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降膜蒸發(fā)器及其他蒸發(fā)器設(shè)計特點,，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)器有時結(jié)合成一個升/降膜蒸發(fā)器，以結(jié)合兩者的優(yōu)點(圖6)。當需要較高的蒸發(fā)進料比,、濃縮液為黏液時，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)。
原料進入升膜部分的管板底部,。液體通過管道上升時開始沸騰,，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)點是:
•相對較低的停留時間
•相對較高的傳熱速率
•相對較低的成本
•可以建造成大型單元
•較低的停留時間
•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)負荷時,。
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。當一系列的板被固定在框架中時,，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。
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,。
針對具體應(yīng)用進行適當?shù)脑O(shè)計，可以達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)器一個主要的缺點是襯墊面積大,。通過選擇適當?shù)膲|片并遵循適當?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，但是它們在熱敏性,、粘稠,、易結(jié)垢或高沸點液體方面的應(yīng)用不太成功。由于停留時間長,、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行，以zui大限度地擴大溫差,，同時保持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)計的薄膜式蒸發(fā)器都可在市場上買到,。攪拌式薄膜蒸發(fā)器由兩個主要部件組成: 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,，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,。原料進入加熱區(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也可以逆流流動,，當它們離開裝置時就可以進行冷凝或后續(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,，因為熱壁是產(chǎn)品或殘留物最集中的地方,。
攪拌式薄膜蒸發(fā)器具有停留時間短、停留時間分布窄,、湍流度高,、表面更新快等優(yōu)點，能夠成功地處理熱敏性,、粘稠和易結(jié)垢物料,。一個“標準"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)計可以在50,000到20,000,000立方厘米的范圍內(nèi)運行,。低產(chǎn)品庫存和在接近平衡條件下的操作對于活性高的產(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?？梢栽O(shè)計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)點是:
•在加熱區(qū)停留時間短,，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
•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)子對殘渣的“擠壓"導(dǎo)致的高回收率(7)。
攪拌式薄膜蒸發(fā)器的缺點是其成本高于標準蒸發(fā)設(shè)備,。此外,，分段運輸或蒸汽壓縮的能源回收無法實現(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,、減少無機鹽的體積
•熱塑性塑料、丙烯酸樹脂,、酚醛樹脂,、有機硅聚合物、聚酯和尼龍的脫揮
•危險廢物最小化處理,，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,，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)考慮以下幾個因素:
•工藝啟動zui大限度地提高開工時間并zui大限度地減少過程穩(wěn)定期的產(chǎn)品損失
•停機時,，產(chǎn)品滯留率最小化以盡量減少產(chǎn)品損失,。
•縮短停留時間，zui大限度地減少由于降解而造成的產(chǎn)品損失,。
•防止清洗時造成的污染,。
•從濃縮殘渣中利用產(chǎn)品價值的能力，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,、可用空間、操作員資質(zhì),、公用工程要求,、維護需求和/或成本。
下表提供了針對特定應(yīng)用選擇蒸發(fā)器的一些指導(dǎo),。
蒸發(fā)器產(chǎn)品特性選擇標準表
通常,，對于低產(chǎn)能或多產(chǎn)品間歇生產(chǎn)，Zui 經(jīng)濟的選擇是間歇蒸發(fā)器或攪拌間歇蒸發(fā)器,。它簡單,、價格低廉，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間,，但它通常是一個低維護系統(tǒng)。
當處理量大時,，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,。一般來說,，強制循環(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),。