前言

蒸發器應用領域廣泛,在食品、制藥、飼料、化工以及工業廢水處理等都有廣泛的應用。目前常用的蒸發器種類有外循環蒸發器、強制循環蒸發器、降膜式蒸發器、刮板薄膜式蒸發器以及混合式蒸發器等。這些蒸發器在不同領域內都得到了成功的應用。隨著我國經濟的快速發展,蒸發器應用領域也正在不斷地擴展。其中降膜式蒸發器應該是所有蒸發器的代表。本書以降膜式蒸發器的工藝設計計算為主,同時對其他常用的蒸發器也通過實例進行了詳細的工藝設計計算闡述。

降膜式蒸發器有別于其他型式的蒸發器,首先,料液在蒸發器中受熱溫度較低(加熱溫度大都低于100℃),大都是在真空減壓下加熱完成蒸發,屬于低溫蒸發。而且連續進料連續出料,蒸發速率快,料液在蒸發器中停留時間短,最大限度地保證了料液中有益元素不被破壞。因此,這種蒸發器不僅適合于非熱敏性物料的蒸發,尤其還適合于熱敏性物料的蒸發。如在乳品、蛋品、果汁、咖啡、飲料、茶浸漬液、味精、淀粉糖等食品行業以及醫療保健用品等工業生產中都得到了成功的應用。其次,節能效果好。采用多效蒸發及熱壓縮技術(或機械壓縮技術),可充分利用二次蒸汽作為加熱熱源,節能效果顯著,在生產實踐中獲得了良好的經濟效益及社會效益。一臺三效降膜式蒸發器在單位時間(1h)內,每蒸發1t水大約需要換熱面積為50m2左右(設備內無殺菌裝置)。蒸發濃度較高的料液其蒸發面積甚至更大。因此,一次性投資相對較大。降膜式蒸發器的設計過程比較煩瑣,設計首先要進行蒸發器的工藝計算,即通過物料及熱量衡算確定出蒸發器的換熱面積、預熱面積及相關零部件等。物料性質、工藝參數及其工藝要求不同,降膜式蒸發器的結構型式差異也較大。

外循環蒸發器生產效率雖然不是很高,但是在中草藥、骨頭湯以及有機溶劑等回收上也都有應用。外循環蒸發器一般適合于耐熱溫度較高、黏度較大、易結垢結焦的物料的蒸發上,其加熱溫度較高,傳熱溫差較大,因此,傳熱面積相對較小,一臺單效外循環蒸發器一般每蒸發1t水所需要的換熱面積僅在15m2左右。

強制循環蒸發器主要應用于易結垢結焦甚至在蒸發過程中有晶體析出的物料的蒸發上,如番茄醬、谷氨酸二次母液,酸、堿、鹽類及廢水等的蒸發濃縮上,強制循環蒸發器每蒸發1t水所需要的換熱面積因物料及物料蒸發程度的不同差別也較大,如在番茄醬上其換熱面積就很小,一臺三效強制循環蒸發器一般不超過30m2,而在廢水蒸發上一臺三效強制循環蒸發器一般不小于65m2,在MVR蒸發器中換熱面積就更大。

MVR蒸發器是近年來在工業廢水處理上應用比較多見的蒸發器,因其利用蒸汽壓縮機將二次蒸汽全部壓縮提高其溫度壓力,作為加熱蒸汽熱源再利用,其節能效果顯著。廢水成分復雜,對設備腐蝕嚴重、結垢嚴重,經常伴有結晶析出,含鹽類的廢水沸點升高又特別大,再加上設備結構上的特殊性決定該類蒸發器換熱面積很大,一臺單效MVR蒸發器(或并聯雙效MVR蒸發器)每蒸發1t水所需要的換熱面積一般都在95~125m2之間,有的甚至更大。

刮板式蒸發器主要用于黏度很大且又耐高溫的物料的蒸發上,如用于栲膠、蜂蜜及油脂類中結合水的蒸發上,大豆中的磷脂黏度一般都在2000~15000mPa·s之間,有的甚至更高,就是采用這種蒸發器蒸發。單從蒸發強度看其最高可達200kg/(m2·h),蒸發效率并不低,但其結構復雜,加工精度要求較高,就單從光靠一個受熱圓筒傳熱來看,其應用就已經受到了限制,因為蒸發量一大勢必圓筒面積就要增大,蒸發器體積也要隨之增大,加工也就更加困難。不過有少數特殊物料還必須采用此種蒸發器蒸發。

本書共分10章,不含結構設計計算。需要說明的是本書蒸發器的換熱面積計算還不是很精準的計算,其中傳熱系數等還是經驗數值,尚不能精準量化。影響傳熱的因素也較多,與材料、換熱管規格、加熱介質、物料特性、傳熱溫差、操作條件、蒸發器的結構型式及制造水平等等因素都有關系。這就需要研究設計工作者在實踐中不斷研究,不斷探索,積累更多的經驗,計算選取出更加合理的傳熱系數數值,從而滿足不同料液蒸發的需要。

由于水平所限,書中不足之處在所難免,敬請廣大讀者批評指正,以便進行修正。

劉殿宇　　

2020年8月于上海