薄膜蒸发器在化工分离过程中的使用与选择

孟海涛

【摘要】薄膜蒸發器是蒸发器的一种类型，其特点是物料沿加热管壁呈膜状流动而进行传热和蒸发，传热效率高，蒸发速度快，物料停留时间短，适合热敏性物质的蒸发。按照成膜原因及流动方向，可分为升膜蒸发器、降膜蒸发器、刮膜蒸发器三种类型。

【关键词】热敏性 操作弹性 蒸发面积

在化工生产过程中，分离过程是一种常见操作，对易于分离的混合组分，可按照物料组分性质的不同采取不同的分离技术。常见的液体分离采取精馏塔分离，固液分离常用结晶、压滤、蒸发等方法分离。对于部分固液、液液组分，尤其是含有热敏组分物料的分离常采用蒸发器进行蒸发分离，其中常见的设备就是薄膜蒸发器。对于现代制药、食品以及高分子聚合过程的产物常常采用刮板式薄膜蒸发器，刮板式薄膜蒸发器一种高效蒸发、蒸馏设备，其主要是借助于高旋转将液体分布成均匀薄膜而进行蒸发或蒸馏的。同时也可以利用刮板薄膜蒸发器进行脱臭、脱泡反应及加热、冷却等单元操作，目前该装置已经广泛应用于中、西制药、食品、轻工、石油、化工、环保等行业，尤其该设备可用于处理浓度高、粘度大、热敏性、易结垢等特性物料。刮板薄膜蒸发器的操作比较灵活方便，处理不同物料时，对于其指标调整比较简单。

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的分离器组成，蒸发器为升膜式列管换热器，具有生产效率高、生产能力大、物料受热时间短等特点，可广泛适用于各种化工物料的稀溶液浓缩。物料从薄膜蒸发器上端进入蒸发器，在圆锥型薄膜蒸发器中，依赖于转子的离心力，一个垂直于加热面，另一个朝大直径端体的方向，依靠这些力产生物料加速，而且进入的物料保证加热面充分潮湿，不依赖于蒸发比或进料速度。在此过程中，轻组份顺流穿过薄膜蒸发器进入汽液分离器，经汽液分离所产生的液滴和泡沫被击碎进入液相，被分离后的汽体进入外置冷凝器，冷凝下来的液体通过泵打到储罐内;重组份沿着加热壁面流出，通过泵打到下一工序。物料汽化后的气体从加热面送到外置的冷凝器，此过程产生一定的压差。在一般的蒸发器中，这种压力降通常是比较高的，不利于操作。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。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，可降低物料沸点，操作可以在较低温度下进行，降低了产品的热分解风险。

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短;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，比较适用于热敏性物料的蒸发。

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。同时可以抑制物料在加热面结壁、结垢，并伴有良好的热交换，尤其适用于易结皮、易分解的物料蒸发。由于刮板式薄膜蒸发器独有的特性，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、结垢等物料的蒸发和蒸馏。

薄膜蒸发器性能的优劣往往成为决定吸收效果的关键，旨在分离出混合气中某种组分或多种组分的吸收操作，在选择薄膜蒸发器时要考虑以下几个方面的问题：

1.刮板形式及材质的确定：根据物料的粘度、结晶倾向、泡沫等物化性能，选择合适的刮板形式，同时考虑蒸发温度，确定合适的材质;我们装置选择的薄膜蒸发器刮板是固定式弹性式的，材质是PTFE加25%弹性纤维，蒸发器材质的选择确定。薄膜蒸发器的钢材质是耐高温高压的316L。

2.热媒质的确定：根据所需的蒸发温度及消耗的热量，确定采用蒸汽或热水或导热油等某一种合适的热媒质。分离系统用的热媒是热油。真空度的确定：

3.蒸发面积的确定：蒸发量的计算，根据处理量及进.出料浓度，计算出单位时间的蒸发量。每个小时的进料量是一定的，根据蒸发出的轻组分和重组份，可以算出需要蒸发器的蒸发面积。

4.真空度的获得是以消耗能量为代价，只要满足蒸发要求，不必要求过高的真空度;真空度大，相应成本也就高，所以真空度是重要的需要考虑的方面。

结论：薄膜蒸发器在化工过程中的使用广泛，在使用过程中需要考虑物料的性质，尤其是物料的分解特性、腐蚀特性，在操作过程中应当注意物料的进料量和操作温度，以便达到最好的分离效果。

参考文献：

[1]周建钧等.缠绕式换热器说明书，化学工程，1993，21（2），59～63

[2]杨守诚，降膜蒸发器的设计，石油化工设计[J]，1995，12（1），45～47

[3]朱玉峰等，大型降膜蒸发器液体分布器的设计，食品与机械[J]，2007，23（1）104～106