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降膜蒸发器、刮膜蒸发器及其他的设计特点,蒸发器选型考虑因素(三)

作者:   时间:2023-03-22   浏览次数:1463

升/降膜蒸发器

升膜蒸发器和降膜蒸发器有时结合成一个升/降膜蒸发器,以结合两者的优点(图6)。当需要较高的蒸发进料比、浓缩液为黏液时,管束可分为两段,第一段作为升膜蒸发器,第二段作为降膜蒸发器(5)。

原料进入升膜部分的管板底部。液体通过管道上升时开始沸腾,液体和蒸汽的混合物被排出并重新分布在降膜管的顶部。升膜管产生的蒸汽有助于液体在管道上的分布,并且增加了液体的速度,从而增加了传热。来自下降流体的蒸汽和液体的混合物在外部的分离器中分离。

升降膜蒸发器的优点是:

•相对较低的停留时间

•相对较高的传热速率

•相对较低的成本

•可以建造成大型单元

•较低的停留时间

•较小的占地面积

•在广泛的业务范围内良好的传热。

缺点包括:

•厂房高度要求高

•经常需要再循环

•通常不适合盐渍或有污染性液体。

升降膜蒸发器最好应用于处理干净的液体或易发泡液体,以及需要大量蒸发负荷时。

图6

板式蒸发器

板式蒸发器(图7)是通过在顶部承载杆和底部导杆之间安装一些具有角部开口的压花板来构造的。当一系列的板被固定在框架中时,所述板被密封并被设置形成窄行流通道。

根据衬垫的不同,流体以串联或平行的方式穿过板之间的相邻层。垫圈防止流体逃逸到大气中,加热介质在隔板之间流动。

这些系统可以作为升膜蒸发器、降膜蒸发器或升/降膜蒸发器。

针对具体应用进行适当的设计,可以达到非常高的速度和传热系数。高速度有助于最大限度地减少加热表面的结垢或盐渍。板式蒸发器的换热面相对较小,为了优化传热并保持较低的散热温度,板式蒸发器通常在较低的压力下工作。

板式蒸发器的优点是:

•适合蒸发热敏感、粘稠和易起泡材料

•结构紧凑,所需厂房高度低

•容易清洗和改造。

板式蒸发器一个主要的缺点是衬垫面积大。通过选择适当的垫片并遵循适当的组装程序,可以避免泄漏(5)。

板式蒸发器的典型应用是剥离脱除,从聚合物中去除单体和除臭。

图7

刮膜蒸发器

对于难以处理的原料,一种更有用的蒸发器类型是刮膜式膜蒸发器(图8)。虽然管式蒸发器已经成功地应用于各种原料,但是它们在热敏性、粘稠、易结垢或高沸点液体方面的应用不太成功。由于停留时间长、传热表面结垢、管道堵塞以及高粘度导致的低传热和高压降是常见的问题。

刮膜蒸发器成功地克服了产品难以处理的问题。简单地说,该方法通过控制条件,利用间接传热和机械搅拌流体,快速分离出挥发性组分和难挥发性组分。分离通常在真空条件下进行,以最大限度地扩大温差,同时保持最有利的产品温度,以及最大限度地提高挥发性物质的脱除和回收。

各种设计的刮膜蒸发器都可在市场上买到。刮膜蒸发器由两个主要部件组成: 受热体和转子。刮膜式蒸发器类型有立式和卧式两种,转子有多种设计,其与加热套管壁之间的间隙从一定距离到几乎为零,紧贴壁面。

目前运行的大多数刮膜蒸发器都采用立式、柱状、固定距离的转子设计。原料进入加热区上方的单元,并通过转子均匀地分布在体壁的内圆周上(图9)。液体沿壁盘旋而下,而转子叶片产生的弓形波则产生高度湍流,导致高热流密度。挥发性成分迅速蒸发。蒸汽既可以并流流动也可以逆流流动,当它们离开装置时就可以进行冷凝或后续处理,非挥发性组分在底部出口流出。弓形波的连续冲洗可以最大限度地减少热壁的污染,因为热壁是产品或残留物最集中的地方。

刮膜蒸发器具有停留时间短、停留时间分布窄、湍流度高、表面更新快等优点,能够成功地处理热敏性、粘稠和易结垢物料。一个“标准”的刮膜蒸发器通常可以处理粘度为1-50,000 cP 的材料。特殊的输送转子设计可以在50,000到20,000,000立方厘米的范围内运行。低产品库存和在接近平衡条件下的操作对于活性高的产品非常重要。

刮膜蒸发器具有很高的加工灵活性,通常可以设计成在不同的操作条件下加工不同的产品的系统(6)。通常,刮膜蒸发器在2-250毫米汞柱的低压范围内工作。蒸发器采用蒸汽或液体加热介质。

刮膜蒸发器的优点是:

•在加热区停留时间短,以秒至分钟为单位

•由于转子产生的湍流导致的高传热系数

•具有最小返混的平推流动

•处理含固量高和高粘物质

•较少的产品降解,较高的产量

•由于转子对残渣的“挤压”导致的高回收率(7)。

刮膜蒸发器的缺点是其成本高于标准蒸发设备。此外,分段运输或蒸汽压缩的能源回收无法实现。

刮膜蒸发器通常用于以下应用:

•净化不稳定的有机化学物,如天然油、脂肪酸、异氰酸酯、除草剂和杀虫剂

•浓缩食品和药物,如卵磷脂、酶、水果和蔬菜泥,生物溶液、植物和植物提取物、发酵液

•从废物流中回收有价值的资源,例如油漆中的溶剂、从废汽油中提纯甘油、减少无机盐的体积

•热塑性塑料、丙烯酸树脂、酚醛树脂、有机硅聚合物、聚酯和尼龙的脱挥

•危险废物最小化处理,例如:。放射性废物。

刮膜蒸发系统的机械技术和工艺技术已被证明是可靠的,在传统的管式蒸发器难以应用时,应考虑采用这种技术。通常,管式蒸发器和刮膜蒸发器组合是最佳解决方案(6)。

图8

图9

流程要求

在评估工艺和设备之前,必须先确定商业化产品的要求、规格和价值。然后,必须确定生产要求的工艺规范。工艺过程能够生产出收率高、废液少的优质产品,应考虑以下几个因素:

•工艺启动最大限度地提高开工时间并最大限度地减少过程稳定期的产品损失

•停机时,产品滞留率最小化以尽量减少产品损失。

•缩短停留时间,最大限度地减少由于降解而造成的产品损失。

•防止清洗时造成的污染。

•从浓缩残渣中利用产品价值的能力,这减少了废水,并且需要循环再生(或第二阶段)来回收额外的产品。

•能够将浓缩物产品中的易挥发组分脱除到低水平。

选择蒸发器

选择最好的蒸发器可能很容易,也可能很复杂。产品的特性,如高粘度或重杂质粗粒提供了一些方向。然而,对于许多简单的应用来说,所有或多数类型的蒸发器都能很好地处理这些过程。在这种情况下,选择因素可能如下: 产能、小批量生产、过去的工厂经验、可用空间、操作员资质、公用工程要求、维护需求和/或成本。

下表提供了针对特定应用选择蒸发器的一些指导。


通常,对于低产能或多产品间歇生产,最经济的选择是间歇蒸发器或搅拌间歇蒸发器。它简单、价格低廉,可处理多种特性和操作条件可变的产品。它或许需要更多的清洁时间,但它通常是一个低维护系统。

当处理量大时,通常使用连续的工艺流程,管式蒸发器是适用的首选设备。

生产能力、粘度、固含量、结垢和发泡倾向将决定最适合的蒸发器类型以及是否需要循环设计。一般来说,强制循环蒸发器比自然循环更昂贵,但在某些情况下,其较少占地空间下具有较高的传热系数,资金成本大致相同或更低。

如果产品由于具有热敏性、高粘度、含固量高或易产生污染而难以处理,则可能需要采用板式蒸发器或刮膜蒸发器等技术。

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