多效降膜式蒸發(fā)器的工作原理及相關(guān)要點

1、中國制藥裝備·2009年11月·第11輯蒸發(fā)（或稱濃縮）是指將含有非揮發(fā)性溶質(zhì)和揮發(fā)性溶劑組成的溶液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮的過程，主要是利用加熱作用使溶液中一部分溶劑汽化而獲得。蒸發(fā)工藝在制藥生產(chǎn)中應(yīng)用較多，如中藥生產(chǎn)方面是將提取液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮而得到濃縮液或流浸膏，又如在抗生素生產(chǎn)中蒸發(fā)操作用于發(fā)酵濾液、樹脂洗脫液以及各種提取液的濃縮。蒸發(fā)設(shè)備一般稱為蒸發(fā)器，其構(gòu)造與種類繁多，而且其發(fā)展歷史久遠(yuǎn)。從操作方式可分為單效蒸發(fā)、多效蒸發(fā)和直接接觸蒸發(fā)；按流體循環(huán)方式可分為不循環(huán)型蒸發(fā)、自然循環(huán)型蒸發(fā)、強(qiáng)制循環(huán)型蒸發(fā)、刮膜式蒸發(fā)及離心式薄膜蒸發(fā)。設(shè)計時針對不同的物料用不同的蒸發(fā)器。正確的應(yīng)用

2、不僅能提高產(chǎn)品的質(zhì)量，又能節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益。其中，降膜式蒸發(fā)器是現(xiàn)代蒸發(fā)技術(shù)中常見的單元操作，本文將對多效降膜式蒸發(fā)器的特點及相關(guān)要點作一探討。1降膜式蒸發(fā)器概述1.1降膜式蒸發(fā)器簡介工作原理：物料由加熱室頂部加入，經(jīng)液體分布器分布后呈膜狀向下流動。在管內(nèi)被加熱汽化，被汽化的蒸汽與液體一起由加熱管下端引出，經(jīng)氣液分離后即得到濃縮液。在降膜式蒸發(fā)器的操作過程中，由于物料的停留時間很短（約510s ），而傳熱系數(shù)很高，因此其較廣泛地應(yīng)用于熱敏性物料，也可以用于蒸發(fā)粘度較大的物料，但不適宜處理易結(jié)晶的溶液。1.2降膜式蒸發(fā)器與升膜式蒸發(fā)器比較降膜式蒸發(fā)器與升膜式蒸發(fā)器的性能比較如

3、表1所示。2多效降膜式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)多效降膜式蒸發(fā)器由蒸發(fā)器、分離器、預(yù)熱器、冷凝多效降膜式蒸發(fā)器的工作原理及相關(guān)要點范建兵（常熟市春來機(jī)械有限公司，江蘇常熟）摘要：從降膜式蒸發(fā)器的概述入手，闡述了多效降膜式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)，并對多效降膜式蒸發(fā)器的工作原理、流程及相關(guān)要點作了探討。關(guān)鍵詞：降膜式蒸發(fā)器；多效；工作原理；流程；相關(guān)要點表1降膜式蒸發(fā)器與升膜式蒸發(fā)器的性能比較造價溶液在管內(nèi)的流速（m s ）停留時間完成液濃度能否恒定濃縮比處理量降膜式廉良好高0.41短尚能高大較適好適不適良好不適升膜式廉高良好0.41短較難高大適尚好好尚適良好不適總傳熱系數(shù)稀溶液高粘度對溶液性質(zhì)的適應(yīng)性稀溶液高粘度易生泡

4、沫易結(jié)垢熱敏性有結(jié)晶析出類型裝備應(yīng)用與研究Zhuangbeiyingyong yu Yanjiu46機(jī)電信息2009年第32期總第242期器、凝水罐、循環(huán)泵等部件組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。2.1蒸發(fā)器蒸發(fā)器為列管式換熱器，管程通液體物料，殼程通加熱蒸汽，液體物料從蒸發(fā)器的頂部進(jìn)入，經(jīng)過分布器進(jìn)入加熱管，液體物料沿加熱管往下流，并被加熱蒸發(fā)，直至加熱器底部，濃縮的液體和蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)入分離器進(jìn)行分離，其底部裝有控制布水的液位開關(guān)。作用：對液體物料加熱、蒸發(fā)。2.2分離器分離器為單層結(jié)構(gòu)的罐，上部的二次蒸汽接口與冷凝器相通，下部的接口與蒸發(fā)器連通。作用：使加熱后產(chǎn)生的二次蒸汽與濃縮液體汽液分離

5、。2.3預(yù)熱器預(yù)熱器為臥式列管式換熱器，管程通液體物料，殼程通蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽。作用：（1）對進(jìn)入蒸發(fā)器的液體物料進(jìn)行預(yù)先加熱；（2）將二次蒸汽進(jìn)行冷卻以便于對其進(jìn)行回收利用。2.4冷凝器冷凝器為臥式列管式換熱器，管程通冷卻水，殼程連接預(yù)熱器的殼程。作用：將二次蒸汽進(jìn)行冷凝以便于對其進(jìn)行回收利用。2.5凝水罐凝水罐為單層結(jié)構(gòu)的罐，罐體裝有控制液位的液位開關(guān)。作用：通過與出口處的泵連接，能實現(xiàn)自動排放罐內(nèi)的冷凝液。3多效降膜式蒸發(fā)器的工作原理及特點3.1多效降膜式蒸發(fā)器的工作原理以三效為例，多效降膜式蒸發(fā)器的流程如圖2所示。工作原理：物料稀溶液經(jīng)原料泵進(jìn)入第三效循環(huán)泵的吸入口，用泵升壓后，經(jīng)預(yù)

6、熱器進(jìn)入第三效蒸發(fā)器頂部的進(jìn)料室，再進(jìn)入加熱管加熱蒸發(fā)后進(jìn)入分離室，汽、液在此分離，溶液從底部流入泵吸入口，用泵送預(yù)熱器、進(jìn)料室、加熱管、分離室進(jìn)行循環(huán)流動與蒸發(fā)。蒸發(fā)出來的蒸汽由分離室側(cè)面進(jìn)入分離器進(jìn)一步把蒸汽夾帶的液滴分離出來，由分離器底部流回分離室，而潔凈的二次蒸汽排出后進(jìn)入冷凝器被全部冷凝。循環(huán)泵的出口有一支路把溶液送到第二效的泵吸入口，按照與第三效相同的方式進(jìn)行工作，第二效的二次蒸汽送入第三效作為加熱蒸汽。同樣，第二效泵出口有一支路把溶液送入第一效泵吸入口。第一效操作與另二效基本相同，第一效的二次蒸汽送入第二效作為加熱蒸汽。第一效的加熱蒸汽則由鍋爐直接供給，冷凝水返回鍋爐房。此外，泵

7、出口有一支路排放濃縮液，調(diào)節(jié)排放量以保持排放液的濃度。逆流操作時，濃溶液出料口在第一效，溫度較其他各效高，可使溶液粘度有所下降，有利于濃度較高溶液的濃縮，可得到75%的濃縮液。圖1多效降膜式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖1預(yù)熱器2冷凝器3凝水罐4蒸發(fā)器5分離器6循環(huán)泵Zhuangbeiyingyong yu Yanjiu 裝備應(yīng)用與研究47中國制藥裝備·2009年11月·第11輯各效蒸發(fā)器均裝液位控制器，配合進(jìn)口管路的控制閥保持各效液面恒定。鍋爐供汽管路裝有控制閥，根據(jù)第一效加熱蒸汽壓力的傳感器及壓力控制器來控制閥門達(dá)到加熱蒸汽壓力恒定的目的。各效所排放的冷凝水均匯集至凝水罐，罐側(cè)面裝有

8、液位控制器，配合排液泵出口管的控制蒸發(fā)器液位至規(guī)定高度。3.2多效降膜式蒸發(fā)器的特點（1）結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、占地面積小、安裝操作方便；（2）生產(chǎn)效率高、蒸發(fā)量大；（3）節(jié)能效果顯著，能耗僅為一般降膜式蒸發(fā)器濃縮生產(chǎn)時的13左右。QA Q 0.45，QB Q 8（Q 為清水蒸發(fā)量，QA 為蒸汽耗量，QB 為冷卻水耗量）；（4）系統(tǒng)可控制，系統(tǒng)采用PLC 編程，設(shè)備工藝參數(shù)可設(shè)定、控制，原料液和冷卻水均可自動控制。系統(tǒng)控制精度：溫度±1，壓力±0.01MPa ，液位高度±10mm 。4對多效降膜式蒸發(fā)器相關(guān)要點的探討4.1加熱蒸汽的利用蒸發(fā)是一個消耗大量加熱蒸汽而產(chǎn)

9、生大量二次蒸汽的過程。從節(jié)能觀點出發(fā)，多效降膜式蒸發(fā)器充分利用蒸發(fā)所產(chǎn)生的二次蒸汽作為其他效加熱系統(tǒng)的熱源，即要求蒸發(fā)裝置能提供溫度較高的二次蒸汽，這樣既可減少鍋爐生蒸汽的消耗量，又可減少末效進(jìn)入冷凝器的二次蒸汽量，提高蒸汽的利用率。一般所用的飽和蒸汽不超過180，若超過180，其相對壓強(qiáng)就很高，這樣會增加熱設(shè)備與操作費用。多效降膜式蒸發(fā)器的蒸發(fā)旨在節(jié)省加熱蒸汽。如果首效采用較高壓力的加熱蒸汽，則末效可以采用常壓蒸發(fā)或低真空蒸發(fā)。此時，末效產(chǎn)生的二次蒸汽具有較高的溫度，其熱能絕大部分被利用。4.2蒸發(fā)器的效數(shù)在多效蒸發(fā)中，將前一效的蒸汽作為后一效的加熱圖2多效降膜式蒸發(fā)器流程示意圖裝備應(yīng)用與研

10、究Zhuangbeiyingyong yu Yanjiu48機(jī)電信息2009年第32期總第242期蒸汽，所以多效蒸發(fā)能節(jié)省生蒸汽的消耗量。但不是效數(shù)越多越好，其效數(shù)受技術(shù)與經(jīng)濟(jì)上的限制。（1）多效蒸發(fā)隨效數(shù)的增加，在總蒸發(fā)量相同時所需生蒸汽量則減少，操作費用降低。但效數(shù)越多，其設(shè)備費用也越高，且隨著效數(shù)的增加，所節(jié)省的生蒸汽量則越來越少。（2）理論上效數(shù)過多，蒸發(fā)操作將難以進(jìn)行。一般而言，多效蒸發(fā)的第一效加熱蒸汽溫度和冷凝器的操作溫度都是受到限制的，多效蒸發(fā)理論傳熱總溫度差（即上述二溫度之差值）也是受到限制的。在具體操作條件下，當(dāng)效數(shù)增多時，各效溫度差損失之和隨之增大，因而有效總溫度差減小。當(dāng)

11、效數(shù)過多時，有效總溫度差很小，分配到各效的有效總溫度差將會小得無法保證各效正常的沸騰，蒸發(fā)操作難以進(jìn)行。究竟效數(shù)多少？則要看被蒸發(fā)物料特性。經(jīng)驗告訴人們，一般電解質(zhì)溶液，其沸點升高較快，可取23效；一般非電解質(zhì)溶液，其沸點升高較慢，可取46效。4.3多效降膜式蒸發(fā)器的流程在多效降膜式蒸發(fā)器中，溶液的流程可以是并流、逆流、平流和錯流，它們之間的比較如表2所示，其選擇主要根據(jù)物料特性、操作方式及經(jīng)濟(jì)性來決定。本文所探討的三效降膜式蒸發(fā)器實例屬逆流，其溶液與蒸氣成逆流。在此實例中，料液由末效加入，依次用泵送入前一效。溶液從后一效進(jìn)入前一效時，溫度將低于該效的沸點。在這種流程中，溶液的濃度越大，蒸發(fā)溫

12、度也越高。因此，各效溶液的粘度不會相差太大，因而傳熱系數(shù)均勻。5結(jié)語本文從降膜式蒸發(fā)器的概述入手，闡述了多效降膜式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)，并對多效降膜式蒸發(fā)器的工作原理、流程及相關(guān)要點作了探討?？梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論：（1）不管是降膜法還是升膜法，應(yīng)根據(jù)被蒸發(fā)溶液特性而選擇；（2）從節(jié)能角度出發(fā)，降膜式蒸發(fā)器應(yīng)選擇多效。但不是效數(shù)越多越好，應(yīng)從技術(shù)與經(jīng)濟(jì)方面綜合考慮；（3）多效降膜式蒸發(fā)器流程的確認(rèn)，也應(yīng)根據(jù)被蒸發(fā)溶液特性而定。參考文獻(xiàn)鄧修中藥制藥工程與技術(shù)上海：華東理工大學(xué)出版社，蒸發(fā)與結(jié)晶化學(xué)工程手冊北京：化學(xué)工業(yè)出版社，收稿日期：20090920作者簡介：范建兵（1973），男，江蘇常熟人，工程師，研究方向：中藥提取濃縮設(shè)備及化工機(jī)