刮板蒸发器的相关知识

刘洪福

刮板蒸发器概述

刮板蒸发器工作原理

刮板蒸发器外壳内带有加热蒸汽夹套，其内装有可旋转的叶片即刮板。刮板有固定式和转子式两种，前者与壳体内壁的间隙为0.5～1.5mm，后者与器壁的间隙随转子的转数而变。料液由刮板蒸发器上部沿切线方向加入（亦有加至与刮板同轴的甩料盘上的）。由于重力、离心力和旋转刮板刮带作用，溶液在器内壁形成下旋的薄膜，并在此过程中被蒸发浓缩，完成液在底部排出。这种蒸发器是一种利用外加动力成膜的单程型蒸发器。

刮板蒸发器使用特点

1．刮板蒸发器效率高，能力大，对水和有机溶剂等溶液的蒸发量100—300Kg/h·m²。

2．刮板蒸发器被处理物料在蒸发面停留时间短，约±10秒左右，不结焦，不结垢。

3．刮板蒸发器可以实现真空条件下低温蒸发。

4．刮板蒸发器适宜于连续性生产，操作弹性大，结构简单，便于维修，可实行自控。

5．刮板蒸发器改变刮板外侧的沟槽倾斜角度，可调节物料在蒸发器内停留的时间，以适应不同粘度物料蒸发的需要。

6．刮板蒸发器凡接触料液的部分和设备，均采用不锈钢，从而保持了料液不被污染。

7．刮板蒸发器顶部装有快开盖板，便于对加热管的刷洗。顶部两侧装有灯孔、视镜，便于操作中的观察。

刮板蒸发器应用范围

刮板蒸发器广泛应用于石油、化工、医药等行业，特别适用于高粘度（如栲胶、蜂蜜等）和易结晶、结垢、热敏性的物料。

刮板蒸发器的结构特点

电机、减速机

它是转子旋转的驱动装置。转子的转动速度将起决于刮板的形式.物料的粘度和蒸发筒身内径；选择刮板合适的线速度是保证蒸发器稳定可靠运行及满意蒸发效果的重要参数之一。

分离筒

物料由设在分离筒身下端的入口切向进入蒸发器，并经安装在分离筒身内的布料器被连续均匀地分布于蒸发筒身内壁，从蒸发筒身蒸发出的二次蒸汽上升至分离筒，经安装在内的气液分离器，将二次蒸汽可能挟带的液滴或泡沫分离，二次蒸汽从上端的出口引出蒸发器。

依据于蒸发器内阻力计算的分离筒身的合理设计，是避免物料“短路”的关键因素之一。(所谓“短路”，系指物料刚进蒸发器，尚未完成蒸发过程，即从二次蒸汽出口离开蒸发器。)

布料器

布料器安装在转子上。合理的设计，使从切线方向进入蒸发器的物料，通过旋转的布料器，被连续均匀地呈膜上泼布在蒸发面上。

气液分离器

旋片式气液分离器安装在分离筒上方，它将上升的二次蒸汽可能挟带的液滴或泡沫捕集，并使之回落到蒸发面上。

蒸发筒身

又称加热筒身。它是被旋转刮板强制成膜的物料与夹套内加热介质进行热交换的蒸发面。蒸发筒身的内径及长度由蒸发面积及适宜的长径比确定。

加热筒身内壁经专用机床加工和抛光，且与两端法兰连接面一次加工而就，保证设备整体圆心度。经过抛光(必要时镜面抛光)的筒身内壁光滑洁亮，不易粘料和结垢，有效保证了设备的高传热系数。

5.1若加热介质为蒸汽，加热筒身一般采用夹套形式。

5.2若加热介质为导热油或高压蒸汽时，加热筒身一般采用半管形式。

转子

安装在蒸发器筒体内的转子由转轴与转架组成。转子由电机、减速机驱动，并带动刮板作圆周运动。转架采用不锈钢精密铸件加工而成，使其强度、几何尺寸、稳定性等都得到有效保证。

刮板

由于刮板的运动，将物料不断地在蒸发面上刮成薄膜，以达到薄膜蒸发的效果。

根据物料的粘度等特性，有下述三种刮板形式可供选择：

(1) 滑动刮板

滑动刮板是一种最基本、最常见的刮板形式。刮板被安装在转子的四条刮板导槽内，由于受转子旋转的离心力作用而沿径向甩向蒸发筒体内壁面，同时随转子一起作圆周运动。刮板的这种刮动，使物料在蒸发壁面上呈膜状湍流状态，极大提高了传热系数，同时这种连续不断的刮动，有效地抑制物料的过热、干壁和结垢等现象。

通常，刮板采用填充聚四氟乙烯材质，它适宜低于150℃的工作温度；当蒸发温度高于150℃时，需采用碳纤维材质。刮板的端面加工有呈一定角度的导液槽。

(2) 固定刮板

固定刮板都采用金属材料，它被刚性连接在转子上，刮板的长度同蒸发筒身，旋转刮板与蒸发筒身内壁的间隙仅为1-2mm，要求较高的加工与安装精度，它适宜特高粘度及易起泡沫物料的蒸发浓缩、脱溶或提纯。

(3) 铰链刮板

这种刮板适宜于易在加热面上结垢的物料，刮板通常采用金属件，采用活动铰链方式将刮板安装在转架上。当转子转动时，由于离心力的作用，刮板被紧压在蒸发筒体内壁，(与壁面)呈一定角度在壁面滑动，将物料刮成薄膜，且防止壁面结垢。

底封头

单独设计的W型底封头，并配置耐高温自润滑轴承，既便于物料的出料，同时，便于底轴承的维护和维修。

刮板蒸发器性能特点

薄膜蒸发器具备的下述独特的优点，是常规膜式蒸发器所不能比拟的：[3]

1.极小的压力损失 在旋转刮板薄膜蒸发器中，物料“流”与二次蒸汽“流”是两个独立的“通道”：物料是沿蒸发筒体内壁(强制成膜)降膜而下；而由蒸发面蒸发出的二次蒸汽则从筒体中央的空间几乎无阻碍地离开蒸发器，因此压力损失(或称阻力降)是极小的。

2.可实现真正真空条件下操作

正由于二次蒸汽由蒸发面到冷凝器的阻力极小，因此可使整个蒸发筒体内壁的蒸发面维持较高的真空度(可达-750mmHg以上)，几乎等于真空系统出口的真空度。由于真空度的提高，有效降低了被处理物料的沸点。

3.高传热系数，高蒸发强度

物料沸点的降低，增大了与热介质的温度差；呈湍流状态的液膜，降低了热阻；同样，抑制物料在壁面结焦、结垢，也提高了蒸发筒壁的分传热系数；高效旋转薄膜蒸发器的总传热系数可高达8000KJ/h·㎡·℃，因此其蒸发强度很高。

4.低温蒸发

由于蒸发筒体内能维持较高的真空度，被处理物料的沸点大大降低，因此特别适合热敏性物料的低温蒸发。

5.过流时间短

物料在蒸发器内的过流时间很短，约土10秒左右，不结焦，不结垢；对于常用的活动刮板而言，其刮动物料的端面有导流的沟槽(见图5)，其斜角通常为45°，改变斜角的角度，可改变物料的过流时间，物料在刮板的刮动下，呈螺旋下降离开蒸发段。缩短过流时间，有效防止产品在蒸发过程中的分解、聚合或变质。

6.可利用低品位蒸汽

蒸汽是常用的热介质，由于降低了物料的沸点，在保证相同Δt的条件下，就可降低加热介质的温度，利用低品位的蒸汽，有利于能量的综合利用。特别适宜作为多效蒸发的末效蒸发器。

7.适应性强、操作方便

独特的结构设计，使该产品可处理一些常规蒸发器不易处理的高粘度、含颗粒、热敏性及易结晶的物料。

旋转薄膜蒸发器操作弹性大，运行工况稳定，且维护工作量小，维修方便

外形尺寸与实际设备尺寸可能略有变动，供参考。以订货后由公司提供的图纸为准；

1.夹套压力：常规按0.4Mpa蒸汽设计，也可按用户要求的另行设计，当采用导热油时，也可另行设计；

2.蒸发内筒真空度：常规按-0.09Mpa(约-680mmHg)，也可按用户要求达到-0.095Mpa(约-720mmHg)和-0.0986Mpa(约-750mmHg)；

3.主筒体(与物料接触部份)及夹套材质：可根据用户及实际需要，采用碳钢、SUS304、316L、316Ti、.310S或钛材、镍材等。

刮膜蒸发器工作原理

物料从大直径端连续不断地进入卧式蒸发器，[4]  被刮膜片加速和分配并立即在加热面上形成一个薄的流动膜。　圆锥型薄膜蒸发器，依赖于转子施于物料一个离心力，这离心力有两个有效力，一个垂直于加热面，另一个朝大直径端体的方向（注意：相同的结果同样出现在 垂直圆锥型薄膜蒸发器里）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。因此，局部物料过热和热降解被减少或完 全消除。
　　在此过程中，轻组份（低沸物）顺流（和液膜同向）穿过卧式薄膜蒸发器进入汽液分离器，在此处经汽液分离所产生的液滴和泡沫被击碎进入液相（高沸物）， 被分离后的汽体进入外置冷凝器或下道工序；重组份（高沸物）沿着加热壁面爬升到小端出口排出。