刮板薄膜蒸发器的设计与应用探讨

杨翠娟 张玉平（石家庄工大化工设备有限公司）

刮板薄膜蒸发器是一种适应性极强的蒸发器，例如对结垢物料、高粘度物料都适用，该设备主要是由刮板和加热夹套共同组成，夹套内通过加热蒸汽，将刮板装在可旋转轴上，加热夹套内壁与刮板间保持较小间隙，料液经过预热后由蒸发器上部加入，在重力的作用下，均匀的分布在内壁内形成下旋薄膜，并且在下降中被不断的浓缩蒸发，最终由底部排出完成液，二次蒸汽由顶部向外逸出。在某种场合下，此种蒸发器可将溶液迅速蒸干，由底部直接得到固体的产品。

一、工作原理及性能特点

1.刮板薄膜蒸发器工作原理

物料进入蒸发器以后，通过刮板搅动强制成膜，热量和热源经过筒壁与料液热交换，液膜沸腾，在二次蒸汽汽化以后经捕沫器除去液滴之后排出，浓缩液然后经过底部的出口料放出。

2.刮板薄膜蒸发器主要特点

①具有较高传热系数，对有机溶剂和水的蒸发强度，可以达到 150～300kg/h·m2

②在加热区停留时间较短，只有数十秒，在处理热敏感物料时适用。

③粘度加工范围宽广，进口与出口物料粘度比可以达到1000甚至更高。

④搅拌良好，设备表面结垢较小

⑤操作方便、稳定、性能可靠。

二、刮板薄膜蒸发器的结构设计

1.转子结构

转子结构除转轴以外，还包括刮板器、捕雾器、压出料螺旋、液压分配器共四部分。这四部分组件全部与转轴机械连接配合，通过转轴与销轴相对固定。以下对四部分组件进行详细分析。

①物料分配器。胶液分配器选取锥筒结构，物料通过进料口进入到分配器中，通过离心力的作用，沿向圆周均匀的甩向筒壁。物料通过重力作用，自然向下流动，经过刮板沿着筒壁刮成薄膜然后进入到蒸发阶段。

②捕雾器。捕雾器选取叶片式结构，上升的轻组份经过捕雾器时，轻组中夹杂的重组份被剪切下来，不但减少了重组份中的损失，而且确保轻组份成份。

③螺旋刮板器。真空蒸发器的主要部件之一就是螺旋刮板器，常用的刮板结构分为自动调节型和固定型。固定型可以选取螺栓固定型、平板焊接型等多种形式。由于物料粘度较高的地方不适用于自动型，所以在结构的设计上通常选取固定型。为了适应今后生产工艺的研发，提高设备的适用性，并且考虑到停车检修因素，转子和刮板通常采用特制的销轴螺栓进行连接，在满足装配要求基础上，确保刮板可更换性和调节性。翅板与轴套使用焊接连接，在制造上要求焊接后加工刮板和翅板连接销控，以防止焊接后变形影响到装配的精度。

④挤压出料螺旋。物料经过刮料段筒体浓缩蒸发以后，物料的粘稠度较高，为了保证挤压出料能力，在结构的设计上选择三不等螺旋，即直径、螺距、中经都不相等，增加出料挤压力。由于螺旋直径比较大，螺旋叶片式选取钢板材质制作的，与轴套焊接后再次进行加工，以保证可以满足装配的精度要求。

2.真空密封结构与轴支承结构

轴封选择密封的单端面机械，在法兰连接处使用橡胶圈，保证真空度要求。轴支承形式采用的是双支点。下部支承运用导向支承，采用不锈钢耐高温滑动轴承，具有很高耐磨性能。其它的连接结构与简体连接结构相仿。

3.转轴结构

因为轴上附件及轴的本身较长并且重量很大，所以转轴选择三段式焊接结构，即中间钢管为空心轴，两端为实心轴。两端与轴连接的部分为键连接，中间钢管空心轴采用的是销轴连接。焊接完整体转轴以后进行加工，以确保加工要求。

三、刮板薄膜蒸发器的技术开发与应用

1.技术开发及保证

在该设备的研发中，为确保后续工程放大和设计的准确性，建立一套1m2薄膜蒸发器系统。编写了薄膜蒸发器的计算机辅助软件系统，该软件采用VB6进行编写，操作简单，结果准确。软件中包括施工图设计、结构简图、设计计算、计算书设计、处理实验数据等5部分内容。软件具有自动完成设计功能，根据生产中提出的工艺要求，进行工艺的强度计算，经调整得到最终的参考数据，并根据参考数据完成薄膜蒸发器的整体及零部件的参数设计，最后根据设备的施工图纸给出详细的设计方案。软件尚具有研究试验的可行性，通过对试验数据采集处理，完成试验结果的自动化处理和积累过程，可应用到工业生产中。

2.成果应用及推广

继8m2薄膜蒸发器成功开车以后，10～20m2的薄膜蒸发器相应在多个地区都已经得到成功应用。此种蒸发器在制造上运用了复合钢板或不锈钢替代了镍材，可以使每台节省50%左右的成本，并且维修方便，操作简单，特别适用于离子膜法制烧碱浓缩。该设备已经应用于涂料、树脂、烧碱、化工产品、农药等物料的生产中，并且取得了十分可观的经济效益。

结束语

综上所述，通过研究表明，刮板薄膜蒸发器适用范围广，可操作弹性大，蒸发效率较高，检修维修方便等优势，经实际应用证明，该设备满足高粘度物料蒸发中的各项要求。但是在实际应用中需要注意几方面：一是由于物料的粘度是各不相同的，所以要根据物料的粘度更换刮板，更换时需严格遵守物料规定的粘度范围更换刮板，不可乱用，防止物料滞留在刮板上的现象发生；二是在操作中，首先开启设备，然后放入物料，以防止物料出现壁流现象，导致物料结垢。

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