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降膜蒸發(fā)器及其他蒸發(fā)器設(shè)計(jì)特點(diǎn)，蒸發(fā)器選型考慮因素（三）
升/降膜蒸發(fā)器
升膜蒸發(fā)器和降膜蒸發(fā)器有時(shí)結(jié)合成一個(gè)升/降膜蒸發(fā)器，以結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)(圖6)。當(dāng)需要較高的蒸發(fā)進(jìn)料比、濃縮液為黏液時(shí)，管束可分為兩段，Di一段作為升膜蒸發(fā)器，第二段作為降膜蒸發(fā)器(5)。
原料進(jìn)入升膜部分的管板底部。液體通過管道上升時(shí)開始沸騰，液體和蒸汽的混合物被排出并重新分布在降膜管的頂部。升膜管產(chǎn)生的蒸汽有助于液體在管道上的分布，并且增加了液體的速度，從而增加了傳熱。來自下降流體的蒸汽和液體的混合物在外部的分離器中分離。
升降膜蒸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)是:
•相對(duì)較低的停留時(shí)間
•相對(duì)較高的傳熱速率
•相對(duì)較低的成本
•可以建造成大型單元
•較低的停留時(shí)間
•較小的占地面積
•在廣泛的業(yè)務(wù)范圍內(nèi)良好的傳熱。
缺點(diǎn)包括:
•廠房高度要求高
•經(jīng)常需要再循環(huán)
•通常不適合鹽漬或有污染性液體。
升降膜蒸發(fā)器應(yīng)用于處理干凈的液體或易發(fā)泡液體，以及需要大量蒸發(fā)負(fù)荷時(shí)。
圖6
密封板式蒸發(fā)器
密封板框式蒸發(fā)器(圖7)是通過在頂部承載桿和底部導(dǎo)桿之間安裝一些具有角部開口的壓花板來構(gòu)造的。當(dāng)一系列的板被固定在框架中時(shí)，所述板被密封并被設(shè)置形成窄行流通道。
根據(jù)襯墊的不同，流體以串聯(lián)或平行的方式穿過板之間的相鄰層。墊圈防止流體逃逸到大氣中，加熱介質(zhì)在隔板之間流動(dòng)。
這些系統(tǒng)可以作為升膜蒸發(fā)器、降膜蒸發(fā)器或升/降膜蒸發(fā)器。
針對(duì)具體應(yīng)用進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，可以達(dá)到非常高的速度和傳熱系數(shù)。高速度有助于zui大限度地減少加熱表面的結(jié)垢或鹽漬。板式蒸發(fā)器的換熱面相對(duì)較小，為了優(yōu)化傳熱并保持較低的散熱溫度，板式蒸發(fā)器通常在較低的壓力下工作。
密封板式蒸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)是:
•適合蒸發(fā)熱敏感、粘稠和易起泡材料
•結(jié)構(gòu)緊湊，所需廠房高度低
•容易清洗和改造。
密封板式蒸發(fā)器一個(gè)主要的缺點(diǎn)是襯墊面積大。通過選擇適當(dāng)?shù)膲|片并遵循適當(dāng)?shù)慕M裝程序，可以避免泄漏（5）。
密封板式蒸發(fā)器的典型應(yīng)用是剝離脫除，從聚合物中去除單體和除臭。
圖7
攪拌式薄膜蒸發(fā)器
對(duì)于難以處理的原料，一種更有用的蒸發(fā)器類型是攪拌式薄膜蒸發(fā)器(圖8)。雖然管式蒸發(fā)器已經(jīng)成功地應(yīng)用于各種原料，但是它們?cè)跓崦粜浴⒄吵怼⒁捉Y(jié)垢或高沸點(diǎn)液體方面的應(yīng)用不太成功。由于停留時(shí)間長、傳熱表面結(jié)垢、管道堵塞以及高粘度導(dǎo)致的低傳熱和高壓降是常見的問題。
攪拌式薄膜蒸發(fā)器成功地克服了產(chǎn)品難以處理的問題。簡單地說，該方法通過控制條件，利用間接傳熱和機(jī)械攪拌流體，快速分離出揮發(fā)性組分和難揮發(fā)性組分。分離通常在真空條件下進(jìn)行，以zui大限度地?cái)U(kuò)大溫差，同時(shí)保持zui有利的產(chǎn)品溫度，以及zui大限度地提高揮發(fā)性物質(zhì)的脫除和回收。
各種設(shè)計(jì)的薄膜式蒸發(fā)器都可在市場(chǎng)上買到。攪拌式薄膜蒸發(fā)器由兩個(gè)主要部件組成: 受熱體和轉(zhuǎn)子。薄膜蒸發(fā)器類型有立式和臥式兩種，轉(zhuǎn)子有多種設(shè)計(jì)，其與加熱套管壁之間的間隙從一定距離到幾乎為零，緊貼壁面。
目前運(yùn)行的大多數(shù)薄膜式蒸發(fā)器都采用立式、柱狀、固定距離的轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)。原料進(jìn)入加熱區(qū)上方的單元，并通過轉(zhuǎn)子均勻地分布在體壁的內(nèi)圓周上(圖9)。液體沿壁盤旋而下，而轉(zhuǎn)子葉片產(chǎn)生的弓形波則產(chǎn)生高度湍流，導(dǎo)致高熱流密度。揮發(fā)性成分迅速蒸發(fā)。蒸汽既可以并流流動(dòng)也可以逆流流動(dòng)，當(dāng)它們離開裝置時(shí)就可以進(jìn)行冷凝或后續(xù)處理，非揮發(fā)性組分在底部出口流出。弓形波的連續(xù)沖洗可以zui大限度地減少熱壁的污染，因?yàn)闊岜谑钱a(chǎn)品或殘留物最集中的地方。
攪拌式薄膜蒸發(fā)器具有停留時(shí)間短、停留時(shí)間分布窄、湍流度高、表面更新快等優(yōu)點(diǎn)，能夠成功地處理熱敏性、粘稠和易結(jié)垢物料。一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)"的薄膜蒸發(fā)器通常可以處理粘度為1-50,000 cP 的材料。特殊的輸送轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)可以在50,000到20,000,000立方厘米的范圍內(nèi)運(yùn)行。低產(chǎn)品庫存和在接近平衡條件下的操作對(duì)于活性高的產(chǎn)品非常重要。
攪拌式薄膜蒸發(fā)器具有很高的加工靈活性，通常可以設(shè)計(jì)成在不同的操作條件下加工不同的產(chǎn)品的系統(tǒng)(6)。通常，薄膜蒸發(fā)器在2-250毫米汞柱的低壓范圍內(nèi)工作。蒸發(fā)器采用蒸汽或液體加熱介質(zhì)。
攪拌式薄膜蒸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)是:
•在加熱區(qū)停留時(shí)間短，以秒至分鐘為單位
•由于轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的湍流導(dǎo)致的高傳熱系數(shù)
•具有最小返混的平推流動(dòng)
•處理含固量高和高粘物質(zhì)
•較少的產(chǎn)品降解，較高的產(chǎn)量
•由于轉(zhuǎn)子對(duì)殘?jiān)摹皵D壓"導(dǎo)致的高回收率(7)。
攪拌式薄膜蒸發(fā)器的缺點(diǎn)是其成本高于標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)設(shè)備。此外，分段運(yùn)輸或蒸汽壓縮的能源回收無法實(shí)現(xiàn)。
攪拌式薄膜蒸發(fā)器通常用于以下應(yīng)用:
•凈化不穩(wěn)定的有機(jī)化學(xué)物，如天然油、脂肪酸、異氰酸酯、除草劑和殺蟲劑
•濃縮食品和藥物，如卵磷脂、酶、水果和蔬菜泥,生物溶液、植物和植物提取物、發(fā)酵液
•從廢物流中回收有價(jià)值的資源，例如油漆中的溶劑、從廢汽油中提純甘油、減少無機(jī)鹽的體積
•熱塑性塑料、丙烯酸樹脂、酚醛樹脂、有機(jī)硅聚合物、聚酯和尼龍的脫揮
•危險(xiǎn)廢物最小化處理，例如:。放射性廢物。
攪拌式薄膜蒸發(fā)系統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)和工藝技術(shù)已被證明是可靠的，在傳統(tǒng)的管式蒸發(fā)器難以應(yīng)用時(shí)，應(yīng)考慮采用這種技術(shù)。通常，管式蒸發(fā)器和攪拌式薄膜蒸發(fā)器組合是Zui 佳解決方案(6)。
圖8
圖9
流程要求
在評(píng)估工藝和設(shè)備之前，必須先確定商業(yè)化產(chǎn)品的要求、規(guī)格和價(jià)值。然后，必須確定生產(chǎn)要求的工藝規(guī)范。工藝過程能夠生產(chǎn)出收率高、廢液少的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素:
•工藝啟動(dòng)zui大限度地提高開工時(shí)間并zui大限度地減少過程穩(wěn)定期的產(chǎn)品損失
•停機(jī)時(shí)，產(chǎn)品滯留率最小化以盡量減少產(chǎn)品損失。
•縮短停留時(shí)間，zui大限度地減少由于降解而造成的產(chǎn)品損失。
•防止清洗時(shí)造成的污染。
•從濃縮殘?jiān)欣卯a(chǎn)品價(jià)值的能力，這減少了廢水，并且需要循環(huán)再生(或第二階段)來回收額外的產(chǎn)品。
•能夠?qū)饪s物產(chǎn)品中的易揮發(fā)組分脫除到低水平。
選擇蒸發(fā)器
選擇Zui 好的蒸發(fā)器可能很容易，也可能很復(fù)雜。產(chǎn)品的特性，如高粘度或重雜質(zhì)粗粒提供了一些方向。然而，對(duì)于許多簡單的應(yīng)用來說，所有或多數(shù)類型的蒸發(fā)器都能很好地處理這些過程。在這種情況下，選擇因素可能如下: 產(chǎn)能、小批量生產(chǎn)、過去的工廠經(jīng)驗(yàn)、可用空間、操作員資質(zhì)、公用工程要求、維護(hù)需求和/或成本。
下表提供了針對(duì)特定應(yīng)用選擇蒸發(fā)器的一些指導(dǎo)。
蒸發(fā)器產(chǎn)品特性選擇標(biāo)準(zhǔn)表
通常，對(duì)于低產(chǎn)能或多產(chǎn)品間歇生產(chǎn)，Zui 經(jīng)濟(jì)的選擇是間歇蒸發(fā)器或攪拌間歇蒸發(fā)器。它簡單、價(jià)格低廉，可處理多種特性和操作條件可變的產(chǎn)品。它或許需要更多的清潔時(shí)間，但它通常是一個(gè)低維護(hù)系統(tǒng)。
當(dāng)處理量大時(shí)，通常使用連續(xù)的工藝流程，管式蒸發(fā)器是適用的shou選設(shè)備。
生產(chǎn)能力、粘度、含固量、結(jié)垢和發(fā)泡傾向?qū)Q定zui合適的蒸發(fā)器類型以及是否需要循環(huán)設(shè)計(jì)。一般來說，強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器比自然循環(huán)更昂貴，但在某些情況下，其較少占地空間下具有較高的傳熱系數(shù)，資金成本大致相同或更低。
如果產(chǎn)品由于具有熱敏性、高粘度、含固量高或易產(chǎn)生污染而難以處理，則可能需要采用板框式蒸發(fā)器或攪拌式薄膜蒸發(fā)器等技術(shù)。