混合式蒸發(fā)器的設(shè)計及注意事項

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

混合式蒸發(fā)器是指在同一蒸發(fā)器組內(nèi)有兩種不同形式的蒸發(fā)器存在，如升降膜式蒸發(fā)器，降膜式蒸發(fā)器與強制循環(huán)蒸發(fā)器的組合型蒸發(fā)器等[1]。這種形式的蒸發(fā)器是根據(jù)料液的特性而設(shè)計的，是用于料液在蒸發(fā)過程中粘度變化較大，易產(chǎn)生結(jié)垢及結(jié)焦甚至有結(jié)晶物析出的物料上。近些年來實際應(yīng)用這類蒸發(fā)器也出現(xiàn)不少問題，這些問題主要是：生產(chǎn)能力不足，不好控制，設(shè)備壓料嚴(yán)重甚至出現(xiàn)跑料[2]。僅以HJMQZ03-10000型蒸發(fā)在污水處理上的蒸發(fā)為例進(jìn)行闡述。

2 主要技術(shù)參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點

（1）物料介質(zhì)：污水

（2）進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)：12%

（3）進(jìn)料溫度：40℃

（4）出料質(zhì)量分?jǐn)?shù)：50%

結(jié)構(gòu)特點：本蒸發(fā)器采用三效混合式蒸發(fā)器，一效、三效采用降膜式蒸發(fā)器，二效采用強制循環(huán)型蒸發(fā)器如圖1所示，料液經(jīng)過預(yù)熱先進(jìn)入三效蒸發(fā)，然后進(jìn)入一效降膜蒸發(fā)，最后進(jìn)入二效進(jìn)行強制循環(huán)蒸發(fā)并出料[3]。一效加熱溫度96℃，一效蒸發(fā)溫度81℃，二效蒸發(fā)溫度66℃，三效蒸發(fā)溫度在45-51℃之間。

圖1 HJMQZ03-10000型蒸發(fā)器

3 混合式蒸發(fā)器的設(shè)計注意事項

3.1 降膜式蒸發(fā)器與強制循蒸發(fā)器的區(qū)別

降膜式蒸發(fā)器與強制循環(huán)蒸發(fā)器是兩種不同形式的蒸發(fā)器，降膜式蒸發(fā)器是低溫蒸發(fā)，加熱溫度不高，一般不超過100℃，它的工作原理與強制循環(huán)蒸發(fā)器完全不同，它的工作原理是：降膜式蒸發(fā)器的料液是從蒸發(fā)器的頂部進(jìn)入，在蒸發(fā)器的上管板上設(shè)有料液分布器，料液進(jìn)入蒸發(fā)器后即進(jìn)入料液分布器，經(jīng)過料液分布器將料液均勻的分配給蒸發(fā)器的每根降膜管，料液在自身的重力及二次蒸氣流的作用下以液膜的狀態(tài)沿著管壁自上向下流動，料液進(jìn)入蒸發(fā)器底部再進(jìn)入分離器實現(xiàn)二次蒸氣與料液的徹底分離。其加熱大都是在負(fù)壓的情況下進(jìn)行的。而強制循環(huán)蒸發(fā)器料液在蒸發(fā)器的底部進(jìn)入，是靠外部動力在加熱管內(nèi)高速循環(huán)，一般循環(huán)速度在2-5 m/s[4]，在分離器內(nèi)實現(xiàn)料液與二次蒸汽的徹底分離，料液在加熱管中是充滿的，因此，要求加熱溫度比較高，加熱差也比較大。其蒸發(fā)過程實質(zhì)是靠高溫加熱高速循環(huán)在分離器內(nèi)迅速脫汽。其加熱在正壓的情況下進(jìn)行的較多。

3.2 強制循環(huán)蒸發(fā)器的位置選擇

基于上述兩種蒸發(fā)器各自的特點，在進(jìn)行組合時，要考慮強制循環(huán)蒸發(fā)器的加熱溫度問題，盡量將強制循環(huán)蒸發(fā)器放于加熱溫度較高的蒸發(fā)位置上。一般不宜放在末效，末效加熱溫度最低，對于一臺三效混合式蒸發(fā)器，在負(fù)壓操作的情況下，末效加熱溫度一般在57-65℃之間，除非強制循環(huán)的多效蒸發(fā)，末效的蒸發(fā)溫度也是最低的，在45-51℃之間。料液隨著溫度的降低，濃度的升高粘度隨之增大，蒸發(fā)也變得困難。為了降低料液的粘度，減少結(jié)垢結(jié)焦的產(chǎn)生，根據(jù)料液的特性可將強制循環(huán)蒸發(fā)器放置于二效位置進(jìn)行蒸發(fā)。

3.3 強制循環(huán)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)形式

強制循環(huán)蒸發(fā)器的特點是料液從蒸發(fā)器的底部進(jìn)入蒸發(fā)器，在分離器中實現(xiàn)料液與二次蒸發(fā)器的徹底分離，一般的分離器位于蒸發(fā)器的上側(cè)，如本例。也有下置式的，這種形式是根據(jù)料液在管中的循環(huán)速度及泵的功率而確定的，具體由所分的程數(shù)決定的。如圖2所示，前者比較普遍。分成無疑可降低泵的功率。

圖2 強制循環(huán)蒸發(fā)器，下置式分離器

3.4 強制循環(huán)蒸發(fā)器的換熱面積的確定

用于本例蒸發(fā)的強制循環(huán)蒸發(fā)器的蒸發(fā)量為2296 kg/h，蒸發(fā)所需要的熱量Q=1165019.03 kcal/h

換熱面積F=1165019.03/10009×(81-69)=97 m2

取管徑為25 mm，壁厚為1.5 mm，管長為4500 mm的不銹鋼無縫鋼管，則管子數(shù)為：

N=97/0.0235×π×4.5=292根。

泵的流量確定：q=0.0112×π×292×2=0.222 m3/s=798.8 m3/h(這里料液在管中循環(huán)速度取2 m/s)。選揚程為16 m，流量800 m3/h的化工流程泵，泵的功率為55 kw。

3.5 分離器的結(jié)構(gòu)形式

強制循環(huán)蒸發(fā)器的料汽在蒸發(fā)器內(nèi)高速運動，在分離器內(nèi)實現(xiàn)料液與二次蒸汽的徹底分離，料液與二次蒸汽是混混合狀態(tài)，在蒸發(fā)過程中由于蒸發(fā)的進(jìn)行，二次蒸汽也在拖動并加速料液在加熱管中高速運動，大量二次蒸汽夾帶大量料液進(jìn)入分離器，因此，這種料液的特點更容易造成跑料，與降膜式蒸發(fā)器中二次蒸汽及料液的運動狀態(tài)大不相同，而二次蒸汽在降膜式蒸發(fā)器中流動則相對比較獨立比較穩(wěn)定的狀態(tài)。

由于二次蒸汽夾帶大量料液進(jìn)入分離器要實現(xiàn)料汽徹底分離，分離器除了要有足夠的容積空間外，分離器結(jié)構(gòu)也必須有利于脫汽。進(jìn)料接口有兩種，一種為直接進(jìn)入圖3a，直接進(jìn)入。在進(jìn)料管末端設(shè)置分料帽，其作用是將料液呈傘狀打開，使料液中二次蒸汽得以釋放并閃蒸。一種為切線進(jìn)入。圖3b這種進(jìn)料管進(jìn)入分離器是以切線的形式進(jìn)入的。料液邊進(jìn)入邊旋轉(zhuǎn)，最終也是將料液呈液面狀打開。這兩種分離器的底封頭均為錐形封頭，這樣的封頭更有利于料汽呈液面狀，起到進(jìn)一步的分離料汽的作用。為了減少霧沫的夾帶，可根據(jù)料液起沫的程度在分離器內(nèi)加裝撲沫裝置。

3.6 混合式蒸發(fā)器的控制問題

混合式蒸發(fā)器的操作是蒸汽壓力必須穩(wěn)定，進(jìn)料量必須穩(wěn)定，否則會在強制循環(huán)蒸發(fā)器中造成壓料，嚴(yán)重時會造成跑料。采用自動控制設(shè)備運行會更加平穩(wěn)[5]。

圖3 分離器的結(jié)構(gòu)形式

4 結(jié)束語

混合式蒸發(fā)器不足之處是功率消耗大，強制循環(huán)蒸發(fā)器一臺泵的功率就相當(dāng)于同生產(chǎn)能力的降膜式蒸發(fā)器的總功率，因此，不是特殊料液不宜采用此蒸發(fā)器組。

[1]劉殿宇，板式降膜蒸發(fā)器在膠原蛋白生產(chǎn)中的設(shè)計研究[J]．醫(yī)藥工程設(shè)計，2012，33（1）：62-64．

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

[3]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]．中國奶牛，2012（7）：40-41．

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

[5]劉殿宇，三效蒸發(fā)器在谷氨酸二次母液上的應(yīng)用[J]．發(fā)酵科技通訊，2006，35（2）：45-46．