[科普中国]-单效升膜蒸发设备

设备结构

单效升膜式浓缩设备属外加热式自然循环的液膜式浓缩设备。主要由加热器、分离器、雾沫捕集器、水力喷射器、循环管等部分组成。加热器为一垂直竖立的长形容器，内有许多垂直长管。对于加热管的直径和长度的选择要适当，管径不宜过大，一般在35～80mm之间，管长与管径之比恰当，一般为100～150。这样才能使加热面供应足够成膜的气速。事实上，由于蒸发流量和流速是沿加热管上升而增加，故爬膜工作状况也是逐步形成的。1

工作原理料液从加热器的底部进入管内，经加热蒸汽加热沸腾后迅速汽化，所产生的二次蒸汽及料液沿其内壁呈膜状高速上升，进行连续传热蒸发。这样料液从加热器的底部至管子顶端出口处逐渐被浓缩，浓缩后的料液以高速进入蒸发分离室，通过蒸发分离室的离心分离作用，二次蒸汽从分离室顶部排出；达到浓度要求的浓缩液从分离室底部排出，没有达到浓度的浓缩液通过循环管，再回到加热器底部，进行二次浓缩。2

蒸发过程工作时，物料自加热器体的底部进入管内，加热蒸汽在管问传热及冷凝，将热量传给管内料液。料液被加热沸腾，便迅速汽化，所产生的二次蒸汽及料液，在管内高速上升。在常压下，管的出口处二次蒸汽速度一般为20～50m/s，在减压真空状态下，可达100～160m/s，浓液被高速上升的二次蒸汽所带动，沿管内壁成膜状上升，不断被加热蒸发。这样料液从加热器底部至管子顶部出口处，逐渐被浓缩，浓缩液并以较高速度沿切线方向进入蒸发分离室，在离心力作用下与二次蒸汽分离。二次蒸汽从分离室顶部排出，未达到浓度的浓缩液通过循环管，再进入加热器体底部，继续浓缩，另一部分达到浓度的浓缩液，可从分离室底部排出。二次蒸汽夹带的料液液滴从分离器顶部进入雾沫捕集器进一步分离后，二次蒸汽导入水力喷射器冷凝。3

特点单效升膜式浓缩设备有以下特点4：

(I)结构简单，制造方便，占地面积及占空阅位置小，设备投资少，经济使用。

(2)生产能力大，传热系数高，传热系数K可达到1745(W/m2·K))。

(3)热能利用率较盘管式浓缩设备高，而蒸汽消耗量较低。

(4)可连续出料，相应地缩短了料液的受热时间，有利于提高产品质量，为连续生产创造了条件。

(5)设备内基本上无料位，由物料静压强引起的料液（如浓缩乳）的沸点升高几乎为零，从而提高了热媒与料液间的温度差，增加了传热量，加快了蒸发速率。

(6)生产需连续进行，应尽量避免中途停车，否则易使加热管内表面结垢，甚至结焦。

(7)由于料液在管内速度较高，故特别适用于牛乳等易起泡沫的物料，同时还能防止结垢的形成及粘性物料的沉淀。

(8)该设备检修方便，但管子较长，清洗较不方便，且不大适于粘稠性或高浓度物料的浓缩。

注意事项操作时，要很好控制进料液量，一般经过一次浓缩的蒸发水分量，不能大于进料量的80%，如果进液量过多，加热蒸汽不足，则管的下部积液过多，会形成液柱上升而不能形成液膜，失去液膜蒸发的特点，使传热效果大大降低。如果进液过少，会发生管壁结焦现象。料液最好预热到接近沸点状态进入加热器体，这样增加液膜在管内的比例，从而提高沸腾和传热系数。

该设备在工作时，料液沿加热管成膜状流动而进行连续传热和蒸发。其主要优点是传热效率高，蒸发速度快，蒸发时间较短(10～20s)，适合于热敏性料液的蒸发浓缩，由于高速的二次蒸汽具有良好的破沫作用，故适合于易起泡沫的料液，料液薄膜在管内上升时要克服重力与管壁的摩擦阻力，故不宜用于黏度较大的溶液。对蒸发量较大(较稀)的料液较适宜。在食品工业中用于果汁及乳制品的浓缩。一般组成双效或多效流程使用。