蜂窩夾套式薄膜蒸發(fā)器的設(shè)計研究與探討

張立垛馬玉龍（.石家莊工大化工設(shè)備有限公司， 河北 石家莊 05003；.石藥集團(tuán)中諾藥業(yè)（石家莊）有限公司， 河北 石家莊 05003）

蜂窩夾套式薄膜蒸發(fā)器的設(shè)計研究與探討

張立垛1馬玉龍2（1.石家莊工大化工設(shè)備有限公司， 河北 石家莊 050031；2.石藥集團(tuán)中諾藥業(yè)（石家莊）有限公司， 河北 石家莊 050031）

薄膜蒸發(fā)器在當(dāng)前的眾多化工行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，是公認(rèn)的高效節(jié)能的蒸汽設(shè)備，也是生物制藥、精細(xì)化工、食品加工等行業(yè)中不可缺少的設(shè)備。通過研究發(fā)現(xiàn)，使用短管型號的蜂窩夾套，有利于加強(qiáng)薄膜蒸發(fā)器筒內(nèi)的穩(wěn)定性，尤其在降低筒體內(nèi)的壁厚和提高傳熱性能方面，具有很高的應(yīng)用和研究價值。本文基于以上內(nèi)容展開研究，對蜂窩夾套式薄膜蒸發(fā)器的機(jī)構(gòu)、特點(diǎn)進(jìn)行闡述，并提出自己的設(shè)計觀點(diǎn)。

蜂窩夾套；薄膜蒸發(fā)器；性能改良；優(yōu)化設(shè)計

隨著我國現(xiàn)代化化工企業(yè)的日益增多，各種技術(shù)也日趨國際化和標(biāo)準(zhǔn)化。薄膜蒸發(fā)器一類的典型生產(chǎn)設(shè)備，已經(jīng)從單純地應(yīng)用向研發(fā)改良靠攏；過程設(shè)備夾套的應(yīng)用隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展越來越多，所涉及的范圍也越來越大。蜂窩夾套，就是在整體夾套的完整性基礎(chǔ)上，采用了蜂窩的結(jié)構(gòu)，而這種蜂窩結(jié)構(gòu)可以促使整個罐體外部壓力穩(wěn)定性，既可以減少材料應(yīng)用，也可以提高夾套與內(nèi)筒體承受壓力趨于增強(qiáng)的目的。薄膜蒸發(fā)器作為一種現(xiàn)代化工業(yè)常用的高效、節(jié)能蒸發(fā)設(shè)備，如何利用蜂窩夾套提高熱轉(zhuǎn)換率，是一個十分具有研究價值的項目。

1　薄膜蒸發(fā)器與蜂窩夾套概述

（1）薄膜蒸發(fā)器概述 薄膜蒸發(fā)器是在一定真空環(huán)境下工作的高效蒸發(fā)設(shè)備，主要有筒體和電機(jī)驅(qū)動的轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成。在筒體上帶有蒸汽段和熱夾套段，而轉(zhuǎn)子部分有五部分組成，分別刮板、刮板支架、傳動軸、捕沫器，一般在轉(zhuǎn)子的上半部分會進(jìn)行密封。

薄膜蒸發(fā)器的工作原理如下：物料從薄膜蒸發(fā)器的上端（立式垂直架構(gòu)）的進(jìn)料口添入，隨后水平轉(zhuǎn)動軸可以攪拌物料，實(shí)現(xiàn)完整均勻的分布在筒壁內(nèi)部。而在物料向下流動的過程中，混合物均勻的分布在蒸發(fā)器的內(nèi)部（內(nèi)壁），形成一層薄膜，這就是薄膜蒸發(fā)器名詞的來由；隨后，混合液（油料或者蒸汽）等介質(zhì)就可以在不停轉(zhuǎn)動的狀態(tài)下，隨物料進(jìn)行加入，熱量傳導(dǎo)來源于筒壁，并將形成的水分快速的向上攪拌排除。在這個過程中，向上的蒸汽（二次蒸汽）會被引入冷凝器，獲得濃縮液。

從以上的操作原理可以判斷出，薄膜蒸發(fā)器的應(yīng)用適合高粘度、高沸點(diǎn)等特征的材料，因此在實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用中，包括以下幾個方面：①原料的脫離和濃縮；②液體中溶劑的脫除；③顏色的色度提高；④游離物質(zhì)的分離；等等。

（2）蜂窩夾套概述 蜂窩夾套的應(yīng)用實(shí)踐時間并不是很長，這一技術(shù)和產(chǎn)品是在20世紀(jì)90年代初期出現(xiàn)的，它最早的作用是解決大型設(shè)備因為筒壁過厚傳熱不理想而出現(xiàn)的。蜂窩夾套，是一種外表蜂窩狀的、采用短管或者折邊手段固定在筒壁外部的裝置，目前在我國已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

常見的蜂窩夾套有兩種，即：折邊式和拉撐式。折邊式可以和通體貼合程度較好，在內(nèi)折邊與焊接的結(jié)構(gòu)相互作用。而拉撐式蜂窩夾套突出點(diǎn)在外部，外觀看起來較為明顯，以小椎體或者鋼管做拉撐體。蜂窩的排列多為正方形和三角形，從仿生學(xué)的角度來說，這種結(jié)構(gòu)如同蜂巢一樣可以發(fā)揮良好的傳熱性和導(dǎo)熱性。

2　蜂窩夾套式薄膜蒸發(fā)器設(shè)計要點(diǎn)

薄膜蒸發(fā)器在工作過程中，尤其是降膜蒸發(fā)的過程中，內(nèi)部的轉(zhuǎn)子作用于刮板，可以不斷的更新和攪動液膜，這樣薄膜蒸發(fā)器實(shí)際的工作壓力為負(fù)壓。

綜合考慮，蜂窩夾套應(yīng)用于薄膜蒸發(fā)器應(yīng)該考慮的問題有：

（1）尋求一種適合蜂窩夾套和蒸發(fā)器之間焊接接頭的方式，這種焊接方式，不會對圓筒的橢圓形狀產(chǎn)生影響。由于不是正圓形的筒體運(yùn)作，刮板與轉(zhuǎn)子之間的配合需要一個全新的聯(lián)動裝置。（2）由于在轉(zhuǎn)子攪拌的過程各種，筒體內(nèi)的壓力為負(fù)壓值，在使用蜂窩夾套的過程中需要公式換算核驗，防止發(fā)生不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

蜂窩的椎體與蜂窩拐角設(shè)計，主要考慮到壓力值的問題。經(jīng)過測算，在四十度和四十五度之間，壓力值相對較小，但在實(shí)際生產(chǎn)制造的過程中，蜂窩夾套一般采用45°角；蜂窩夾套內(nèi)部的蜂窩板經(jīng)過沖壓，導(dǎo)致腔體高度過大，相應(yīng)的壁厚就會減小，這樣整體的強(qiáng)度下降，不利于流體在夾套內(nèi)的轉(zhuǎn)動傳熱。在設(shè)計過程中，通常采用6到12個毫米；蜂窩短管夾套是目前常見的一種，特點(diǎn)是，在內(nèi)筒體和夾套中間，通過焊接手段連為一體，以促使介質(zhì)在加熱的時候讓雙方產(chǎn)生作用力，彼此牽引。

我國發(fā)布的《夾套容器強(qiáng)度計算規(guī)范》中給出了具體的要求，不過這一設(shè)計參考沿用了前蘇聯(lián)的設(shè)計方法，在計算方式上比較保守。國內(nèi)出臺的GB150-98標(biāo)準(zhǔn)目前是較為適宜的，這一規(guī)范在借鑒了我國最早引進(jìn)的歐洲夾套容器實(shí)例，按照實(shí)際需求以及國內(nèi)配套產(chǎn)品的特點(diǎn)，給出了計算模式和設(shè)計原則。

3　結(jié)語

目前國內(nèi)對于蜂窩夾套用于薄膜蒸發(fā)器的研究很多，并且前景也很樂觀。同樣作為導(dǎo)熱性要求較高的設(shè)備，在進(jìn)行科學(xué)設(shè)計和合理搭配之后，蜂窩夾套作用于薄膜蒸發(fā)器可以提高蒸發(fā)器的強(qiáng)度和剛度，降低薄膜蒸發(fā)器的壁厚，提高熱效率的轉(zhuǎn)換。這種前景在工程應(yīng)用價值方面很值得研究，也為全新的產(chǎn)品的開發(fā)提供了可能性。

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