前言

蒸发器应用领域广泛,在食品、制药、饲料、化工以及工业废水处理等都有广泛的应用。目前常用的蒸发器种类有外循环蒸发器、强制循环蒸发器、降膜式蒸发器、刮板薄膜式蒸发器以及混合式蒸发器等。这些蒸发器在不同领域内都得到了成功的应用。随着我国经济的快速发展,蒸发器应用领域也正在不断地扩展。其中降膜式蒸发器应该是所有蒸发器的代表。本书以降膜式蒸发器的工艺设计计算为主,同时对其他常用的蒸发器也通过实例进行了详细的工艺设计计算阐述。

降膜式蒸发器有别于其他型式的蒸发器,首先,料液在蒸发器中受热温度较低(加热温度大都低于100℃),大都是在真空减压下加热完成蒸发,属于低温蒸发。而且连续进料连续出料,蒸发速率快,料液在蒸发器中停留时间短,最大限度地保证了料液中有益元素不被破坏。因此,这种蒸发器不仅适合于非热敏性物料的蒸发,尤其还适合于热敏性物料的蒸发。如在乳品、蛋品、果汁、咖啡、饮料、茶浸渍液、味精、淀粉糖等食品行业以及医疗保健用品等工业生产中都得到了成功的应用。其次,节能效果好。采用多效蒸发及热压缩技术(或机械压缩技术),可充分利用二次蒸汽作为加热热源,节能效果显著,在生产实践中获得了良好的经济效益及社会效益。一台三效降膜式蒸发器在单位时间(1h)内,每蒸发1t水大约需要换热面积为50m2左右(设备内无杀菌装置)。蒸发浓度较高的料液其蒸发面积甚至更大。因此,一次性投资相对较大。降膜式蒸发器的设计过程比较烦琐,设计首先要进行蒸发器的工艺计算,即通过物料及热量衡算确定出蒸发器的换热面积、预热面积及相关零部件等。物料性质、工艺参数及其工艺要求不同,降膜式蒸发器的结构型式差异也较大。

外循环蒸发器生产效率虽然不是很高,但是在中草药、骨头汤以及有机溶剂等回收上也都有应用。外循环蒸发器一般适合于耐热温度较高、黏度较大、易结垢结焦的物料的蒸发上,其加热温度较高,传热温差较大,因此,传热面积相对较小,一台单效外循环蒸发器一般每蒸发1t水所需要的换热面积仅在15m2左右。

强制循环蒸发器主要应用于易结垢结焦甚至在蒸发过程中有晶体析出的物料的蒸发上,如番茄酱、谷氨酸二次母液,酸、碱、盐类及废水等的蒸发浓缩上,强制循环蒸发器每蒸发1t水所需要的换热面积因物料及物料蒸发程度的不同差别也较大,如在番茄酱上其换热面积就很小,一台三效强制循环蒸发器一般不超过30m2,而在废水蒸发上一台三效强制循环蒸发器一般不小于65m2,在MVR蒸发器中换热面积就更大。

MVR蒸发器是近年来在工业废水处理上应用比较多见的蒸发器,因其利用蒸汽压缩机将二次蒸汽全部压缩提高其温度压力,作为加热蒸汽热源再利用,其节能效果显著。废水成分复杂,对设备腐蚀严重、结垢严重,经常伴有结晶析出,含盐类的废水沸点升高又特别大,再加上设备结构上的特殊性决定该类蒸发器换热面积很大,一台单效MVR蒸发器(或并联双效MVR蒸发器)每蒸发1t水所需要的换热面积一般都在95~125m2之间,有的甚至更大。

刮板式蒸发器主要用于黏度很大且又耐高温的物料的蒸发上,如用于栲胶、蜂蜜及油脂类中结合水的蒸发上,大豆中的磷脂黏度一般都在2000~15000mPa·s之间,有的甚至更高,就是采用这种蒸发器蒸发。单从蒸发强度看其最高可达200kg/(m2·h),蒸发效率并不低,但其结构复杂,加工精度要求较高,就单从光靠一个受热圆筒传热来看,其应用就已经受到了限制,因为蒸发量一大势必圆筒面积就要增大,蒸发器体积也要随之增大,加工也就更加困难。不过有少数特殊物料还必须采用此种蒸发器蒸发。

本书共分10章,不含结构设计计算。需要说明的是本书蒸发器的换热面积计算还不是很精准的计算,其中传热系数等还是经验数值,尚不能精准量化。影响传热的因素也较多,与材料、换热管规格、加热介质、物料特性、传热温差、操作条件、蒸发器的结构型式及制造水平等等因素都有关系。这就需要研究设计工作者在实践中不断研究,不断探索,积累更多的经验,计算选取出更加合理的传热系数数值,从而满足不同料液蒸发的需要。

由于水平所限,书中不足之处在所难免,敬请广大读者批评指正,以便进行修正。

刘殿宇　　

2020年8月于上海