蒸发设备的选型原则

文摘   2024-11-12 06:12   河北  

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一、溶液特性

1.1 热敏性  对热过程很敏感,受热后会引起产物发生化学变化或物理变化而影响产品质量的性质称为热敏性。如发酵工业中的酶是大分子的蛋白质,加热到一定温度、一定时间即会变性而丧失其活力,因此酶液只能在低温短时间受热的情况下进行浓缩,才能保存活性。又如番茄酱和其他果酱在温度过高时,会改变色泽和风味,使产品质量降低,这些热敏性物料的变化与温度和时间均有关系,若温度较低,变化很缓慢;温度虽然很高,但受热时间很短,变化也很小。因此,食品工业中常用低温蒸发,或在较高温度下的瞬时受热蒸发来解决热敏性物料蒸发过程的特殊要求。一般选用各种薄膜式或真空度较高的蒸发浓缩器。

1.2 结垢性  有些溶液在受热后,会在加热面上形成积垢,从而增加热阻,降低传热系数,严重影响蒸发效能,甚至因此而停产。故对容易形成积垢的物料应采取有效的防垢措施,如采用管内流速很大强制循环蒸发设备,用高流速来防止积垢生成,或采用电磁防垢、化学防垢等,也可采用方便清洗加热室积垢的蒸发设备,

1.3 发泡性  有些溶液在浓缩过程中,会产生大量气泡。这些气泡易被二次蒸汽带走进入冷凝器,一方面造成溶液的损失,增加产品的损耗;另一方面污染其他设备、严重时会造成不能操作。所以,发泡性溶液蒸发时,要降低蒸发器内二次蒸汽的流速,以防止跑泡的现象,或在蒸发器的结构上考虑消除发泡的可能性。同时要设法分离回收泡沫,一般采用管内流速很大的升膜式蒸发器或强制循环式蒸发器,用高流速的气体来冲破泡沫。

1.4 结晶性  有些溶液在浓度增加时,会有晶粒析出,大量结晶沉积则会妨碍加热面的热传导,严重时会堵塞加热管。要使有结晶的溶液正常蒸发,则要选择带搅拌的或强制循环蒸发器,用外力使结晶保持悬浮状态。

1.5 黏滞性 有些料液浓度增大时,黏度也随着增大,而使流速降低,传热系数也随之减小,生产能力下降。故对黏度较高或经加热后黏度会增大的料液、不宜选用自然循环型,而应选用强制循环型如刮板式等蒸发器。

1.6 腐蚀性  蒸发腐蚀性较强的料液时,设备应选用防腐蚀的材料或是结构上采用更换方便的形式,使腐蚀部分易于定期更换,如柠檬酸液的浓缩器采用石墨加热管或耐酸搪瓷夹层蒸发器等。

二、溶液特性与蒸发器选用原则

2.1 黏度

低黏度溶液:可以选择常规的蒸发器,如降膜蒸发器或升膜蒸发器。这类蒸发器传热效率高,操作简单。

高黏度溶液:应选择强制循环蒸发器或刮板薄膜蒸发器。强制循环蒸发器通过泵强制循环液体,增加流速,减少结垢;刮板薄膜蒸发器则通过刮板使液体形成薄膜,增加传热面积,提高蒸发效率。

2.2 发泡性

易发泡溶液:应选择能够有效控制泡沫的蒸发器。这些蒸发器通过增加液面高度和采用消泡装置来控制泡沫。

不易发泡溶液:可以使用常规的蒸发器,如降膜蒸发器、强制循环蒸发器或升膜蒸发器等等。

2.3 腐蚀性

强腐蚀性溶液:应选择耐腐蚀材料制成的蒸发器,如不锈钢、钛合金、氟塑料(PTFE)等。此外,还可以采用防腐涂层或衬里。

弱腐蚀性溶液:可以使用普通材料制成的蒸发器,但需注意定期检查和维护,以防止腐蚀损坏。

2.4 热敏性

热敏性溶液:应选择能够在较低温度下操作的蒸发器,如多效蒸发器、机械蒸汽再压缩(MVR)蒸发器或降膜蒸发器。这些蒸发器可以通过降低操作温度来减少对热敏物质的影响。

非热敏性溶液:可以选择常规的蒸发器,如单效蒸发器或多效蒸发器。

2.5 结晶或析出晶体

易结晶或析出晶体溶液:应选择能够有效处理结晶问题的蒸发器,如结晶蒸发器或强制循环蒸发器。结晶蒸发器通过特殊的结晶室来控制结晶过程;强制循环蒸发器通过强制循环液体,减少结晶物在换热面上的沉积。

不易结晶或析出晶体溶液:可以使用常规的蒸发器。

降膜蒸发器与强制循环蒸发器耦合图

2.6 综合考虑

  • 多效蒸发器:适用于大规模生产,通过多级蒸发提高能源利用率。

  • 机械蒸汽再压缩(MVR)蒸发器:适用于需要节能和环保的场合,通过压缩二次蒸汽来回收热量,降低能耗。

  • 降膜蒸发器:适用于中低黏度、不易发泡和不易结晶的溶液,传热效率高。

  • 升膜蒸发器:适用于中低黏度、不易结晶的溶液,操作简单。

  • 强制循环蒸发器:适用于高黏度、易结晶或易结垢的溶液,通过强制循环提高传热效率。

  • 刮板薄膜蒸发器:适用于高黏度、热敏性溶液,通过刮板形成薄膜,增加传热面积。

三、选型注意事项

  • 具体需求:根据具体的工艺要求和生产规模选择合适的蒸发器类型。

  • 经济性:综合考虑设备投资、运行成本和维护费用,选择性价比高的设备。

  • 安全性:确保设备的安全性能,特别是对于腐蚀性、热敏性和易发泡的溶液。

  • 环境因素:考虑环保要求,选择符合排放标准的蒸发设备。

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