升膜式蒸發(fā)器與降膜式蒸發(fā)器的比較

劉殿宇

（華禹乳品機(jī)械制造有限公司，黑龍江安達(dá) 151400）

1 前言

料液在升膜與降膜式蒸發(fā)器中均以膜的形式沿著管壁邊流動(dòng)邊與管外加熱介質(zhì)進(jìn)行熱與質(zhì)的交換并蒸發(fā)。兩者都不適合濃度較高的易結(jié)垢結(jié)焦或在蒸發(fā)過(guò)程中有結(jié)晶析出的料液的蒸發(fā)；不同點(diǎn)前者料液是在高速的二次蒸汽流及真空的作用下在管壁成膜并向上運(yùn)動(dòng)，蒸發(fā)后料液與二次蒸汽從蒸發(fā)器頂部進(jìn)入分離器，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)后料液與二次蒸汽的分離，而降膜式蒸發(fā)器則是在料液分布器的作用下將來(lái)料均勻的分配給每根降膜管并以膜的狀態(tài)沿著管壁在自身重力及二次蒸汽流的作用下自上而下流動(dòng)，蒸發(fā)后的料液與二次蒸汽在蒸發(fā)器底部進(jìn)入分離器中實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)后料液與二次蒸汽的徹底分離。升膜式蒸發(fā)器要求加熱溫差較大，操作不易控制，易造成跑料等現(xiàn)象的發(fā)生。因此，近些年來(lái)很少應(yīng)用。就此進(jìn)行闡述。

2 升膜式蒸發(fā)器與降膜式蒸發(fā)器的應(yīng)用比較

2.1 升膜式蒸發(fā)器

進(jìn)入升膜式蒸發(fā)器中料液的溫度必須大于或等于蒸發(fā)溫度，否則料液在蒸發(fā)器底部必有一部分受熱面用來(lái)加熱料液使其達(dá)到沸點(diǎn)后才能汽化蒸發(fā)，不僅如此低溫的物料進(jìn)入蒸發(fā)器后不能馬上形成膜，在泵及真空的作用下會(huì)以液柱的形式上升，從而降低了蒸發(fā)效率。因此，低于沸點(diǎn)溫度的料液要經(jīng)過(guò)預(yù)加熱到沸點(diǎn)或沸點(diǎn)以上溫度方可進(jìn)入蒸發(fā)器，這樣蒸發(fā)參數(shù)才會(huì)很快達(dá)到并穩(wěn)定。升膜加熱管的長(zhǎng)徑比為100～150，管徑在25mm～50mm之間[1]。升膜式蒸發(fā)器管長(zhǎng)可高達(dá)8m，短管則在3m～4m之間。料液在升膜式蒸發(fā)器中膜的形成完全是靠二次蒸汽及真空的推動(dòng)形成的，二次蒸汽在加熱管內(nèi)的速度不低于10m/s。一般在20m/s～50m/s之間，減壓下可高達(dá)100m/s～160m/s甚至更高[1]。需要加熱溫差比較大，加熱蒸汽壓力不穩(wěn)定或不足就會(huì)影響二次蒸汽對(duì)料液的向上拖動(dòng)，也會(huì)影響膜的形成。升膜式蒸發(fā)器進(jìn)料開(kāi)始不能快，要求在加熱管中必須保持一定的料位高度，否則難以成膜。這個(gè)量需要在生產(chǎn)實(shí)際中去摸索。尤其在多效升膜式蒸發(fā)器中，如果次效靠二次蒸汽加熱蒸發(fā)，進(jìn)料量必須嚴(yán)格加以控制，否則便難以成膜，難以蒸發(fā)。由于料液在加熱管中的布膜完全靠高速的二次蒸汽流及真空帶動(dòng)下形成，所以，其膜不穩(wěn)定，在進(jìn)入分離器中二次蒸汽與料液分離過(guò)程中更容易產(chǎn)生二次蒸汽中物沫的夾帶，即分離不徹底而造成跑料。升膜式蒸發(fā)器的特點(diǎn)更適合高溫加熱蒸發(fā)，這樣可獲得較高的加熱溫差并達(dá)到預(yù)期的二次蒸汽的流速。當(dāng)蒸發(fā)量大于料液量實(shí)際的蒸發(fā)水分時(shí)也不能成膜，甚至還引起結(jié)垢結(jié)焦。

2.2 降膜式蒸發(fā)器

低于沸點(diǎn)溫度的料液也必須要經(jīng)過(guò)預(yù)熱至沸點(diǎn)或沸點(diǎn)以上的溫度后方可進(jìn)入降膜式蒸發(fā)器，否則在降膜管中也要有一部分受熱面來(lái)加熱料液，使其達(dá)到沸點(diǎn)后才能汽化。料液在降膜式蒸發(fā)器中膜的形成與升膜式蒸發(fā)器完全不同。區(qū)別是：在降膜式蒸發(fā)器頂部設(shè)有料液分布器（應(yīng)用最為廣泛的是盤(pán)式分布器），料液分布器的作用就是將來(lái)料均勻地分配給每根降膜管并保證每根降膜管中的料液都以膜的狀態(tài)沿著管壁下流動(dòng)，而升膜式蒸發(fā)器則沒(méi)有。料液在降膜管中的流動(dòng)是在重力及二次蒸汽流的作用下進(jìn)行的，由于不是二次蒸汽克服料液自身的重力推動(dòng)向上成膜，料液在加熱管中布膜及蒸發(fā)就更加穩(wěn)定而有序。降膜管的長(zhǎng)徑比為100～150，管徑在25mm～50mm之間。降膜式蒸發(fā)器絕大多數(shù)應(yīng)用在熱敏性料液的低溫蒸發(fā)上。作為節(jié)能技術(shù)的熱壓縮裝置即熱泵在降膜式蒸發(fā)器中尤其是多效降膜式蒸發(fā)器中獲得了廣泛的應(yīng)用并產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益[1,3,4,5,6]。

3 發(fā)展趨勢(shì)

上世紀(jì)60～80年代，升膜式蒸發(fā)器在乳品工業(yè)生產(chǎn)中有少量應(yīng)用。由于其自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及操作上的諸多不方便，尤其是多效升膜式蒸發(fā)器，后來(lái)并沒(méi)有得到應(yīng)用，基本退出了應(yīng)用的領(lǐng)域。取而代之的則是降膜式蒸發(fā)器即單效、雙效及多效降膜式蒸發(fā)器。降膜式蒸發(fā)器因其加熱溫度低，蒸發(fā)速率快，物料在設(shè)備中停留時(shí)間短，蒸發(fā)參數(shù)穩(wěn)定，易于控制，節(jié)能，在食品、乳品、化工、制藥及玉米深加工中都有廣泛的應(yīng)用。如用于果蔬汁、牛奶、維C、膠原蛋白、玉米浸泡液、污水處理等的蒸發(fā)濃縮[2，7,8]。尤其適合熱敏性物料的蒸發(fā)濃縮，因?yàn)槲锪显诩訜嵴舭l(fā)過(guò)程中有益元素能最大限度地得到保護(hù)不被破壞。因此，越來(lái)越多的受到用戶的關(guān)注，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展降膜式蒸發(fā)器應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷的擴(kuò)大。

4 結(jié)束語(yǔ)

升膜式蒸發(fā)器在生產(chǎn)過(guò)程中是連續(xù)進(jìn)料連續(xù)出料，它不同于外循環(huán)式的蒸發(fā)器，外循環(huán)式蒸發(fā)器間斷出料，料液在蒸發(fā)器中循環(huán)加熱蒸發(fā)，一般循環(huán)時(shí)間都在20min左右。當(dāng)蒸發(fā)參數(shù)穩(wěn)定后料液在蒸發(fā)器中不做長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)，嚴(yán)格的說(shuō)一次進(jìn)料一次出料即能達(dá)到設(shè)計(jì)蒸發(fā)要求。這種蒸發(fā)器要求加熱溫差較大，二次蒸汽速度較高，二次蒸汽中易產(chǎn)生霧沫夾帶，不宜操作及控制，所以，升膜式蒸發(fā)器應(yīng)用受到了限制，到目前為止在各領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最多的是降膜式蒸發(fā)器、外循環(huán)、強(qiáng)制循環(huán)型蒸發(fā)器。而升膜式蒸發(fā)器并沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。升膜式蒸發(fā)器與外循環(huán)蒸發(fā)器有相似的地方，嚴(yán)格的說(shuō)是兩種不同形式的蒸發(fā)器，要能夠真正區(qū)別開(kāi)來(lái)，這樣針對(duì)物料特性選擇蒸發(fā)器的類型是有益處的。

[1] 夏青，陳常貴.化工原理：上冊(cè)[M].天津.天津科學(xué)技術(shù)出版社.2005.

[2] 劉殿宇.板式降膜蒸發(fā)器在膠原蛋白生產(chǎn)中的設(shè)計(jì)研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工, 2012(1)：62-64.

[3] 劉殿宇.影響蒸發(fā)器使用的幾個(gè)因素[J].發(fā)酵科技通訊，2008,37(4)：46-47.

[4] 劉殿宇.利用末效二次蒸汽進(jìn)行預(yù)熱的節(jié)能效果及意義[J].中國(guó)奶牛，2012, (7)：40-41.

[5] 劉殿宇.熱泵在蒸發(fā)器中的應(yīng)用效果及注意事項(xiàng)[J].化工設(shè)備與管道，2011, 48(2):21-23.

[6] 劉殿宇.多效降膜蒸發(fā)器中各效蒸發(fā)面積的調(diào)整[J].醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)，2008, 29(3)：5-6.

[7] 劉殿宇.降膜蒸發(fā)器生產(chǎn)能力降低的幾種主要因素[J].發(fā)酵技通訊，2011, 40(2)：40-45.

[8] 劉殿宇.防止熱敏性物料在降膜蒸發(fā)器中各效蒸中產(chǎn)生結(jié)焦的方法[J].中國(guó)乳品工業(yè)，2004, (7)：44-46.