四效降膜蒸發(fā)器在果糖項(xiàng)目上的應(yīng)用
一、降膜蒸發(fā)器簡介
降膜蒸發(fā)是將料液自降膜蒸發(fā)器加熱室項(xiàng)部加入，經(jīng)液體分布器均勻分布到各換熱管內(nèi)，并沿?fù)Q熱管內(nèi)壁呈均勻膜狀流下，在流下過程中，被殼程加熱介質(zhì)加熱汽化，被汽化的蒸汽與液體一起由加熱管下端引出，經(jīng)氣液分離后即得到濃縮液。在降膜式蒸發(fā)器的操作過程中，雖然物料的停留時(shí)間很短(約5～10 s)，但傳熱系數(shù)很高。
二、設(shè)備選型、設(shè)計(jì)、制造、安裝和調(diào)試方案說明
(一)、設(shè)備選擇和工藝流程設(shè)計(jì)
1、設(shè)計(jì)要求參數(shù)①物料名稱：果糖漿液；②進(jìn)料濃度40%，溫度50-55℃，出料濃度71%兩種，溫度50℃；③熱源：0.7～0.8Mpa飽和蒸汽。④冷卻水進(jìn)水溫度25-32℃，回水溫度30—37℃。
2、設(shè)備選型：針對這一物料特性的和生產(chǎn)能力，選用降膜式真空蒸發(fā)器。
3、效數(shù)的選擇：選擇帶多噴嘴帶消音裝置熱壓泵的四效降膜式蒸發(fā)器。
4、材質(zhì)：加熱器和預(yù)熱器的列管材質(zhì)316L壁厚1.5mm；接觸蒸發(fā)料液部分的管板、封頭、上管箱、下器體的材質(zhì)為304；分離室、連通管、二次蒸汽管材質(zhì)為304，各效殼體材質(zhì)為304；冷凝器列管材質(zhì)為304，殼體為不銹鋼304；支座背板、法蘭、熱泵外皮材質(zhì)為304；平臺(tái)、支座材質(zhì)Q235A。物料泵采用凱士比品牌，過流材質(zhì)為304，真空泵為2BV系列結(jié)締納士品牌，過流材質(zhì)為316L。蒸汽噴射泵采用進(jìn)口品牌，多噴嘴結(jié)構(gòu)，過流316L。
5、工藝流程：設(shè)備的流程設(shè)計(jì)采用逆流預(yù)熱，順流蒸發(fā)的流程，即物料*入以二效二次蒸汽為熱源的三效外掛物料預(yù)熱器進(jìn)行預(yù)熱，溫度由50-55℃提升至68℃，這步預(yù)熱消耗了一部分三效的熱源，減少了三效的蒸發(fā)量，同時(shí)也減少了四效的蒸發(fā)量，減小了四效換熱面積和四效分離器的直徑，冷凝器的冷凝量減少，減少冷卻水量和冷凝器設(shè)備投資。然后經(jīng)過二效外掛物料預(yù)熱器預(yù)熱至82℃。由于物料逐級提高溫度，有效的利用了二次蒸汽，起到了節(jié)能的效果。通過物料預(yù)熱器預(yù)熱時(shí)，消耗了其殼體的二次蒸汽，減少了該效的蒸發(fā)量。使得本應(yīng)一級比一級增大的蒸發(fā)器效體和分離器直徑減小了，使一效的蒸發(fā)量增大，因?yàn)橐恍У臏囟雀?，換熱系數(shù)大，所以可以提高蒸發(fā)效率，節(jié)約能源。有些設(shè)計(jì)在一效外也有預(yù)熱器，這樣浪費(fèi)材料，增加了泵的阻力，因?yàn)槎际遣捎靡恍んw內(nèi)蒸汽加熱，只要把這部分加熱面積放到一效加熱器內(nèi)就解決了。
預(yù)熱后的物料，順序進(jìn)入一效、二效、三效和四效蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)，各效蒸發(fā)溫度分別為88～90℃、74～76℃、59～61℃和45～47℃。為了避免初次投料時(shí)濃度提高緩慢，需要大回流的情況，在二、三和四效的加熱器下的回料管可以實(shí)現(xiàn)一部分料液的自循環(huán)。一方面可以在初次投料時(shí)逐級快速提高濃度，進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，另一方面可以保證二、三、四效蒸發(fā)器內(nèi)列管料液供應(yīng)充足，提高蒸發(fā)效率。
冷凝系統(tǒng)采用表面冷凝器，冷卻水經(jīng)過配備的冷卻塔冷卻后，可長期循環(huán)使用，不污染，節(jié)約了水源。真空泵采用西門子技術(shù)的2BE系列真空泵，效率高，能耗低。
為了更多地節(jié)約能源，在本設(shè)計(jì)中采用熱壓泵技術(shù)。這是設(shè)備節(jié)能的關(guān)鍵部件，當(dāng)蒸汽壓力在0.7-0.8Mpa時(shí)，熱壓泵的抽氣系數(shù)可達(dá)到1.5以上，也就是利用二次蒸汽是新鮮蒸汽的1.5倍，蒸發(fā)能耗比小于0.22，節(jié)約蒸汽明顯。
設(shè)備冷凝水從一效逐級到四效后與冷凝器中的冷凝水匯集到一個(gè)冷凝水罐中。避免大量的效體冷凝水進(jìn)入冷凝器而增加冷凝器的冷凝量負(fù)荷。如果采用兩臺(tái)冷凝水泵則增大了動(dòng)力消耗。
(二)、蒸發(fā)器特殊設(shè)計(jì)
1、為了使進(jìn)入降膜管壁的料液分布均勻，進(jìn)入蒸發(fā)器的料液經(jīng)過物料管處的錐型分布器，均勻地降落在物料分配盤上，在由分配盤的分配孔連續(xù)均勻地降落在降膜管口四周的管板上，物料延降膜管內(nèi)壁形成均勻的液膜，提高蒸發(fā)效率。
2、蒸發(fā)器采用較長的列管10米(由于土建高度關(guān)系，可能調(diào)整到11米)，保證各效降膜管有足夠的周邊流量，物料不斷流，充分利用有效加熱面積并杜絕焦管等現(xiàn)象的發(fā)生。另外也便于管壁的清洗和清理。
3、降低了一效加熱溫度和蒸發(fā)溫度差，既可以避免焦管，另一方面還可以提高熱壓泵的抽氣系數(shù)，雖然一效面積增大一些，卻使設(shè)備的蒸汽耗量降低了。長期運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益可觀。
4、分離器的氣升速度設(shè)計(jì)為2.5m/s，有效地降低了冷凝液中物料的夾帶。另外，在分離器內(nèi)設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)合理的捕沫器，大大降低了冷凝液中COD含量。
5、采用節(jié)流孔板調(diào)節(jié)設(shè)備真空及各效溫度，工作可靠，防止意外調(diào)整閥門后設(shè)備不能正常工作，熱能損失明顯少于閥門調(diào)節(jié)。
6、熱壓泵是設(shè)備的噪音之源。我公司經(jīng)過科研攻關(guān)，在熱壓泵上采用多噴嘴和消音裝置，有效地降低了噪音，為使用者提供了舒適的工作環(huán)境，可以替代進(jìn)口產(chǎn)品。
7、自動(dòng)化控制成程度高，提高了設(shè)備效率、降低了操作工的工作強(qiáng)度。
(三)、制造工藝
設(shè)備全部按照需方要求材質(zhì)制造，材料全部從國內(nèi)不銹鋼經(jīng)銷公司采購，按照ISO9001質(zhì)量保證體系要求保證材料質(zhì)量。采用進(jìn)口四輥卷板機(jī)卷制筒節(jié)，無直邊。采用手工氬弧焊焊接，焊接質(zhì)量高。
(四)、安裝調(diào)試方案
由我公司具有豐富起重安裝技術(shù)人員和施工人員5—6人，組成安裝隊(duì)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況制定吊裝方案和進(jìn)度計(jì)劃。安裝就緒后，由我公司調(diào)試經(jīng)驗(yàn)豐富的調(diào)試員進(jìn)行抽真空實(shí)驗(yàn)、檢查有無漏點(diǎn)。真空正常后，以水代料運(yùn)行正常時(shí)方可投料試車。
(五)、操作人員培訓(xùn)
在安裝過程中，對需方工藝員和操作員進(jìn)行實(shí)物識別和原理講解。在整個(gè)調(diào)試過程中，需方操作員要一直跟蹤，認(rèn)真觀察，不懂就問。熟練記憶操作手冊，掌握操作流程。在設(shè)備正常工作后，我方可繼續(xù)對需方操作員培訓(xùn)一周。
（七）蒸發(fā)器技術(shù)參數(shù)
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