薄膜蒸发器如何选购

摘要：薄膜蒸发器是一种蒸发器的类型，特点是物料液体沿加热管壁呈膜状流动而进行传热和蒸发，优点是传热效率高，蒸发速度快，物料停留时间短，因此特别适合热敏性物质的蒸发。本文将介绍薄膜蒸发器如何选购以及薄膜蒸发器的操作规程。薄膜蒸发器薄膜蒸发器如何选购薄膜蒸发器的操作规程

薄膜蒸发器按照成膜原因及流动方向不同，可分为升膜蒸发器、降膜蒸发器、刮膜蒸发器三种类型。

薄膜蒸发器组成

薄膜蒸发器机组由蒸发器、汽液分离器、预热器三个部件和一只简易分离器组成，蒸发器为升膜式列管换热器。该蒸发器具有生产能力大、效率高、物料受热时间短等特点，适用于制药、食品、化工等行业的稀溶液浓缩，本设备与物料接触部分均采用不锈钢制造，具有良好的耐腐蚀性能，经久耐用，符合药品卫生要求。

薄膜蒸发器性能特点

1 、真空压降小

物料汽化气体从加热面送到外置的冷凝器，存在一定的压差。在一般的蒸发器中，这种压力降（Δp）通常是比较高的，有时甚至高得难于接受。而刮板式薄膜蒸发器有较大的气体穿越空间，蒸发器内压力能看成与冷凝器中的压力几乎相等，因此，压力降很小,真空度可达5mmHg。

2、操作温度低

由于上述特性，这使得蒸发过程可以保持在较高真空度条件下进行。由于真空度的提高，与之相应的物料沸点迅速降低，因此，操作可以在较低温度下进行，降低了产品的热分解。

3、受热时间短

由于刮板式薄膜蒸发器的独特结构，刮膜器具有泵送作用，使得物料在蒸发器内的停留时间很短；另，在加热的蒸发器上由于薄膜的高速湍流使得产品不会滞留在蒸发器表面。因此，特别适用于热敏性物料的蒸发。

4 、蒸发强度高

物料沸点的降低，增大了同热介质的温度差；刮膜器的功能，减小了呈现湍流状态的液膜厚度，降低了热阻。同时，在这过程中抑制物料在加热面结壁、结垢，并伴有良好的热交换，因此，提高了刮板式薄膜蒸发器的总传热系数。

5、操作弹性大

正是由于刮板式薄膜蒸发器独有的性能，使其适宜于处理热敏性和要求平稳蒸发的、高粘度的及随浓度提高粘度急剧增加的物料，其蒸发过程也能平稳蒸发。它还能成功地应用于含固颗粒、结晶、聚合、结垢等情况物料的蒸发和蒸馏。

薄膜蒸发器如何选型

在薄膜蒸发器的选型中，必须综合考虑各种因素，一般需考虑：

▲生产能力和操作参数：包括处理量、进出浓度、温度、年操作小时数等；

▲产品特性：包括热敏性、粘度和流动性（在操作温度下）、发泡沫性、固体含量、结晶和聚合倾向等；

▲操作介质：如水蒸汽（压力）、冷却水（温度）、清洗液（溶剂）等；

▲制造的材料选择和表面抛光要求；

▲现场条件：如空间、气候（室外）、能量和产品的衔接、工作平台等。

▲法规：包括安全、噪音、环境保护等。

薄膜蒸发器操作规程

一．安装

1.产品出厂前已经进行过整体试车，用户可把设备整体吊装至设备基础上。

2.设备应整体找平，找平的位置可参考减速机机架上平面。并把设备固定在楼面上或钢架上。

3.对于规格较大的设备为了增加设备的稳定程度，可在底法兰上部适当部位，增加水平方向辅助支撑，辅助支点只限制设备径向位移，不限制其轴向位移。

4.按工艺要求配制好管道，排清异物，清洗置换设备，接通电源。

二．开车前准备

1.产品出厂前已进行过水压试验和试运转，指标符合图纸要求。

2.点动电机，检查搅拌是否符合图样要求的旋转方向，俯视图顺时针转，不得反转。

3.在机械密封处测定轴的径向摆动和轴向串动量，是否符合图样要求。并检查机械密封上端并帽是否旋紧，并帽应处于旋紧状态。

4.检查减速机油位情况，油位应在正常液面之内。

5.检查机械密封冷却水是否畅通。

三．正常开车

1.先开启循环冷却水泵，使水力喷射冷凝器处于运行状态。打开浓缩液容器，抽真空阀。

2.打开进料阀，从高位槽中依靠真空度把料液抽进设备中。

3.接通电源，启动旋转薄膜蒸发器的电机，观察电机转动方向是否正确。

4.缓慢打开蒸汽阀，让蒸汽进入夹套，从旁通阀排除夹套内不凝性气体后，再接通疏水器。调节蒸汽压力在0.15Mpa左右。

5.从底部视镜观察出料情况，严禁在设备内部充满液体情况下运转。

6.系统稳定5分钟后，取样分析浓缩液浓度，调节进料阀开启量大小使浓缩液达到预定需要的浓度。

7.当浓缩液容器液面将满时，按步骤切换至另一个容器。

8.如果用户条件许可，提高蒸发器的高度，可以不用二个浓缩液容器，或者用自动调速泵直接把浓缩液抽出。

四．正常停车

1.先关蒸汽阀。

2.关闭进料阀。

3.待蒸发器中料液放净后，关闭出料阀。

4.向蒸发器中加进60度左右的冲洗水，把设备冲洗干净。

5.停电机。

6.停循环水泵，停喷射泵，打开真空破坏阀，使系统处于常压状态。

五．紧急停车

1.下列情况要紧急停车

1）突然停电或突然跳闸。

2）蒸汽减压阀失灵，压力超过规定压力。

3）进料突然断料。

4）机械有异常撞击声。

2.紧急停车顺序

1）立即关闭蒸汽阀和进料阀。

2）切断本系统所有电源及关闭电机。

3）其余按正常步骤停车。

六．安全及注意事项

1）严禁在无料液/满料液情况下开动电机搅拌。

2）严禁反向运转。

3）严禁在运转过程触摸转动部件。

4）注意用电安全，不用湿手按动电钮。

5）当设备内温度超过150度以上，请在订货时给予特殊说明。

七．维护保养

1）减速机润滑油为40#机油，其加油量应在指示高度内。油量过多会引起搅拌而发热，油量过少偏心体轴泵油膜破坏而发热导致温度升高。开始使用时在1个月之内更换二次润滑油，以后润滑油3－4个月内更换一次。

2）打开低封头后，拧开转子U型槽底部螺栓，每四个月检查刮板更换刮板。

3）每二个月打开底轴承，检查底轴承磨损情况，必要时更换底轴承。

4）根据物料性质应定期用温水或溶剂浸泡、清洗内筒体。

5）每一个月向机械密封腔加密封液一次，密封液为20#机械油。

一、卧式蒸发器

1、其与卧式壳管式冷凝器的结构基本相似。按供液方式可分为壳管式蒸发器和干式蒸发器两种。卧式壳管式蒸发器广泛使用于闭式盐水循环系统。

特点是：结构紧凑，液体与传热表面接触好，传热系数高。但是它需要充入大量制冷剂，液柱对蒸发温度将会有一定的影响。且当盐水浓度降低或盐水泵因故停机时，盐水在管内有被冻结的可能。若制冷剂为氟利昂，则氟利昂内溶解的润滑油很难返回压缩机。此外清洗时需停止工作。

2、干式氟利昂蒸发器主要区别在于：制冷剂在管内流动，而载冷剂在管外流动。节流后的氟利昂液体从一侧端盖的下部进入蒸发器，经过几个流程后从端盖的上部引出，制冷剂在管内随着流动而不断蒸发，所以壁面有一部分为蒸气所占有，因此，它的传热效果不如满液式。但是它无液柱对蒸发温度的影响，且由于氟利昂流速较高(≥4m/s)，则回油较好。此外，由于管外充入的是大量的载冷剂，从而减缓了冻结的危险。这种蒸发器内制冷剂的充注量只需满液式的1/2～l/3或更少，故称之为“干式蒸发器”。

立管式蒸发器

二、立管式蒸发器

立管式和螺旋管式蒸发器的共同点是制冷剂在管内蒸发，整个蒸发器管组沉浸在盛满载冷剂的箱体内(或池、槽内)，为了保证载冷剂在箱内以一定速度循环，箱内焊有纵向隔板和装有螺旋搅拌器。载冷剂流速一般为0.3～0.7m/s，以增强传热。

立管式和螺旋管式蒸发器只能用于开式循环系统，故载冷剂必须是非挥发性物质，常用的是盐水和水等。如用盐水，蒸发器管子易被氧化，且盐水易吸潮而使浓度降低。这两种蒸发器可以直接观察载冷剂的流动情况，广泛用于以氨为制冷剂的盐水制冷系统。

三、冷却排管

1、冷却排管

冷却排管是用来冷却空气的一种蒸发器。广泛应用于低温冷藏库中，制冷剂在冷却排管内流动并蒸发，管外作为传热介质的被冷却空气作自然对流。

冷却排管最大的优点是结构简单，便于制作，对库房内贮存的非包装食品造成的干耗较少。但排管的传热系数较低，且融霜时操作困难，不利于实现自动化。对于氨直接冷却系统用无缝钢管焊制，采用光管或绕制翅片管；对于氟利昂系统，大都采用绕片或套片式铜管翅片管组。

直排式蒸发器

2 、蛇管式排管

蛇管式顶管重力供液或氨泵供液均可；单排和双排蛇管式墙排管可用于下进上出式的氨泵供液系统及重力供液系统，对单根蛇管式排管还可用于氨泵上进下出供液系统和热力膨胀阀供液系统。

蛇管式排管的优点是结构简单，易于制作，存液量较小，适用性强。其主要缺点为排管下段产生的蒸气不能及时引出，必须经过排管的全长后才能排出，故传热系数小，汽液二相流动阻力大。

3、U形排管

常用的U形排管由两层或四层光滑无缝钢管构成。U形顶排管优点是结霜比较均匀，制作和安装较方便，充液量小，约占其容积的50% ，适用重力供液系统和氨泵下进上出氨制冷系统，在冷库中获得较广泛的应用。但其占据库房的有效空间较多，且上层排管不易除霜。

四、冷风机(空气冷却器)

冷风机多是由轴流式风机与冷却排管等组成的一台成套设备。它依靠风机强制库房内的空气流经箱体内的冷却排管进行热交换，使空气冷却，从而达到降低库温的目的。

冷风机按冷却空气所采用的方式可分为干式、湿式和干湿混合式三种。其中，制冷剂或载冷剂在排管内流动，通过管壁冷却管外空气的称为干式冷风机；以喷淋的载冷剂液体直接和空气进行热交换的，称为湿式冷风机；混合式冷风机除冷却排管外，还有载冷剂的喷淋装置。

冷库常用的干式冷风机按其安装的位置又可分为吊顶式和落地式两种类型。它们都由空气冷却排管，通风机及除霜装置组成，且冷风机内的冷却排管都是套片式的。大型干式冷风机常为落地式。

循环型蒸发设备

循环型蒸发器的特点是溶液在蒸发器内作循环流动。根据造成液体循环的原理的不同，又可将其分为自然循环和强制循环两种类型。前者是藉助在加热室不同位置上溶液的受热程度不同，使溶液产生密度差而引起的自然循环；后者是依靠外加动力使溶液进行强制循环。目前常用的循环型蒸发器有以下几种：

1、中央循环管式蒸发器

中央循环管式蒸发器的结构其加热室由一垂直的加热管束（沸腾管束）构成，在管束中央有一根直径较大的管子，称为中央循环管，其截面积一般为加热管束总截面积的40~100%。当加热介质通入管间加热时，由于加热管内单位体积液体的受热面积大于中央循环管内液体的受热面积，因此加热管内液体的相对密度小，从而造成加热管与中央循环管内液体之间的密度差，这种密度差使得溶液自中央循环管下降，再由加热管上升的自然循环流动。溶液的循环速度取决于溶液产生的密度差以及管的长度，其密度差越大，管子越长，溶液的循环速度越大。但这类蒸发器由于受总高度限制，加热管长度较短，一般为1~2m ，直径为25~75mm，长径比为20~40。

中央循环管蒸发器具有结构紧凑、制造方便、操作可靠等优点，故在工业上的应用十分广泛，有所谓“标准蒸发器 ”之称。但实际上，由于结构上的限制，其循环速度较低（一般在0.5m/s以下）；而且由于溶液在加热管内不断循环，使其浓度始终接近完成液的浓度，因而溶液的沸点高、有效温度差减小。此外，设备的清洗和检修也不够方便。

2、悬筐式蒸发器

悬筐式蒸发器的结构是中央循环管蒸发器的改进。其加热室像个悬筐，悬挂在蒸发器壳体的下部，可由顶部取出，便于清洗与更换。加热介质由中央蒸汽管进入加热室，而在加热室外壁与蒸发器壳体的内壁之间有环隙通道，其作用类似于中央循环管。操作时，溶液沿环隙下降而沿加热管上升，形成自然循环。一般环隙截面积约为加热管总面积的100~150% ，因而溶液循环速度较高（约为1~1.5m/s）。由于与蒸发器外壳接触的是温度较低的沸腾液体，故其热损失较小。

悬筐式蒸发器适用于蒸发易结垢或有晶体析出的溶液。它的缺点是结构复杂，单位传热面需要的设备材料量较大。

3 、外热式蒸发器

外热式蒸发器的结构特点是加热室与分离室分开，这样不仅便于清洗与更换，而且可以降低蒸发器的总高度。因其加热管较长（管长与管径之比为50~100），同时由于循环管内的溶液不被加热，故溶液的循环速度大，可达1.5m/s。

4、列文蒸发器

列文蒸发器的结构特点是在加热室的上部增设一沸腾室。这样，加热室内的溶液由于受到这一段附加液柱的作用，只有上升到沸腾室时才能汽化。在沸腾室上方装有纵向隔板，其作用是防止气泡长大。此外，因循环管不被加热，使溶液循环的推动力较大。循环管的高度一般为7~8m ，其截面积约为加热管总截面积的200~350%。因而循环管内的流动阻力较小，循环速度可高达2~3m/s。

列文蒸发器的优点是循环速度大，传热效果好，由于溶液在加热管中不沸腾，可以避免在加热管中析出晶体，故适用于处理有晶体析出或易结垢的溶液。其缺点是设备庞大，需要的厂房高。此外，由于液层静压力大，故要求加热蒸汽的压力较高。

5、强制循环蒸发器

上述各种蒸发器均为自然循环型蒸发器，即靠加热管与循环管内溶液的密度差引起溶液的循环，这种循环速度一般都比较低，不宜处理粘度大、易结垢及有大量析出结晶的溶液。对于这类溶液的蒸发，可采用强制循环型蒸发器。这种蒸发器是利用外加动力（循环泵）使溶液沿一定方向作高速循环流动。循环速度的大小可通过调节泵的流量来控制。一般循环速度在2.5m/s以上。这种蒸发器的优点是传热系数大，对于粘度较大或易结晶、结垢的物料，适应性较好，但其动力消耗较大。

单程型蒸发设备

单程型蒸发器的特点是，溶液沿加热管壁成膜状流动，一次通过加热室即达到要求的浓度，而停留时间仅数秒或十几秒钟。

单程型蒸发器的主要优点是传热效率高，蒸发速度快，溶液在蒸发器内停留时间短，因而特别适用于热敏性物料的蒸发。

按物料在蒸发器内的流动方向及成膜原因的不同，可以分为以下几种类型：升膜蒸发器；降膜蒸发器；升—降膜蒸发器；刮板薄膜蒸发器。

1、升膜蒸发器

升膜式蒸发器的加热室由一根或数根垂直长管组成，通常加热管直径为25~50mm，管长与管径之比为100~150。原料液经预热后由蒸发器的底部进入，加热蒸汽在管外冷凝。当溶液受热沸腾后迅速汽化，所生成的二次蒸汽在管内高速上升，带动液体沿管内壁成膜状向上流动，上升的液膜因受热而继续蒸发。故溶液自蒸发器底部上升至顶部的过程中逐渐被蒸浓，浓溶液进入分离室与二次蒸汽分离后由分离器底部排出。常压下加热管出口处的二次蒸汽速度不应小于10m/s，一般为20~50m/s，减压操作时，有时可达100~160m/s或更高。

升膜蒸发器适用于蒸发量较大（即稀溶液）、热敏性及易起泡沫的溶液，但不适于高粘度、有晶体析出或易结垢的溶液。

2、降膜蒸发器

降膜式蒸发器与升膜蒸发器的区别在于原料液由加热管的顶部加入。溶液在自身重力作用下沿管内壁呈膜状下流，并被蒸发浓缩，汽液混合物由加热管底部进入分离室，经气液分离后，完成液由分离器的底部排出。

为使溶液能在壁上均匀成膜，在每根加热管的顶部均需设置液体布膜器。布膜器的型式有多种，较常用的三种，采用一螺旋型沟槽的圆柱体作为导流管，液体沿沟槽旋转下流分布在整个管内壁上；导流管下部为圆锥体，锥体底面向下内凹，以免沿锥体斜面流下的液体再向中央聚集；液体是通过齿缝沿加热管内壁成膜状下降。

降膜蒸发器可以蒸发浓度较高的溶液，对于粘度较大的物料也能适用。但对于易结晶或易结垢的溶液不适用。此外，由于液膜在管内分布不易均匀，与升膜蒸发器相比，其传热系数较小。

3、升—降膜蒸发器

升—降膜蒸发器是将升膜和降膜蒸发器装在一个外壳中，即构成升—降膜蒸发器。原料液经预热后先由升膜加热室上升，然后由降膜加热器下降，再在分离室中和二次蒸汽分离后即得完成液。这种蒸发器多用于蒸发过程中溶液的粘度变化很大，水分蒸发量不大和厂房高度有一定限制的场合。

4 、刮板薄膜蒸发器

刮板薄膜蒸发器是利用旋转刮片的刮带作用，使液体分布在加热管壁上。它的突出优点是对物料的适应性很强，例如对于高粘度、热敏性和易结晶、结垢的物料都能适用。刮板薄膜蒸发器的壳体外部装有加热蒸汽夹套，其内部装有可旋转的搅拌刮片，旋转刮片有固定的和活动的两种。前者与壳体内壁的缝隙为0.75~1.5mm，后者与器壁的间隙随搅拌轴的转数而变。料液由蒸发器上部沿切线方向加入后，在重力和旋转刮片带动下，溶液在壳体内壁上形成下旋的薄膜，并在下降过程中不断被蒸发浓缩，在底部得到完成液。在某些情况下，可将溶液蒸干而由底部直接获得固体产物。这类蒸发器的缺点是结构复杂，动力消耗大，传热面积小，一般为3~4m2，最大不超过20m2，故其处理量较小。

直接接触传热蒸发设备

直接接触传热的蒸发器是将燃料（通常是煤气或重油）与空气混合后燃烧产生的高温烟气直接喷入被蒸发的溶液中，高温烟气与溶液直接接触，使得溶液迅速沸腾汽化。蒸发出的水分与烟气一起由蒸发器的顶部直接排出。

通常这种蒸发器的燃烧室在溶液中的深度为200~600mm，燃烧室内高温烟气的温度可达1000℃以上，但由于气液直接接触时传热速率快，气体离开液面时只比溶液温度高出2~4℃。燃烧室的喷嘴因在高温下使用，较易损坏，故应选用耐高温和耐腐蚀的材料制作，结构上应考虑便于更换。

浸没燃烧蒸发器的特点是结构简单，传热效率高。该蒸发器特别适用于处理易结晶、结垢或有腐蚀性的物料的蒸发。目前在废酸处理和硫酸铵盐溶液的蒸发中，已广泛采用此种蒸发器。但它不适用于不可被烟气污染物料的处理，而且它的二次蒸汽也很难利用。