一、概述：
二十世紀(jì)50年代，國(guó)外“Luwa”和“Samesre uther”公司對(duì)刮膜蒸發(fā)器（又稱薄膜蒸發(fā)器）就已進(jìn)行開(kāi)發(fā)制作，發(fā)展至今刮膜蒸發(fā)器已被大家普遍認(rèn)可和接受。HEC公司作為蒸發(fā)器專(zhuān)業(yè)研制公司，在蒸餾、濃縮、脫氣、脫色、脫臭、干燥和反應(yīng)領(lǐng)域里解決不同的工藝處理過(guò)車(chē)工內(nèi)和特殊要求的問(wèn)題；并提供更廣泛的、不同類(lèi)型的刮膜蒸發(fā)器應(yīng)用、例如：
1. 提供一個(gè)適用范圍廣、不同2. 應(yīng)用的各種轉(zhuǎn)子類(lèi)型；
3. 垂直或臥式結(jié)構(gòu)；
4. 圓柱或錐型設(shè)計(jì)；
5. 順流或逆流工作原理；
二、特性：
刮膜蒸發(fā)器主要有下列技術(shù)特性和其它蒸發(fā)器有所不同：
▲操作彈性大：由于刮膜器獨(dú)有的性能，使其適宜于處理易結(jié)垢、結(jié)晶、起泡和要求平穩(wěn) 蒸發(fā)、高粘性及隨濃度提高粘度急劇增加的物料，其蒸發(fā)過(guò)程也呢功能平穩(wěn)處理；
▲連續(xù)操作：連續(xù)進(jìn)料、連續(xù)出料，調(diào)節(jié)進(jìn)料量控制出料濃度；
▲處理熱敏感：因?yàn)樵谡麄�(gè)裝置里短的停留時(shí)間和低的蒸發(fā)溫度；
▲高蒸發(fā)性能：由于刮膜器的特性，加熱面具有高的表面熱通量；
▲損失量�。喝f(wàn)一產(chǎn)品改變損失量小，因?yàn)槲锪显谡舭l(fā)器里無(wú)滯留；
▲真空壓降小：物料汽化氣體從加熱面送到外置的冷凝器，需要一定的壓差。在一般的蒸發(fā)器中，這種壓差要求（△p）通常是比較高的，有時(shí)甚至高的難于接受。而刮膜蒸發(fā)器有較大的氣體穿越空間，蒸發(fā)器內(nèi)壓力能看成與冷凝器中的壓力幾乎相等，因此，壓差可以很小即真空度可達(dá)1mmHg。
二、工作原理
基礎(chǔ)：
根據(jù)混合物中兩種不同沸點(diǎn)的物料進(jìn)行分離。在這里，產(chǎn)品的熱分離歸諸于刮膜蒸發(fā)器的機(jī)械力產(chǎn)生薄膜和高速湍動(dòng)。
當(dāng)待處理物料進(jìn)入刮膜蒸發(fā)器后，首先和轉(zhuǎn)子上的布料器相接觸，并被均勻地分配到筒壁，然后靠組刮膜片加速并立即在加熱面上形成（0.5-3.5mm）間隙的液膜；在每一個(gè)刮膜片前面（Ⅱ區(qū)）的流體形成一個(gè)渦流（見(jiàn)圖1），在加熱面和葉片頂部之間間隙里的流體被非常高的湍動(dòng)，并導(dǎo)致強(qiáng)烈傳熱和傳質(zhì)，甚至高粘度產(chǎn)品在這湍動(dòng)下產(chǎn)生高的熱傳遞系數(shù)。
▲立式刮膜蒸發(fā)器工作原理：
 由帶夾套加熱的垂直圓筒體及轉(zhuǎn)子等部件組成。待處理物料被連續(xù)不斷地從位于加熱夾套（圖2）上部進(jìn)入蒸發(fā)器，經(jīng)位于進(jìn)料口處的布料器將其分配到垂直筒體內(nèi)壁，這時(shí)物料被刮膜片加速并立即在加熱面上形成一個(gè)湍流薄膜，以螺旋狀向下推進(jìn)。
在此過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)的刮膜器保證液膜的均勻和連續(xù)，并阻止液膜在加熱面結(jié)焦、結(jié)垢。輕組份料（低沸點(diǎn)）被蒸發(fā)形成蒸汽流上升、經(jīng)汽液分離器進(jìn)行汽液分離；在這里產(chǎn)生的液滴或泡沫被擊碎并返 回到蒸發(fā)器布料口；分離后的汽體流向蒸發(fā)器的頂部和二次蒸汽出口相聯(lián)的外置冷凝器或下道工序，重組份（高沸點(diǎn)）沿著加熱面以螺旋型軌道流向蒸發(fā)器底部（大約幾秒）從出口排出。
對(duì)于特殊的應(yīng)用，二次蒸汽和液膜可以順流。
▲立式圓錐型刮膜蒸發(fā)器工作原理：
立式圓錐型薄膜蒸發(fā)器的工作原理和臥式圓錐型薄膜蒸發(fā)器相類(lèi)似（圖3）
▲臥式刮膜蒸發(fā)器工作原理：
物料從大直徑端連續(xù)不斷地進(jìn)入臥式蒸發(fā)器（圖4） ，被刮膜片加速和分配并立即在加熱面上形成一個(gè)薄的流動(dòng)膜。
圓錐型薄膜蒸發(fā)器，依賴于轉(zhuǎn)子施于物料一個(gè)離心力，這離心力有兩個(gè)有效力，一個(gè)垂直于加熱面，另一個(gè)朝大直徑端體的方向（注意：相同的結(jié)果同樣出現(xiàn)在垂直圓錐型薄膜蒸發(fā)器里）。
依靠這些力產(chǎn)生物料加速，而且進(jìn)入的物料保證加熱而充分潮濕，不依賴于蒸發(fā)比或進(jìn)料速度。因此，局部物料過(guò)熱和熱降解被減少或完全消除。
在此過(guò)程中，輕組份（低沸物）順流（和液膜同向）穿過(guò)臥式薄膜蒸發(fā)器進(jìn)入汽液分離器，在此處汽液分離器所產(chǎn)生的液滴和泡沫被擊碎進(jìn)入液相（高沸物），被分離后的汽體進(jìn)入外置冷凝器或下道工序；重組份（高沸物）沿著加熱壁面爬升到小端出口排出。
三、裝置特性
▲真空壓降小
物料沸騰形成的蒸汽從加熱面送到指定的冷凝器，存在一定的壓差，在一般的蒸發(fā)器中這種壓差常常是比較高。而薄膜蒸發(fā)器有較大的氣體穿越空間，在蒸發(fā)器內(nèi)壓力于外置冷凝器中壓力幾乎相等，因此，低壓降是薄膜蒸發(fā)器的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)。
▲操作溫度低
由于上述特性，這使得蒸發(fā)過(guò)程可以保持在較高真空條件下進(jìn)行，真空度的提高，與之相應(yīng)的物料沸點(diǎn)迅速降低，因此，操作可以在較低溫度條件下進(jìn)行。
▲受熱時(shí)間短
由于薄膜蒸發(fā)器的刮膜片具有泵送作用，使得物料在蒸發(fā)器內(nèi)的停留時(shí)間很短，約10-50秒；物料呈薄膜狀，液面與加熱面的面積幾乎相等，這樣物料在蒸餾過(guò)程中受熱時(shí)間更短。因此，特別適合于熱敏性物料的蒸發(fā)。
▲蒸發(fā)強(qiáng)度高
物料沸點(diǎn)的降低，增大了同熱介質(zhì)的溫度差；刮膜片的功能，減小了呈湍流狀的液膜厚度，降低了熱阻；同時(shí)，在這過(guò)程中抑制物料在加熱面結(jié)壁、結(jié)垢，并伴有良好的熱交換；因此，總傳熱系數(shù)大，蒸發(fā)強(qiáng)度高。
▲操作彈性大
正是由于薄膜蒸發(fā)器獨(dú)有的特點(diǎn)，使其適宜于處理熱敏性和要求平穩(wěn)蒸發(fā)的物料、高粘度的物料及隨濃度提高粘度急劇增加的物料，其蒸發(fā)過(guò)程也能平穩(wěn)操作。
它還能成功地應(yīng)用于含固顆粒、易結(jié)晶、聚合、結(jié)垢等情況物料的蒸發(fā)和結(jié)晶。
四、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
 1、精密的布料環(huán)
布料器固定在轉(zhuǎn)子，安置于物料入口處，防止物料噴入蒸汽流造成短路，并能防止在此處閃蒸造成大量液滴夾帶，使物料只能沿著蒸發(fā)而被蒸發(fā)。物料特性不同，設(shè)計(jì)不同的布料環(huán)。
HEC公司設(shè)計(jì)的布料器（專(zhuān)利），它不僅能將物料迅速均勻分布到加熱面，同時(shí)能對(duì)發(fā)泡性物料具有一定的抑制作用。
2、耐磨的底軸承
底軸承是一個(gè)具有自潤(rùn)滑的滑動(dòng)軸承，位于錐型封頭內(nèi)。由于它工作在產(chǎn)品區(qū)，且處于高溫狀態(tài)，因此，底軸承結(jié)構(gòu)及材料的好壞，不僅影響到轉(zhuǎn)子的使用壽命，還能對(duì)所處理物料造成二次污染。軸承材料是石墨、PTFE或其它材料，根據(jù)情況還須冷卻潤(rùn)滑。
3、汽液分離器
在薄膜蒸發(fā)器的上部設(shè)有分離筒，筒內(nèi)配有離心式分離器。由二次蒸汽流所夾帶的液滴在流經(jīng)汽液分離器時(shí)，液滴被拋向外壁，并返回到蒸發(fā)器入口；分離后的氣體從和外置冷凝器相連的二次蒸汽出口引出。
汽液分離器形式設(shè)計(jì)不僅要考慮物料特性，還須考慮到真空壓降。
HEC公司設(shè)計(jì)有三種形式：動(dòng)態(tài)二種、靜態(tài)一種。
五、裝置類(lèi)型
HEC公司提供用于中、小試和工業(yè)化生產(chǎn)的薄膜蒸發(fā)器，選擇合理的型式及蒸發(fā)面積是相當(dāng)重要的。以下為各種薄膜類(lèi)型及規(guī)格，供選擇參考：
▲WFE-V型立式薄膜蒸發(fā)器：
a)WFE-VA型薄膜蒸發(fā)器
WFE-VA型刮膜蒸發(fā)器的刮膜片形式為徑向可滑動(dòng)型刮膜片，它原為“SWITH”人發(fā)明，所有又稱“SWITH”（左圖）。每塊刮膜片安裝在開(kāi)口朝外的“U”型導(dǎo)槽內(nèi)，刮膜片呈矩形柱體，在刮膜片端面上帶有一定角度的溝槽，改變此溝槽角度能調(diào)節(jié)液膜停留時(shí)間。刮膜片安裝時(shí)帶槽面向外，在轉(zhuǎn)子“U”型槽內(nèi)可自由滑動(dòng)，受離心力的作用沿導(dǎo)槽徑向甩到加熱面并隨轉(zhuǎn)子一起作圓周運(yùn)動(dòng)，保證液膜分布均勻、徹底混合和良好的熱交換。刮膜片材料一般采用PTFE（聚四氟乙烯）、合成石墨或相類(lèi)似的材料。
b)WFE-VB型刮膜蒸發(fā)器
WFE-VB型刮膜蒸發(fā)器，其刮膜片形式類(lèi)似于刮板攪拌器，用一個(gè)剛性葉片轉(zhuǎn)子裝備（左圖）。其刮膜片長(zhǎng)度和加熱面同高，根據(jù)刮膜片寬度及蒸發(fā)器的大小調(diào)整到與加熱壁面間隙1-3mm，因此對(duì)加熱面不產(chǎn)生磨損。這封閉類(lèi)型結(jié)構(gòu)和非常光滑表面的轉(zhuǎn)子容易清洗，因此，物料適用范圍廣，非常適用于食品行業(yè)，同樣也適用于醫(yī)藥行業(yè)的GMP要求。它可處理粘度到大約50,000mpas的產(chǎn)品。
WFE-VB型刮膜蒸發(fā)器的剛性葉片也可以制作成螺旋狀，此時(shí)處理粘度可達(dá)70,000mpas的產(chǎn)品。
刮板材質(zhì)采用和蒸發(fā)器筒體相同的材質(zhì)。
下表為立式薄膜蒸發(fā)器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和設(shè)備的外形尺寸。
 
c)WFE-VC型刮膜蒸發(fā)器：
又稱鉸鏈刮膜蒸發(fā)器，它有一個(gè)中心回轉(zhuǎn)軸，輸送鉸鏈刮膜片（左圖），它們靠離心力緊貼在加熱壁面上成一定的角度滑動(dòng)，將物料刮成所需的液膜，并防止在加熱面結(jié)垢、結(jié)焦。這種轉(zhuǎn)子類(lèi)型的設(shè)計(jì)對(duì)液膜提供有效的壓緊力（高蒸發(fā)比和低殘留液）。它適合于在加熱面易結(jié)垢、帶有固體顆粒或在蒸發(fā)過(guò)程中有結(jié)晶傾向的及要求濃縮成干（即干燥）的物料，處理粘度到35,000mpas。
這種轉(zhuǎn)子類(lèi)型應(yīng)用廣泛，靠改變刮板頻率和質(zhì)量，調(diào)節(jié)離心力。
刮板材質(zhì)通常采用和蒸發(fā)器筒體相同的金屬材料、也可采用PTFE材質(zhì)。
d)WFE-VE型刮膜蒸發(fā)器
又稱柔性刮膜蒸發(fā)器，帶有溝槽的滑塊被固定在“L”槽內(nèi)，靠離心力和彈性力雙重負(fù)荷作用將物料在加熱面上形成液膜，通過(guò)調(diào)整溝槽角度可調(diào)節(jié)液膜停留時(shí)間。
這種刮膜器形成利用彈性力產(chǎn)生的外加載荷，尤為適用于高粘性和聚合傾向的物料，它具有很好的壁面自清潔作用。
刮膜片材質(zhì)為PTFE或合成石墨等相似的材料。
▲WFE-KV型立式圓錐刮膜蒸發(fā)器
WFE-KV型刮膜蒸發(fā)器其刮膜器形式均為剛性刮片，結(jié)構(gòu)為蒸發(fā)器上部（高蒸發(fā)區(qū)）為圓柱型筒體，下部（低蒸發(fā)區(qū)）為圓錐型筒體；靠軸向移動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片，能調(diào)整在低蒸發(fā)區(qū)轉(zhuǎn)子刮膜片和加熱面的間隙。這保證加熱面均勻獲得濕潤(rùn)，甚至在濃縮液低排放率（高蒸發(fā)比）時(shí)能被獲得，同時(shí)能改變液膜厚度（減�。┘巴Ａ魰r(shí)間（加長(zhǎng)），使得在此處的蒸發(fā)過(guò)程得到改良。
它非常適用于要求殘留量?jī)?nèi)含低沸物成份極少的產(chǎn)品，粘度大約在50,000mpas。
▲WFE-KH型臥式圓錐刮膜蒸發(fā)器
臥式圓錐刮膜蒸發(fā)器非常類(lèi)似于立式圓錐型刮膜蒸發(fā)器，至于結(jié)構(gòu)是類(lèi)似的，但是下列性能是不同的：輕組份（低沸物）和液膜（高沸物）是順流，適用于直接地流入過(guò)熱物料，靠閃蒸進(jìn)入蒸發(fā)器；它具有較長(zhǎng)的停留時(shí)間，且流動(dòng)方向和重力成90度，還能用作反應(yīng)器；低空間要求，WFE-KH蒸發(fā)器能被安置于如現(xiàn)有建筑物高度受限制，它不可能安置垂直蒸發(fā)器的地方。
這類(lèi)型蒸發(fā)器適用于粘度大約在70,000mpas.
下表為臥式圓錐刮膜蒸發(fā)器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和外形尺寸：
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| 成套臥式圓錐刮膜蒸發(fā)器 |
六、典型應(yīng)用
目前大約幾百家單位，以：蒸餾、分離、濃縮、汽提、脫臭、脫氣、反應(yīng)為目點(diǎn)，應(yīng)用于農(nóng)藥、中醫(yī)藥、輕工、日化、生物化工、精細(xì)化工、石油化工等領(lǐng)域（表三）。
下表為一些典型物料的應(yīng)用：
下列流程為典型操作單元：
a)刮膜蒸發(fā)器單級(jí)蒸餾單元：
預(yù)熱后的物料流入真空閃蒸罐，一些低沸物被蒸發(fā)、冷凝，經(jīng)脫氣后的物料進(jìn)刮膜蒸發(fā)器進(jìn)行蒸餾或濃縮等操作（流程圖1）。
b)刮膜蒸發(fā)器作為再沸器：
當(dāng)處理熱敏性物料時(shí)，刮膜蒸發(fā)器作為精餾塔的再沸器（流程圖2）。
七、設(shè)計(jì)、制造
 HEC公司的質(zhì)量管理系統(tǒng)嚴(yán)格遵守下列要求：
▲ISO9001
▲壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程：
我們的設(shè)計(jì)人員使用CAD軟件設(shè)計(jì)，所有設(shè)備的工藝尺寸設(shè)計(jì)依照國(guó)標(biāo)及壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程，此外我們還借助軟件進(jìn)行有限元分析．
我們的制作重點(diǎn)是專(zhuān)業(yè)化設(shè)備的加工，是依靠HEC專(zhuān)業(yè)人員對(duì)專(zhuān)用工夾具多年研究成果的應(yīng)用。
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專(zhuān)用工具是保證設(shè)備質(zhì)量的可靠標(biāo)準(zhǔn)，例：
▲垂直度和圓整度嚴(yán)格的公差
▲的轉(zhuǎn)子平衡
▲特殊的底軸承
▲密封的可靠性
▲焊接方法的高要求
▲特殊的機(jī)械加工
八、選型準(zhǔn)則
在蒸發(fā)裝置的選型中，必須縱合考慮各種因素，一般需考慮：
▲生產(chǎn)能力和操作參數(shù)：包括處理量、進(jìn)出濃度、溫度、年操作小時(shí)數(shù)等；
▲產(chǎn)品特性：包括熱敏性、粘度和流動(dòng)性（在操作溫度下）、發(fā)泡沫性、固體含量、結(jié)晶和聚合傾向等；
▲操作介質(zhì)：如水蒸汽（壓力）、冷卻水（溫度）、清洗液（溶劑）等；
▲制造的材料選擇和表面拋光要求；
▲現(xiàn)場(chǎng)條件：如空間、氣候（室外）、能量和產(chǎn)品的銜接、工作平臺(tái)等。
▲法規(guī)：包括安全、噪音、環(huán)境保護(hù)等。
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