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内冷式刮膜薄膜蒸发器传热蒸发与应用研究

皮丕辉  
【摘要】:由于刮板的搅动作用,刮膜薄膜蒸发器比普通蒸发器更适用于处理高粘性及热敏性物料。内冷式刮膜薄膜蒸发器中加热面和冷凝面距离的明显缩短,增加了传质推动力,强化了传热和蒸发性能。目前对内冷式刮膜薄膜蒸发器进行研究,一是以模拟研究为主,所得到的结论未经实验数据验证;二是很少用较高粘度物料进行蒸发研究,不能体现出刮膜薄膜蒸发器的特点。因此,研究内冷式刮膜薄膜蒸发器中试装置的传热蒸发性能,并扩展其应用,有着重要意义。 本文首先详细介绍了自建的真空内冷式刮膜薄膜蒸发器中试装置,其具有三个主要特点:(1)导热油夹套采用搅拌装置;(2)在计量泵出口管道安装背压阀,能保证系统的高真空度;(3)一级设备可以进行多级操作。 在自建的中试装置中用水进行蒸发实验,发现改变进料流量和夹套加热温度,对总传热系数的影响较大,而刮板转速的改变对总传热系数的影响较小;但对蒸发速率的影响,夹套加热温度却远远超过了进料流量和刮板转速的作用。进料温度的影响很大,只有尽可能地接近蒸发温度下进料,才能充分有效地利用蒸发表面,提高传热和蒸发性能。 以粘性流体甘油为物料进行加热和蒸发实验。研究发现,粘性流体薄膜蒸发时夹套传热系数为液膜传热系数的1.5~2.0倍,传热阻力主要在液膜侧。总传热系数和液膜传热系数随刮板转速、真空度、进料流量和进料温度的增大而增大,夹套传热系数受各操作条件的影响较小。蒸发速率随刮板转速、真空度和进料温度的增大而增大,随进料流量的增大而减少。蒸发时传热系数远远高于加热下的传热系数,证明高真空内冷式刮膜薄膜蒸发过程具有非平衡蒸发的特点,传热和蒸发性能比普通升降膜蒸发和外冷式刮膜薄膜蒸发的传热和蒸发性能好。 对滑动沟槽刮板蒸发器内液体向下流动的形式进行了分析和计算。用因次分析法对液膜侧传热系数进行分析和关联,得到准数式: Nu=0.0058(Re)~(0.285)(Re′)~(0.666)(Pr)~(0.904)此式关联数据的均方误差为0.257,可用来进行工业设计和计算。 本文还分析了滑动沟槽刮板的倾角大小和沟槽宽度对传热和蒸发的影响,提出了液体穿过刮板渗透能力的计算方法。并通过实验发现60°刮板的传热和蒸发性能比30°刮板的传热和蒸发性能好。 在自建的中试装置上对烷基多苷进行高碳醇脱除实验,发现刮膜薄膜蒸发分离高碳醇时物料受热温度低,受热时间短,效果比普通减压蒸馏好。 本文最后介绍了聚氨酯涂料预聚物单体含量超标的现状。在自建的中试装置


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