淺談臥式旋轉管蒸發器技術

鄭州拓洋實業有限公司 韓志潔

淺談臥式旋轉管蒸發器技術

鄭州拓洋實業有限公司 韓志潔

通過對比幾種蒸發器特點，臥式旋轉管蒸發器具有很多明顯的優點，如傳熱系數高、不易結垢、單臺面積較大等獨特的結構特點。與其它用于高粘度的蒸發設備相比具有體積小、節省占地空間、能耗較低，適用于高粘度物料蒸發，蒸發強度20～25kg/m2·h。

蒸發器 旋轉加熱 粘度 料液

一、引言

蒸發器是重要的化工設備之一，廣泛應用于化學、制藥、食品、有色冶金等行業。目前，常用的間壁傳熱式蒸發器，按溶液在蒸發器中停留的情況，大致可分為循環型和單程型兩大類。目前市場上常見的升膜式、降膜式蒸發器，該類膜式蒸發器主要用于粘度較小、比重小等物料的蒸發。由于蒸發過程中往往會有料液粘度大、易堵塞、易結垢等情況，為了克服該類物料易結垢、不易清洗等特點，優化一種針對粘度大、易堵塞、易結垢的物料蒸發特點的蒸發器結構，是生產迫在眉睫的問題。臥式旋轉管式蒸發器即為適用于該特點物料的一種蒸發裝置。

二、工作原理

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

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

三、與其他蒸發器比較

目前，針對粘度大、易堵塞、易結垢的物料蒸發采用的主要是兩種設備，一是攪拌罐，另一個是立式旋轉刮膜蒸發器。

1. 攪拌罐濃縮設備。攪拌罐工作原理是物料進入罐內，蒸汽進入夾套層，用攪拌增強傳熱效果，攪拌槳結構簡單，其關鍵環節在于夾層面積的大小，攪拌器的結構形式和物料出口形式，罐體內高精度拋光，以及罐體內清洗無死角的要求來滿足工藝使用條件。并具有操作簡單、使用方便等特點，是理想的投資少、投產快、收益高的化工設備。但由于攪拌罐單位體積的面積比較小，作為蒸發設備用，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，將使蒸發時間延長，對物料的破壞較大。因此，為保證產量，往往要選用多臺設備。

攪拌罐是單罐間斷蒸發。對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。生產成本較高。

2. 立式旋轉刮膜蒸發器。立式旋轉刮膜蒸發器外殼內帶有加熱蒸汽夾套，其內裝有可旋轉的葉片即刮板。刮板有固定式和轉子式兩種，前者與殼體內壁的間隙為0.5～1.5mm，后者與器壁的間隙隨轉子的轉數而變。料液由蒸發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、離心力和旋轉刮板刮帶作用，溶液在器內壁形成下旋的薄膜，并在此過程中被蒸發濃縮，完成液在底部排出。

這種蒸發器是一種利用外加動力成膜的單程型蒸發器，其突出優點是對物料的適應性很強，且停留時間短，一般為數秒或幾十秒，故可適應于高粘度（如栲膠、蜂蜜等）和易結晶、結垢、熱敏性的物料。此類設備的傳熱系數高，效率高，但其結構復雜，動力消耗大，每平方米傳熱面約需1.5～3kW。此外，同樣也由于單臺的面積小，故投資大，料液的濃度控制較難，且該設備制造安裝要求高。

臥式旋轉管蒸發器是集以上兩種設備優點后優化設計而成。

圖1

四、結構組成及特點

它主要由三向接頭1、加熱旋轉組件2、半夾套3、筒體4、減速機構5、電機6等組成。所述加熱旋轉管2軸向設置在殼體3內，與筒體3外部的減速機構6、電機5連接（見圖3）。所述旋轉加熱管組件為一系列管路組件，由轉動軸、2個環管、導通管、多根加熱拉管組成（見圖2）。

轉動軸為空心軸，在轉動軸上焊接進氣管與冷凝水出管，蒸汽由中心管進入導流管與圓周環管導通，由環管進入加熱管。蒸汽冷凝水進入中心管與空心轉軸之間的夾層經三向接頭流出。空心轉軸與蒸汽進口管有隔板，保證冷凝水與蒸汽之間不短路（結構示意圖見圖3）。

圖2

圖3

臥式旋轉管蒸發器的操作較靈活，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。可以連續操作也可以間隙操作。當間隙操作或部分加熱管露出料液時，這時下部（液下）蒸發過程類似大容積加熱管沉沒式蒸發。上部露出料液面類似膜蒸發。由于加熱部件不停轉動，兩相流體被攪動強烈，蒸發與冷凝膜系數都較大。即使應用于高粘度料液蒸發強度仍可達20～25Kg/m2·h。

該臥式旋轉管蒸發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，單臺傳熱面積大，一臺臥式旋轉管蒸發器可代替多臺攪拌罐或旋轉刮膜蒸發器。而且由于加熱元件在液體中旋轉運動，管壁被不斷沖刷，故結垢很輕，加熱拉管空間大，不會發生堵塞。該設備可連續蒸發，進料出料無間歇。由于其以上獨特的結構特點，該設備具有體積小、節省占地空間、能耗低等優點。

五、結論

化工生產過程中會有粘稠、易結垢的物料需要蒸發，可采用該類型臥式旋轉管蒸發器。該類設備目前應用不多，如果開發研制成一系列型號設備，對很多企業單位濃縮蒸發操作會有很大提高改善。

[1]《化工原理》（新版）上冊天津大學出版社

[2]《化工設計》陳聲宗主編化學工業出版社

韓志潔，畢業于鄭州工業高等專科學校（現河南工業大學）計算機輔助機械設計專業。后繼續教育于鄭州大學機械工程專業。現工作于鄭州拓洋實業有限公司從事設備維護管理工作。