PPS（癸二酸聚丙烯酯），PBT合成纤维合成纤维：PTA，DMT，炭素纤维，聚四氢呋喃，聚醚多元醇等；石油化学石油化学：TDI，MDI，三甲基氢醌，三羟甲基丙烷，氢氧化钠等；农药生物农药
10、生物：乙草胺、丙草胺、毒死蜱、呋喃酚、广灭灵、等除草剂，杀虫剂、除莠剂废水废水：无机盐废水等；六、具体事例及其改进 薄膜蒸发器结构如图1 所示。30%碱液从蒸发器上部进入蒸发器内腔, 通过转子带动薄壁刮板旋转, 利用重力碱液自上而下均匀分布于内筒壁, 形成薄膜, 夹套内通入0.3MPa 左右的蒸汽, 碱液在蒸发器内呈膜式蒸发, 产生的蒸汽抽入喷射冷凝器, 通过喷射冷凝器在蒸发器内形成真空,产生的大量蒸汽被抽走, 最后42%的碱液从蒸发器下部排出,收集至浓碱槽。1 蒸发器在运行中出现的问题及分析蒸发器在运行中出现的问题及分析蒸发器在投入使用不到一个月的时间, 发现该设备运转声音异常, 经拆开检查
11、发现, 下润滑轴套严重损坏, 刮板偏磨, 有的转子摆臂不能正常摆动, 个别刮板已经磨损致刮板槽。由于该设备筒体为不锈钢复合钢板, 转子结构为国内首创的“0” 间隙式( 转速为50 转/分) , 它的转子工作时利用离心力作用使活动刮板随时紧贴壁面转动, 由于刮板( 聚四氟乙烯) 磨损后刮板槽( 不锈钢材质) 与筒体直接磨损, 导致筒体受损。经现场初步分析, 发生损坏原因为:( 1) 轴的材质为不锈钢, 直径110mm, 长5560mm, 与刮板共重1.2 吨, 在加工安装及转子装配时, 由于受力不均匀导致轴在旋转过程中受偏心力的作用,形成磨擦力作用于主轴套( 材质为石墨浸四氟) 上, 产生摩擦使
12、轴套损坏, 使轴发生偏心引起刮板偏磨。( 2) 由于转子轴与不锈钢套之间的磨损面积较小, 整套刮板重量都作用于端面上, 造成端面磨损, 摆壁不能正常摆动。2 薄膜蒸发器结构的改进：( 1) 改造摆臂受力部位结构图12-改进前挠性转子结构简图图13-改进后挠性转子结构简图如图12, 在原来的结构中,主要受力面为上下两个小管的端面, 即一个内径为25 外径为32mm 的环面, 在运行过程中, 刮板及刮板架的重量都作用在这一端面于端面面积小, 在这一端面上产生较大的摩擦力, 端面磨损快。运行不到一个月摆臂就不能正常摆动。为了增大其受力面,我们在上下两个小管上分别增加了一个锡磷青铜套与一个不锈钢套,
13、如图3 所示。通过改造, 摆臂的寿命延长至一年同时保护了蒸发器筒体, 使筒体寿命由原来的八个月延长到两年左右。(2) 改造刮板结构图13 刮板结构示意图便于更换刮板由于与筒臂的摩擦, 经常需要更换, 周期约为一个月。如图13-a 所示, 在原来的结构中,由两条螺栓穿过刮板上两个孔将刮板固定在刮板槽中, 更换时必须卸掉螺栓。为了方便更换, 我们将刮板的固定形式改为悬挂式。如图13-b所示, 在刮板上对应原来的孔开出两个L 型槽, 安装刮板时只需将刮板推入刮板槽, 并挂在固定刮板槽上的螺栓上即可,拆卸也更加方便, 大大降低了检修难度。同时我们将刮板材质由聚四氟乙烯改为聚丙烯, 降低了成本, 使用周
14、期也增加到4 个月左右。( 3) 轴头的滑动轴承由石墨浸四氟材料改为锡磷青铜材料石墨浸四氟轴承虽然耐碱,但材质软, 传热慢, 易磨损。轴承磨损后, 主轴易产生摆动, 引起蒸发器顶部的机器密封漏气。同时, 造成筒体磨损不均匀, 降低筒体使用寿命。锡磷青铜材料,既耐碱也耐磨, 传热也快。同时,此种材料比轴头材料不锈钢软,也有利于保护轴头不被磨损。轴承改为锡磷青铜材料后使用寿命有由原来的一个月提高到十八个月左右, 很好的保护了蒸发器,促进了生产。3 薄膜蒸发器的配套工艺改进( 1) 增加预热装置生产原料30%烧碱的工艺状况直接影响42%烧碱的产量、质量, 我们曾使用没有经过冷却除盐的30%烧碱, 温
15、度在80左右,但问题是: 出料含盐太多, 很不利于后序的配碱工作, 于是改用经过冷却、沉降除盐后的30%烧碱, 42%烧碱的盐含量降低, 但产量也相应下降, 不能满足市场需求。此种情况下, 我们组织有关技术人员对生产热平衡进行计算, 结合实际情况, 选用一台15m2 螺旋板预热器, 用来预热30%烧碱。经预热后, 温度由40左右可提高到6570, 生产能力提高了30%, 每台20m2 薄膜蒸发器生产能力可达1.2 万吨/年。( 2) 增加沉降时间, 提高了42%烧碱质量42%烧碱黏度大, 盐粒细,盐的沉降需要较长时间, 在产量增大后, 我们相应增加了两个沉降罐, 延长了沉降时间,使42%烧碱质量有了明显改观,42%烧碱一级品率由55.6%提高到77.6%。实践证明, 经过改造后的蒸发器运行平稳, 效果很好, 不论从蒸发器本身及配套工艺都有了很大改观, 达到甚至超过了设计能力, 满足了市场需求, 为企业创造了经济效益。4 总结语谢谢观赏！欢迎老师同学指正.提问：此蒸发器的夹套受热面结垢问题有什么好的解决办法？
