大型降膜蒸发设备的物料预热及应用.PDFVIP

大型降膜蒸发设备的物料预热及应用 刘殿宇* (黑龙江省安达市金路机械制造有限公司 ) 　　　摘　要　物料预热是降膜蒸发系统的重要组成部分 , 大型蒸发设备的预热过程不能 简单地按小型蒸发设备的预热形式进行设计。随着物料处理量的增大 , 按常规的预 热形式预热物料往往达不到设定温度 , 需按实际情况加以改进。 　　　关键词　降膜蒸发器　预热　设计　应用 　　在蒸发操作中 , 进料温度通常有三种 , 即 沸点、超过沸点和低于沸点 ,前两种不多见 ,后 者最为普遍。 低于沸点温度进料在蒸发设备中 一般均需对物料进行预热。 预热分体内预热与 体外预热两种形式。体内预热是指预热过程在 蒸发器的壳程中完成 , 是以螺旋盘管的形式对 物料进行预热 , 其生产能力不大 , 一般生产能 力小于 10t /h的多采用此方法。这种预热结构 简单、 紧凑 , 成本低 , 应用效果也比较好。如 果蒸发量大于 10t /h , 则其预热结构不能简单 地按体内预热的结构形式设计。实际应用表明 , 按常规的预热形式设计 ,随着生产能力的增大 , 物料预热后的温度往往低于设计值 , 预热末级 温度达不到设计温度 ,且与设计温度相差较大 , 因而生产能力不稳定 ,同时蒸汽耗量也增大。因 此当生产能力较大时可采用体外预热。体外预 热是在蒸发器的体外单独设置物料预热器对物 料进行预热。体外预热器结构形式也比较多 ,它 可分为列管式、 盘管式及板式。 降膜式蒸发设 备应用领域比较广泛 , 现仅以 M TN JM03- 10000型三效降膜蒸发设备浓缩木糖为例 , 介 绍大型蒸发设备中物料预热器的设计过程。 1　主要技术参数 　　蒸发量: 10000kg /h 　　进料量: 12500kg /h 　　进料温度: 20℃ 　　预热后物料温度: 92℃ 　　进料浓度: 5% ( w ) 　　出料浓度: 25% ( w ) 　　进料粘度: 0. 01Pa s 　　 pH值: ≤ 5 　　使用蒸汽压力: 0. 8M Pa 　　各效温度参数: 效数 加热 /℃ 蒸发 /℃ Ⅰ 90 81 Ⅱ 81 66 Ⅲ 66 50 2　预热器结构特点及预热过程计算 　　本蒸发设备物料预热分四级预热 , 其流程 如图 1所示。 第一级为独立预热级 , 位于三效 分离器之上 , 其它三级预热分别在三个效体壳 程中完成。其结构特点是采用双排螺旋盘管进 * 刘殿宇 , 男 , 1962年 5月生 , 高级工程师。 安达市 , 151400。 17《化工装备技术》 第 24卷 第 4期 2003年 行预热。预热过程为: 进料 20℃ Ⅰ 级预热 40℃ Ⅱ级预热 61℃ Ⅲ级预热 72℃ Ⅳ级预热 92℃。 图 1　 M TN JM 03- 10000型三效降膜蒸发器 1、 2、 3、 4—— Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 、 Ⅳ级预热 　　进料管径的计算: 料液在预热盘管中的流 速按 1. 2～ 1. 3m /s计算 , 则预热盘管管径为 d 2 4c× 1. 3= 12500 1070× 3600 即 d= 0. 056m 取 60× 2不锈钢管。物料密度为 1070kg /m3。 　　以第一个预热级为例 , 计算其预热盘管的 管长。物料由 20℃预热至 40℃所需要的热量为 Q= 12500× 2. 93( 40- 20)= 732725k J /h 物料的预热过程是一个无相变的变温过程。第 一级物料预热器位于末效分离器之上 , 利用末 效二次蒸汽进行预热 , 末效二次蒸汽温度为 50℃ , 因此按并流计算其对数平均温差: Δtm= 30- 10 ln 30 10 = 18. 2℃ 所需加热面积: F= Q ΔtmK= 732725 18. 2× 4187= 9. 62m 2 其中传热系数 K = 41 87 k J / ( m2 K h )。按 60× 2管计算预热管管长 , 则 L= 9. 62 0. 058c= 52. 8m 　　但是 , 如果按上述管径制造预热器 , 在实 际应用中从排出管测定的料液温度往往低于设 计值 , 其实测温度在 30℃左右。温度低的主要 原因不是计算有误 , 而是管径太大 , 料液受热 不均、热不透。将 60× 2管单排盘管改为 40 × 2管双排盘管的结构形式 , 则实测的料液排 出温度与设计温度值基本是符合的。虽然把原 来的单排盘管改为双排盘管 , 材料增加了 , 但 其应用效果是好的。 　　除了采用上述方法外 , 还可以采用体外预 热的方法 , 例如采用列管式换热器预热 , 如图 2(a )所示。 近年来在淀粉糖行业中也有采用板 式热交换器作预热器的 ,其预热形式如图 2( b) 所示。板式热交换器的特点是传热效果好 , 结 构紧凑 , 占地小 , 但易结垢且清