劉殿宇
(華禹乳品機(jī)械制造有限公司,黑龍江 安達(dá) 151400)
混合式蒸發(fā)器是指在同一蒸發(fā)器組內(nèi)有兩種不同形式的蒸發(fā)器存在,如升降膜式蒸發(fā)器,降膜式蒸發(fā)器與強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的組合型蒸發(fā)器等[1]。這種形式的蒸發(fā)器是根據(jù)料液的特性而設(shè)計(jì)的,是用于料液在蒸發(fā)過程中粘度變化較大,易產(chǎn)生結(jié)垢及結(jié)焦甚至有結(jié)晶物析出的物料上。近些年來實(shí)際應(yīng)用這類蒸發(fā)器也出現(xiàn)不少問題,這些問題主要是:生產(chǎn)能力不足,不好控制,設(shè)備壓料嚴(yán)重甚至出現(xiàn)跑料[2]。僅以HJMQZ03-10000型蒸發(fā)在污水處理上的蒸發(fā)為例進(jìn)行闡述。
(1)物料介質(zhì):污水
(2)進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù):12%
(3)進(jìn)料溫度:40℃
(4)出料質(zhì)量分?jǐn)?shù):50%
結(jié)構(gòu)特點(diǎn):本蒸發(fā)器采用三效混合式蒸發(fā)器,一效、三效采用降膜式蒸發(fā)器,二效采用強(qiáng)制循環(huán)型蒸發(fā)器如圖1所示,料液經(jīng)過預(yù)熱先進(jìn)入三效蒸發(fā),然后進(jìn)入一效降膜蒸發(fā),最后進(jìn)入二效進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)并出料[3]。一效加熱溫度96℃,一效蒸發(fā)溫度81℃,二效蒸發(fā)溫度66℃,三效蒸發(fā)溫度在45-51℃之間。
圖1 HJMQZ03-10000型蒸發(fā)器
降膜式蒸發(fā)器與強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器是兩種不同形式的蒸發(fā)器,降膜式蒸發(fā)器是低溫蒸發(fā),加熱溫度不高,一般不超過100℃,它的工作原理與強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器完全不同,它的工作原理是:降膜式蒸發(fā)器的料液是從蒸發(fā)器的頂部進(jìn)入,在蒸發(fā)器的上管板上設(shè)有料液分布器,料液進(jìn)入蒸發(fā)器后即進(jìn)入料液分布器,經(jīng)過料液分布器將料液均勻的分配給蒸發(fā)器的每根降膜管,料液在自身的重力及二次蒸氣流的作用下以液膜的狀態(tài)沿著管壁自上向下流動(dòng),料液進(jìn)入蒸發(fā)器底部再進(jìn)入分離器實(shí)現(xiàn)二次蒸氣與料液的徹底分離。其加熱大都是在負(fù)壓的情況下進(jìn)行的。而強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器料液在蒸發(fā)器的底部進(jìn)入,是靠外部動(dòng)力在加熱管內(nèi)高速循環(huán),一般循環(huán)速度在2-5 m/s[4],在分離器內(nèi)實(shí)現(xiàn)料液與二次蒸汽的徹底分離,料液在加熱管中是充滿的,因此,要求加熱溫度比較高,加熱差也比較大。其蒸發(fā)過程實(shí)質(zhì)是靠高溫加熱高速循環(huán)在分離器內(nèi)迅速脫汽。其加熱在正壓的情況下進(jìn)行的較多。
基于上述兩種蒸發(fā)器各自的特點(diǎn),在進(jìn)行組合時(shí),要考慮強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的加熱溫度問題,盡量將強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器放于加熱溫度較高的蒸發(fā)位置上。一般不宜放在末效,末效加熱溫度最低,對(duì)于一臺(tái)三效混合式蒸發(fā)器,在負(fù)壓操作的情況下,末效加熱溫度一般在57-65℃之間,除非強(qiáng)制循環(huán)的多效蒸發(fā),末效的蒸發(fā)溫度也是最低的,在45-51℃之間。料液隨著溫度的降低,濃度的升高粘度隨之增大,蒸發(fā)也變得困難。為了降低料液的粘度,減少結(jié)垢結(jié)焦的產(chǎn)生,根據(jù)料液的特性可將強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器放置于二效位置進(jìn)行蒸發(fā)。
強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的特點(diǎn)是料液從蒸發(fā)器的底部進(jìn)入蒸發(fā)器,在分離器中實(shí)現(xiàn)料液與二次蒸發(fā)器的徹底分離,一般的分離器位于蒸發(fā)器的上側(cè),如本例。也有下置式的,這種形式是根據(jù)料液在管中的循環(huán)速度及泵的功率而確定的,具體由所分的程數(shù)決定的。如圖2所示,前者比較普遍。分成無疑可降低泵的功率。
圖2 強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器,下置式分離器
用于本例蒸發(fā)的強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的蒸發(fā)量為2296 kg/h,蒸發(fā)所需要的熱量Q=1165019.03 kcal/h
換熱面積F=1165019.03/10009×(81-69)=97 m2
取管徑為25 mm,壁厚為1.5 mm,管長為4500 mm的不銹鋼無縫鋼管,則管子數(shù)為:
N=97/0.0235×π×4.5=292根。
泵的流量確定:q=0.0112×π×292×2=0.222 m3/s=798.8 m3/h(這里料液在管中循環(huán)速度取2 m/s)。選揚(yáng)程為16 m,流量800 m3/h的化工流程泵,泵的功率為55 kw。
強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的料汽在蒸發(fā)器內(nèi)高速運(yùn)動(dòng),在分離器內(nèi)實(shí)現(xiàn)料液與二次蒸汽的徹底分離,料液與二次蒸汽是混混合狀態(tài),在蒸發(fā)過程中由于蒸發(fā)的進(jìn)行,二次蒸汽也在拖動(dòng)并加速料液在加熱管中高速運(yùn)動(dòng),大量二次蒸汽夾帶大量料液進(jìn)入分離器,因此,這種料液的特點(diǎn)更容易造成跑料,與降膜式蒸發(fā)器中二次蒸汽及料液的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)大不相同,而二次蒸汽在降膜式蒸發(fā)器中流動(dòng)則相對(duì)比較獨(dú)立比較穩(wěn)定的狀態(tài)。
由于二次蒸汽夾帶大量料液進(jìn)入分離器要實(shí)現(xiàn)料汽徹底分離,分離器除了要有足夠的容積空間外,分離器結(jié)構(gòu)也必須有利于脫汽。進(jìn)料接口有兩種,一種為直接進(jìn)入圖3a,直接進(jìn)入。在進(jìn)料管末端設(shè)置分料帽,其作用是將料液呈傘狀打開,使料液中二次蒸汽得以釋放并閃蒸。一種為切線進(jìn)入。圖3b這種進(jìn)料管進(jìn)入分離器是以切線的形式進(jìn)入的。料液邊進(jìn)入邊旋轉(zhuǎn),最終也是將料液呈液面狀打開。這兩種分離器的底封頭均為錐形封頭,這樣的封頭更有利于料汽呈液面狀,起到進(jìn)一步的分離料汽的作用。為了減少霧沫的夾帶,可根據(jù)料液起沫的程度在分離器內(nèi)加裝撲沫裝置。
混合式蒸發(fā)器的操作是蒸汽壓力必須穩(wěn)定,進(jìn)料量必須穩(wěn)定,否則會(huì)在強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器中造成壓料,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成跑料。采用自動(dòng)控制設(shè)備運(yùn)行會(huì)更加平穩(wěn)[5]。
圖3 分離器的結(jié)構(gòu)形式
混合式蒸發(fā)器不足之處是功率消耗大,強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器一臺(tái)泵的功率就相當(dāng)于同生產(chǎn)能力的降膜式蒸發(fā)器的總功率,因此,不是特殊料液不宜采用此蒸發(fā)器組。
[1]劉殿宇,板式降膜蒸發(fā)器在膠原蛋白生產(chǎn)中的設(shè)計(jì)研究[J].醫(yī)藥工程設(shè)計(jì),2012,33(1):62-64.
[2]劉殿宇,影響蒸發(fā)器使用的幾個(gè)因素[J].發(fā)酵科技通訊,2008,37(4):46-47.
[3]劉殿宇,利用末效二次蒸汽進(jìn)行預(yù)熱的節(jié)能效果及意義[J].中國奶牛,2012(7):40-41.
[4]夏青,陳常貴.化工原理上[M].天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社,2005,1.
[5]劉殿宇,三效蒸發(fā)器在谷氨酸二次母液上的應(yīng)用[J].發(fā)酵科技通訊,2006,35(2):45-46.