刮板薄膜蒸發(fā)器的設計與應用探討

楊翠娟 張玉平（石家莊工大化工設備有限公司）

刮板薄膜蒸發(fā)器是一種適應性極強的蒸發(fā)器，例如對結垢物料、高粘度物料都適用，該設備主要是由刮板和加熱夾套共同組成，夾套內(nèi)通過加熱蒸汽，將刮板裝在可旋轉(zhuǎn)軸上，加熱夾套內(nèi)壁與刮板間保持較小間隙，料液經(jīng)過預熱后由蒸發(fā)器上部加入，在重力的作用下，均勻的分布在內(nèi)壁內(nèi)形成下旋薄膜，并且在下降中被不斷的濃縮蒸發(fā)，最終由底部排出完成液，二次蒸汽由頂部向外逸出。在某種場合下，此種蒸發(fā)器可將溶液迅速蒸干，由底部直接得到固體的產(chǎn)品。

一、工作原理及性能特點

1.刮板薄膜蒸發(fā)器工作原理

物料進入蒸發(fā)器以后，通過刮板攪動強制成膜，熱量和熱源經(jīng)過筒壁與料液熱交換，液膜沸騰，在二次蒸汽汽化以后經(jīng)捕沫器除去液滴之后排出，濃縮液然后經(jīng)過底部的出口料放出。

2.刮板薄膜蒸發(fā)器主要特點

①具有較高傳熱系數(shù)，對有機溶劑和水的蒸發(fā)強度，可以達到 150～300kg/h·m2

②在加熱區(qū)停留時間較短，只有數(shù)十秒，在處理熱敏感物料時適用。

③粘度加工范圍寬廣，進口與出口物料粘度比可以達到1000甚至更高。

④攪拌良好，設備表面結垢較小

⑤操作方便、穩(wěn)定、性能可靠。

二、刮板薄膜蒸發(fā)器的結構設計

1.轉(zhuǎn)子結構

轉(zhuǎn)子結構除轉(zhuǎn)軸以外，還包括刮板器、捕霧器、壓出料螺旋、液壓分配器共四部分。這四部分組件全部與轉(zhuǎn)軸機械連接配合，通過轉(zhuǎn)軸與銷軸相對固定。以下對四部分組件進行詳細分析。

①物料分配器。膠液分配器選取錐筒結構，物料通過進料口進入到分配器中，通過離心力的作用，沿向圓周均勻的甩向筒壁。物料通過重力作用，自然向下流動，經(jīng)過刮板沿著筒壁刮成薄膜然后進入到蒸發(fā)階段。

②捕霧器。捕霧器選取葉片式結構，上升的輕組份經(jīng)過捕霧器時，輕組中夾雜的重組份被剪切下來，不但減少了重組份中的損失，而且確保輕組份成份。

③螺旋刮板器。真空蒸發(fā)器的主要部件之一就是螺旋刮板器，常用的刮板結構分為自動調(diào)節(jié)型和固定型。固定型可以選取螺栓固定型、平板焊接型等多種形式。由于物料粘度較高的地方不適用于自動型，所以在結構的設計上通常選取固定型。為了適應今后生產(chǎn)工藝的研發(fā)，提高設備的適用性，并且考慮到停車檢修因素，轉(zhuǎn)子和刮板通常采用特制的銷軸螺栓進行連接，在滿足裝配要求基礎上，確保刮板可更換性和調(diào)節(jié)性。翅板與軸套使用焊接連接，在制造上要求焊接后加工刮板和翅板連接銷控，以防止焊接后變形影響到裝配的精度。

④擠壓出料螺旋。物料經(jīng)過刮料段筒體濃縮蒸發(fā)以后，物料的粘稠度較高，為了保證擠壓出料能力，在結構的設計上選擇三不等螺旋，即直徑、螺距、中經(jīng)都不相等，增加出料擠壓力。由于螺旋直徑比較大，螺旋葉片式選取鋼板材質(zhì)制作的，與軸套焊接后再次進行加工，以保證可以滿足裝配的精度要求。

2.真空密封結構與軸支承結構

軸封選擇密封的單端面機械，在法蘭連接處使用橡膠圈，保證真空度要求。軸支承形式采用的是雙支點。下部支承運用導向支承，采用不銹鋼耐高溫滑動軸承，具有很高耐磨性能。其它的連接結構與簡體連接結構相仿。

3.轉(zhuǎn)軸結構

因為軸上附件及軸的本身較長并且重量很大，所以轉(zhuǎn)軸選擇三段式焊接結構，即中間鋼管為空心軸，兩端為實心軸。兩端與軸連接的部分為鍵連接，中間鋼管空心軸采用的是銷軸連接。焊接完整體轉(zhuǎn)軸以后進行加工，以確保加工要求。

三、刮板薄膜蒸發(fā)器的技術開發(fā)與應用

1.技術開發(fā)及保證

在該設備的研發(fā)中，為確保后續(xù)工程放大和設計的準確性，建立一套1m2薄膜蒸發(fā)器系統(tǒng)。編寫了薄膜蒸發(fā)器的計算機輔助軟件系統(tǒng)，該軟件采用VB6進行編寫，操作簡單，結果準確。軟件中包括施工圖設計、結構簡圖、設計計算、計算書設計、處理實驗數(shù)據(jù)等5部分內(nèi)容。軟件具有自動完成設計功能，根據(jù)生產(chǎn)中提出的工藝要求，進行工藝的強度計算，經(jīng)調(diào)整得到最終的參考數(shù)據(jù)，并根據(jù)參考數(shù)據(jù)完成薄膜蒸發(fā)器的整體及零部件的參數(shù)設計，最后根據(jù)設備的施工圖紙給出詳細的設計方案。軟件尚具有研究試驗的可行性，通過對試驗數(shù)據(jù)采集處理，完成試驗結果的自動化處理和積累過程，可應用到工業(yè)生產(chǎn)中。

2.成果應用及推廣

繼8m2薄膜蒸發(fā)器成功開車以后，10～20m2的薄膜蒸發(fā)器相應在多個地區(qū)都已經(jīng)得到成功應用。此種蒸發(fā)器在制造上運用了復合鋼板或不銹鋼替代了鎳材，可以使每臺節(jié)省50%左右的成本，并且維修方便，操作簡單，特別適用于離子膜法制燒堿濃縮。該設備已經(jīng)應用于涂料、樹脂、燒堿、化工產(chǎn)品、農(nóng)藥等物料的生產(chǎn)中，并且取得了十分可觀的經(jīng)濟效益。

結束語

綜上所述，通過研究表明，刮板薄膜蒸發(fā)器適用范圍廣，可操作彈性大，蒸發(fā)效率較高，檢修維修方便等優(yōu)勢，經(jīng)實際應用證明，該設備滿足高粘度物料蒸發(fā)中的各項要求。但是在實際應用中需要注意幾方面：一是由于物料的粘度是各不相同的，所以要根據(jù)物料的粘度更換刮板，更換時需嚴格遵守物料規(guī)定的粘度范圍更換刮板，不可亂用，防止物料滯留在刮板上的現(xiàn)象發(fā)生；二是在操作中，首先開啟設備，然后放入物料，以防止物料出現(xiàn)壁流現(xiàn)象，導致物料結垢。

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