煙草提取液蒸發(fā)濃縮器防(除)垢技術(shù)分析.pdf

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1、煙草提取液蒸發(fā)濃縮器防(除)垢技術(shù)分析徐利孫偉田海龍(山東瑞博斯煙草有限公司，山東沂水276400)摘要：煙草提取液蒸發(fā)濃縮過程中蒸發(fā)器上容易形成污垢，不僅降低了設(shè)備熱轉(zhuǎn)換率，增大了能源損耗，還有可能會(huì)堵塞換熱管，嚴(yán)重時(shí)甚至引發(fā)安全事故本文從工藝參數(shù)的優(yōu)化、螺旋槽管以及栽氣蒸發(fā)三方面探討了如何提高蒸發(fā)器防(除)垢效果關(guān)鍵詞：煙草；蒸發(fā)濃縮器：防垢；除垢煙草提取液在蒸發(fā)濃縮過程中會(huì)在蒸發(fā)器上形成污垢，不僅降低了設(shè)備的熱轉(zhuǎn)換率，增大了能耗，還會(huì)造成換熱管堵塞，影響生產(chǎn)的安全運(yùn)行。解決蒸發(fā)器結(jié)垢問題的方法有縮小換熱溫差和加大液體流速，但應(yīng)用到煙草蒸發(fā)器的防(除)垢

2、上，效果均不理想。本文在對(duì)蒸發(fā)濃縮工藝進(jìn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)上，對(duì)螺旋槽罐替換圓形換熱管、載氣蒸發(fā)兩種防(除)垢方式進(jìn)行討論，希望能為煙草蒸發(fā)器結(jié)垢問題的解決提供理論參考。1煙草提取液蒸發(fā)濃縮器防(除)垢技術(shù)分析1．1工藝參數(shù)優(yōu)化對(duì)防(除)垢影響煙草蒸發(fā)器結(jié)垢與諸多因素有關(guān)，如換熱溫差、液體流速、提取液物理性質(zhì)、換熱面，蒸發(fā)濃縮工藝等，尤其是蒸發(fā)濃縮工藝各項(xiàng)參數(shù)會(huì)對(duì)結(jié)垢問題造成直接影響。因此，在確保蒸發(fā)濃縮效率及濃縮質(zhì)量的基礎(chǔ)上，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可達(dá)到良好的放(除)垢效果。1．1．1工藝參數(shù)優(yōu)化蒸發(fā)濃縮工藝參數(shù)主要包括壓力、加熱溫度等，在利用CFD軟件對(duì)煙草提取

3、液濃縮工藝進(jìn)行仿真模擬后，選擇較佳的工藝參數(shù)，然后對(duì)各參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所得結(jié)果如下：1．1．1．1采用負(fù)壓濃縮可提高煙草提取液的濃縮效率，但真空度應(yīng)該嚴(yán)格控制，真空度過大會(huì)導(dǎo)增加加熱溫差，促進(jìn)換熱管內(nèi)壁結(jié)垢；真空度不足，溶液沸點(diǎn)升高，濃縮液長(zhǎng)期處于高溫階段容易變質(zhì)，影響產(chǎn)品質(zhì)量。在多次實(shí)驗(yàn)后，確定將煙草提取液濃縮沸點(diǎn)定位85℃，然后據(jù)此選擇真空度。1．1．1．2負(fù)壓濃縮時(shí)，換熱管頂部液體溫度上升較快，其濃縮率較大。因此，加熱蒸汽可從換熱管下部輸入，上部輸出，防止換熱管頂部快速結(jié)構(gòu)，影響濃縮效果。加熱蒸汽溫度選擇115℃時(shí)，其濃縮效果和防(除)效果較好。1．

4、2螺旋槽管強(qiáng)化熱防(除)垢技術(shù)螺旋槽管屬于外凹內(nèi)凸結(jié)構(gòu)的異型管，內(nèi)部凹槽呈螺旋式排列，當(dāng)各項(xiàng)參數(shù)一定時(shí)，螺旋槽管的防(除)垢能力均優(yōu)于普通圓管，這是因?yàn)槁菪酃艿膫鳠嵝阅芤獌?yōu)于圓管，螺旋槽使得近壁面的液體產(chǎn)生二次流和漩渦，增大了邊界層的擾動(dòng)，強(qiáng)化了傳熱效果。螺旋槽管的頭數(shù)對(duì)Nu數(shù)(對(duì)流傳熱能力／導(dǎo)熱能力)影響較小，雙頭螺旋槽管的阻力系數(shù)更低，在湍流工況下就有了較高的換熱能力。另外，螺旋槽管在較低的Re數(shù)(雷諾數(shù)，流體慣性力／黏性力)下，其綜合換熱性能較好，隨著Re數(shù)的增加，其換熱性降低，因此在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)盡量降低Re數(shù)。煙草濃縮液Re數(shù)約為1000，滿足螺旋

5、管強(qiáng)化換熱的Re數(shù)要求，近壁面的濃縮液在二次流的作用下加強(qiáng)了擾動(dòng)，減弱了黏性底層，從而減少了壁面結(jié)垢的可能。1．3載氣蒸發(fā)防(除)垢技術(shù)煙草提取液黏度大，在蒸發(fā)器中濃縮時(shí)間過長(zhǎng)就會(huì)在管壁上結(jié)垢，影響導(dǎo)熱效率。垢體結(jié)垢機(jī)理不同，有析晶結(jié)垢、化學(xué)反應(yīng)結(jié)垢和微粒型結(jié)垢多種類型。煙草提取液為有機(jī)物和無機(jī)物的混合物，成分復(fù)雜，在濃縮過程中會(huì)由于溫度的升高，溶劑減少而引起析晶結(jié)垢。載氣蒸發(fā)法是由大連理工大學(xué)化學(xué)工程研究所開發(fā)的一項(xiàng)防(除)垢技術(shù)。物料在蒸發(fā)器中沸騰換熱時(shí)，會(huì)在內(nèi)壁上產(chǎn)生小氣泡，氣泡與內(nèi)壁之間產(chǎn)生一層很薄的液體微層，容易引起結(jié)垢，若在加熱管底部引入惰性氣體

6、會(huì)對(duì)這種情況有所改善。根據(jù)物理學(xué)原理可知，氣液界面的溫度為最低溫度點(diǎn)，這是由于氣體進(jìn)入加熱管時(shí)，氣體內(nèi)部的蒸汽分壓為零，而氣液界面上的蒸汽分壓則達(dá)到了飽和，這就使得氣液界面處的液體很快蒸發(fā)，向氣泡處擴(kuò)散，降低了界面處的溫度；當(dāng)氣液界面接近加熱壁時(shí)，則會(huì)降低加熱面的過熱度，從而達(dá)到改善壁面結(jié)垢的目的。載氣泡可以作為汽化核心，加快氣泡周圍液體的蒸發(fā)速度，使溶質(zhì)濃度增加形成一個(gè)梯度，溶質(zhì)聚集在氣泡周圍，而氣泡則位于溶液內(nèi)，遠(yuǎn)離加熱壁面，因此析出的溶質(zhì)會(huì)位于溶液內(nèi)部，減少了在加熱壁析出結(jié)垢的可能。另外，載氣進(jìn)入加熱管底部時(shí)會(huì)立即汽化，原來的液體單項(xiàng)流由此變?yōu)闅庖簝上?/p>

7、流，增加了流體的湍流強(qiáng)度，提高了流體的循環(huán)速度，這不僅加強(qiáng)了傳熱效果，還會(huì)增加流體與管壁垢體之間的剪切作用，減少了管壁沉積污垢的可能性。流體流速越大，吸附在管壁上的晶核氣泡越容易被沖離，防垢作用越明顯；但要注意，載氣流速不能無限增大，尤其是當(dāng)濃縮液循環(huán)速度較低時(shí)，載氣流過大會(huì)造成換熱管局部蒸發(fā)速度較快，從而加速了干壁結(jié)垢，使局部結(jié)垢加劇。除此之外，載氣流過大還會(huì)增大對(duì)設(shè)備抗壓性、密封性的要求，因此綜合多方面因素，在煙草提取液濃縮時(shí)，循環(huán)速度控制在0，8m／s時(shí)，有利于改善蒸發(fā)器的結(jié)垢現(xiàn)象。2結(jié)語蒸發(fā)濃縮器壁結(jié)垢不僅會(huì)降低熱轉(zhuǎn)換率，增大能耗，還可能引發(fā)安全事故

8、，因此采取有效措施，降低污垢形成具有十分重要的研究?jī)r(jià)