盧娟(中國特種設備檢測研究院，北京 100029)

0 引言

降膜蒸發(fā)器因蒸汽利用率高、易于處理熱敏性物料等優(yōu)點，被廣泛應用在化工、制藥、乳品、飲料等領域[1-3]。降膜蒸發(fā)器良好運行的條件之一是液體沿降液管均勻分布，其中，布液系統是其中的關鍵，系統是否穩(wěn)定、設計是否合理，對于蒸發(fā)器的作用發(fā)揮具有重大的影響[4]。液體分布裝置是降膜蒸發(fā)器關鍵部件之一，也是布液系統的重要組成部分。本文將在闡述液體分布裝置的設計基本要求、結構選型等內容的基礎上，重點對其盤式分布器進行結構優(yōu)化設計。

1 設計基本要求

對于液體分布裝置來說，在設計的過程中，應當把握好一些基本的原則和要求。一是裝置設計應當要以料液分布均勻為基礎，只有做到分布均勻，才能夠保證料液不偏流，避免降液管干壁的情況發(fā)生。二是要確保設計的流體阻力小。只有阻力小，才能夠避免阻塞的情況發(fā)生，方便后期的使用清洗。同樣，如果流體的阻力較大，也會導致料液分布不均勻，從而引發(fā)一系列的問題。三是要堅持簡單方便的原則，對于分布裝置來說，應當堅持簡便的原則，實現成本最小化。四是要具有較大的操作彈性，只有在操作彈性足夠大的范圍內，才能夠保證裝置的大布液效果[5-7]。

2 結構選型

目前，降膜蒸發(fā)器的分布裝置類型比較多，從其設計的機構不通過來看，可以分為溢流型、插頭型、盤式等。溢流型設計比較簡單，裝置的阻力較小，布液操作彈性大，需要一定的高精準度，但是分布效果并不理想，所能夠使用的范圍主要是要求不高的一些場合。插頭型具有較好的內膜均勻效果，但是流動的阻力較大，容易發(fā)生偏流等情況。目前廣泛應用于實際生產中的分布裝置形式為盤式分布器[8]。盤式分布器是多點布料，蒸發(fā)器設計較為簡單，不容易出現結垢，穩(wěn)定性比較好，適合大流量的操作，在很多濃縮領域應用比較廣泛，如果汁等行業(yè)。

3 基本結構

盤式分布器一般可以分為兩個部分：其一，初始分布裝置通常是圓形或者弧形迎料板等結構；其二，分布盤上則是開有一定數量、一定大小、按一定規(guī)律分布的篩孔，這樣就能夠將流過篩孔的布料，按照一定規(guī)律進行布料，提高了布料的效率，也能確保布料的均勻分布。因此根據分布盤的數量多少來分為二級盤式分布、三級盤式分布器以及多級盤式分布器。但是過多的分布盤會使得設備的高度相應增加，分布盤之間的間距及相對平行度難以保證。大量的實際應用表明一般二級盤式分布器及三級盤分布器已能滿足分布要求。

圖1為三級盤式分布器的基本結構，由迎料板和兩個多孔篩板分布盤組成。通常我們把上分布盤稱為分布堰，下分布盤稱為分布盤。操作時，料液從進料管流到迎料板，再由迎料板分散開來落到分布堰，經過分布堰的篩孔落到分布盤上，再由分布盤上的篩孔落到管板的管橋上，最終流入降液管內。分布盤上設置有平衡管(升氣導管)，其管口與降液管一一對應，以防止蒸發(fā)過程中產生的二次蒸汽對分布盤上下落的料液產生擾動，確保料液平穩(wěn)均勻布膜。

圖1 盤式分布器結構

4 盤式分布器的優(yōu)化設計

4.1 迎料板

傳統迎料板大多數為圓形板或者弧形板，如圖2所示，料液由進液管流下后在迎料板上濺射并向四周散落。對于高黏度的料液，在圓形迎料板上濺射后的落料半徑就會明顯減小，從而使分布堰上的邊緣孔徑布液不均。當把迎料板改成圓弧狀花灑形式后，這種問題就可以解決了。進液管內的進液壓力越大，花灑的噴灑范圍就越大，所以對于不同黏度的料液，可以采用圓弧狀花灑的結構形式，并通過微調進液壓力就可以實現分布堰上的均勻布液。

圖2 迎料板的結構優(yōu)化

4.2 分布堰及分布盤

傳統分布器的分布堰或者分布盤結構都是由篩板和擋圈直接焊接成型的。這種結構的優(yōu)點是加工簡單，對加工設備的要求不高，便于實現。但是其最大的缺點是焊接后盤面的熱變形情況很嚴重，這也是影響分布器性能的重要因素之一。所以對分布堰和分布盤結構的優(yōu)化設計對于改善分布器性能來說至關重要。將分布堰和分布盤原來的焊接結構更改為旋壓一體成型結構，這樣加工誤差小，盤面平面度大大提高。對于分布堰擋圈較高的情況，也可以將旋壓成型和焊接兩者結合起來應用，將底部旋壓成型，擋圈再焊接加高，這樣既能保證盤面平整，也能解決擋圈過高難以旋壓成型的問題。

4.3 平衡管與篩板連接方式優(yōu)化

平衡管與篩板之間的連接方式以焊接為主。為了保證篩板上表面的光潔度，焊縫一般焊接在篩板下表面，且焊縫形式為角焊縫。一般情況下，一根降液管對應一根平衡管，平衡管的數量約等于降液管的數量。即使對于負壓操作的情況，可以將平衡管的數量相應減少，但是采用焊接方式來固定平衡管仍然能產生很大熱變形，焊接完成需要對篩板進行校正找平，否則將嚴重影響布液效果。

4.4 分布器的定位及安裝優(yōu)化

分布器的定位及安裝方法有很多，大致分為兩種：其一為在管箱內筒壁上安裝定位塊，讓分布堰和分布盤分別固定在管箱壁上，定位塊一般是用角鋼制作的，將角鋼焊接在管箱內壁來實現定位和固定的作用，這種安裝方法比較緊固，但是定位精度不高；另一種則靠螺柱來支撐分布堰和分布盤。

基于第二種方法對分布器安裝結構進行優(yōu)化。將整個分布器的定位基準選為管板上表面，然后在管板與分布盤之間、分布盤與分布堰之間用定距管來定位，并將螺柱固定在管板上，讓螺柱來支撐整個分布器的重量，螺柱與管板之間采用螺紋形式來連接。

此結構的優(yōu)點： (1) 所有的連接均是可以拆卸的，方便日后使用過程中檢修和維護；(2)管板、分布盤和分布堰平行度容易保證；管板、分布盤、分布堰之間都是用定距管來定位，定距管為等長不銹鋼管，通過機加工很容易保證每根定位管的加工尺寸和加工精度，從而保證了管板、分布盤、分布堰之間的平行度；(3)整個分布器與重力方向垂直度容易保證。整個分布器以管板上表面為基準進行安裝的，保證了管板、分布盤、分布堰之間的平行度，通過調節(jié)管板與重力方向的垂直度便可以實現調節(jié)分布器與重力方向垂直度的要求。

對于大型分布器(質量大、高度高、跨度大)，可以同時采用固定架支撐與螺柱支撐來固定。一般情況，液體對分布堰的沖擊力較大，對于大直徑蒸發(fā)器來說，分布堰的質量及進料沖擊力都很大，單靠螺柱來支撐是不夠的，螺柱的剛度不夠會造成整個分布器在液體沖擊力下晃動。所以就將分布堰上的力主要分配到固定架上(固定架一般為角鋼焊接而成，在管箱內壁間斷地焊接一周)，螺柱主要支撐分布盤上的力，分布盤與分布堰之間還是依靠定距管來定位，這樣既能保證整個分布器的強度，又能保證其的精度。值得注意的是，這種安裝方式必須在上封頭與管箱之間增加一對設備法蘭，方便拆裝分布器。

5 結語

液體分布裝置是降膜蒸發(fā)器關鍵部件之一，也是布液系統的重要組成部分。本文在介紹液體分布裝置基本要求、結構選型、基本結構的基礎上，對盤式分布器的結構進行了優(yōu)化設計，結論如下：(1)圓弧狀花灑結構優(yōu)于普通圓板結構迎料板，初次分配液體效果更佳，使液體粘度范圍更廣；(2)旋壓一體成型分布盤和分布堰的加工變形小、盤底平面度高；(3)翻邊焊接平衡管大大減少了盤面熱變形；(4)采用定距管和支撐螺柱來固定分布器，提高了安裝精度，檢修維護方便。