旋转薄膜蒸发器的应用.docx

旋转薄膜蒸发器的应用董金善 李庆生贺小华( 南京化工大学)摘要介绍了一种新型高效蒸发装置 旋转薄膜蒸发器的结构原理 、性能特点 、技术参数以及在浓碱蒸发中的应用 ,并对该蒸发器的应用前景作了预测 。关键词旋转薄膜蒸发蒸发器旋转薄膜蒸发器 ,也称刮板薄膜蒸发器或机械搅拌 薄 膜 蒸 发 器 , 近 年 来 在 石 油 、化 工 、医药 、食品及环保等行业中获得日益广泛的应用 。南京化工大学化工设备设计研究所 于 1988 年与无锡大众化工厂合作 ,研制了用 于连二亚硫酸钠溶液浓缩用的旋转薄膜蒸发 器 ,取得成功 。继而又开发了将 30 %浓度烧 碱 ( nao h) 溶液浓缩到 50 %以上的薄膜蒸发器进入接收器 。二次蒸汽向上经捕沫器去除夹带的雾滴和泡沫后 ,由二次蒸汽管口排出 流至冷凝器或进入下一工序 。器1。目前 ,该薄膜蒸发器产品已形成两个系列 7 种规格 ,在工业生产中获得广泛应用 。1 结构原理与性能参数旋转薄膜蒸发器结构如图 1 所示 。主要 由上部的驱动部分和下部的蒸发浓缩部分组成 。驱动部分由电机和减速机组成 。轴封处 上端采用机械密封 ,下端采用轴承密封保证 设备的密闭性 。蒸发浓缩部分由转子和装有加热夹套的筒体组成 。转子由分布器 、捕沫 器 、主轴 、沟槽刮板及其支架组成 。设备底部 为浓缩液出口 ,上部侧面为二次蒸汽出口 。旋转薄膜蒸发器采用的 是 降 膜 真 空 蒸发 。操作时 ,物料自进口进入蒸发器内 ,由旋 转的分布器均匀地分布在内壁受热面上 ,被 刮板涂布成薄而均匀的一层膜 ,并强制形成 湍流 ,向下移动吸收夹套传入的热量 ,并迅速 蒸发浓缩 。浓缩液自出料口直接或通过冷却图 1旋转薄膜蒸发器结构简图1 电机 、减速机 ; 2 上端机械密封 ;3 分离筒 ;6 主轴 ;9 夹套 ;4 捕沫器 ;7 刮板 ;10 底封头 ;5 分布器 ;8 筒体 ;11 下端密封 ;12 支座目前开发的旋转薄膜蒸发器的规格及性 董金善 ,男 ,1964 年生 ,讲师 。江苏省南京市 ,210009 。化工机械1997 年338能参数见表 1 。表 1薄膜蒸发器主要技术参数表 1 中所列的 gxz 系列采用的是刚性转子 ,对筒体的圆度要求很高 ,筒身必须精加 工来保证圆度 。hrz 系列采用挠性转子 ,转子上的刮板与筒体内壁面接触时具有较大的 回转余地 ,在保证成膜的前提下降低了对筒 身圆度要求 ,仅在卷板时控制卷板精度即可 , 筒身内壁不需要再次精加工 。此外 ,考虑到 降低筒身壁面热阻 ,故筒身可采用不锈钢2碳钢复合板制造2 。2性能特点211传热系数与蒸发强度 由于转子刮板的推动作用 ,使每一块刮板和器壁间隙的前方区形成湍流 ,湍流区的液体不断地和液膜上的液体进行交换 ,传热 表面得到不断更新 ,因而具有很高的传热系 数和蒸发强度 ,传热系数可达 10 450 kj / ( h m2k) 左右3 而一般的标准式碳钢蒸发器 为 3 762 4 598 kj / ( h m2 k) ,强制循环蒸 发器为 7 5247 942 kj / ( hm2 k) ,蒸发强 度可达 100300 kg/ ( m2 h) ,蒸发效率高 。212对热敏性物料的适应性 处理热敏性物料 ,可以采用降低蒸发温度 (真空蒸发) 和缩短受热时间 (膜式蒸发) 两种方法 。为缩短受热时间而开发的膜式蒸发 器有升膜 、降膜 、旋转薄膜等形式4 。然而 ,仅有较短的受热区停留时间是不够的 ,还需有较窄的时间分布 。图 2 示出了旋转薄膜蒸 发器与降膜蒸发器停留时间 分 布 曲 线 之 对 比 。图中任一区间 t t +t 内曲线下的面 积表示 物 料 处 于 该 区 间 的 几 率 ( g 表 示 流量) :f ( t ) t = g/ g图 2物料停留时间分布曲线可以看出 ,就物料在受热区的平均滞留 时间而言 ,两者无明显差别 ,但旋转薄膜蒸发器具有更窄的时间分布 ,这是其他膜式蒸发 器难以企及的 。213对粘稠 、结垢和结晶物料的适应性 旋转薄膜蒸发器工作时 ,由于刮板在离 心力作用下紧贴于蒸发器内壁 ,膜的厚度极项目gxz21gxz22gxz24gxz26gxz28gxz210hrz220蒸发面积/ m2 设备内真空度/ 133 . 32 pa 夹套内压力/ m pa16500 . 2526500 . 2546500 . 2566500 . 2586500 . 25106500 . 25206500 . 25设备内 夹套内 100 150 100 150 100 150 100 150 100 150 100 150 100 150介 质设备内 夹套内物 料 蒸 汽物 料 蒸 汽物 料 蒸 汽物 料 蒸 汽物 料 蒸 汽物 料 蒸 汽物 料 蒸 汽材 质主 体 夹 套不锈钢 碳 钢不锈钢 碳 钢不锈钢 碳 钢不锈钢 碳 钢不锈钢 碳 钢不锈钢 碳 钢不锈钢 碳 钢直径/ mm安装高度/ mm3003 5004004 0005005 0006006 0008007 0009007 5001 40010 100第 24 卷第 6 期化工机械339薄 ,约 为 0 . 03 mm4 。正 常 情 况 下 , 料 液 成膜 、翻搅及流 动 均 由 刮 板 机 械 地 强 制 进 行 。 刮板具有斜向沟槽 ,刮动时对料液产生向下 的推力 ,即使处理高粘性物料也不致于出现 结焦和结垢等现象 。214生产能力和成品浓度的可调性 旋转薄膜蒸发器的成品浓度可调节幅度很大 ,可超过设计浓度的 20 %以上 。而一般 蒸发器蒸发能力和成品浓度通常在工艺条件 确定后 ,只能在极小的范围内波动 。生产实践证明 ,由南京化工大学化工设备设计研究 所开发研制的用于碱液蒸发的旋转薄膜蒸发操作 。可用低压蒸汽 ( 0 . 25m pa) 加热 , 动力消耗低1 ,4 。3 应用范围旋转薄膜蒸发器在石油 、化工 、医药 、食 品 、环保等领域的应用大致可分为 4 类 :a . 加工热敏性物料 。树脂和高分子材 料 ;在高真空和适当的温度下 ,物料要求停留 时间短的场合 。b . 加工粘性流体 。浓的单体 、高分子和 其他的粘度为 500 pas 或更高的流体 。c . 趋向结垢的物料 。由于转子叶片给 予物料造成高度的湍流和局部混合 ,所以对 此类物料有良好的加工性 ,即使是有机物盐 类也可适用 。d . 蒸发和水蒸气提取 、化学反应 、两相流体 (不相混液体 、酱状物 、悬浮液) 同向流动 操作 , 高的平均裂化 、多效蒸发 、脱 臭 、脱 气 等 。具体应用范围见表 2 。器 ,其蒸发能力可在 80 150 kgh o / ( h m2 )2范围内调节 ,浓度可在 45 %60 % ( wt ) 范围内调节2215。对操作条件的宽容性旋转薄膜蒸发器对操作条件有较大的宽容性 。当温度 、压力比以及进出料量发生波 动时 ,容易调节恢复稳定 ,在低负荷时也易于表 2薄膜蒸发器应用情况橡4浓碱蒸发中的应用国内大多数烧碱厂电解出的 10 % ( wt )左右 氢 氧 化 钠 溶 液 , 再 经 三 效 蒸 发 浓 缩 成30 %浓度的中碱 ; 少部分厂家采用离子膜法 制烧碱 ,精制盐水通过离子膜后碱液浓度达到 30 %以上 。由于 30 %以上的碱液具有极强的腐蚀性 ,工艺要求蒸发须在较高温度下 进行 ,从而一般的浓效蒸发器都采用昂贵的镍材制造 ,投资巨大 ,而且效率不高 。现国内 大多数氯碱厂生产的液碱浓度均只在 30 %行业物料加工行业物料加工行业物料加工医药抗菌素溶液 高粘性物料 热敏性物料维生素浓 缩 浓 缩 浓 缩浓 缩化 工 及 石 油 化 工氯化石油脂 三氯化钛 氧化锰硅 油 腊 油聚乙烯醇 保险粉 甲苯二异腈酸琥珀酸 烧碱溶液 高 醇苯乙烯单体蒸 馏 蒸 馏 蒸 馏蒸 馏 蒸 馏浓 缩 浓 缩 浓 缩浓 缩 浓 缩 精 馏精 馏合 成 树 脂、 胶和纤 维环氧树脂 聚丙烯 二烯橡胶尼龙六 尼龙六六聚脂纤维素 对苯二甲酸盐 聚碳酸树脂己内酰铵 聚丁烯 聚丁二烯聚乙烯去溶剂 去溶剂 去溶剂去溶剂 去溶剂去溶剂 浓 缩 浓 缩精 馏 蒸 馏 浓 缩浓 缩食品饮 料 凝胶体氨基酸蜂 蜜浓 缩 浓 缩浓 缩脱 水油脂甘 油 脂肪酸 卵磷酸溶剂油精 馏 精 馏 脱 水脱 水化工机械1997 年340规格有 6 m2 、8 m2 、10 m2 及 20 m2 4 种 ,其生产 能力见表 3 。表 3液碱蒸发器生产能力左右 ,其应用和销售领域均受到限制 。旋转薄膜蒸发器是在降膜真空蒸发的同 时 ,利用转子上的刮板 ,对沿筒身流下的碱液 实现了液膜状流动 ,并给予膜层连续不断的 搅动和更新 ,因而具有很高的传热系数和蒸发 强 度 , 从 而 可 以 在 较 低 的 蒸 发 温 度 ( 75 ) 下进行碱液的进一步浓缩 ,降低能 耗 ,使设备材 质 可 以 选 用 不 锈 钢 代 替 镍 材 。 目前已在国内 30 余家氯碱厂先后投入使用 , 应用效果良好 。411工艺流程液碱浓缩工艺流程如图 3 所示 。该流程 是一连续操作过程 ,物料由高位槽经蒸发器 后即达到所需浓度 ,毋需循环 ,出料成品浓度 可由进料和阀门予以控制 。该流程的特点是在不改变原来生产 30 %液碱流程的基础上 ,采用旋转薄膜蒸发器 ,利用低压蒸汽 ( 0 . 25m pa) 作加热源 , 使得中小型企业将 30 %液 碱进一步浓缩至 50 %或更高 ,从根本上解决 了原来的浓效蒸发器在蒸发过程中的采盐和管道与泵的堵塞以及需经常洗罐等问题 。413应用效果几年来 ,由南京化工大学开发研制的用2 )于碱液蒸发的旋转薄膜蒸发器 ( 620 m 已先后在南京化工厂 、安徽歙县树脂厂 、烟台氯 碱厂以及石家庄电化厂等 30 余家氯碱厂投 入使用 。使用结果表明 :a . 机械设计安全可靠 , 能够长期运转 ; 材料有足够的耐腐蚀性能 ,能满足工艺设计 要求 。b . 使用低压蒸汽 ( 0 . 25m pa) 作为载 热体时仍具有很高的传热效率 ,传热系数高 达 10 450 kj / ( hm2 k) 。c . 较低温度 ( 75 ) 下蒸发 ,使用了普 通奥氏体不锈钢代替镍材制作蒸发器 ,并且在高浓度 (60 %) 条件下具有很好的耐腐蚀 性 ,大大降低了设备投资费用 。d . 由于刮板将蒸发过程中结晶出的 、附 着堆积在内筒壁上的盐垢随时刮去 ,从根本 上解决了蒸发器的洗罐问题 。e . 生 产 能 力 大 , 产 品 浓 度 可 调 范 围 广 (45 %60 %) ,尤其适合中小型氯碱厂推广 应用 ,5 结束语实践证明 ,旋转薄膜蒸发器作为一种新 型高效蒸发设备 ,具有以下突出的优点 :(下转第 354 页)图 3薄膜蒸发器浓缩碱液工艺流程图1 高位槽 ;4 三通管 ;7 接受储罐 ;10 凉水塔 ;2 流量计 ;5 视镜 ;8 冷凝器 ;11 清水泵3 蒸发器主机 ;6 膨胀短节 ;9 水喷射器 ;412设备规格及生产能力目前 ,用于液碱蒸发的旋转薄膜蒸发器蒸发器规 格m2nao h 溶液浓度/ %蒸发器产 量kgh - 1年产量t a - 1进料出料6881020303042303050506050504205566946941 4003 0004 0005 0005 00010 000化工机械1997 年354不能及时透过垢层 ,导致垢层与金属表面之间溶液的 p h 下降 。随着点蚀的进行 , 垢下 溶液的 cl - 浓度升 高 , p h 下 降10 。这 种 强 侵蚀性的介质条件 ,使垢层下面的金属保持 着活性状态 ,点蚀得以继续发展 。而补焊点由于 mo 含量明显高于母材 , 因此不成为新 的点蚀源 。5 讨论511 氯醇法生产环氧丙烷是一个腐蚀 性比较大的工艺方法 ,主要是氯气 、盐酸及氯离子等含氯介质引起的腐蚀 。512氯醇法生产环氧丙烷中涉及的腐 蚀问题大都有可采取的对策 ,如 :聚四氟乙烯 衬里管道 、衬钛设备 (包括反应器及贮槽等) 、 钛制换热器 、钛制压缩机等 ,但是 ,防腐蚀的投入比较大 。513 从实际使用的情况看 ,国产聚四氟 乙烯 衬 里 管 道 完 全 可 以 取 代 日 本 进 口 的 teflo n 管道 。国产的钛制设备也能满足生产 工艺的需要 。514 氯醇反应器 、氯醇贮槽 、氯醇输送 泵 、氯醇换热器采用全钛或衬钛制造 ,使用九 年未发现明显腐蚀 ,选材得当 。515金陵装置的碱洗塔采 用 316l 不锈钢制造 ,成本较高 ,从使用的效果看也不太 理想 。同类装置中的天津大沽装置和山东辛 店装置则采用碳钢制造 ,表面喷涂聚偏二氟 乙烯 ,表面光滑似陶瓷 ,使用效果良好 ,值得推广 。参考文献( 国家) 环氧丙烷行业调查组 1 关于环氧丙烷生产情况的调查报告 ,1992113化工部化工机械研究院 1 腐蚀与防护手册 1 第一版 1北京 :中国工业出版社 ,19911532540左景伊 1 腐蚀数据手册 1 第一版 1 北京 :化学工业出版 社 ,1982177902金锐 1 钛和钛合金在氯化物工况的耐蚀性和应用 1 化 工腐蚀与防护 ,1988 ,16 ( 2) :413乌迪玛 1 有机中间体生产设备防腐蚀 1 第一版 1 北京 :中国工业出版社 ,196416273walter l , sheppard. key to qualit y maso nry lining. chemical engineering ,1989 ,96 ( 3/ 4) :191193 金陵石化设备研究院 1 不锈钢在 t2101 介质中的电化 学研究 1 金陵石化 1995 年课题总结 ,199512 火时中 、翁端 1 金属材料的小孔腐蚀 1 腐蚀科学与防护 技术 ,1990 ,2 ( 2) :16金陵石化设备研究院 1 t2101 腐蚀原因分析与防护 1 金 陵石化 1995 年课题总结 ,1995118( 收稿日期 :1997206216 ,修回日期 :1997208226)123456789(上接第 340 页)a . 传热系数高 ,蒸发强度大 ;b . 在具有较短的受热区停留时间 ( 几秒 到几十秒) 的同时 ,还具有较窄的时间分布 ,特别适用于热敏性物料的提浓 ;c . 由 于 刮 膜 作 用 , 能 轻 易 地 处 理 粘 稠 的 、易结垢的 、易结晶的和含杂质的物料 ;d . 生产能力大 ,产品浓度可调范围广 ;e . 操作方便 , 易于保养维修 , 适用各种 操作条件 。可以预见 ,旋转薄膜蒸发器将会在石油 、化工 、医药 、食品及环保等领域的蒸馏 、分离 、汽提 、脱臭 、脱气和反应等操作中获得越来越 多的应用 ,同时也会创造更高的经济效益 。 参考文献1袁一明等. 一种新型高效的浓碱液蒸发装置. 江苏氯碱 ,1992 ( 2) :2326李庆生等. 旋转薄膜蒸发器在浓碱蒸发中的应用及改 进. 化工机械与动力技术 ,1996 ( 2) :4748尹侠等. 用于浓碱液蒸发的旋转薄膜蒸发器. 氯碱工业 ,1994 ( 6) :1013韦佩英 1 旋转薄膜蒸发器及其新型设备与流程 1 现代 化工 ,1996 ,16 ( 3) :3033( 收稿日期 :1997206216)234第 24 卷第 6 期化工机械367software de sign of co mp ut er che ck and co ntrol syst e m. huping , qiang ping ( nanjing u niversit y of chemical technolo2p resented ,t hey are available fo r reference .key wo rds : epo xy pro nane ,co rro sio n ,co unter measuregy ,nanjing ,j iangsu ,china)( 334)the sof t ware design of co mp uter check and co nt rol sys2 tem fo r a test device fo r co mp rehensive p ropert y of seal gasket s was p resented.key wo rds : sof t ware , program mo duleapplicatio n of ac fre quency co nver sio n sp e e d re gulato r s in lo w p re ssure co al p ulp p ump s . wang yo ngping ( shando ngchemical indust ry gro up co rpo ratio n , tengzho u , shando ng ,china)( 355)key wo rds : coal pulp pump , frequency co nversio nspeed regulato rapplicatio n of rot ating thin2film e vapo rato r s . do ng j in2shan , li qingsheng , he xiao hua ( nanjing u niversit y ofchemical technology ,nanjing ,j iangsu ,china)( 337)relia bility re se arch chara ct eri stic s and p ro gra m of p re s2sure pip eline s with def e ct s . zho u j ianqiu ,shen shiming ( nan2jing u niversit y of chemical technology ,nanjing ,j iangsu ,chi2the st ruct ure p rinciples , perfo r mance characteristics , technical parameters , and applicatio n of rotating t hin2film e2 vapo rato rs in evapo ratio n of co ncent rated alkali were p resent2 ed ,and t he p ro spect of t he evapo rato rs was given .key wo rds : rotatio n , thin film evapo ratio n , evapo rato rna)( 356)the reliabilit y researches of p ressure pipelines wit h de2fect s in so me fo reign co unt ries were summarized in fo ur as2 pects , t he limitatio n was analysed , and t he f ut ure research t rend was p ropo sed.key wo rds :defect , pressure pipeline , reliabilit yde sign of se al cla mp s with p re ssure and imp ro ve ment sof se al structure . hu yiwei ( organic syst hesis plant , j ilinchemical indust ry co rpo ratio n ,j ilin ,j ilin ,china)( 341)the t heo retical mo dels , fo r mulas , and imp rovement s of t he clamp s in seal technology wit h p ressure were p resented.key wo rds : seal clamp wit h pressure , calculatio n fo r2mula ,seal imp rovement .the st atu