薄膜蒸發器在化工分離過程中的使用與選擇

孟海濤

【摘要】薄膜蒸發器是蒸發器的一種類型，其特點是物料沿加熱管壁呈膜狀流動而進行傳熱和蒸發，傳熱效率高，蒸發速度快，物料停留時間短，適合熱敏性物質的蒸發。按照成膜原因及流動方向，可分為升膜蒸發器、降膜蒸發器、刮膜蒸發器三種類型。

【關鍵詞】熱敏性 操作彈性 蒸發面積

在化工生產過程中，分離過程是一種常見操作，對易于分離的混合組分，可按照物料組分性質的不同采取不同的分離技術。常見的液體分離采取精餾塔分離，固液分離常用結晶、壓濾、蒸發等方法分離。對于部分固液、液液組分，尤其是含有熱敏組分物料的分離常采用蒸發器進行蒸發分離，其中常見的設備就是薄膜蒸發器。對于現代制藥、食品以及高分子聚合過程的產物常常采用刮板式薄膜蒸發器，刮板式薄膜蒸發器一種高效蒸發、蒸餾設備，其主要是借助于高旋轉將液體分布成均勻薄膜而進行蒸發或蒸餾的。同時也可以利用刮板薄膜蒸發器進行脫臭、脫泡反應及加熱、冷卻等單元操作，目前該裝置已經廣泛應用于中、西制藥、食品、輕工、石油、化工、環保等行業，尤其該設備可用于處理濃度高、粘度大、熱敏性、易結垢等特性物料。刮板薄膜蒸發器的操作比較靈活方便，處理不同物料時，對于其指標調整比較簡單。

薄膜蒸發器機組由蒸發器、汽液分離器、預熱器三個部件和一只簡易的分離器組成，蒸發器為升膜式列管換熱器，具有生產效率高、生產能力大、物料受熱時間短等特點，可廣泛適用于各種化工物料的稀溶液濃縮。物料從薄膜蒸發器上端進入蒸發器，在圓錐型薄膜蒸發器中，依賴于轉子的離心力，一個垂直于加熱面，另一個朝大直徑端體的方向，依靠這些力產生物料加速，而且進入的物料保證加熱面充分潮濕，不依賴于蒸發比或進料速度。在此過程中，輕組份順流穿過薄膜蒸發器進入汽液分離器，經汽液分離所產生的液滴和泡沫被擊碎進入液相，被分離后的汽體進入外置冷凝器，冷凝下來的液體通過泵打到儲罐內;重組份沿著加熱壁面流出，通過泵打到下一工序。物料汽化后的氣體從加熱面送到外置的冷凝器，此過程產生一定的壓差。在一般的蒸發器中，這種壓力降通常是比較高的，不利于操作。而刮板式薄膜蒸發器有較大的氣體穿越空間，蒸發器內壓力能看成與冷凝器中的壓力幾乎相等，因此，壓力降很小。這使得蒸發過程可以保持在較高真空度條件下進行。由于真空度的提高，可降低物料沸點，操作可以在較低溫度下進行，降低了產品的熱分解風險。

刮板式薄膜蒸發器的獨特結構，刮膜器具有泵送作用，使得物料在蒸發器內的停留時間短;在加熱的蒸發器上由于薄膜的高速湍流使得產品不會滯留在蒸發器表面。因此，比較適用于熱敏性物料的蒸發。

物料沸點的降低，增大了同熱介質的溫度差;刮膜器的功能，減小了呈現湍流狀態的液膜厚度，降低了熱阻。同時可以抑制物料在加熱面結壁、結垢，并伴有良好的熱交換，尤其適用于易結皮、易分解的物料蒸發。由于刮板式薄膜蒸發器獨有的特性，使其適宜于處理熱敏性和要求平穩蒸發的、高粘度的及隨濃度提高粘度急劇增加的物料，其蒸發過程也能平穩蒸發。它還能成功地應用于含固顆粒、結晶、聚合、結垢等物料的蒸發和蒸餾。

薄膜蒸發器性能的優劣往往成為決定吸收效果的關鍵，旨在分離出混合氣中某種組分或多種組分的吸收操作，在選擇薄膜蒸發器時要考慮以下幾個方面的問題：

1.刮板形式及材質的確定：根據物料的粘度、結晶傾向、泡沫等物化性能，選擇合適的刮板形式，同時考慮蒸發溫度，確定合適的材質;我們裝置選擇的薄膜蒸發器刮板是固定式彈性式的，材質是PTFE加25%彈性纖維，蒸發器材質的選擇確定。薄膜蒸發器的鋼材質是耐高溫高壓的316L。

2.熱媒質的確定：根據所需的蒸發溫度及消耗的熱量，確定采用蒸汽或熱水或導熱油等某一種合適的熱媒質。分離系統用的熱媒是熱油。真空度的確定：

3.蒸發面積的確定：蒸發量的計算，根據處理量及進.出料濃度，計算出單位時間的蒸發量。每個小時的進料量是一定的，根據蒸發出的輕組分和重組份，可以算出需要蒸發器的蒸發面積。

4.真空度的獲得是以消耗能量為代價，只要滿足蒸發要求，不必要求過高的真空度;真空度大，相應成本也就高，所以真空度是重要的需要考慮的方面。

結論：薄膜蒸發器在化工過程中的使用廣泛，在使用過程中需要考慮物料的性質，尤其是物料的分解特性、腐蝕特性，在操作過程中應當注意物料的進料量和操作溫度，以便達到最好的分離效果。

參考文獻：

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