摘要：通过对比几种蒸发器特点，卧式旋转管蒸发器具有很多明显的优点，如传热系数高、不易结垢、单台面积较大等独特的结构特点。与其它用于高粘度的蒸发设备相比具有体积小、节省占地空间、能耗较低，适用于高粘度物料蒸发，蒸发强度20～25kg/m2·h。
关键词：蒸发器 旋转加热 粘度 料液
一、引言
蒸发器是重要的化工设备之一，广泛应用于化学、制药、食品、有色冶金等行业。目前，常用的间壁传热式蒸发器，按溶液在蒸发器中停留的情况，大致可分为循环型和单程型两大类。目前市场上常见的升膜式、降膜式蒸发器，该类膜式蒸发器主要用于粘度较小、比重小等物料的蒸发。由于蒸发过程中往往会有料液粘度大、易堵塞、易结垢等情况，为了克服该类物料易结垢、不易清洗等特点，优化一种针对粘度大、易堵塞、易结垢的物料蒸发特点的蒸发器结构，是生产迫在眉睫的问题。卧式旋转管式蒸发器即为适用于该特点物料的一种蒸发装置。
二、工作原理
料液在进入蒸发器中通过旋转管组件加热，受热蒸发，产生的二次蒸汽经顶部进入分离室，将液体分离后进入冷凝器。冷凝液进入冷凝水罐由泵送出，冷凝水罐接真空泵，抽真空保证蒸发过程真空度，使物料不被破坏。
（工作简图见图1）
蒸汽由转轴中心管 图 1 一端进入空心轴，到另一端进入加热管，汽凝液由中心管套管通
向三向接头排除，另一路蒸汽进入半夹套。蒸汽进入中间管道后在进入圆周支管，加热组件做旋转运动，增加了与料液的接触面积，由于加热组件一直在做旋转运动，故粘稠的料液不易结垢。
三、与其他蒸发器比较
目前，针对粘度大、易堵塞、易结垢的物料蒸发采用的主要是两种设备，一是搅拌罐，另一个是立式旋转刮膜蒸发器。
1. 搅拌罐浓缩设备。搅拌罐工作原理是物料进入罐内，蒸汽进入夹套层，用搅拌增强传热效果，搅拌桨结构简单，其关键环节在于夹层面积的大小，搅拌器的结构形式和物料出口形式，罐体内高精度抛光，以及罐体内清洗无死角的要求来满足工艺使用条件。并具有操作简单、使用方便等特点，是理想的投资少、投产快、收益高的化工设备。但由于搅拌罐单位体积的面积比较小，作为蒸发设备用，其面积利用效率低，而且随体积增大其值更小，若选用体积过大，将使蒸发时间延长，对物料的破坏较大。因此，为保证产量，往往要选用多台设备。
搅拌罐是单罐间断蒸发。对于真空浓缩所需真空度不好保证，需要配套真空泵多，电耗高，气耗大。生产成本较高。
2. 立式旋转刮膜蒸发器。立式旋转刮膜蒸发器外壳内带有加热蒸汽夹套，其内装有可旋转的叶片即刮板。刮板有固定式和转子式两种，前者与壳体内壁的间隙为0.5～1.5mm，后者与器壁的间隙随转子的转数而变。料液由蒸发器上部沿切线方向加入（亦有加**与刮板同轴的甩料盘上的）。由于重力、离心力和旋转刮板刮带作用，溶液在器内壁形成下旋的薄膜，并在此过程中被蒸发浓缩，完成液在底部排出。这种蒸发器是一种利用外加动力成膜的单程型蒸发器，其突出优点是对物料的适应性很强，且停留时间短，一般为数秒或几十秒，故可适应于高粘度（如栲胶、蜂蜜等）和易结晶、结垢、热敏性的物料。此类设备的传热系数高，效率高，但其结构复杂，动力消耗大，每平方米传热面约需1.5～3kW。此外，同样也由于单台的面积小，故投资大，料液的浓度控制较难，且该设备制造安装要求高。
卧式旋转管蒸发器是集以上两种设备优点后优化设计而成。
四、结构组成及特点
它主要由三向接头1、加热旋转组件2、半夹套3、筒体4、减速机构5、电机6等组成。所述加热旋转管２轴向设置在壳体3内，与筒体3外部的减速机构6、电机5连接（见图3）。所述旋转加热管组件为一系列管路组件，由转动轴、2个环管、导通管、多根加热
拉管组成（见图2）。
转动轴为空心轴，在转
图 2 动轴上焊接进气管与冷凝水出管，蒸汽由中心管进入导流管与圆
周环管导通，由环管进入加热管。蒸汽冷凝水进入中心管与空心转轴之间的夹层经三向接头流出。空心转轴与蒸汽进口管有隔板，保证冷凝水与蒸汽之间不短路（结构示意图见图3）。
图 3
卧式旋转管蒸发器的操作较灵活，可以将全部加热管埋入料液中，也可以部分加热管露出料液。可以连续操作也可以间隙操作。当间隙操作或部分加热管露出料液时，这时下部（液下）蒸发过程类似大容积加热管沉没式蒸发。上部露出料液面类似膜蒸发。由于加热部件不停转动，两相流体被搅动强烈，蒸发与冷凝膜系数都较大。即使应用于高粘度料液蒸发强度仍可达20～25Kg/m
2·h。
该卧式旋转管蒸发器径向可布置多层加热管，周向按一定管间距每周可布置多根加热管，因此，同单位体积加热面积比大，单台传热面积大，一台卧式旋转管蒸发器可代替多台搅拌罐或旋转刮膜蒸发器。而且由于加热元件在液体中旋转运动，管壁被不断冲刷，故结垢很轻，加热拉管空间大，不会发生堵塞。该设备可连续蒸发，进料出料无间歇。由于其以上独特的结构特点，该设备具有体积小、节省占地空间、能耗低等优点。
五、结论
化工生产过程中会有粘稠、易结垢的物料需要蒸发，可采用该类型卧式旋转管蒸发器。该类设备目前应用不多，如果开发研制成一系列型号设备，对很多企业单位浓缩蒸发操作会有很大提高改善。
参考文献：
[1]《化工原理》（新版）上册天津大学出版社
[2]《化工设计》陈声宗主编化学工业出版社
作者简介：
韩志洁，毕业于郑州工业高等专科学校（现河南工业大学）计算机辅助机械设计专业。后继续教育于郑州大学机械工程专业。现工作于郑州拓洋实业有限公司从事设备维护管理工作。
34 河南科技2010.8下
