薄膜蒸发器传热蒸发性能的实验研究

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1、万方数据第33卷第2期化工机械67薄膜蒸发器传热蒸发性能的实验研究贺小华4(南京工业大学)李佳(南京林业大学)李庆生尹侠(南京工业大学)摘要在自行研制的0．4m2薄膜蒸发器实验测试装置基础上，对介质水及烧碱溶液进行了蒸发实验，得到了在不同工艺操作参数下薄膜蒸发器内备料液总传热系数K和蒸发强度研的变化曲线。实验结果表明，转子转速度进料量对设备总传热系数K及蒸发强度日影响显著，各料液均存在最佳进料量。粘度增加，总传热系数K相应减少，蒸发强度口相应增加，实验与数值模拟结果变化规律一致。研究结果表明，从蒸发强度而言，薄膜蒸发器更适合于高粘度料液的蒸发浓缩。关键词薄膜蒸发器传热系数蒸发

2、强度粘性料液中图分类号TQ051．6+2文献标识码A文章编号0254-6094(2006)02-0067-05薄膜蒸发器由于其刮板的机械刮擦成膜作用，使处理的物料在蒸发表面停留时间短而受热效果好，特别适用于蒸发浓缩高粘性、热敏性或易结晶物料，已经广泛应用于化工、医疗、食品及轻工等行业uq3。国内外对薄膜蒸发器的传热系数和蒸发效率进行了大量的实验室研究H“1，但由于蒸发传热及刮板刮擦成膜的复杂性，用于蒸发设计计算的液膜侧传热系数主要是液膜受热的数据。对蒸发器的蒸发实验多以水为介质，有关粘性料液的传热数据则报道较少。笔者通过数值模拟分析表明，薄膜蒸发器内粘性料液和纯物质水的速度分

3、布存在差异，粘性料液薄膜内尚没有形成明显的传递边界层o7

4、。对高粘度料液而言，基于碱液蒸发浓缩开发的机械搅拌式薄膜蒸发器结构从动量和热量传递角度而言，尚有进一步优化设计的余地。本文在自行研制的F=0．4m2薄膜蒸发器实验测试装置的基础上，通过改变薄膜蒸发器的操作参数对纯物质水及烧碱溶液进行传热蒸发实验，进一步探讨各工艺操作参数及料液粘性对传热蒸发性能的影响，与数值模拟结果进行比较，从而为薄膜蒸发器设备从结构和操作工艺上进行优化奠定基础。1实验流程设计自行研制的0．4m2薄膜蒸发器实验装置的工艺流程如图1所示。该系统由加料釜、真空机组、蒸发装置、电加热炉、二次蒸汽冷凝器及监测装

5、置几个部分组成。开启真空和加热系统后，导热油由电加热炉加热，导热油进入加料釜加热物料，经过预热的物料由加料釜经由转子流量计进入蒸发器，物料经浓缩后由蒸发器底部排出，进入接受罐；二次蒸汽由上部出口被抽出，进入冷凝器，经缓冲罐进一步捕集可凝性蒸汽后，少量残余气体进入真空泵。2介质水的加热蒸发实验与分析2．1实验方案以水为实验介质，考察在不同系统真空度、导热油温度、进料量、进料温度和转子转速等5个参量下总传热系数K和蒸发强度肼的变化规律，为进一步研究薄膜蒸发器传热机理奠定基础。各参量按以下选取：导热油温度90、120、150℃系统真空度70．7、85．6、91．7kPa进料温度25

6、、45、65℃进料量17．5、42、70L／h转子转速214、259、306r／min·贺小华，女，1965年8月生，副教授。江苏省南京市，210009。万方数据68化工机械2006年图10．4m2薄膜蒸发器装置的实验流程简图1——电加热炉；2——加热釜；3——转子流量计；4——蒸发器；5——冷凝器；6——缓冲罐；7——真空泵；8——接受罐2．2实验结果与分析2．2．1导热油温度的影响图2、3分别给出了转子转速为306r／min、进料温度为40—45℃、真空度91．7kPa时，不同导热油温度下总传热系数K和蒸发强度肼与进料量的变化规律。由图2、3可以看出，在本文实验参数范围内

7、，总传热系数K和蒸发强度肼均随导热油温度的升高而增大。这是由于导热油温度升高，虽温差AT增大，总传热量Q也增大，但Q增大的影响超过了AT增大的影响，因而总的效果是导热油温度升高时髟增大。b●鼍事未幡曩珀图2导热油温度对总传热系数K的影响1皇●叩旨●∞董恻积憾糕图3导热油温度对蒸发强度肼的影响2．2．2系统真空度的影响图4、5分别给出了转子转速为306r／min、进料温度为40—45℃、导热油温度120℃左右时，不同真空度下总传热系数K和蒸发强度E，与进料量的变化规律。由图4、5可以看出，总的来说，K和肼均随真空度的升高而增大。与导热油温度升高时类似，真空度升高，温差AT增大，

8、总传热量Q也增大，Q增大的影响超过了AT增大的影响，故总的效果是真空度升高时K增大。万方数据第33卷第2期化工机械69b叮‘i专鬣鬟确图4真空度对总传热系数K的影响≥名0螽瓢聪榛图5真空度对蒸发强度肼的影响2．2．3转子转速的影响图6、7分别给出了进料温度为22℃、导热油温度120℃左右、真空度70．7kPa时，不同转子转速下总传热系数K和蒸发强度盯与进料量的变化规律。由图6、7可以看出，总传热系数K和蒸发强度日均随转子转速的提高而增加，高转速能有效地促进圈形波与薄膜之间物质热量的交换，加强湍流程度，提